DE855754C

DE855754C - Lagereinrichtung fuer turbinengetriebene Geblaese

Info

Publication number: DE855754C
Application number: DEP30178D
Authority: DE
Inventors: Alfred Buechi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1946-01-21
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1952-11-17
Also published as: DK71116C; AT168504B; US2480095A; CH269292A

Description

Lagereinrichtung für turbinengetriebene Gebläse Die Erfindung bezieht sieh auf die besondere Ausbildung der Lagerung von turbinengetriebenen Gebläsen, bei welchen sich der mit dem Gebläserotor verbundene Turbinenrotor um einen feststehenden, von der kalten Gebläseseite her in das Gebläsegelliiuse eingeführten Lagerzapfen dreht.
Sie besteht insbesondere darin, daß das innere, gegen die Turbine hin untergebrachte Halslager auch als die Rotorwelle beidseitig in ihrer axialen Richtung haltendes Drucklager ausgebildet ist. Für die Aufnahme des Axialsrhubes in Richtung gegen das Gebläse ist der feststehende Lagerzapfen mit einer Schulter versehen, und für -den Schub in Richtung gegen die Turbine wird durch das Innere des feststehenden Lagerzapfens von der Tubinenseite her ein besonderer, demontierbarer Drucklagerteil mit voller oder hohler Spindel eingeführt und darin derart befestigt, daß er den Axialschub des Rotors in Richtung gegen die Turbine aufnimmt. Damit dieser Drucklagerteil in den Gebläse-und/oder Turbinenrotor im feststechenden Lagerzapfen eingeführt bzw. herausgenommen werden kann, wird im das Drucklager umgebenden Teil eine lösbare Verbindung, die von irgendwelcher Art sein kann, angeordnet. Der im Innern .des feststechenden Lagerzapfens eingeführte Drucklagerteil mit Führungsspindel oder -rohr kann ohne oder zusammen mit dem feststehenden Lagerteil so ausgebildet sein, daß es zur Zuführung des Schmieröls zu der einen oder anderen oder beiden Lagerstellen dient. Derselbe kann auch so ausgebildet sein, daß er zur Zufuhr von Schmieröl zur Lagerstelle, aber auch zu dessen Abfuhr aus dem Lager verwendet werden kann. Des ferneren kann er so ausgebildet sein, daß er zur Zu- und/oder Abfuhr von gegen die heiße Turbinenradsoheibe hin geleitetem Kühlmittel dient. Ferner kann er so ausgebildet sein, daß derselbe sowohl zur Zu- und/oder Abfuhr von Schmiermitteln zur bzw. von der Lagerstelle als auch zur Zu-und/oder Abfuhr von Kühlmitteln gegen die bzw. von der Turbinenscheibe dient. Die Ausbildung kann aber auch so getroffen sein, daß das Schmier-bzw. Kühlöl ganz oder teilweise durch Bohrungen im feststehenden Lagerteil zu- und/oder abgeführt wird.
Die Ausbildung wird so getroffen, daß der in den feststehenden Lagerzapfen eingeführte Drucklagerteil, wenn adjustiert, dort axial festsitzt und sich nicht drehen kann. Die Einstellung des richtigen Druckla:gerspiels kann z. B. außen am festen Lagerteil durch Unterlegen von Distanzblechen od. dgl. erfolgen. Die Öl- bzw. Kühlmittelzu- und/oder -abfuhr kann durch eine auf dem feststehenden Lagerzapfenteil oder dem darin eingeführten Drucklagerteil befestigte Vorrichtung erfolgen. Für das von der Schleudervorrichtung abgeschleuderte Öl werden am besten im Gebläsegehäuse außerhalb des feststehenden Lagerteils untergebrachte, relativ große und womöglich belüftete Räume und Ablaufkanäle vorgesehen.
Die Ausbildung für den Einbau des besonderen Drucklagerteils kann so getroffen sein"daß das Turbinenrad mit mindestens einem Gebläserad durch eine Hülse, auf welcher das Gebläserad befestigt ist, verbunden wind. Der einteilige, alle Lagerstellen einschließende Lagerteil mit dem Drucklagerteil wird zusammen mit dem festen Lagerteil von außen in die Hülse eingeführt und z. B. durch Drehen des Turbinenrades durch Gewinde befestigt. Der feste Lagerteil wird mit dem Gebläsegehäuse und der Lagerteil mit der Gebläseradhülse in axialer Richtung fest verbunden.
