DE930958C

DE930958C - Runner for gas and exhaust gas turbines

Info

Publication number: DE930958C
Application number: DEK14657A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl-Ing Homola; Georg Oberlaender
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1952-06-28
Filing date: 1952-06-28
Publication date: 1955-07-28

Description

Läufer für Gas- und Abgasturbinen Bei Läufern für Gas- und Abgasturbinen muß dem `'Wärmeschutz ihrer Lagerstellen besondere Sorgfalt zugewendet werden. Beispielsweise ist es bekannt, durch Anordnung wärmeisolierender oder schlecht wärmeleitender Körper zwischen dem heißen Turbinenrotor und der Läuferwelle das Wärmeleitvermögen von dem heißen Rotor in die Welle zu den Lagerstellen möglichst klein zu halten.Rotors for gas and exhaust gas turbines For rotors for gas and exhaust gas turbines special care must be given to the thermal protection of their bearings. For example it is known by arranging heat-insulating or poorly heat-conducting bodies between the hot turbine rotor and the rotor shaft the thermal conductivity of to keep the hot rotor in the shaft to the bearings as small as possible.

Der Wärmeübergang kann ferner klein gehalten werden durch die Verwendung von Kühlmitteln an den Stellen, ü1uer welche im wesentlichen der Wärmeübergang erfolgt.The heat transfer can also be kept small through the use of coolants at the points where the heat is essentially transferred.

Eine weitere Möglichkeit des Wärmeschutzes besteht darin, daß man der Wärme gestattet, einen anderen Weg leichter zu gehen als den vom heißen Turbinenrotor in die Läuferwelle.Another possibility of thermal protection is that one which allows heat to take a different route more easily than that of the hot turbine rotor into the rotor shaft.

Die Erfindung macht von der zuletzt genannten Möglichkeit Gebrauch und hat- einen besonders günstigen Aufbau eines Läufers für Maschinenanlagen der eingangs genannten Art zum Gegenstand. Die Erfindung knüpft an die bekannten Läufer für Gas- und Abgasturbinen an, bei denen eine topfförmige Hohlwelle vorgesehen ist, an deren Bodenaußenseite der Turbinenrotor und auf deren Mantelteil der Gebläserotor angeschlossen sind und in deren Inneres ein nie Lager der Läuferwelle aufnehmender Rohrträger hineinragt.The invention makes use of the last-mentioned possibility and has a particularly favorable design of a rotor for machine systems of the type mentioned at the beginning to the subject. The invention ties in with the known runners for gas and exhaust gas turbines with a cup-shaped hollow shaft, on the bottom outside of the turbine rotor and on the casing part of the fan rotor are connected and inside a never receiving bearing of the rotor shaft Pipe support protrudes.

Die Erfindung besteht darin, daß an der Bodeninnenseite der als Wärmeschirm dienenden Topfwelle die eigentliche Läuferwelle lösbar angeschlossen i,st, wobei der Ouerschnitt des Bodenteiles der Topfwelle in Richtung der Wärmeleitung zum Gebläse größer ist als die Berührungsstellen auf seiner Innenseite mit der eigentlichen Läuferwelle.The invention consists in that on the inside of the floor as a heat shield serving pot shaft the actual rotor shaft is detachably connected i, st, wherein the cross section of the bottom part of the pot shaft in the direction of the heat conduction to the fan is larger than the points of contact on its inside with the actual Rotor shaft.

