DE1003511B

DE1003511B - Device for cooling the bearings of hot gas turbines, in particular exhaust gas turbochargers of internal combustion engines

Info

Publication number: DE1003511B
Application number: DEM23137A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Eberle; Konrad Schaertl
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1954-05-20
Filing date: 1954-05-20
Publication date: 1957-02-28

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Nachkühlen der Lager von Heißgasturbinen, insbesondere Abgasturboladern von Brennkraftmaschinen, mittels eines während des Betriebes vom Öldruck aufgeladenen und sich nach Abschalten oder Ausfall der ölpumpe selbsttätig entleerenden Hilfsbehälters.The invention relates to a device for after-cooling the bearings of hot gas turbines, in particular Exhaust gas turbochargers of internal combustion engines, by means of an oil pressure charged during operation and after switching off or failure of the oil pump automatically emptying auxiliary container.

Es ist bekannt, die Lager von Gasturbinen durch einen Kühlmittelstrom zu kühlen, um eine zu starke Erwärmung derselben durch die vom heißen Turbinenläufer abfließende Wärme zu verhindern. Dies wird beispielsweise bei Abgasturboladern mit fliegender Anordnung der Läufer in der Weise vorgenommen, daß man das Wellenstück zwischen Lager und Turbinenläufer durch Düsen mit Drucköl bespritzt. Dabei wird das von der Welle ablaufende öl gleichzeitig zur Schmierung des Wälzlagers verwendet. Das zur Kühlung und Schmierung erforderliche öl wird dabei entweder dem Kreislauf der Brennkraftmaschine entnommen oder von einer Pumpe gefördert, deren Antrieb die Turbine selbst übernimmt. Ein großer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß beim plötzlichen Stillsetzen der Anlage nach einer Betriebsperiode 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 Brennkraftmaschine 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.It is known to cool the bearings of gas turbines by a flow of coolant in order to be too strong To prevent heating of the same by the heat flowing off from the hot turbine rotor. this will for example in the case of exhaust gas turbochargers with a floating arrangement of the runners in such a way that that the shaft piece between the bearing and the turbine rotor is sprayed with pressurized oil through nozzles. The oil running off the shaft is used to lubricate the rolling bearing at the same time. That The oil required for cooling and lubrication is either supplied to the internal combustion engine taken or conveyed by a pump, the drive of which is taken over by the turbine itself. A big disadvantage of this arrangement is that when the system is suddenly stopped after a High power operating period, not the heat flowing from the hot turbine disk to the shaft more can be dissipated, since the oil cooling as a result of the shutdown of the internal combustion engine or the turbine-coupled oil pump is not in operation. This allows both the wave as the associated bearing can sometimes be heated to such an extent that the bearing is damaged entry.

Um diesem Mangel abzuhelfen, hat man daher schon vorgeschlagen, die Lager nach dem Abstellen der normalen Schmier- und Kühlmittelzufuhr mittels einer besonderen elektrisch betriebenen Schmierölpumpe zu kühlen. Diese Maßnahme erfordert jedoch einen erheblichen technischen Mehraufwand. Man hat auch schon bei Dampfturbinen Behälter mit einem höheren Lageniveau als Hilfsschmierbehälter ver-' wendet, welche bei Ausfall der Schmiermittelpumpe den Lagern das erforderliche Schmieröl zuführen. Bei modernen aufgeladenen Brennkraftmaschinen, welche auf kleinstem Raum angeordnet sind, ist jedoch eine derartige Ausführung nicht brauchbar, weil die Unterbringung eines Behälters mit höherem Lageniveau Schwierigkeiten bereitet.In order to remedy this deficiency, it has therefore already been suggested that the camps after parking the normal supply of lubricant and coolant by means of a special electrically operated lubricating oil pump to cool. However, this measure requires considerable additional technical effort. One has Even in steam turbines, tanks with a higher level than auxiliary lubrication tanks are used which, if the lubricant pump fails, supply the bearings with the required lubricating oil. In modern supercharged internal combustion engines, which are arranged in a very small space, is However, such a design not useful because the accommodation of a container with higher Situation level causes difficulties.

Hier zeigt nun die Erfindung einen Weg, wie trotz geringen Aufwandes und ohne Beanspruchung zusätzlichen Raumes das Nachkühlen der Lager von Heißgasturbinen, insbesondere Abgasturboladern von Brennkraftmaschinen mittels eines während des Betriebes vom Öldruck aufgeladenen und sich nach Abschalten oder Ausfall der ölpumpe selbsttätig entleerenden Hilfsbehälters einfach und sicher be-Einrichtung zum Nachkühlen der LagerHere the invention now shows a way of how, despite little effort and without stress, additional ones Space to cool the bearings of hot gas turbines, especially exhaust gas turbochargers Internal combustion engines by means of an oil pressure charged during operation and after Switching off or failure of the oil pump, which empties automatically, is easy and safe to set up to cool the bearings

von Heißgasturbinen,of hot gas turbines,

insbesondere Abgasturboladernespecially exhaust gas turbochargers

von Brennkraftmaschinenof internal combustion engines

Anmelder:Applicant:

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg A. G., Augsburg 2, Stadtbachstr. 7Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg A. G., Augsburg 2, Stadtbachstr. 7th

Dr.-Ing. Fritz Eberle, Stadtbergen bei Augsburg,Dr.-Ing. Fritz Eberle, Stadtbergen near Augsburg,

und Konrad Schärtl, Augsburg,and Konrad Schärtl, Augsburg,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

wirkt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Hilfsbehälter als Druckspeicher ausgebildet und ringförmig innerhalb des Gebläsegehäuses angeordnet ist.can be effective. This is achieved according to the invention in that the auxiliary container is used as a pressure accumulator is formed and is arranged in a ring within the fan housing.