Mindestens ein Gebläserad kann aber auch auf dem alle Lagerstellen enthaltenden Lagerteil direkt aufgekeilt sein. Der letztere wird dann auf irgendeine Weise mit .der Turbinensöheibe verbunden. Bei einer solchen Ausführung kann zwischen dem drehbaren 'Lagerteil und der Turbinenscheibe noch ein besonderes Zwischenstück angeordnet werden, das so bemessen und ausgebildet ist, daß vom Turbinenrad nicht viel Wärme auf die Lagerteile übertragen wird. Damit die Turbinenscheibe nicht durchbohrt werden muß, kann dieses Zwischenstück durch eine in der Turbinenscheibe, aber nicht in den eigentlichen Nabenkern derselben hineinreichende Schraubenverbindung festgehalten werden. Selbstverständlich sind alle Sehraubenverbindungen zu sichern. Die Gebläseräder können durch Anpaß, Keil und besondere Muttern für sich festgehalten werden.
Die Ausführung kann auch so getroffen sein, daß das Turbinenrad mit einer Hülse ausgerüstet bzw. eine solche an dasselbe befestigt, z. B. angeschweißt ist, auf welche das Gebläserad aufgekeilt wird. Der sieh drohende Lagerteil kann als besonderes Stück in diese Hülse eingesetzt und in der Turbinenhülse gegen Drehung gesichert und auch axial gehalten sein. In diesem Fall kann sowohl das Gebläserad als auch der Lagerteil durch die gleiche Mutter und entsprechende Ansätze und Keile axial festgehalten werden.
Damit das Lagerschmieröl nicht zum- heißen Turbinenrad gelangt, kann der drehbare Lagerteil an seinem turbinenseitigen Ende mit einer Verschlußklappe versehen sein, welche nach Einsetzen des feststehenden und demontierbaren Drucklagerteils verschlossen wird. Diese sich drehende Verschlußklappe kann auch im Turbinenrad zentriert sein, wodurch eine turbinenseitige Zentrierung des Lagerteils herbeigeführt wird.
Der drehbare Lagerteil kann auch so ausgebildet sein, daß an dessen gebläseseitig äußerem Ende eine Ölschleudervorrichtung vorgesehen ist.
Zwecks Verminderung der an der Schleudervorrichtung abzuschleudernden Ölmenge nach der äußeren Lagerstelle kann ein Teil der Olmenge aus den Räumen um das innere 'Lager Eherum und aus der Nähe der Turbinenscheibe durch den feststehenden Lagerzapfen -hindurch nach außen gesondert abgeleitet werden. Zur Unterstützung eines raschen Abflusses der Olmengen kann auch, am besten zwischen den beiden Lagerstellen, atmosphärische oder Druckluft eingeführt werden. Eine diesbezügliche Vorrichtung zur Zufuhr von Druckluft als Sperrluft empfiehlt sich auch bei der Schleudervorrichtung für das 01, damit dasselbe nicht zum Gebläseeintritt gelangt.
Das innere Hals- und Drucklager wird vorteilhafterweise so gelegt, daß es möglichst nahe bzw. am Ort des Schwerpunktes des Turbogebläserotors sich befindet, damit auf dem äußeren, notgedrungen größeren Lager mit höherer Umfangsgeschwindigkeit nur ein möglichst kleiner Druck lastet.
In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Zahlen bezeichnet.
Fig. i stellt einen Axialsc'hnittdurch ein einstufiges, horizontal gelagertes Zentrifugalgebläse mit Gasturbinenantrieb dar, und in Fig. 2 sind die wesentlichen Teile in vergrößertem Maßstab in einem gleichen Schnitt gezeigt; Fig. 2 a ist eine Variante von Fig. 2; Fig. 3 und 4 zeigen, ebenfalls in Axialschnitten, die den Erfindungsgegenstand bildenden Bestandteile einer anderen Ausführungsart, und Fig. 5 stellt einen Axialsc'hnittdurch ein gasturbinengetriebenes Zentrifugalgebläse dar, welches vertikal angeordnet ist.
