Einrichtung zur Kühlung der Lager von Heissgasturbinen, insbesondere Abgasturbinen von Brennkraftmaschinen Die vorliegende Erfindung betrifft. eine Einrichtung zur Kühlung der Lager von Heissgasturbinen, insbesondere Abgasturbinen von Brennkraftmaschinen, auch nach dem Abstellen der Turbine.
Es ist bekannt, die Lager von Grasturbinen durch einen Kühlmittelstrom zu kühlen, um eine zu starke Erwärmung derselben durch die vom heissen Turbinenläufer abfliessende Wärme zu verhindern. Dies wird beispiels weise bei Abgasturboladern mit fliegender Anordnung der Läufer in der Weise vor genommen, dass man das Wellenstück zwi- sehen Lager und Turbinenläufer durch Düsen mit Drueköl bespritzt. Dabei wird das von der Welle ablaufende Öl gleichzeitig zur Sehmierung des Wälzlagers verwendet.
Das zur Kühlung und Schmierung erforderliche Öl wird dabei entweder dem Kreislauf der Brennkraft.maschine entnommen oder von einer Pumpe gefördert, deren Antrieb die Turbine selbst übernimmt.. Ein grosser Nach teil dieser Anordnung besteht darin, dass beim Stillsetzen der Anlage nach einer Betriebs periode hoher Leistung die von der heissen Turbinenscheibe zur Welle fliessende Wärme nicht mehr abgeführt werden kann, da die Ölkühlung infolge des Stillsetzens der mit der Brennkra.ftmaschine oder der Turbine gekuppelten Ölpumpe nicht in Tätigkeit ist.
Dadurch kann sowohl die Welle als auch das damit verbundene Lager mitunter so stark erhitzt werden, dass eine Beschädigung des Lagers eintritt.
Um diesen Nachteil zu beheben, wird er findungsgemäss vorgeschlagen, mit der zur Lagerkühlung vorgesehenen Druckölleitung einen mit Drucköl während des Betriebes aufladbaren Druckspeicher zu verbinden. Hierfür eignet sich beispielsweise ein ge- sehlossener Behälter, der vor der Inbetrieb nahme der Turbine mit Luft von atmosphä rischem Druck gefüllt ist. Diese Luft wird dabei mit Beginn der Ölförderung durch die Zahnradpumpe in dem Behälter auf den in der Ölleitung herrschenden Druck verdichtet. Beim Stillsetzen der Anlage sinkt der Druck in. der Ölleitung ab.
Infolge des in dem Be hälter herrschenden hohen Druckes ent spannt sich daher die darin befindliche Luft allmählich und drängt den Ölvorrat aus dem Behälter an die Kühlstelle. Durch Einbau einer Blende in die Verbindungsleitung von Behälter und Ölleitung kann die Entleerung des Ölbehälters beliebig gesteuert werden, wobei ein vor dem Abzweig angebrachtes Rückschlagventil ein Rückströmen des Öls aus dem Behälter zur Pumpe vermeidet. Als Druckspeicher kann jedoch auch ein in einem Zylinder verschiebbarer Kolben, der gewichts- oder federbelastet ist, verwendet werden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung hat gegenüber einem mit Flüssigkeitsgefälle arbeitenden Speicher den grossen Vorteil, dass deren Anbringling nicht platzgebunden ist, vielmehr ist es möglich, den zur Verfügung stehenden Raum in günstiger Weise auszu nutzen, indem man beispielsweise den Be hälter ringförmig ausbildet und konzentrisch zum Gebläsegehäuse anordnet. Dadurch wird mit einfachen Mitteln ein Kühlen der Lager auch nach Abstellen der Turbine möglich.
In der beiliegenden Zeichnung sind Aus führungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein Abgasturbogebläse mit fliegen der Anordnung der Laufräder und der Kühl- einriehtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 und 3 verschiedene Ausführungen des Druckspeichers, Fig. 4 eine andere Ausführungsform mit. zum Gebläse koaxial angeordnetem Drnekspei- eher.
