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Läufer für abgasgetriebene Lader und Brennkraftturbinen Bei einwelligen
Turbinen- und Verdichterstufen, die mit sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben
werden, ist @es schwierig, die Welle für unterkritischen Lauf ausreichend zu bemessen,
was aber mit Rücksicht auf die Kleinheit des Spiels und damit auf den Wirkungsgrad
besonders wichtig ist. Es kommt hinzu, daß die Wellen nach den Lagern zu wesentlich
dünner gemacht werden müssen, weil sonst die Zapfenumfangsgeschwindigkeiten zu groß
werden. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß bei den hohen Zapfengeschwindigkeiten
die auf das Schmieröl wirkenden Schleuderkräfte die Haftfähigkeit des Öles am Zapfen
stark verringern, so daß besonders große Ölmengen für die Schmierung gebraucht werden.
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Es ist bei der Lagerung schnell umlaufender Teile bekannt, die hohl
ausgebildete Welle auf einem in sie eingreifenden Zapfen laufen zu lassen. Von diesen
bekannten Lagerungen unterscheidet sich die den Gegenstand der Erfindung bildende
in der Hauptsache dadurch, daß die Welle auf beiden Enden, Bohrungen, und zwar nur
von verhältnismäßig geringer Länge besitzt, in die je ein @entsprechend kurzer,
auf die Wellenenden beschränkter fester Zapfen eingreift. Dadurch wird es möglich,
die Umfangsgeschwindigkeit :an den Gleitflächen der Lagerstellien gegenüber den
bekannten Einrichtungen ierheblich herabzusetzen. Außerdem wird dadurch, daß die
Lagerbohrungen auf die Enden der im übrigen im wesentlichen massiv bleibenden Wellen
von geringem Durchmiesser beschränkt bleiben, der den bekannten Einrichtungen anhaftende
Übelstand vermieden, daß die Festigkeit des Läufers gegenüber der Wirkung der Fliehkräfte
erheblich beeinträchtigt wird. Auch dadurch wird es möglich,
die
Drehzahl des Läufers ohne Gefährdung des Betriebes auf einen sehr hohen Wert zu
steigern, was bekanntlich besonders für Brennkraftturbinen von großer Bedeutung
ist.
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Ein weiterer wesentlicher Fortschritt des Erfindungsgegenstandes gegenüber
den bekannten Lagerungen besteht darin, daß die Wellenstirnflächen für die Längslagerung
herangezogen werden können, wodurch das bei bekannten Lagerungen für diesen Zweck
vorgesehene Kugellager, das bei den in Frage kommenden hohen Drehzahlen nur ganz
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ringe Achsschübe aufnehmen kann, vermieden und gleichzeitig die Betriebssicherheit
erhöht wird. Dies Merkmal stellt im Zusammenhang mit dem Haupterfindungsgedanken
der Lagerund der Welle auf zwei festen Zapfen.
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Weitere Verbesserungen werden sich im Verlauf der nachstehenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergeben, die in der Zeichnung in
einem teilweisen Längsschnitt durch eine Turbinenwelle mit zwei Laufrädern veranschaulicht
ist.
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Die Welle i, an die die Verdichterschaufeln 2 und die Turbinenschaufeln
3 unmittelbar angesetzt oder angeschmiedet sind, ist an den Enden mit kurzen Bohrungen
q, versehen, in welche die beiden Lagerzapfen 5 eingreifen. Die Bohrungen können
dabei bis in den Wellenteil reichen, der die Schaufeln trägt, *,venn die dadurch
bedingte Schwächung der Welle bei den Beanspruchungen des Materials durch die Fliehkräfte
der Schaufeln noch zulässig ist. Zur Vermeidung von Kerbwirkungen können die Bohrungen
innen ausgerundet oder, "vie in der Zeichnung angedeutet, etwas ausgeschärft werden.
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Durch diese Ausführung ist es möglich, die Wellenlänge zwischen den
Lagern außerordentlich kurz zu halten und außerdem die Welle bis ans Ende mit dem
vollen Durchmesser durchzuführen. Dabei ist es wichtig, daß das Trägheitsmoment
an den Enden: der Welle durch Bohrungen für die Lager nur wenig herabgesetzt wird.