Die erfindungsgemäß gestaltete, zwischen dem heißen Turbinenrotor und der Läuferwelle liegende topfförmige Hohlwelle leitet die vom heißen Turbinenrotor kommende Wärme in ihren Mantelteil und damit in das Gebläse und drosselt den Wärmeübergang von der heißen Turbine zur Läuferwelle, oder mit anderen Worten, die größte Menge der vom Turbinenrotor ankommenden Wärme fließt zum Gebläse, während ein nur ganz geringer Teil über die Läuferwelle zu deren Lagerstellen durchfließen kann, wo sie durch entsprechende Anordnung von Kühlmitteln, z. B. Durchspülung von Schmieröl, abgeführt wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Anordnung bewirkt also mit einfachen Mitteln einen wesentlich stärkeren Wärmeschutz der Lagerstellen der beschriebenen Maschinengattung und ermöglicht es., die Turbine heißer zu betreiben. Es kann eine im Ausmaß :geringere Rückkühlung des Kühl- bzw. Schmieröles vorgesehen werden, ohne daß sich höhere Lagertemperaturen einstellen als bei den bisher bekannten Anordnungen. Vorteilhaft weiden weiterhin die Berührungsstellen bzw. die Berührungsflächen der Turbine mit der Außenseite des Bodens der Hohlwelle und gegebenenfalls der Läuferwelle mit der Innenseite des Bodens so klein wie möglich gehalten und beschränken sich vorzugsweise in Form kleiner Butzen nur auf die unmittelbare Umgebung der Befe.stigungs- und Zentrierstellen.The one designed according to the invention, between the hot turbine rotor and lying on the rotor shaft cup-shaped hollow shaft leads the from heat coming from the turbine rotor in their shell part and thus in the fan and throttles the heat transfer from the hot turbine to the rotor shaft, or with it In other words, most of the heat coming from the turbine rotor will flow to the fan, while only a very small part goes through the rotor shaft to its bearing points can flow through, where they can by appropriate arrangement of coolants, such. B. Flushing of lubricating oil. The arrangement on which the invention is based causes So with simple means a much stronger thermal protection of the bearing points of the type of machine described and enables. To operate the turbine hotter. A lower level of recooling of the cooling or lubricating oil can be provided without setting higher storage temperatures than with the previously known Arrangements. The contact points or the contact surfaces also advantageously graze the turbine with the outside of the bottom of the hollow shaft and possibly the rotor shaft with the inside of the floor kept as small as possible and limit yourself preferably in the form of small slugs only on the immediate vicinity of the fastening and centering points.

Durch die zuletzt genannte zusätzliche Maßnahfne wird bewirkt, daß schon die vom Turbinenrotor kommende Wärmemenge klein. gehalten wird und außerdem die Wärmemenge, die möglicherweise in die Läuferwelle eintreten kann, ebenfalls klein gehalten wird.The last-mentioned additional measure has the effect that the amount of heat coming from the turbine rotor is already small. is held and besides the amount of heat that can possibly enter the rotor shaft, too is kept small.

Durch die Anordnung zusätzlicher wärmeisolierender Körper zwischen der Turbinenscheibe und der topfförmigen Hohlwelle und gegebenenfalls auch zwischen der eigentlichen Läuferwelle und der Innenseite des Wellenbodens kann der Wärmefluß noch verstärkt gedxoaselt werden.By arranging additional heat-insulating bodies between the turbine disk and the cup-shaped hollow shaft and optionally also between the actual rotor shaft and the inside of the shaft bottom can be the heat flow be even more drugged.

Außerdem kann eine Verstärkung des Wärmeschutzes der Lagerstellen durch die Anordnung zusätzlicher, z. B. mit Luft oder Öl arbeitender Kühleinrichtungen vorzugsweise an der Welle oder an den Lagern selbst erreicht werden.In addition, the thermal insulation of the bearing points can be strengthened by arranging additional, z. B. with air or oil working cooling devices preferably on the shaft or on the bearings themselves.

Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.Further features of the invention are explained with reference to the drawing.

Abb. i gibt einen Längsschnitt durch ein Abgasturbogebläse wieder; Abb. 2 zeigt den Anschlußflansch der Läuferwelle des Abga-sturbogebläses nach Abb. i in axialer Draufsicht.Fig. I shows a longitudinal section through an exhaust gas turbo fan; Fig. 2 shows the connection flange of the rotor shaft of the exhaust gas fan according to Fig. i in an axial plan view.

