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Gasturbinengetriebenes Gebläse, bei welchem der Gasturbinenläufer
mit(dem gleichachsig angeordneten Gebläseläufer durch eine Hülse verbünden ist Die
Erfindung bezieht sich auf gasturbinengetriebene Gebläse; bei 'welchen der-Turbinenläufer
mit dem Gebläseläufer- durch eine Hülse verbunden ist und die Lagerung- der ganzen
Läufergruppe durch ein mit dem Turbinenrad verbundenes, aber sonst an sich freies
.Wellenstück erfolgt.
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Es ist bekannt; daß bei einer durch Elektrornotor- angetriebenen Pumpe
ein außenlie-Bender Tragzapfen- von kleinem Durchmesser in dem uiülaufenden Schaufelträger
gelagert ist. Auch ist bekannt, daß bei gasturbinengetriebenen Gebläsen der am Turbinenrad
befindliche Wellenstummel und das Lagertragstückmit einerKühlvorrichtungversehen
sind. - _ Demgegenüber bezieht sich .der Erfindurigsgegenstand kauf eine besondere
Ausbildung; bei welcher erfindungsgemäß- das zur- Lagerung dienende -Wellenstück
am. Turbinenrad an einer zentral gelegenen Stelle von,. verglichen- mit dem Durchmesser
der Hülse,- verhältnismäßig kleinem Durchmesser zentrisch gehalten ist. Hierdurch
känn'sich die beide Räder verbindende Hülse infolge der--Wärmedehnung und, der Fliehkraftbeänspruchung
frei ausdehnen. Gasturbinen. arbeiten je nach ihrer Belastung mit um mehrere hundert
Grad verschiedenen Temperaturen. Deshalb wird sich die genannte Hülse ganz verschieden
ausdehnen. _ Eine Ausbildung nach, dem Erfindungsgegenstand hat den großen Vorteil,
daß die das Turbinenrad mit dem Gebläserad verbindende Zwischenhülse sich- durch
den Wärmeflüß vom Turbinenrad her bebebig ausdehnen kann und damit die genaue Zentrierüng"des
Turbinenrades bei allen Belastengen und Temperaturen der Gästurbirie trotzdem gesichert
bleibt.
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. Dabei :kann. in -Weiterbildung der Erfindung die Ausbildung so getroffen
sein, däß das der .Lagerung dienende Wellenstück einen mit dem Titrbinenräd verbundenen
Wellenzapfen.umgreift, oder es kann das Turbinenra;d:-eine neutrale Bohrung enthalten,
in welche eine Verlängerung des Lagerwellenzapfens hineinreicht. Zwecks axialer
Befestigung des Lägerwellenstückes und -des .Gebläserades am Turbinenrad kann das
Lagerwellenstück
außen mit einem Bund versehen sein, welcher auf
der mit dem Turbinenrad verbundenen Hülse aufliegt. Die Nabe des Gebläserades kann
mit Gewinde versehen sein, welches in eine entsprechende Gewindestelle der die beiden
Räder verbindenden Hülse eingeschraubt und dadurch der Bund der Tragwelle zwischen
Turbinen- und Qe#,: bläserad festgeklemmt wird. Diese Verbixi@@ dung kann auch auf
irgendeine andere Weise hergestellt werden. Die die beiden Räder verbindende Hülse
kann so ausgebildet sein, daß sie mit ihrem Ende in die Nabe des Gebläserades hineinreicht
oder diese umfaßt. Zum Festhalten der gegenseitigen axialen Lage von Turbinen- und
Gebläserad werden durch das Gebläserad und die Hülse gehende Sicherungszapfen oder
Schrauben angebracht.
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Das das Turbinenrad umschließende Turbinenaustrittsgehäuse wird zweckmäßigerweise
zweiteilig ausgebildet, so daß durch Abheben einer Gehäusehälfte sowohl das Turbinen-
als .auch das Gebläserad und die sie verbindende Hülse freigelegt werden können.
Das Eintrittsgehäuse für den Eintritt der Treibgase und die Turbine sowie der daran
anschließende, die Eintrittsdüsen tragende Ring werden vorteilhafterweise aus einem,
Stück hergestellt, um Dichtungsschwierigkeiten für die Gase von höherem Druck und
höherer Temp"erätür führenden Eintrittsleitungen zü vermeiden.
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Zwecks Kühlung der die beiden Räder verbindenden Hülse kann die hinter
dem Gebläserad entweichende Luft an dieser entlang und durch sie hindurch ins Innere
derselben, d. h. zur Lagerstelle selbst .und von dort ins Freie- geführt werden.