In Fig. i ist i das Gebläserad und 2 das Gasturbinenrad. Vom Gebl@äserad i wird ein Druckmittel in den Gebläsesammelraum 3 gedrückt und von dort durch den Stutzen 4 fort;geleitet. Bei der Gasturbine treten die Gase bei den Stutzen 5 und 6 ein und bei 7 aus. Der Turbogebläserotor 1, 2 ist auf dem feststehenden Lagerteil 8 drehbar gelagert, welcher im Gebläsegehäuseteil 9 befestigt ist. io ist der drehbare Lagerteil, welcher mittels des Gewindes i i in die mit der Turbinenscheibe verbundene Hülse 12 eingeschraubt ist. Anstatt die Hülse 12 aus einem Stück mit der Turbinenscheibe zu machen, kann dieselbe auch getrennt als Hülse 47 (Fig. 2 a) ausgebildet sein, welche durch Niete 48 mit der \al>e 23 des Gasturbinenrades 2 verbunden ist. Es sind am drehbaren Lagerteil io und am festen Lagerteil 8 zwei Lager 13 und 14 angeordnet. Erfindungsgemäß ist das Lager 14 gleichzeitig als Hals- und auch als den Axi,alschub in beiden Richtungen aufuehinendes Drucklager ausgebildet.
Die Ausbildung des Lagers 14 ist aus Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ersichtlich. Daraus geht hervor, daß der @xxialschub gegen das Gebläserad i hin von einer Schulter 15 aufgenommen wird, welche am feststehenden Lagerteil 8 angeordnet ist. Der axiale Schub gegen das Gasturbinenrad 2 ;hin wird dagegen von einem Drucklagerteil 6 aufgenommen. Dieser Drucklagerteil 16 besteht aus dem Drucklagerkopf 17 finit der Drucklagerfläche 18 und einer Spindel ig, durch welche der Drucklagerteil 16 im feststehenden Lagerteil 8 geführt und mit außerhalb des Gebläses liegender Mutter 2o axial festgehalten wird. Die Befestigung des Lagers 14 auf dem feststehenden Lagerteil 8 ist so ausgebildet, daß das notwendige Lagerspiel ein- bzw. nachgestellt werden kann, z. 13. durch Unterlegen von Beilagen usw. Das Schmieröl wird durch die Leitung 21 von außen zugeführt tind gelangt durch einen Zwischenraum zwischen der Spindel ig und dem feststehenden Lagerteil 8 zu beiden'Lagern 13 und 14 sowie nachher auch zum Raum 22 hinter der Nabe 23 des Turbinenrades 2. Auf der anderen Seite der Lager 14 und 13 gelangt das Schmieröl zu einer Schleudervorrichtung 24, welche am gebläseseitigen Ende des drehbaren Lagerteils io vorhanden ist. Diese Schleudervorrichtung 24 für das Schmieröl kann beliebiger Art sein. Um den Austritt von Schmieröl gegen den Gebläseeintritt zu ver'hin"dern, kann aus dem Gebläse, z. B. aus dem Raum 3, durch eine Bohrung 25 an geeigneter Stelle Sperrluft in diese Schleudervorrichtung 24 geleitet werden. Das abgeschleuderte Schmieröl gelangt durch eine Rohrleitung 26 nach außen. Der Abflußraum 26' kann mit einer Entlüftungsleitung 26" versehen sein. Wie in Fig. i dargestellt, kann auch das zur Kühlung des Turbinenrades 2 verwendete Kühlöl durch die Bohrung 27, Nvelche in dem demontierbaren Drucklagerteil 16, d. h. dessen Spindel ig, vorhanden ist, und die Leitung 26 abgeführt werden.