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Die Sclunierölzuführung erfolgt durch die Bohrungen 6, und das öl
tritt nach Durchströmen der Zapfenlagerstellen an den äußeren Stirnflächen der Wellenenden
aus. Die zum Auffangen und Abführen des Schmieröls erforderlichen Räume rücken damit
nach außen, so daß hierdurch die Baulänge der Welle zwischen den Lagern, die für
die kritische Drehzahl maßgebend ist, nicht vergrößert wird. Natürlich ist es möglich,
die Welle gegenüber der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführung noch über
die Zapfenlagerstellen 5 nach außen zu verlängern, um günstigere Verhältnisse für
die Schmierölabführung zu schaffen. Die Stirnflächen der Welle können dabei unmittelbar
als Drucklager ausgeführt werden und nötigenfalls durch Bunde 7, wie in der Zeichnung
links angedeutet, vergrößert werden. Auch ist es ohne weiteres möglich, an Stelle
der beiden Drucklager an beiden Enden den Bund an einem Ende für eine Lagerung zur
Aufnahme von Achsschüben nach beiden Richtungen auszubilden.
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Die Lagerung kommt naturgemäß vor allem für solche Turbinenverdichter
in Frage, bei denen die gesamte Leistung der Turbine oder der größte Teil derselben
für den Antrieb der Verdichterstufe gebraucht wird. Es lassen sich jedoch auch überschußleistungen
der Turbine durch Zapfen kleineren; Durchmessers, die durch die vergrößerte Bohrung
6 nach außen geführt werden, abnehmen, ohne daß hierdurch eine Beeinträchtigung
der beschriebenen günstigen Bauart bezüglich der kritischen Drehzahl eintritt. Dabei
ist es gleichgültig, ob dieser nach außen geführte Wellenstumpf mit der Hauptwelle
aus einem Stück hergestellt ist oder ob er fest oder l3snehmbar in die Hauptwelle
eingesetzt ist.
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Auf die außerordentlich günstige Schmierwirkung der Zapfenlager 5
bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten mag noch besonders hingewiesen werden. Dag durch
die Bohrung 6 zugeführte Schmieröl erhält an den umlaufenden Wandungen der Bohrung
4. eine gewisse Umfangsgeschwindigkeit, so daß das Schmieröl fest an der umlaufenden
Lagerfläche anliegt und gut haftet. Da auch die Haftwirkung an dem ruhenden Zapfen
5, der mit Schmiernuten versehen sein kann, sehr günstig ist, können wesentlich
höhere Umfangsgeschwindigkeiten angewendet werden als bei den üblichen Wellenlagerungen.
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Um ein zu schnelles Durchfließen des öles durch die Lagerungen nach
eingetretenem Verschleiß und vergrößertem Lagerspiel zu verhindern, kann, wie in
der Zeichnung rechts dargestellt, ein Ring 8 angeordnet werden; er wird mit dem
Zapfenlager eüigeschoben und klemmt sich dann in der Welle fest. Im Betrieb bewirkt
er, daß das Lager mit einem mehrere Millimeter dicken umlaufenden ölring versehen
ist, weil das öl dann nur über den inneren Durchmesser des Ringes 8 austreten kann.
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Bei Verbrennungsturbinen mit sehr hohen Temperaturen werden die Wellenenden
durch das Schmieröl in den Bohrungen q. bereits in ausreichendem Maße gekühlt. Zur
Erhöhung der Dauerstandsfestigkeit des Materials der Welle und des inneren Teils
der Turbinenschaufeln kann es jedoch zweckmäßig sein, einen Teil des ölstromes durch
die gestrichelt angedeutete Bohrung g zu leiten und dadurch die Welle zu kühlen.
Dabei ist es z«-eckmäßig, nicht durch beide Zapfenlager öl
zuzuführen,
sondern nur durch eines und die Bohrung im anderen Lager für- die Kühlölabführung
zu verwenden.
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Bemerkt sei, daß die Kühlung der Laufräder von Brennkraftturbinen
durch ein Kühlmittel, das durch eine Längsbohrung der Welle geführt wird, an sich
nicht neu ist und daß es auf anderen Gebieten, z. B. bei der Lagerung von Kompaßkreiseln,
der Räder von Uhren sowie bei der Bearbeitung von Werkstücken auf Drehbänken und
Schweißmaschinen, bekannt ist, die sich drehendem Teile zwischen feststehenden Zapften
(Spitzen:) zu lagern.