In der Zeichnung ist mit. 1 das Turbinen rad und mit 2 das Gebläserad bezeichnet. Diese Räder sind auf einer Welle 3 angeord net, welche in Wälzlagern 4 und 5 im Cf- häuse 6 gelagert ist. Zur Kühlung der Lager während des Betriebes wird durch die Lei- tring 7 von einer nicht dargestellten Ölpumpe Öl zur den Düsen 8 und 9 gefördert und durch diese auf die Welle 3 aufgespritzt. Um ein Kühlen der Lager nach dem Abstellen der Turbine zu ermöglichen, wird in die Öllei tung ein Druckspeicher, z.
B. ein geschlosse ner Behälter 10, eingebaut, der durch ein Rohrstück 11, das in der Nähe des Behälter bodens mündet, mit der Ölleitung verbunden ist. Vor dem Ingangsetzen der Anlage ist der Behälter 10 mit Luft von atmosphärischem Druck gefüllt. Während des Betriebes der Turbine wird die Luft durch den in der Ölleitung herrschenden Druck auf einen höheren Druck verdichtet., da sich der Be hälter teilweise mit Öl füllt. Beim Abschalten der Turbine wird auch der ölzufluss in der Ölleitung unterbunden.
Die in dem Behälter 10 unter hohem Druck stehende Luft drückt, nun die im Behälter befindliehe Ölmenge durch die Leitung 7 an die zu kühlenden Stellen, bis der Druck im Behälter auf den Umgebungsdrnek abgesunken ist. Der Kühl vorgang kann durch eine im Abzweig 11 be findliche Blende 12 beliebig verzögen wer den. Um ein Rückfliessen des Öls vom Behäl ter zur Förderpumpe zu verhindern, ist kurz vor dem Abzweig ein Rückschlagventil 13 angeordnet.
In den Fig. 2 und 3 sind andere Aus führungsformen des Druekspeichers gezeigt, und zwar kann dieser auch aus einem (xefä3 1.1 bestehen, in welchem ein mit einem Ge wicht 15 belasteter Kolben 16 verschiebbar angeordnet ist. An Stelle des Gewichtes kann zum Belasten des Kolbens auch eine Feder 17, wie in Fig. 3 gezeigt, verwendet werden. An Stelle der verdichteten Luft übernimmt bei der Ausbildung des Druekspeichers nach Fig. 2 und 3 das Gewieht bzw. die gespannte Feder die Aufgabe, den Behälter zu entleeren.
In Fig. 4 ist eine besonders vorteilhafte Lösung der Unterbringung des Druckspei chers gezeigt. Wie bereits\ erwähnt, besteht. der Vorteil der Kühleinrichtung darin, dass diese gegenüber einem mit Flüssigkeitsgefälle arbeitenden Speicher nicht, platzgebunden ist. Aus diesem Grunde ist es beispielsweise möglich, den Behälter 10 ringförmig auszu bilden und koaxial zum Gebläseradgehäuse anzuordnen. Auf diese Weise wird ein beson ders raumsparender Druckspeicher geschaf fen.
Die Einrichtung nach Fig. 4 funktio niert im übrigen in der bereits oben beschrie benen Weise.
Device for cooling the bearings of hot gas turbines, in particular exhaust gas turbines of internal combustion engines. The present invention relates. a device for cooling the bearings of hot gas turbines, in particular exhaust gas turbines of internal combustion engines, even after the turbine has been switched off.
It is known to cool the bearings of gas turbines by means of a coolant flow in order to prevent the same from being excessively heated by the heat flowing away from the hot turbine rotor. This is done, for example, in the case of exhaust gas turbochargers with a floating arrangement of the runners in such a way that the shaft piece between the bearings and the turbine runners is sprayed with pressurized oil through nozzles. The oil draining from the shaft is used to seal the rolling bearing at the same time.