In Fig. 3 ist das Gebläserad i direkt auf dem drehbaren Lagerteil io aufgekeilt. Zwischen diesem und dem Turbinenrad 2 ist ein besonderes, zylindrisches Stück 29 vorhanden, das mittels der Schrauben 3o auf dem Lagerteil io befestigt ist. Die Befestigung des Stückes 29 auf dem Turbinenrad 2 geschieht mittels einer Schraube 31, welche in die Nabe 23 des Turbinenrades 2 eingeschraubt ist. Zwischen dem Stück 29 und dem Nabenzapfen 32 ist eine Keilverbindung 33 angeordnet. Der feststehende Lagerteil 8 hat eine Schulter 15 zur Aufnahme des Solitibes in Richtung des Gebläserades i. 1n diesem ist der Drucklagerteil 16 durch die Spindel ig gelagert, derart, daß das Lager 14 gleichzeitig als Hals- und als Drucklager ausgebildet ist. Der Druck gegen die Turbine wird durch den Drucklagerkopf 17 bzw. die Drucklagerfläche i8 aufgenommen.
Das Schmieröl wird durch die Zuleitungen 21" und 21' und den Raum 21 zu den Lagern 13 und 14 geleitet. Es gelangt dann von dort -durch den Raum 34, die Kanäle 35, den Raum 36 über das Lager 13 zur Schleudervorrichtung 24. Zur Entlüftung des Raumes 36 ist eine Entlüftungsleitung 37 vorgesehen. Die Sperrluft für die Schleudervorrichtung 24 gelangt aus dem Gebläseraum 3 durch die Bohrungen ? 5 und 38 zum feststehenden Teil 39 der Schleudervorrichtung 24.
Der drehbare Lagerteil io könnte aber auch direkt finit dem Turbinenrad 2 durch eine lösbare Verbindung verbunden sein, ähnlich wie in Fig. 2 gezeigt.
In Fig. 4 ist eine ähnliche Verbindung -des drehbaren Lagerteils io mit dem Turbinenrad 2 dargestellt, nur mit dem Unterschied, daß statt der Schrauben 3o das zylindrische Stück 29 auf den drehbaren Lagerteil io mittels Gewinde 4o aufgeschraubt ist.
In Fig. 5 ist das Turbinenrad2 mit einer Hülse 41 durch Schweißen verbunden, und auf dieselbe ist das Gebläserad i aufgekeilt. Der drehbare Lagerteil io ist als besonderes Stück in .diese Hülse 41 eingeschoben. 16 ist der demontierbare Drucklagerteil mit seiner Spindel ig. 13 und 14 sind die Lager. Das Lager 14 ist wieder als Drucklager ausgebildet, indem der feststehende Lagerteil 8 mit einer Schulter 15 versehen ist; auf der anderen Seite befindet sich der demontierbare Drucklagerteil 16. Der drehbare Lagerteil io ist bei dieser Ausführungsart oben mit einem Absahlußstück 42 versehen, das nach dem Einbringen des Drucklagerteils 16 angebracht wird. Dieses Abschlußstück 42 besitzt einen Zapfen 43, welcher in der Nabe 23 des Turbinenrades 2 zentriert ist.
Bei dieser Ausführung gelangt das Schmieröl durch den Raum 21 zu den Lagerstellen. Es kann aber von dort nicht mehr zum Turbinenrad 2 gelangen, weil der Raum 44 ihm gegenüber abgeschlossen ist. Alles 0I muß also durch den Raum 36 nach unten fließen. Ein Teil kann durch eine besondere Ableitung 45 durch den feststehenden Lagerteil 8 abfließen, der andere Teil gelangt zum Lager 13 und von dort zur Sahleudervorric'htung 24. Der Ablauf des Öls erfolgt durch die im feststehenden Lagerteil 8 angeordnete Rohrleitung 26. Ein Teil des C)ls kann aber auch noch durch weitere Ableitungen 46 vor Eintritt in die Schleudervorrichtung 24 abgefangen und nach außen geleitet werden.
Das Lager 14 wird vorteilhafterwei-se an der Stelle des Schwerpunktes des ganzen rotierenden Systems, bestehend aus Turbinen- und Gebläserad, ihrer Verbindung samt drehbarem Lagerteil und Schleudervorrichtung, angeordnet, um das mit größerer Umfangsgeschwindigkeit sich drehende Lager 13 möglichst zu entlasten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Lagereinrichtung für turbinengetriebene Gebläse, bei welcher der Turbogebläserotor auf einem in den Rotor hineinragenden feststehenden Lagerträger drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das innerste, gegen die Turbine hin untergebrachte Halslager ebenfalls als die Rotorwelle beidseitig in ihrer axialen Richtung haltendes Drucklager ausgebildet ist.
2. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Hals- und Drucklager sich am Ort des Schwerpunktes des zusammengetauten Gebläserotors befindet.
3. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des axialen Schubes in Richtung gegen das Gebläse der feststehende Lagerträger mit einer Schulter versehen und für den axialen Schub in Richtung gegen die Turbine hin von der Tubinenseite her ein besonderer demontierbarer Drucklagerteil durch den drehbaren Lagerteil und den fest-'stehenden Lagerträger eingeführt und in letzterem befestigt ist.
4. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einführung des demontierbaren Drucklagerteils im drehbaren und feststehenden Lagerteil im Innern des Turbogebläserotors eine lösbare Verbindung angeordnet ist, derart, daß beim Lösen des Turbinenrades vom drehbaren Lagerteil der demontierbare Drucklagerteil eingeführt werden kann.
5. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Lagerteil in der das Turbinenrad und mindestens ein Gebläserad verbindenden Hülse befestigt sind.
6. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der drdhbare Lagerteil durch die Befestigungsvorrichtung mindestens eines Gebläserades auf der Hülse ebenfalls festgehalten wird.
7. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gebläserad direkt auf dem drehbaren Lagerteil aufgekeilt ist und zwecks Einführung des Drucklagerteils zwischen dem drehbaren Lagerteil und dem Turbinenrad mindestens eine lösbare Verbindung vorgesehen ist. B.
Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Turbinenrad und dem mindestens ein Gebläserad tragenden Lagerkörper ein besonderes axiales Zwischenstück angeordnet und dieses durch eine möglichst zentral angeordnete Verbindung mit dem Tubinenrad verbunden ist. g.
Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Lagerteil als besonderes Stück in die das Turbinenrad mit mindestens einem Gebläserand verbindende Hülse eingebaut ist. io.
Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lager enthaltende drehbare Lagerteil gegen das Turbinenrad hin mit einem Abschluß versehen ist, der den Austritt des Schmieröls von den Lagern zum Turbinenrad verhindert und von letzterem aus die Wäremeiibertragung auf die Lager vermindert wird. i i.
Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Lagerteil durch einen Zapfen im "Zentrum des Turbinenrades festgehalten ist, damit bei der Wärmeausdehnung des Turbinenrotors und der mindestens ein Gebläserad mit i'hm verbindenden Hülse eine genaue Zentrierung des Rades mit den Lagern gesichert ist.
12. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d'aß der um den Lagerträger drehbare, alle Lager enthaltende Lagerteil ganz aus Lagermetall hergestellt ist.
13. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Lagerteil ganz aus Lagermetall hergestellt ist.
14. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, -daß der die Lager enthaltende drehbare Lagerteil an seinem offenen Ende mit Ölabschleudervorrichtungen versehen ist, welche den im Lagerteil befindlichen, mit Schmiermitteln erfüllten Raum gegen Schmiermittelverluste in den Luftraum außerhalb der Lagervorrichtung und gegen den Gebl;äseeintritt abdichten.
15. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den .Raum zwischen den festen und drehbaren Teilen der Abstreifvorridhtungen gegen den Gebläseeintritt hin mindestens eine Zuleitung angeordnet ist, durch welche Sperrluft gegen den Abfluß des abgestreiften Schmiermittels strömt.
16. Lagereinrichtung nach Anspruch i. dadurchgekennzeichnet, daß die Bohrung zur Einführung des demontierbaren Drucklagerteils auch zur Sdhmierölzufuhr und/oder -abfuhr zu und von den Lagern ausgebildet ist.
17. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung zur Einführung des demontierbaren Drucklagerteils auch zur Kwhlölzufuhr und/oder -abfuhr zur und von der Turbinenradnabe ausgebildet ist.
18. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zu- und/oder Abfuhr mit Schmiermitteln zu und von den Lagern Bohrungen im feststehenden Lagerteil angebracht sind. i9. Lagereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem feststehenden Lagerteil Bohrungen zur Belüftung der die Lager umgebenden Räume angeordnet sind.