DE3516685C2

DE3516685C2 - Vorrichtung zur Kühlung eines zur Lagerung des Verstellringes einer Luftschaufelverstelleinrichtung für die Nutzleistungsturbine eines Gasturbinentriebwerks vorgesehenen Drahtlagers

Info

Publication number: DE3516685C2
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: 1987-04-16
Also published as: DE3516685A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung des Drahtlagers einer Leitschaufelverstelleinrichtung einer Gasturbine. Auf der ersten Welle der Gasturbine ist ein von einer Verdichterspirale umgebendes Verdichterlaufrad und eine Verdichterturbine angeordnet. Auf einer zweiten Welle ist ein Arbeitsturbinenrad angeordnet, dem die Leitschaufelverstelleinrichtung zugeordnet ist, die über Innenringe zur Aufnahme des Drahtlagers und über einen ersten flanschförmigen Ring am Gehäuse der Gasturbine befestigt ist. Zur Kühlung der Lagerung des Zahnkranzes der Leitschaufelverstelleinrichtung werden die in den Innenringen verteilt angeordneten Luftkanäle mit aus der Verdichterspirale abgezweigter Frischluft durchströmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung eines zur Lagerung des Verstellringes einer Leitschaufelverstelleinrichtung für die Nutzleistungsturbine eines Gasturbinentriebwerkes vorgesehenen Drahtlagers 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 Lagerklemmen eines in der Leitschaufelverstelleinrichtung befindlichen Drahtlagers nicht unter allen denkbar vorkommenden Betriebsbedingungen vermeidbar ist.
Desweiteren ist aus der DE-OS 22 27 562 eine Betätigungsvorrichtung für einen verstellbaren Leitapparat einer Gasturbine bekannt, die von komprimierter, der Verdichterspirale entnommener Kühlluft umströmt wird.
Bei Anwendung der Kühlung aus der DE-OS 22 27 562 auf die Leitschaufelverstelleinrichtung der DE-PS würden sich infolge einer ungleichmäßigen Kühlung des thermisch geringer belasteten Außenumfanges und des thermisch höher belasteten Innenumfanges der Leitschaufelverstelleinrichtung durch auftretende Wärmespannungen die Verhältnisse des Lagerklemmens zunehmend verschlechtern.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Drahtlager mit möglichst wenig Kühlluft wirksam zu kühlen, um einen störungsfreien Betrieb der Leitschaufelverstelleinrichtung zu gewährleisten.
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, wodurch die Grübchenbildung in der Lauffläche des Lagers reduziert und somit dessen Standzeit erhöht werden kann. Aufgrund der Innenring-Kühlung ist die Lagerung für die Leitschaufelverstelleinrichtung auch bei solchen Gasturbinen einsetzbar, die mit einer erhöhten Arbeitstemperatur betrieben werden, die den Gesamt-Wirkungsgrad der Gasturbine maßgeblich erhöht.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kraftfahrzeug- Gasturbine mit einer Leitschaufelverstelleinrichtung, und Fig. 2 einen sektoriellen Ausschnitt der Lagerung der Leitschaufelverstelleinrichtung, perspektivisch dargestellt.
In der Fig. 1 ist ein mit 1 bezeichnetes zwei Wellen-Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerk dargestellt, auf deren erster 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 5 hineinkomprimiert. Stromab der Verdichterturbine 4 erstreckt sich ein Diffusor 6, an den sich ein Arbeitsturbinenrad 7 auf einer zweiten Welle 8 anschließt, die mit einem nicht dargestellten Getriebe des Kraftfahrzeuges drehfest 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 flanschförmige 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 verstellbaren 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 Verteiler-Ringkanal 32 des ersten Ringes geleitet. Aus einem Sammel-Ringkanal 33 des zweiten Ringes 19 ist die in dem Verteiler-Ringkanal 32 des ersten Ringes 18 zugeführte Luft in die Atmosphäre abführbar.
Die kanalisierte Luftführung in der Leitschaufelverstelleinrichtung 15 ist in der Fig. 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 des Gasturbinentriebwerks 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 auf der Stirnseite im Bereich des Außenumfanges des Ringes 18 befindliche Bohrung 35 wird verdichtete Frischluft durch die Verbindungsleitung 31 in den Verteiler-Ringkanal 32 geleitet, der unter Vermittlung der Ringscheibe 26 und dem zweiten Ring 19 abgedeckt ist. Der Verteiler-Ringkanal 32 ist peripherieseitig im Ring 18 angeordnet. Von dem Verteiler-Ringkanal 32 verlaufen radial in Richtung des Innenumfanges Zuluftkanäle 36, die in achsparallel zur Gasturbinenachse angeordneten Bohrungen 37 des Ringes 18 münden. Die Bohrungen 37 korrespondieren mit den Bohrungen in der Ringscheibe 25 und den Kühlkanälen 38 in den Innenringen 18, 19.
Die Kühlkanäle 38 münden in Umfangsrichtung verlaufende als Teilumfangsnut 39 ausgebildete Kühlkanäle die auf der dem Träger 16 zugewandten Seite des zweiten Innenringes 21 angeordnet sind. Von den gleichmäßig am Umfang des Innenringes angeordneten Teilumfangsnuten 39, die mit einer ringförmigen Dichtscheibe 24 abgedeckt sind, führen bohrungsförmige Kühlkanäle 40 zum zweiten flanschförmigen Ring 19. Die Kühlkanäle 40 sind achsparallel zur Gasturbinenachse angeordnet, durchqueren den ersten und zweiten Innenring 21, 22, die Ringscheiben 25 und 26, und münden in als Nuten ausgebildete Abluftkanäle 41 des zweiten Ringes 19 im Bereich des Innenumfanges. Die Abluftkanäle 41 verlaufen radial in Richtung des Außenumfanges des Ringes 19 und münden in einer umlaufenden als Sammel-Ringkanal 33 ausgebildeten Ringnut, die durch drei gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Verbindungsbohrungen 43, 44 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Der Verteiler-Ringkanal 32 ist von dem Sammel-Ringkanal 33 mittels einer Ringscheibe 26 gasdicht getrennt.
Während des Betriebs des Gasturbinentriebwerks 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 Verteiler-Ringkanal 32 geleitet wird. Aus diesem wird die Luft durch die Zuluftkanäle 36 den Bohrungen 37 zugeführt und durchströmt die Kühlkanäle 38, 39, 40, die Abluftkanäle 41 und von diesen in den Sammel-Ringkanal 33. Aus dem Sammel-Ringkanal 33 entweicht die erwärmte Luft durch Bohrungen 43, 44 in die Atmosphäre.
Während die verdichtete Luft vom Verteiler-Ringkanal 32 zum Sammel-Ringkanal 33 strömt, entzieht sie den Innenringen 21, 22 die Wärme und das auf den Innenringen 21, 22 befindliche Drahtlager 23 wird über die Innenringe 21, 22 gekühlt.

