DE3516685A1

DE3516685A1 - Vorrichtung zur kuehlung des drahtlagers einer luftschaufelverstelleinrichtung einer gasturbine

Info

Publication number: DE3516685A1
Application number: DE19853516685
Authority: DE
Inventors: Erwin 7300 Esslingen Schmidt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1985-05-09
Filing date: 1985-05-09
Publication date: 1986-11-13
Also published as: DE3516685C2

Description

"Vorrichtung zur Kühlung des Drahtlagers
einer Luftschaufelverstelleinrichtung einer Gasturbine" Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Küh.-lung des Drahtlagers einer Leitschaufelverstelleinrichtung einer Gasturbine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE-PS 32 20 148 ist eine Kraftfahrzeug-Gasturbine mit einem stromab des Arbeitsturbinenrades angeordneten Diffusor bekannt, in dem Leitschaufeln angeordnet sind, die über eine Leitschaufelverstelleinrichtung betätigbar sind. Von Nachteil ist jedoch dabei, daß ein Überhitzen eines in der Leitschaufelverstelleinrichtung befindlichen Drahtlagers nicht unter allen denkbar vorkommenden Betriebsbedingungen vermeidbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Bereich der Lagerung des Zahnkranzes der Leitschaufelverstelleinrichtung mit Luft zu kühlen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Erfindung weiterbildenden Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß aufgrund der Innenring-Kühlung die thermische Belastung der Lagerung verringert wird, so daß sich Lagerverklemmungen und Grübchenbildungen in der Lauffläche des Lagers reduzieren, und sich die Standzeit des Lagers erhöht, wodurch sich die Wartungs- und Instandsetzungsintervalle vergrößern. Aufgrund der Innenring-Kühlung ist die Lagerung für die Leitschaufelverstelleinrichtung auch bei Gasturbinen einsetzbar, die mit einer erhöhten Arbeitsgastemperatur betrieben werden, die den Gesamt-Wirkungsgrad der Gasturbine maßgeblicherhöht. Durch die am Umfang der Ringnut verteilt zugeführten Frischluft ist gewährleistet, daß die Innenringe gleichmäßig und somit verzugsfrei gekühlt werden.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftfahrzeug-Gasturbine mit einer Leitschaufelverstelleinrichtung, und Figur 2 einen sektoriellen Ausschnitt der Lagerung der Leitschaufelverstelleinrichtung, perspektivisch dargestellt.
In der Figur 1 ist eine mit 1 bezeichnete zwei Wellen-Kraftfahrzeug-Gasturbine dargestellt, auf deren ersten Welle 2 das Verdichterlaufrad 3 und eine Verdichterturbine 4 angeordnet ist. Die vom Verdichterlaufrad 3 angesaugte und verdichtete Luft wird in eine das Verdichterlaufrad 3 umgebende Verdichterspirale hineinkomprimiert. Stromab der Verdichterturbine 4 erstreckt sich ein Diffusor 6, an dem sich ein Arbeitsturbinenrad 7 auf einer zweiten Welle 8 anschließt, die mit einem nicht dargestellten Getriebe des Kraftfahrzeuges drehtfest verbunden ist. Der Diffusor 6 besteht im wesentlichen aus einer Innenwand 9 und aus einer Außenwand 10, die einen Ringkanal 11 einschließen. Die Innenwand 9 geht in eine dem Verdichterturbinenrad 4 gegenüberliegenden Stirnwand 12 über. Stützrippen 13 durchsetzen den Ringkanal 11 und zentrieren die Innenwand 9. In Strömungsrichtung hinter den Stützrippen 13 ragen verstellbare Leitschaufeln 14 einer an der Außenwand 10 angeordneten Leitschaufelverstelleinrichtung 15 in den Ringkanal 11.
Ein ringförmiger Träger 16 stellt die Verbindung zwischen dem Gehäuse der Gasturbine und dem Diffusor 11 her und hält diesen mit Hilfe der Stützrippen 13 und Teilen der Leitschaufelverstelleinrichtung 15 frei in der Gasströmung zwischen dem Verdichterturbinenrad 4 und dem Arbeitsturbinenrad 7. Zur Befestigung des Trägers 16 mit dem Gehäuse 17 sind an diesem zwei Ringe 18, 19 angeflanscht.
