DE3604625A1 - Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, insbeson­ re Strahltriebwerk, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Gasturbinen müssen die Lager des Rotors von Verdichter und Turbine meist gekühlt werden. Einerseits entsteht durch Reibungsenergie überschüssige Wärme und andererseits sind die Brennkammer und die Turbine funktionsbedingt sehr heiß, so daß sich die Wärme von dort auf die Lager über­ trägt. Zur Vermeidung eines getrennten Kühlkreislaufs wird als Kühlflüssigkeit der Brennstoff der Gasturbine verwen­ det. Dazu wird dieser im Kreislauf oder im Einwegbetrieb vom Brennstofftank über das Lager direkt in die Brennkam­ mer geführt.

Aus der DE-PS 11 96 016 ist eine derartige Lagerkühlung bekannt. Der Brennstoff der Gasturbine wird den Kühlstel­ len der Rotorlagerung zugeführt und strömt von dort in den Tank zurück. Der Brennstoff dient dabei gleichzeitig als Schmiermittel für das Lager. Maßnahmen für einen Lager­ dämpfer, die ein derartiges gekühltes Rotorlager kompli­ zieren, sind nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das brennstoff­ gekühlte Lager einer Gasturbine mit einer Lagerdämpfung zu versehen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den an einem axialen Ende mit einer Brennstoffzuführung und an dem anderen axialen Ende mit einer Brennstoffabfüh­ rung versehenen Spalt strömt während des Betriebes Brenn­ stoff ein, verteilt sich über den Umfang des Lagers und kühlt es dabei. Gleichzeitig wirkt der das Lager umgeben­ de, flüssigkeitsgekühlte Spalt auch als Quetschfilmdämp­ fer. Zusätzliche besondere Einrichtungen zur Lagerdämpfung können so entfallen. Zur Vermeidung eines getrennten Kühl­ kreislaufs wird als Kühlflüssigkeit der Brennstoff der Gasturbine verwendet. Dazu wird dieser im Kreislauf oder im Einwegbetrieb vom Brennstofftank aber das Lager in die Brennkammer geführt.

Die erfindungsgemäße Gasturbine ist insbesondere bei nur einmalig verwendeten Gasturbinen, wie sie beispielsweise als Strahltriebwerke in unbemannten Flugkörpern vorzugs­ weise zum einmaligen Einsatz (Drohne) verwendet werden, von Vorteil. Bei solchen Strahltriebwerken steht insbeson­ dere die Forderung nach äußerst geringem Bauaufwand und großer Zuverlässigkeit im Vordergrund. Das Lager wird in diesem Fall als einfaches Wälzlager mit Ölverlust-, Fett- oder Kraftstoffschmierung ausgeführt. Durch die gleichzeitige Kühlung und Dämpfung des Lagers mit dem Treibstoff der Gasturbine entfallen zusätzliche Nebenag­ gregate, wie ein aufwendiges Schmiersystem, Kühlsystem und Dämpfungssystem. Der Bauaufwand wird somit äußerst gering gehalten, so daß ein kleines Bauvolumen und geringes Ge­ wicht erzielt ist.

Es kann zweckmäßig sein, eine mit einem verdichterseitig und turbinenseitig gelagerten Rotor versehene Gasturbine in diesen beiden Lagern mit dem erfindungsgemäßen Spalt auszustatten, aber nur das turbinenseitige Lager sowohl mit einem Brennstoffzufluß als auch mit einem Brennstoff­ abfluß zu versehen. Der Brennstoff kühlt so nur das turbi­ nenseitige Lager, während der Brennstoffzufluß am verdich­ terseitigen Lager für eine Dämpfung sorgt und der Brenn­ stoff in diesem Lager keine Kühlfunktionen übernimmt. Dies kann bei verdichterseitigen Lagern wegen der niedrigeren Temperaturen von Vorteil sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschrei­ bung und der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Lagers einer Gasturbine zeigt.

Auf einem zweiteiligen Rotor 1 ist ein Lager 2 angeordnet, welches als Wälzlager ausgeführt ist. Das Wälzlager ist dabei rotorseitig in axialer Richtung festgelegt. Gehäuse­ seitig sitzt das Lager 2 in einer Hülse 5, die wiederum in einem Gehäuse 4 konzentrisch angeordnet ist. Das Gehäuse 4 ist mit dem Äußeren der Gasturbine verbunden. Der Rotor 1 ist im Ausführungsbeispiel auf der einen Seite mit der nicht gezeigten Turbine und auf der anderen Seite, ggfs. über ein weiteres Lager, mit dea Verdichter verbunden.