Der Hilfsbehälter ist zu diesem Zweck geschlossen und vor der Inbetriebnahme der Turbine mit Luft von atmosphärischem Druck gefüllt. Diese Luft wird 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 Behälter herrschenden hohen Druckes entspannt 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 Öles aus dem Behälter zur Pumpe vermeidet.The auxiliary tank is closed for this purpose and with air before the turbine is started up filled by atmospheric pressure. This air is generated when the oil is pumped through the gear pump compressed in the container to the pressure prevailing in the oil line. When the system is shut down the pressure in the oil line drops. Relaxed as a result of the high pressure prevailing in the container Therefore, the air in it gradually and pushes the oil supply from the container to the cold spot. By installing a cover in the connection line between the tank and the oil line, the drainage of the oil tank can be controlled as required, with a check valve in front of the branch prevents the oil from flowing back from the tank to the pump.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.In the drawing, an embodiment of the device according to the invention is shown.

In der Zeichnung ist mit 1 das Turbinenrad und mit 2 das Gebläserad bezeichnet. Diese Räder sind auf einer Welle 3 angeordnet, welche in Wälzlagern 4 und 5 im Gehäuse 6 gelagert ist. Zur Kühlung der Lager während des Betriebes wird durch die Leitung 7 von einer nicht dargestellten ölpumpe öl zu den Düsen 8 und 9 gefördert und durch diese auf die Welle 3 aufgespritzt. Um ein Nachkühlen der Lager beim Abstellen der Turbine zu ermöglichen, wird in die Ölleitung ein Druckspeicher, z. B. ein geschlossener Behälter 10, eingebaut, der durch einIn the drawing, 1 designates the turbine wheel and 2 designates the fan wheel. These wheels are on a shaft 3 which is mounted in roller bearings 4 and 5 in the housing 6. To cool the Bearing during operation is supplied with oil through line 7 from an oil pump (not shown) the nozzles 8 and 9 and sprayed onto the shaft 3 by them. To cool the bearings afterwards to enable when turning off the turbine, a pressure accumulator, z. B. a closed one Container 10, built-in, through a

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Rohrstück 11, das in der Nähe des Behälterbodens mündet, mit der Ölleitung verbunden ist. Die in dem Behälter 10 unter hohem Druck stehende Luft drückt nach Stillsetzen der Brennkraftmaschine die im Behälter befindliche ölmenge durch die Leitung 7 an die zu kühlenden Stellen, bis der Druck im Behälter auf den Umgebungsdruck abgesunken ist. Der Kühlvorgang kann durch eine im Abzweig 11 befindliche Blende 12 beliebig verzögert werden. Das Rückfließen des Öles vom Behälter zur Förderpumpe wird durch ein kurz vor dem Abzweig angeordnetes Rückschlagventil 13 verhindert. Um möglichst wenig zusätzlichen Raum zu beanspruchen, ist der Behälter 10 ringförmig ausgebildet und konzentrisch zum Gebläseradgehäuse angeordnet.Pipe section 11, which is near the container bottom opens, is connected to the oil line. The high pressure air in the container 10 pushes after the internal combustion engine has been shut down, the amount of oil in the container through line 7 the areas to be cooled until the pressure in the container has dropped to ambient pressure. The cooling process can be delayed as required by a diaphragm 12 located in branch 11. The reflux of the oil from the container to the feed pump is through a check valve arranged shortly before the branch 13 prevented. In order to take up as little additional space as possible, the container 10 is ring-shaped formed and arranged concentrically to the impeller housing.

Claims

PATENT APPROACH:

1. Device for cooling the bearings of hot gas turbines, in particular exhaust gas turbochargers of internal combustion engines, by means of an oil pressure charged during operation and themselves after switching off or failure of the oil pump automatically emptying auxiliary container, characterized in that, that the auxiliary container (10) is designed as a pressure accumulator and is annular within of the fan housing is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the connecting line of The pressure accumulator and the pressure oil line open near the bottom of the tank.

3. Device according to claim 1, characterized in that in the connecting line of Container and pressure oil line a diaphragm is arranged.

4. Device according to claim 1, characterized in that before the branch to the container a check valve is provided in the spray oil line.

Considered publications:
British Patent No. 644592;
U.S. Patent Nos. 2604188, 2,551,660;
»Techn. Rundschau ", Vol. 46 (1954), No. 6, p. 5; Stodola: "Steam and Gas Turbines", 1st edition, Springer-Verlag, Berlin (1924), pp. 617 and 618.

1 sheet of drawings

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