Durch diese Maßnahme wird ein Austreten von Schmieröl aus der Lagerstelle zum Gebläseeintritt
vermieden. Auch die inneren Teile der Tragwelle und die Lagerstellen selbst werden
dadurch gekühlt. Zwischen dem Turbinen- und dem Gebläseläufer werden im Turbinenaustrittsgehäuse
Dichtungsstellen angebracht, die gegenüber der Hülse abdichten. Dadurch können weder
die Kühlluft vom Gebläse in das Turbinengehäuse eintreten, noch die Gase aus letzterem
austreten. Damit aber andererseits vollkommen verhindert wird, daß die Gase aus
der Turbine zum Gebläserad hinübertreten können, können zwischen den Dichtungsstellen
für die aus der Turbine austretenden Gase Ableitungen unmittelbar ins Freie geführt
werden.
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Damit der sm Gebläsegehäuse festgeschraubte, die Lager enthaltende
Lagerträger gut zusammen- und auseinandergebaut werden kann, mag eine Vorrichtung
vorgesehen sein, welche in das Turbinenrad hineingeschraubt wird- und mit der -der
Läufer an einen Anschlag, z. B. gegen den Düsenring oder eine andere Tragstelle,
gezogen und damit festgehalten werden kann.
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Damit die Lagerwelle und der mit ihr verbundene Teil des Turbinenrades
sich bei den verschiedenen Betriebszuständen nicht stark .erwärmt und ausdehnt,
kann eine Kühlung 'oder Tragwelle vorgesehen werden. Zur Küh-':'kling kann zweckmäßigerweise
eine Bohrung @'@ ` der Lagerwelle selbst und auch am inneren ''feil des Turbinenrades
dienen.
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In den beiliegenden Zeichnungen wird der Erfindungsgegenstand durch
fünf Abbildungen in beispielsweisen Ausführungsformen näher veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Achse eines turbinengetriebenen
Gebläses, -wie .ein solches für den Betrieb zusammengebaut ist.
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Fig.2 zeigt einen gleichen Schnitt durch ein solches Gebläse, aber
in teilweise auseinandergebautem Zustand.
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Fig. 3 und q: stellen Außenansichten einer Gruppe entsprechend dem
Erfindungsgegenstand dar.
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Fig.5 veranschaulicht einen senkrechten Teilschnitt durch eine weitere
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
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In allen Figuren bezeichnen gleiche Zahlen gleiche oder entsprechende
Teile.
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i -ist das Turbinenrad, welches einerseits mit einer Hülse :2 fest
verbunden ist und zentral einen Wellenstummel 3 hat. q. ist ein Gebläserad, das
mit seiner Nabe 5 mittels einer Ringnute 6 auf die Hülse 2 geschoben und durch Zapfen
7 axial festgehalten wird. Die Hülse 2 besitzt eine Tragfläche ß und ein Gewinde
9, in welches die Nabe 5 des Gebläses q. hineingeschraubt wird. Dieses Gewinde hat
eine solche Gängigkeit, daß es sich beim Betrieb des Gebläses von selbst festzieht.
Zwischen der Nabe 5 und dem Turbinenrad i wird die Lagertragwelle io durch Hineinschrauben
der Gebläsenabe 5 in -die Hülse 2 auf die Tragfläche 8, gepreßt und damit festgeklemmt
und axial festgehalten. In die innere, nach dem Turbinenrad zu liegende Bohrung
ii in der Tragwelle iö reicht der mit dem Turbinenrad fest verbundene Zapfen 3 stramm
passend hinein. Dieser Zapfen 3 besitzt im Innern einen hohlen Raum 13 (von beliebiger
Form, wie ausgezogen oder strichpunktiert angedeutet), in welchen durch eine Bohrung
14 in der Tragwelle io, z. B. durch ein feststehendes Rohr 15, Kühlmittel zugeführt
wird, das außerhalb des Rohres abgeführt wird.
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Das Turbinenaustrittsgehäuse 16, 17 ist zweiteilig, was durch die
punktierte Trennfuge 18 dargestellt wird. Das -Turbineneintrittsgehäuse i9 ist hingegen
in diesem Aus-
Mlhrungsheispiel aus einem Stück hergestellt und
trägt ,gegen das Turbinenrad hin einen die Eintrittsdüsen enthaltenden Ring 2o.