An dem Ring 18 ist ein an der einen Stirnseite des ringförmigen Trägers 16 gebildeter Flansch 20 angeschraubt.
Zwischen dem Ring 18 und dem Flansch 20 sind Innenringe 21 und 22 eines Drahtlagers 23 sowie Ringscheiben 24 bis 26 eingespannt. Das Drahtlager 23 ist von einem Zahnkranz 27 umgeben, der mit Zahnrädern 28 der verstellbraen Leitschaufeln 14 zusammenwirkt Ein Ringkanal 29 ist peripherieseitig im Gehäuse 17 im Bereich der Leitschaufeln 14 angeordnet und ist mit einer rohrförmigen Leitung 30 mit der Verdichterspirale 5 verbunden.
Aus der Verdichterspirale 5 wird verdichtete Frischluft in den Ringkanal 29 und von diesem durch schlauchförmige Verbindungsleitungen 31 in einen Kanal 32 des ersten Ringes geleitet. Aus einem Kanal 33 des zweiten Ringes 19 ist die in dem Kanal 32 des ersten Ringes 18 zugeführte Luft in die Atmosphäre abführbar.
Die kanalisierte Luftführung in der Leitschaufelverstelleinrichtung 15 ist in der Figur 2 dargestellt. Ein sektorieller Abschnitt der Leitschaufelverstelleinrichtung 15 ist perspektivisch und teilweise aufgebrochen dargestellt. Die Leitschaufelverstelleinrichtung 15 umfaßt den ersten und den zweiten flanschförmigen Ring 18, 19, die über nicht dargestellte lösbare Verbindungen am Gehäuse der Gasturbine befestigt sind. Im Bereich des Innenumfanges des ersten Ringes 18 ist an diesem unter Vermittlung einer dichtenden Ringscheibe 25 ein erster Innenring 22 angeordnet, an dem achsgleich der zweite Innenring 21 unlösbar befestigt ist. In einer gemeinsamen Nut 34 am Außenumfang der Innenringe 21, 22 ist das Drahtlager 23 angeordnet, auf dem sich der Zahnkranz 27 abstützt. Durch eine auf der Stirnseite im Bereich des Außenumfanges des Ringes 18 befindliche Bohrung 35 wird verdichtete Frischluft durch die Verbindungsleitung 31 in den als Ringnut ausgebildeten Kanal 32 geleitet, der unter Vermittlung der Ringscheibe 26 und dem zweiten Ring 19 abgedeckt ist. Die umlaufende Ringnut 32 ist peripherieseitig im Ring 18 angeordnet.
Von der Ringnut 32 verlaufen radial in Richtung des Innenumfanges Nuten 36, die in achsparallel zur Gasturbinenachse angeördneten Bohrungen 37 des Ringes 18 münden. Die Bohrungen 37 korrespondieren mit den Bohrungen in der Ringscheibe 25 und den gemeinsamen Zuführungsbohrungen 38 in den Innenringen 18, 19.
Die Bohrungen 38 münden in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut 29, die auf der der Träger 16 zugewandten Seite des zweiten Innenringes 21 angeordnet sind. Von den gleichmäßig am Umfang des Innenringes angeordneten Nuten 39, die mit einer dichtenden Ringscheibe 24 abgedeckt sind, führen Rückführbohrungen 40 zum zweiten flanschförmigen Ring 19. Die Rückführbohrungen 40 sind achsparallel zur Gasturbinenachse angeordnet, durchqueren den ersten und zweiten Innenring 21, 22, die Ringscheiben 25 und 26, und münden in einer Nut 41 des zweiten Ringes 19 im Bereich des Innenumfanges. Die Nut 41 verläuft radial in Richtung des Außenumfanges des Ringes 19 und mündet in einer umlaufenden als Kanal 33 ausgebildeten Ringnut , die durch drei gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Verbindungsbohrungen 43, 44 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Bingnuten 32, 33 sind von einer gemeinsamen Ringscheibe 26 gasdicht voneinander getrennt.
Während des Betriebs der Gasturbine wird verdichtete Frischluft aus der Verdichterspirale 5 durch die rohrförmige Leitung 30 in den Ringkanal 29 geleitet. Schlauchförmige Verbindungsleitungen 31 leiten die Luft aus dem Ringkanal 29 zu den drei gleichmäßig am Umfang des Ringes 18 angeordneten Bohrungen 35, durch die die Luft in den als Ringnut ausgebildeten Kanal 32 geleitet wird. Aus der Ringnut 32 wird die Luft durch die Nuten 36 den Bohrungen 37 zugeführt und durchströmt die Zuführbohrungen 38, die Nuten 39 und strömt durch die Rückführbohrungen 40 und den Nuten 41 in die Ringnut 33. Aus der Ringnut 33 entweicht die erwärmte Luft durch Bohrungen 43, 44 in die Atmosphäre.
