DE3614182A1 - Turbine - Google Patents

Description

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Turbine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbine und insbesondere auf eine solche mit gekoppeltem Kompressor.

Bekannte Turbinen besitzen typischerweise ein Einlaßsystem, ein Trägergehäuse und einen Abgaskanal.

Ein Luftkompressor ist drehbar innerhalb des Turbinengehäuses gelagert und saugt bei der Drehung Luft in den Lufteinlaß an, komprimiert die Luft und gibt sie über einen Diffusor an eine Verbrennungskammer ab. Brennstoff wird in die komprimierte Luft in der Verbrennungskammer zugemischt und die Mischung wird gezündet. Die darauf folgende Verbrennung des Brennstoffs innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt heiße und expandierende Verbrennungsprodukte, die in den Abgaskanal expandieren und durch den Abgasauslaß abgegeben werden. Mindestens eine und gewöhnlich mehrere Turbinenstufen mit aerodynamischer Beschaufelung sind innerhalb des Abgaskanals angeordnet und werden durch den Gasstrom angetrieben, der durch den Abgaskanal geführt wird.

Die Turbinenstufen sind antriebsmäßig mit dem Kompressor verbunden, d.h. wenn die Turbinenstufen von dem Äbgasstrom angetrieben werden, diese den Kompressor antreiben. Typischerweise sind der Kompressor und die Turbinenstufen axial zueinander ausgerichtet und beide an einer gemeinsamen Hauptwelle befestigt. Diese Hauptwelle ist im Motorgehäuse mit mindestens zwei und häufig mehr Lagereinheiten an axial voneinander entfernten Stellen entlang der Länge der Welle gelagert.

Ein Nachteil dieser bekannten Turbinenkonstruktion besteht darin, daß mindestens ein Lager zwischen der Hauptwelle und dem Maschinengehäuse im Turbinenabschnitt der Maschine angeordnet ist und so der hohen Hitzebelastung in dem Turbinenabschnitt ausgesetzt ist. Die richtige Schmierung solcher Lager ist sowohl schwierig als auch teuer auszuführen. Die hohe Hitzelast führt ferner zu

einer raschen Verschlechterung des Schmiermittels, so daß ein häufiger Austausch des Schmiermittels notwendig ist, um einen Ausfall des Lagers zu verhindern. Die Verhinderung des Lagerausfalls ist von äußerster Wichtigkeit, da ein solcher Lagerausfall zur Zerstörung der gesamten Turbine führen kann.

/L· Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

* Turbinenkonstruktion zu schaffen, bei der die Gefahr des Lagerausfalls verringert oder gänzlich vermieden wird.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst und durch die weiteren Maßnahmen der Unteransprüche ausgestaltet und weitergebildet.

Die Turbine der Erfindung weist ein Einlaßsystem, einen Abgasauslaß und eine Fluidkanaleinrichtung auf, die durch das Gehäuse gebildet wird und zur strömungsmäßigen Verbindung des Lufteinlasses mit dem Abgasauslaß dient. Ein Luftkompressor mit rückwärtigem Wellenstummel ist drehbar in einem Lager innerhalb des Trägergehäuses gehalten, während das vordere Ende des Luftkompressors zum Lufteinlaß offen ist. Das vordere Ende des Luftkompressors weist außerdem einen Wellenstummel auf, der infolge eines Lagers drehbar in dem Einlaßgehäuse gelagert ist. Der Luftkompressor gibt die komprimierte Luft durch einen Diffusor an eine Verbrennungskammer ab, wo die komprimierte Luft mit Brennstoff vermischt wird und dieser gezündet wird. Die Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer expandieren in den Auslaßkanal und gelangen von dort in den Abgasauslaß.