Dieser umschließt das Turbinenrad- an, seinem äußeren Umfang: Das Austrittsgehäuse
16, i7-sei mit Kühlräumen Z.i und 22 versehen. Dainit.nun aber das vorteilhafterweise
nicht gekühlte heiße Eintrittsgehäuse z9 dennoch stets zentrisch zum Austrittsgehäuse
-16, 17 bleibt, können lereuzweise zwischen den drei Stücken 16, 17 und z9- Keile
23 und 24--angeordnet sein. Von diesen Keilen 23 und 24 sind auf' jedem gleichen
Durchmesser zwei Stück einander gegenüber außen in den Verbindungsflanschen
2,5, 26 und ?7- angeordnet.
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Durch die Hülse t hindurch ist ferner mindestens ein Verbindungskanal28
ins Innere geführt, damit die hinter dem Gebläseräd 4 durchgehende Luft ebenfalls
zur ' Lagefstelle 29 der - Tragwelle -lo gelangen kann. Durch die Wähl eines engen
,Spaltes 30 zwischen der Nabe 5 des Gebläses und der Lagertrag-Büchse 3-i wird möglichst
verhindert, daß die durch die Kanäle 28.-eintretende Luft gegen den Eintritt 32
des Gebläses: entweichen kann. Die durch die Kanäle 28 durchtretende Luft kühlt
die Hülse; -,- die mit Kühlrippen 33 -versehen sein kann, und dient .auch zur Kühlung
der Tragwelle-io und ihrer Lagerstellen: Damit die Gase- aus- der Turbine nicht
zum Gebläserad hinübertreten, sind Dichtungsstellen 34, 35 im Turbinenätistrittsgehäuse
16, 17
angeordnet; welche gegenüber der Hülse :2 abdichten. Damit gär keine
Gase zum Gebläserad hinübeftreten; kann zwischen diesen Dichtungen-eine ins Freie
führende Leitung angeschlossen werden. -Der Lagerträger 31 trägt eine Lagerbüchse
36. Zu dieser_Lagerbüchsewird das. Schmieröl= durch die Bohrung 37 zu- und durch
die Bohrung g8 abgeführt: 39 ist die Abspritzvorrichtung für* das- Schmieröl. Diese
soll verhindern, daß - dasselbe nach. außen treten kann. 40 ist die Abspritzvorrichtung
für das ausdeinRingraum i4austretendeKühlwasser. Zwischen beiden Abspritzvörrichtüngen
39
und- 4o ist ein entlüfteter Raum 41 vorgesehen, dem die Luft durch die
Bohrung: 42 zugeführt wird und aus welchem durch die Bohrung 43 Öl- oder Wassertröpfen
entweichen können: Statt Wasser kann auch Öl als KühlmitteFfür die Tragwelle verwendet
werden; da dann sowohl für'die Kühlung wie für die Schmierung das gleiche Mittel
zugeführt werden müß, vereinfachen sich die Bauteile für die Zu- und Abführung des
Lager- sowie des Kühlöls wesentlich.' In Fig. 2 sieht man nun-die Gebläsegruppe
im -halb: auseinändergebauten Zustand, indem dort der-Lagerträger 31 halb
herausgenommen ist. Dieser Lagerträger 31- ist'sönst fest mit dem Gebläseeintrittsgehäuse
44 verbunden.. -Damit -man diesen Lagerträger 3r ordnungsgemäß herausnehmen und
ebenfalls wieder ohne Schädigung der verschiedenen, eng neinanderliegenden Teile
hineinschieben 91.ann, wird vorerst das Turbinenrad z mittels des Bolzens 45, der
vorher ;in das Turbinenrad hineingeschraubt wird, durch- Anziehen der @Mutter.46
nach links gezogen, so daß das Turbinenrad mit seinen Schaufeln anliegt. Dieses
Anliegen kann beispielsweise, wie gezeichnet, an der konischen Fläche 47_ des Düsenringes
oder andernorts erfolgen. Dadurch. wird das Turbinenrad s und das mit demselben.
durch die Hülset verbundene Gebläserad 4. sowie die zwischen dem Turbinen-und dem
Gebläserad eingeklemmte Tragwelle rö festgehalten. Es kann! dann der Lagerträger
3 i trotz der vorhandenen kleinen Spielräume zwischen den -einzelnen Teilen gut
herausgenommen bzw. wieder hinengeschoben werden.
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Die Fig. z zeigt auch, was freigelegt wird, wenn die- obere Turbinenaustrittsgehäusehälfte
16 weggenommen ist. Man erhält dadurch :Zutritt zum Turbinenrad i; zur Hülse 2,-
zum Gebläserad 4 und auch zu der an diese anschließenden Diffusorschaufelung 48
und dem Diffusorgehäuse 4:9. Die Nut 50 bezeichnet einen Drückentlastüngskänal zwischen
den beiden Dichtungsstellen 34, 35, durch welche- die Gase aus -der Dichtungsstelle
- entweichen .können.