Während die verdichtete Luft von der Ringnut 32 zur Ringnut 33 strömt, entzieht sie den Innenringen 21, 22 die Wäre und das auf den Innenringen 21, 22 befindliche Drahtlager 23 wird über die Innenringe 21, 22 gekühlt.
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Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Kühlung des Drahtlagers einer Leitschaufelverstelleinrichtung einer Gasturbine mit einer ersten Welle, auf der ein von einer Verdichterspirale umgebendes Verdichterlaufrad und eine Verdichterturbine angeordnet sind, stromab der auf einer zweiten Welle ein Arbeitsturbinenrad angeordnet ist, dem die Leitschaufelverstelleinrichtung zugeordnet ist, die über Innenringe zur Aufnahme des Drahtlagers und über einen ersten flanschförmigen Ring am Gehäuse der Gas turbine befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenringen (21, 22) Luftleitkanäle (37 bis 40, 45) verteilt angeordnet und von aus der Verdichterspirale (5) abgezweigter Frischluft durchströmt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den Innenringen (21, 22) die Frischluft durch im ersten flanschförmigen Ring (18) befindlichen Kanälen (32, 36) zugeführt wird, und daß die beim Durchströmen der Innenringe (21, 22) erwärtme Frischluft durch Kanäle (33, 41, 43, 44) des zweiten flanschförmigen Ringes (19) der Atmosphäre zugeführt wird.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste und zweite flanschförmige Ring (18, 19) im Bereich des äußeren Umfanges einen umlaufenden als Ringnut ausgebildeten Kanal (32, 33) aufweist, von dem ausgehend radial zum Innenumfang Nuten (36, 41) verlaufen, die in axial in den Ringen (18, 19) angeordneten Bohrungen (37, 45) münden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axial verlaufenden Zuführungsbohrungen (33) in den Innenringen (21, 22) mit den im Bereich des inneren Umfanges angeordneten Bohrungen (37) des ersten Ringes (18) korrespondieren.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axial in den Innenringen (21, 22) und im Ring (18) verlaufendenRückführbo;irungen(40) in der Nut (41) des zweiten Ringes (19) münden.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (39) auf der der Stirnseite des Ringes (18) gegenüberliegenden Seite des Innenringes (21) ein-e Zuführbohrung (38) mit einer Rückführbohrung (40) verbinden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (39) mit einer dichtenden Ringscheibe (24) abgedeckt sind.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32, 36) des ersten Ringes (18) und die Kanäle (33, 41) des zweiten Ringes (19) durch eine gemeinsame Ringscheibe (26) gasdicht voneinander getrennt sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der der Verdichterspirale (5) entnommene Frischluftstrom einem dem Arbeitsturbinenrad (7) umgebenden Ringkanal (29) zugeführt wird, von dem durch schlauchförmige Verbindungsleitungen (31) die Frischluft durch die Bohrungen (35) dem als Ringnut ausgebildeten Kanal (32) zugeführt wird.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch mindestens drei am Umfang der Ringnut (32) befindlichen Bohrungen (35) der Frischluftstrom der Ringnut (32) zugeführt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch mindestens drei am Umfang der Ringnut (33) verteilt angeordneten Bohrungen (43, 44) eine Wirkverbindung zwischen der Atmosphäre und der Ringnut (33) erstellt ist.