Mindestens ein und vorzugsweise zwei Turbinenstufen mit aerodynamischer Beschaufelung, d.h. Turbinenschaufeln, sind so innerhalb des Abgaskanals angeordnet, daß die Turbinenstufen von dem ausströmenden Gasstrom angetrieben werden. Ungleich den zuvor bekannten Turbinen sind die Turbinenstufen jedoch an dem rückwärtigen Wellenstummel des Luftkompressors befestigt, und zwar mittels eines Schraubbolzens mit konischem Kopf, so daß die Turbinenstufen vom Kompressor ausgesehen auskragend an-

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geordnet sind und lediglich durch die Lagereinrichtungen des Kompressors im Gehäuse gelagert werden. Die Turbinenstufen sind zueinander und zum Kompressor mittels Labyrinthhülsen festgelegt. Die Lager des Luftkompressors sind innerhalb einer kühleren Zone der Maschine angeordnet, als es die Turbinenstufe darstellt, so daß die Schmierung der Lager relativ einfach und wirtschaftlich durchzuführen ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Turbine gemäß Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und weist ein tragendes Turbinengehäuse 10 mit einem Lufteinlaß 14 und einem Abgasauslaß 16 auf. Der Lufteinlaß

14 wird von einem Einlaßgehäuse 11 bestimmt und durch einen Einlaßträgerteil 15 gestützt. Ein Radialgebläse oder Kompressor 18 ist innerhalb des Einlaßträgerteils

15 drehbar gelagert und weist hierzu einen vorderen Wellenstummel 19 und einen rückwärtigen Wellenstummel auf, die in einem vorderen Lager 20 bzw. einem rückwärtigen Lager 22 des Trägergehäuses 12 laufen. Das Trägergehäuse 12 ist mit dem Einlaßträgerteil 15 innerhalb des Lufteinlaßgehäuses 11 verbunden. Die Vorderseite des Kompressors 18 ist zum Lufteinlaß 14 offen und bei Drehung des Kompressors 18 saugt dieser Luft durch den Lufteinlaß 14 an und gibt komprimierte Luft über einen Diffusor 26 an eine ringförmige Verbrennungskammer 28 innerhalb des Turbinengehäuses 10 ab.

In der Verbrennungskammer 28 wird Brennstoff mit der komprimierten Luft vermischt und in der üblichen Weise gezündet. Die heißen und expandierenden Verbrennungsgase treiben die eigentliche Turbine an und gelangen in einen Abgaskanal 3 0 und ins Freie durch den Abgasauslaß 16. Im Abgaskanal 30 sind Leitvorrichtungen angeordnet und zwar ein Hochdruckdüsenkranz oder-leitrad 32 und ein Niederdruckdüsenkranz oder-leitrad 34, um auf den Gasstrom entsprechend aerodynamisch einzuwirken.

Mindestens eine vorzugsweise Turbinenstufen 36 und 38 sind innerhalb des Gehäuses 12 enthalten. Jede

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Turbinenstufe 36 oder 38 weist eine scheibenförmige Nabe 40 bzw. 41 und aerodynamisch gestaltete Turbinenschaufel 42 am äußeren Umfang der Radscheibe und innerhalb des Abgaskanals 30 auf. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die erste Turbinenstufe 36 eine Hochdruckstufe und zwischen dem Hochdruckleitrad und dem Niederdruckleitrad 34 angeordnet, während die zweite Turbinenstufe für Niederdruck ausgelegt ist und die aerodynamisch gestalteten Turbinenschaufeln 42 im Abgaskanal 30 hinter dem Niederdrucklaufrad 34 angeordnet sind.

Eine axiale Durchgangsbohrung 46 führt durch die Radscheiben 40 und 41 der Turbinenstufen 36 und 38 hindurch. Eine Bolzenschraube 48 mit konischem Kopf 56 reicht durch die Bohrungen 46 hindurch und weist am anderen Ende 50 ein Gewinde auf, das in eine Gewindebohrung 52 des rückwärtigen Kompressorstummels 21 eingreift. Labyrinthdichtungen 60 und 61 sind zwischen den Turbinenradscheiben 40 bzw. 41 und dem Kompressor-Wellenstummel 21 bzw. der Radscheibe 40 angeordnet und weisen Hülsen auf, die zur Ausrichtung der Turbinenstufen 36 und 38 sowie des Kompressors 18 und zu deren Verbindung dienen.