Die Scheibe i einer Radialturbine 2 ist über eine Wärmedehnungen ausgleichende Hülse 3 und mittels Paßstiften q. und Schraubenbolzen 5 mit einer topfförmigen Hohlwelle 6 an der Außenseite des Topfbodens verbunden. Am Mantelteil der Hohlwelle 6 ist das Gebläse 7 angeordnet. Die eigentliche Läuferwelle 8 ist an der Innenseite des Bodens der Hohlwelle 6 angeschlossen und in zwei Lagern 9 und io geführt, die ihrerseits in einem in die hohle Topfwelle 6 hineinragenden Rohrträger i i angeordnet sind. Die Berührungsstellen zwischen der Turbinenscheibe i und der Hohlwelle 6 sowie zwischen der Läuferwelle 8 und der Hohlwelle 6 sind butzenartig ausgebildet, wobei die in Abb.2 erkennbaren Butzen 2q: so klein wie möglich gehalten sind und sich auf die unmittelbare Umgebung der Schraubenbolzen 5 und der Paßstifte 4. beschränken, welche die Übertragung des Drehmomentes und die Befestigung der .drei Teile i, 6 und 8 gegeneinander bzw. die Zentrierung bewirken. Die zweifach gelagerte Hohlwelle 8 wird von Kühlöl durchspült, welches an dem Flanschstück zwischen dem Wellenende und der Innenseite des Bodens der topfförmigen Welle 6 sowie zu den Lagern 9 und io nach außen austreten kann. Hierdurch wird erreicht, daß die Welle 8 während des Betriebes der Maschine dauernd von dem Öl auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, außerdem nimmt der Gebläserotor durch seine Berührung mit der geförderten Luft eine bestimmte Temperatur an, die nur sehr wenig durch die geringe Wärmemenge beeinflußt wird, welche von der Turbine über die Wärmeausdehnungsdifferenzen ausgleichende Hülse 3 und die Hohlwelle 6 dem Gebläserotor zugeführt werden kann. Hierdurch -wird ein Temperaturgleichgewicht erreicht, welches sich so einstellt, daß sowohl die Läuferwelle 8 als auch die Hohlwelle 6 und das Gebläse 7 keine unzulässigen Temperaturen annehmen können. Das Schmier- bzw. Kühlöl fließt vom Falltank 12 durch die Hohlwelle 8,zu den Lagern 9 und io, aus denen es austritt und zum Ölsumpf 15 abfließt. Der Ölbehälter bzw. Falltank 12 wird durch eine Ölfördereinrichtung, z. B. eine Pumpe 13, während des Betriebes der Anlage dauernd voll Öl gehalten, wobei das zuviel geförderte 01 über den Überlauf 1q. in den Ö1,sumpf 15 abfließen kann. Die zentrale Anordnung .des Ölbehälters 12 bzw. 15 im Mittelteil des Ansaugschachtes 17 des Gebläses 7 sorgt für eine ausreichende Rückkühlung des durchlaufenden Öles.The disk i of a radial turbine 2 is via a sleeve 3 compensating for thermal expansion and by means of dowel pins q. and screw bolts 5 connected to a cup-shaped hollow shaft 6 on the outside of the cup base. The fan 7 is arranged on the casing part of the hollow shaft 6. The actual rotor shaft 8 is connected to the inside of the bottom of the hollow shaft 6 and is guided in two bearings 9 and io, which in turn are arranged in a pipe support ii protruding into the hollow pot shaft 6. The points of contact between the turbine disk i and the hollow shaft 6 as well as between the rotor shaft 8 and the hollow shaft 6 are slug-like, the slugs 2q: shown in Fig Limit dowel pins 4, which cause the transmission of torque and the attachment of the .three parts i, 6 and 8 against each other or the centering. The double-bearing hollow shaft 8 is flushed with cooling oil, which can escape to the outside at the flange piece between the shaft end and the inside of the bottom of the cup-shaped shaft 6 and to the bearings 9 and io. This ensures that the shaft 8 is constantly held by the oil at a certain temperature during the operation of the machine, and the fan rotor also assumes a certain temperature due to its contact with the conveyed air, which is only very little influenced by the small amount of heat which can be fed to the fan rotor from the turbine via the sleeve 3 compensating for the differences in thermal expansion and the hollow shaft 6. As a result, a temperature equilibrium is achieved which is set in such a way that neither the rotor shaft 8 nor the hollow shaft 6 and the fan 7 can assume any inadmissible temperatures. The lubricating or cooling oil flows from the drop tank 12 through the hollow shaft 8 to the bearings 9 and io, from which it emerges and flows off to the oil sump 15. The oil container or drop tank 12 is by an oil conveyor, for. B. a pump 13, kept constantly full of oil during the operation of the system, with the too much pumped 01 over the overflow 1q. can drain into the Ö1, sump 15. The central arrangement of the oil container 12 or 15 in the middle part of the intake duct 17 of the fan 7 ensures sufficient re-cooling of the oil flowing through.