Zwischen dem Gehäuse 4 und der Hülse 3 ist ein Ringspalt 5 vorgesehen, der sich axial im wesentlichen über die ganze Länge der Hülse 3 bzw. des Gehäuses 4 erstreckt. An den axialen Enden des Spalts 5 ist je eine umlaufende Ringnut 6 und 7 in die Hülse 3 eingearbeitet. Die Ringnut 6 oder 7 kann auch in das Gehäuse 4 oder in beide Teile eingelassen werden. An den axialen Enden des Spalts 5 ist in der Hülse 3 je ein Dichtring 5 a bzw. 5 b eingelassen, der den Spalt 5 zum Gehäuse 4 abdichtet. Die Ringnuten 6 und 7 liegen zwi­ schen den Dichtungen, vorzugsweise unmittelbar neben der - entsprechenden Dichtung. Als Dichtungen sind Rundschnur­ dichtungen oder Kolbenringdichtungen vorteilhaft.

Die Ringnut 6 ist mit einer axialen Brennstoffzuführung 8 im Gehäuse 4 und die Ringnut 7 mit einer Brennstoffabfüh­ rung 9 im Gehäuse 4 verbunden. Die Brennstoffzuführung 8 und die Brennstoffabführung 9 sind dabei als Schrauban­ schlüsse mit verbindenden Bohrungen 10 ausgebildet.

Ein vorzugsweise separater Brennstofftank 14 ist über eine Brennstoffpumpe 15 an die Brennstoffzuführung 8 ange­ schlossen, während die Brennstoffabführung 9 mit der sepa­ raten Brennkammer und ggfs. einer Regeleinrichtung verbun­ den ist. Es muß sichergestellt sein, daß der gesamte Brennstoff über den vollen Umfang in den Spalt 5 zu- bzw. aus dem Spalt 5 abgeführt wird.

Der Brennstoff wird über die Brennstoffzuführung 8 und die Ringnut 6 in den Spalt 5 gedrückt. Die Ringnut 6 dient da­ bei zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffes auf dem gesamten Umfang des Spaltes. In der Ringnut 7 sammelt sich der durch den Spalt 5 strömende Brennstoff und wird über die Brennstoffabführung 9 der nicht dargestellten Brenn­ kammer zugeführt. Es kann bei hohen Kühlanforderungen der gesamte zum Betrieb der Gasturbine notwendige Brennstoff durch den Spalt 5 geleitet werden. Eine Kühlung mit einem Teilstrom ist in vielen Fällen bereits ausreichend. Der Brennstoff in dem Spalt 5 wirkt auch als hydraulischer Dämpfer gegenüber Stößen und Schwingungen, die der Rotor 1 ausführt. Der Lauf des Rotors 1 wird durch diese Dämp­ fungsfunktion ruhiger. Bei Lagern, die keinen hohen Tempe­ raturen ausgesetzt sind, beispielsweise dem verdichtersei­ tigen Lager einer Gasturbine, kann auf eine Kühlung ver­ zichtet werden. In diesem Fall entfällt die Brennstoffab­ führung 9.

Claims (8)

1. Gasturbine, insbesondere Strahltriebwerk, mit einer Brennkammer, einem Verdichter und einer Turbine, bei der ein Rotor durch zumindest ein Lager (2) gelagert ist, das zur Lagerkühlung eine Kühlstelle (5) mit einer Brennstoff­ zuführung (8) und einer Brennstoffabführung (9) aufweist, wobei als Kühlmittel der Brennstoff der Gasturbine zuge­ führt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstelle als ringförmi­ ger, konzentrisch zu dem Lager (2) angeordneter, abgedich­ teter Spalt (5) ausgebildet ist, der durch in den Spalt eingeleiteten Brennstoff eine hydraulische Lagerdämpfung bildet.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssigkeitsgefüllte Spalt (5) einen Quetschfilm­ dämpfer bildet.

3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennstoffabführung (9) mit der Brenn­ kammer der Gasturbine verbunden ist.

4. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem weiteren, verdichterseitigen Lager, dadurch gekennzeichnet, daß das verdichterseitige Lager ausschließlich einen Brennstoffzufluß (8) aufweist.

5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Lager (2) in einer konzen­ trischen Hülse (3) angeordnet ist, die ihrerseits in einem Gehäuse (4) gelagert ist, wobei der Spalt (5) zwischen dem Gehäuse (4) und der Hülse (5) vorgesehen ist.

6. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß an den axialen Enden des Spalts (5) je eine Ringnut (6, 7) zur Zu- bzw. Abführung von Brennstoff angeordnet ist.

7. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß an den axialen Enden des Spalts (5) zumindest je eine Dichtung (5 a, 5 b) bzw. eine Rund­ schnurdichtung oder ein Kolbenring, angeordnet ist.

8. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Lager ein Wälzlager (2) ist.