Das konische Ende 56 des Schraubbolzens 48 liegt an der rückwärtigen Oberfläche der Niederdruckturbinenstufe 38 an, so daß beim Anziehen der Schraubbolzen 48 die Turbinenstufen 36 und 38 am Kompressor 18 befestigt werden. Die Turbinenstufen 36 und 38 drehen sich also gemeinsam mit dem Kompressor 18.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Turbinenstufen 36 und 38 vom Kompressor 18 auskragend gestaltet sind und somit fliegend gelagert sind, d.h. nur die Lager 20 und 22 des Kompressors sorgen für eine Lagerung der Turbine innerhalb des Gehäuses 10. Da die Lager 20 und 22 des Kompressors nach vorne und stromauf zu dem Abgaskanal 30 angeordnet sind, sind die Lager 20 und 22 in einer relativ kühleren Zone des Motors angeordnet. Die Schmierung der Lager in der Kühlzone des Motors ist relativ einfach und führt nicht zu einer

raschen Verschlechterung des Schmiermittels.

Claims (11)

1. Teledyne Industries Inc.
   1901 Avenue of the Stars
   Los Angeles, CA 90067, USA

   Patentansprüche

   1 ./ Turbine mit folgenden Merkmalen: ein Turbinengehäuse (10) weist einen durch ein Einlaßgehäuse (11) bestimmten Lufteinlaß (14), einen Einlaßträgerteil (15), ein Trägergehäuse (12) und einen Abgasauslaß (16) auf; ein Luftkompressor (18) weist ein zum Lufteinlaß (14) offenes Ende auf;

   Lagereinrichtungen (20, 22) sind zur Lagerung des Kompressors (18) im Trägerteil (15) innerhalb des Turbinengehäuses (10) vorgesehen;

   Fluidkanäle sind in dem Turbinengehäuse zur strömungsmäßigen Verbindung des Lufteinlasses (14) mit dem Abgasauslaß (16) vorgesehen, darunter ein Abgaskanal (30), der an dem Abgasauslaß (16) endet;
   mindestens eine Turbinenstufe (36, 38) mit einem Schaufelkranz (42) ist in dem Abgaskanal (30) angeordnet; eine Befestigungseinrichtung (48) ist zur Befestigung mindestens der einen Turbinenstufe (36, 38) an den Luftkompressor (18) vorgesehen, so daß die mindest vorhandene Turbinenstufe (36, 38) im Turbinengehäuse lediglich durch die Kompressorlagereinrichtungen (19, 21) gelagert ist.
2. 2. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Turbinenstufen (36, 38).
3. 3. Turbine nach Anspruch 1 oder 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenstufe (36, 38) eine

   Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon 06121-562943/561998 Telex 4184237 Telefax (GII) 06121-567209 Telegramme Patentconsult RedecfcestraBe 43 8000 München 60 Telefon 089-883603 Telex 5212313 Telefax 059-8344618 Telegramme Patentconstult

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   Radscheibe (40, 41) aufweist und daß die Befestigungseinrichtung (48) einen Schraubbolzen beinhaltet, der mit einem Ende (50) am Kompressor (18) befestigt ist und mit dem anderen Ende (56) die Turbinenstufe (36, 38) hält.
4. 4. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (50) des Schraubbolzens (48) mit einem Außengewinde versehen ist und in eine Gewindebohrung (52) des benachbarten Endes des Kompressors (18) eingreift.
   
5. 5. Turbine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf des Schraubbolzens (48) einen Konus (56) aufweist.
6. 6. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur drehbaren Befestigung ein zusammengesetztes Lager (20, 22) aufweist.
7. 7. Turbine nach Anspruch 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (20, 22) stromauf von dem Abgaskanal (30) angeordnet ist.
8. 8. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Labyrinthhülse (60, 61) zwischen der Turbinenstufe (36, 38) und dem Kompressor (18) angeordnet ist.
9. 9. Turbine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Labyrinthhülse

   (61) zwischen dem Kompressor (18) und der ersten Turbinenstufe (36) und eine zweite Labyrinthhülse (60) zwischen den Turbinenstufen (36, 38) angeordnet ist.
10. 10. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (18) einen Wellenstummel (19) an einem Ende aufweist und daß die Einrichtung zur drehbaren Befestigung ein Lager (20) zwischen der Einlaßstruktur und dem Kompressor-Wellenstummel (19) aufweist.
11. 11. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (18) einen Wellenstummel (21) an einem Ende besitzt und daß die

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    drehbare Befestigungseinrichtung ein Lager (22) zwischen dem Trägergehäuse (12) und dem Kompressor-Wellenstummel (21) aufweist.