Zwecks weiterer Drosselung des Wärmeüberganges von der Turbine an andere Bauelemente wird vorteilhaft auf der dem Gebläse zugewandten Seite der Turbinenscheibe ein gegen Wärmestrahlung schützender Schirm 18 vorgesehen, der durch Leckluft des Gebläses, die auf einer oder auf beiden Seiten des Schirmes entlang geführt werden kann, kühl gehalten wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die bei z9 austretende Leckluft durch den Spaltraum 2o und das Labyrinth 23 auf die dem Gebläse zugekehrte Seite des Schirmes 18 geführt und durch den Kanal ei und über die Gehäusetrennstelle 22 nach außen abgeführt. Der starke Wärmeschutz ist erwünscht., um den Gebläserotor möglichst kalt zu halten, damit er ausreichend viel Wärme aus der Welle 6 aufnehmen kann, um die Welle 8 bzw. deren Lagerstellen gegen schädlichen Wärmeeinfluß zu schützen.For the purpose of further throttling the heat transfer from the turbine other components are advantageous on the side of the turbine disk facing the fan a shield 18 protecting against thermal radiation is provided, which is protected by air leakage from the Fan that is guided along one or both sides of the screen can be kept cool. In the illustrated embodiment, the at z9 leaking air through the gap 2o and the labyrinth 23 on the dem Fan facing side of the screen 18 out and through the channel egg and over the housing separation point 22 discharged to the outside. Strong thermal protection is desirable., to keep the fan rotor as cold as possible so that it gets enough heat the shaft 6 can accommodate the shaft 8 or its bearing points against damaging To protect heat influence.

Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt also die Möglichkeit, daß sich während des Betriebes der Maschine zwischen Turbine und Gebläse ein Temperaturgleichgewichtszustand einstellen kann, der die Temperatur der Läuferwelle nur wenig beeinflußt und so einen wirksamen Temperaturschutz für die Lagerstellen bildet.The arrangement according to the invention thus gives the possibility that a temperature equilibrium state between the turbine and the fan during operation of the machine can adjust which only slightly affects the temperature of the rotor shaft and thus forms an effective temperature protection for the bearing points.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann überall da Verwendung finden, wo ähnliche Betriebs- und Gestaltungsbedingungen vorliegen, wie bei einem Abgasturbogebläse.The invention is not limited to the illustrated embodiment, but can be used wherever there are similar operating and design conditions exist, as in the case of an exhaust gas turbo fan.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Runner for gas and exhaust gas turbines with a cup-shaped Hollow shaft, on the bottom outside of the turbine rotor and on the shell part of the Fan rotor connected .sind and inside the bearings of the rotor shaft receiving pipe support protrudes, characterized in that on the inside of the bottom the actual rotor shaft is detachably connected to the pot shaft serving as a heat shield is, where the cross section of the bottom part of the pot shaft in the direction of the `i 'sleeve line to the fan is larger than the points of contact on its inside with the rotor shaft.

2. Runner according to claim i, characterized in that the contact points or the contact surfaces of the turbine with the outside of the bottom of the hollow shaft and possibly the rotor shaft with the inside of the base in the form of small slugs are designed that only affect the immediate vicinity of the fastening and limit centering points.

3. Runner according to claim I or 2, characterized in that that between the turbine disk and the cup-shaped hollow shaft and optionally also between the actual rotor shaft and the inside of the pot bottom known heat-insulating bodies are arranged. ,

4. Runner according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the rotor shaft in a known manner with additional cooling devices, e.g. B. for liquid or air cooling provided is,

5. Runner according to one of the preceding claims, characterized in that that turbine disk, cup-shaped hollow shaft and rotor shaft and possibly existing Isolating washers by means of dowel pins and penetrating all of the components mentioned Bolts are connected and centered.

6. Runner after one of the previous ones Claims, characterized in that on the side facing the fan Turbine disk is provided with a shield protecting against heat radiation.

7th Runner according to Claim 6, characterized in that air leaks from the fan along one or both sides of the shield protecting against thermal radiation Attached publications: German Patent No. 686814; U.S. Patent No. 2,322,824; Switzerland. Bauzeitung, 8d. 70, No. 18 of May 3, 1952, p.264 ..