Claims

1. Vorrichtung zur Kühlung eines zur Lagerung des Verstellringes einer Leitschaufelverstelleinrichtung für die Nutzleistungsturbine eines Gasturbinentriebwerkes vorgesehenen Drahtlagers, das die Nutzleistungsturbine mit radialem Abstand umgibt, wobei dessen Außenring als Verstellring ausgebildet ist und dessen Innenring über einen flanschförmigen Ring am Gehäuse des Gasturbinenwerkes befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- in dem flanschförmigen Ring (18)ein Verteiler-Ringkanal (32), dem aus dem Gasturbinentriebwerk abgezweigte verdichtete Kühlluft zugeführt wird, und von diesem radial zum Innenring (21, 22) des Drahtlagers (23) führende, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Zuluftkanäle (36) ausgebildet sind,

- in dem Innenring (21, 22) an die Zuluftkanäle (36) jeweils angeschlossene Kühlkanäle (38, 39, 40) ausgebildet sind, die jeweils einen durch die Anordnung der Zuluftkanäle (36) bestimmten Teil des Innenringes (21, 22) durchdringen, und

- sich an den flanschförmigen Ring (18) ein weiterer flanschförmiger Ring (19) anschließt, in welchem ein zur Atmosphäre entlüfteter Sammel-Ringkanal (33) und die Ausgänge der Kühlkanäle (38, 39, 40) des Innenringes (21, 22) mit dem Sammel-Ringkanal (33) verbindende Abluftkanäle (41) ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler-Ringkanal (32), die Zuluftkanäle (36), die Abluftkanäle (41) und der Sammel-Ringkanal (33) als Nuten ausgeführt sind, die durch eine gemeinsame Ringscheibe (26) gasdicht voneinander getrennt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (38, 39, 40) des Innenrings (21, 22) jeweils aus einer durch die der Anordnung der Zuluftkanäle (36) bestimmten, der dem flanschförmigen Ring (18) gegenüberliegenden Seite des Innenringes (21) ausgebildeten Teilumfangsnut (39) mit den Anschlußbohrungen (38, 40) zu den entsprechenden Zuluftkanälen (36) und Abluftkanälen (41) bestehen, wobei die Teilumfangsnuten (39) mit einer ringförmigen Dichtscheibe (24) abgedeckt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Gasturbinentriebwerk abgezweigte verdichtete Kühlluft zunächst einem die Nutzleistungsturbine mit radialem Abstand umgebenden Ringkanal (29) zugeführt wird, von welchem mindestens drei umfangsmäßig verteilte schlauchförmige Verbindungsleitungen (31) zu dem Verteiler-Ringkanal (32) des flanschförmigen Ringes (18) führen.