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In der Fig. 3 sieht man das Gebläse seit-.lich von@aüßen; man erkennt
deutlich die beiden Turbinenaustrittsgehäusehälften 16, 17 mit ihrer Trennfuge 18,
die äußeren Flansche 2,5. des Türbineneintrittsstückes sowie das Diffüsorgehäüse
49. 51 ist eine Leitung; welche die Abgase aus der Nut 5o -nach Fig: ins
Freie führt.
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Fig. 4 ist eine Ansicht von der Turbinenseite. Man sieht zwei Gaseintritte
52, 53 im einteiligen Gaseintrittsstück ig, ferner die beiden Türbinenäustrittsgehäuseteile
16, i7, zwei Gasableitungen 51 und dahinter das . Diffusorgehäuse 49. -In Fig' 5
ist eine ändere beispielsweise Verbindung zwischen Turbinenrad i,- der Lagerwelle
lo, der Hülse 2 und dem Gebläseräd 4 dargestellt. Die Hülse 2 ist ein besonderes
zylindrisches Stück, auf welches auf -der einen Seite das Gebläserad 4 und auf der
anderen Seite das Turbinenrad i, letzteres in Verbindung mit der Lagertragwelle
io- befestigt wird., Statt daß wie nach Fig: i und 2 die Verbindung dieser Teile
durch ein in der Hülse 2 befindliches Gewinde erfolgt, wird bei dieser Ausführungsart
in den Wellenstummel 3 des Turbinenrades z - ein Bolzen 54 mit Gewinde 55 eingeschraubt:.
Die
Hülse 2 besitzt eine Tragfläche 8 und wird auf die Lagertragwelle
aufgeschoben. Damit beide Teile sich miteinander drehen, sind sie durch Keile 56
verbunden. Will man nun das Gebläserad g. samt Hülse 2 mit dem Turbinenrad i verbinden,
so wird die Tragwelle io auf den Wellenstummel. 3 aufgesteckt und dann die Mutter
57 so angezogen, daß keine axiale Verschiebung der Teile mehr stattfinden kann.,
_ d. h. die gegen das Turbinenrad hin liegende Stirnwand der Hülse 2 muß auf dem
Tragring 58 gut aufliegen. Dadurch wird erzielt, daß eine volkommen starre Verbindung
zwischen den Rädern i und 4 besteht: Die Tragfläche 58 wird vorteilhafterweise mit
solch kleiner Tragfläche ausgebildet, daß die Berührungsfläche des heißen Turbinenrades
mit der Hülse :2 eine sehr kleine ist, damit vom heißen Turbienrad her kein großer
Wärmeübergang auf die Hülse 2 und von dort auf die Lagerwelle sowie das Gebläserad
erfolgt. Damit das Turbinenrad die Lagertragwelle sicher mitnimmt, wird auch zwischen
den Teilen 3 und. io eine Keilverbindung 59 untergebracht. Es ist auch hier
eine Lagerbüchse 36 vorgesehen mit zwei Lagerstellen 29. Die Ölzufuhr geschieht
durch die Bohrungen 37, und zwar einerseits zu den beiden Lagerstellen 29 sowie
auch andererseits in das hohle Innere 6o des Bolzens-54. Das ins Innere 6o dieses
Bolzens eintretende Öl dient zur Kühlung des Bolgens ,54 und des Wellenstummels
3. Das Öl tritt an den Stellen 61 auf die äußere Seite des Bolzens 54 und gelangt
von dort zu den Austrittslöchern 62 und in den Ablaufraum 38 und von dort nach außen.
Dieses Öl kühlt also namentlich außer dem Wellenstummel 3 das Innere der Tragwelle
io und damit auch die Lagerstellen 29. Das aus den letzteren austretende Öl wird
z. B. mittels Ölabstreifvorrichtungen 63 aufgefangen und ebenfalls in den Raum 38
geführt. Seitlich wird die Tragwelle durch die Bünde 64 und 65 gehalten. Durch bestimmte
Einstellung der Mutter 66 kann ein gewisses Spiel zwischen der drehbaren Tragwelle
io und der feststehenden Lagerbüchse 36 eingestellt werden. Die Lagerbüchse 36 wird
durch die Tragbüchse 31 gehalten, und diese letztere wird in das Gebläsegehäuse
44 eingesetzt. Damit auch in diesem Fall Gebläseluft zu den Lagerstellen geführt
wird, können Öffnungen 28 in der Hülse 2 angebracht sein, Im, gezeichneten Fall
liegen dieselben an der Stelle der Dichtungen 35.