The oil required for cooling and lubrication is either taken from the circuit of the internal combustion engine or delivered by a pump whose drive is taken over by the turbine itself. A major disadvantage of this arrangement is that when the system is shut down after an operating period, it is higher Power the heat flowing from the hot turbine disk to the shaft can no longer be dissipated, since the oil cooling is not in operation due to the shutdown of the oil pump coupled to the internal combustion engine or the turbine.
As a result, both the shaft and the bearing connected to it can sometimes be heated to such an extent that the bearing is damaged.
In order to remedy this disadvantage, it is proposed according to the invention to connect a pressure accumulator that can be charged with pressure oil during operation to the pressure oil line provided for cooling the bearings. A closed container, for example, which is filled with air at atmospheric pressure before the turbine is started up, is suitable for this. This air is compressed by the gear pump in the container to the pressure prevailing in the oil line when the oil supply begins. When the system is shut down, the pressure in the oil line drops.
As a result of the high pressure prevailing in the container, the air contained therein expands gradually and forces the oil supply from the container to the cold spot. The emptying of the oil container can be controlled as required by installing a diaphragm in the connecting line between the container and the oil line, whereby a check valve installed in front of the branch prevents the oil from flowing back from the container to the pump. However, a piston which is displaceable in a cylinder and which is weight-loaded or spring-loaded can also be used as the pressure accumulator.
The device according to the invention has the great advantage over a memory that works with a liquid gradient that its attachment is not space-bound, rather it is possible to use the available space in a favorable manner by, for example, making the container ring-shaped and concentric with the fan housing . This enables the bearings to be cooled with simple means even after the turbine has been switched off.
In the accompanying drawing, exemplary embodiments of the device according to the invention are shown. 1 shows an exhaust gas turbo blower with the arrangement of the impellers and the cooling device in a schematic representation, FIGS. 2 and 3 different versions of the pressure accumulator, FIG. 4 shows another embodiment. Drnekspei- rather arranged coaxially to the fan.
In the drawing is with. 1 the turbine wheel and 2 denotes the impeller. These wheels are net angeord on a shaft 3 which is mounted in roller bearings 4 and 5 in the housing 6. To cool the bearings during operation, oil is conveyed by an oil pump (not shown) to the nozzles 8 and 9 through the conduction ring 7 and sprayed onto the shaft 3 through them. In order to enable cooling of the bearing after the turbine has been turned off, a pressure accumulator, eg.
B. a closed container 10 installed, which is connected to the oil line by a pipe section 11 which opens near the container bottom. Before the system is started up, the container 10 is filled with air at atmospheric pressure. During operation of the turbine, the air is compressed to a higher pressure by the pressure prevailing in the oil line, as the container is partially filled with oil. When the turbine is switched off, the oil flow in the oil line is also cut off.
The air under high pressure in the container 10 now pushes the amount of oil in the container through the line 7 to the points to be cooled until the pressure in the container has dropped to the ambient pressure. The cooling process can be delayed arbitrarily by a panel 12 in branch 11. In order to prevent the oil from flowing back from the Behäl ter to the feed pump, a check valve 13 is arranged shortly before the junction.
2 and 3 show other embodiments of the pressure accumulator, namely this can also consist of a (xefä3 1.1, in which a piston 16 loaded with a weight 15 is displaceably arranged. Instead of the weight, for loading the Piston can also be a spring 17, as shown in Fig. 3. Instead of the compressed air, in the construction of the pressure accumulator according to Figs. 2 and 3, the weight or the tensioned spring takes over the task of emptying the container.
In Fig. 4 a particularly advantageous solution for accommodating the Druckspei memory is shown. As already mentioned, there is. the advantage of the cooling device is that it is not space-bound compared to a storage device that works with a liquid gradient. For this reason, it is possible, for example, to form the container 10 in a ring shape and to arrange it coaxially with the impeller housing. In this way, a particularly space-saving pressure accumulator is created.
The device according to FIG. 4 works in the rest of the manner already described above.