DE1210625B

DE1210625B - Flow machine, especially gas turbine engine

Info

Publication number: DE1210625B
Application number: DED38936A
Authority: DE
Inventors: Christian Schmitz; Dipl-Ing Werner Bruder
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1962-05-17
Filing date: 1962-05-17
Publication date: 1966-02-10

Description

Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbinentriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Gasturbinentriebwerks, mit feststehender, mit der Außenwand des Maschinengehäuses über Radialstreben verbundener, die Läuferlager tragender Achse.Turbo machine, in particular gas turbine engine The invention refers to the design of a turbo machine, especially a gas turbine engine, with fixed, connected to the outer wall of the machine housing via radial struts, the axis supporting the rotor bearings.

Es sind Gasturbinentriebwerke bekannt, bei denen die einzelnen Laufräder, die radial innen je eine Luftverdichterschaufelreihe und radial außen je eine Gasturbinenschaufelreihe und dazwischen je einen die Luftverdichterströmung gegen die zu ihr entgegengesetzt gerichtete Gasturbinenströmung abdeckenden koaxialen Ring tragen, auf einer im Maschinengehäuse angeordneten feststehenden Achse frei drehbar gelagert sind, wobei diese Achse über radial gerichtete Stützwände, die radial außen Verdichter- und Turbinenleitschaufeln tragen, mit der Außenwand des Triebwerksgehäuses fest verbunden ist. Die Lagerung der Laufräder auf der Achse erfolgt in herkömmlicher Weise über mit ihrem Innenring auf der Achse sitzende Wälzlager, deren Außenringe mit den Laufrädern rotieren. Eine solche Lagerung der Laufräder erweist sich jedoch bei sehr hohen Drehzahlen, wie sie bei Gasturbinentriebwerken auftreten, als mangelhaft. Die hierbei auftretenden großen Fliehkräfte »weiten« die Laufradnabe, also den Sitz für den äußeren Wälzlagerring, über das übliche Maß auf, so daß ein schädliches Lagerspiel entsteht, das zu unruhigem Lauf und vorzeitigem Verschleiß der Wälzlager führt sowie gefährliche Schwingungserscheinungen erzeugt. Bei einer bekannten Bauart ist die Lagerachse hohl ausgebildet und dient zur Leitung von verdichteter und gekühlter Luft für verschiedene Verwendungszwecke, wie zum Kühlen von Lagern oder als Arbeitsluft zum Betätigen von Kolben bei Stehgetrieben. Ferner ist im Hohlraum der Lagerachse ein Rohr fest verlegt, in dem Brennstoff über einen Luftkühler zu den Brennern des Triebwerks transportiert wird.Gas turbine engines are known in which the individual impellers, one air compressor blade row each radially on the inside and one gas turbine blade row each radially on the outside and in between each one the air compressor flow against the one opposite to it Directed gas turbine flow covering coaxial ring wear on one in the machine housing arranged fixed axis are freely rotatable, this axis over radially directed support walls, the compressor and turbine guide vanes radially on the outside wear, is firmly connected to the outer wall of the engine housing. Warehousing the running wheels on the axle are carried out in a conventional manner with their inner ring Rolling bearings seated on the axle, the outer rings of which rotate with the running wheels. Such a bearing of the impellers turns out to be at very high speeds, as they occur in gas turbine engines, as defective. The occurring here large centrifugal forces "widen" the impeller hub, i.e. the seat for the outer rolling bearing ring, beyond the usual extent, so that a harmful bearing play arises, which is too restless Running and premature wear of the roller bearings leads to dangerous vibration phenomena generated. In a known design, the bearing axis is hollow and serves for the conduction of compressed and cooled air for various purposes, such as for cooling bearings or as working air for actuating pistons in standing gears. Furthermore, a pipe is permanently laid in the cavity of the bearing axis, in which the fuel is over an air cooler is transported to the burners of the engine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Läufer, deren Naben radial außen gelagert sind, eine für diesenFall besonders geeignete feststehendeAchse zu schaffen, die sowohl in bezug auf die bauliche Anordnung der Laufräder vorteilhaft gestaltet als auch im Hinblick auf die Versorgung der Laufradlager mit Betriebsmitteln, wie Schmieröl und Sperrluft, zweckentsprechend ausgebildet ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die beidseitige Abstützung der Lagerachse im Maschinengehäuse unter Berücksichtigung der ins Auge gefaßten radialen äußeren Lagerung der Laufradnaben in konstruktiven Einklang mit der Versorgung dieser Außenlager mit Betriebsmitteln zu bringen und diese Aufgabe in vorteilhafter Weise zu lösen. Die Lösung der Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Lagerachse in ihrem mittleren Bereich einen zylindrischen, im Längsschnitt doppel-T-förmigen Ansatz (Achsansatz) trägt, in dem auf beiden Seiten hineinragende Naben der anliegenden Läufer in Lagern abgestützt sind, und daß die Lagerachse an ihren beiden äußeren- Enden über lösbar verbundene Teile, welche die -Außenlager der Läufer tragen, in den Streben des Maschinengehäuses abgestützt ist.The invention is based on the object for runners, their hubs are mounted radially on the outside, a fixed axis particularly suitable for this case to create, which is advantageous both in terms of the structural arrangement of the impellers designed as well as with regard to the supply of the impeller bearings with operating resources, such as lubricating oil and sealing air, is designed appropriately. It is also a task of the invention, the two-sided support of the bearing axis in the machine housing under Consideration of the planned radial outer bearing of the impeller hubs in constructive harmony with the supply of these external storage facilities with operating resources to bring and to solve this task in an advantageous manner. The solution to the task is according to the invention that the bearing axis in its central area carries a cylindrical, in longitudinal section, double-T-shaped attachment (axle attachment), supported in bearings in the hubs of the adjacent runners that protrude on both sides are, and that the bearing axle is releasably connected at its two outer ends Parts that carry the outer bearings of the runners in the struts of the machine housing is supported.

In Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, in dem zylindrischen, im Längsschnitt doppel-T-förmigen Achsansatz und in den an den Achsenden befindlichen besonderen Bauteilen Schmiermittelkanäle zu verlegen, Schmiermittelversorgungs- und -sammelräume anzuordnen und Schmiermitteleinspritzdüsen für die Läufer- vorzusehen.In an embodiment of the invention, it is further proposed in the cylindrical, in the longitudinal section double-T-shaped axle and in the one located at the axle ends special components to lay lubricant channels, lubricant supply to arrange and collecting spaces and to provide lubricant injection nozzles for the runners.

Ferner dient im Rahmen der Erfindung der Hohlraum der Lagerachse zum Transport von Lagersperrluft und zur Lagerung einer Welle für den Antrieb von Hilfsaggregaten des Triebwerks.Furthermore, the cavity of the bearing axis is used in the context of the invention Transport of bearing sealing air and for the storage of a shaft for the drive of auxiliary units of the engine.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further details of the invention emerge from the subclaims.

Gegenüber bekannten Bauarten, bei denen die Lagerachse lediglich zur Anordnung der Laufräder im herkömmlichen Sinn dient und die Streben an den beiden Enden der Lagerachse in einfacher Weise nur zum Tragen und Befestigen derselben dienen, sind erfindungsgemäß die Lagerachse und die an ihren Außenenden vorgesehenen.Abstützstreben bzw. die hier eingesetzten Bauteile in besonderer Weise ausgebildet zur Anordnung von Laufrädern, deren Naben radial außen abgestützt sind. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g.1 ein Gasturbinentriebwerk im axialen Längsschnitt, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der F i g. 1 und F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-111 der Fig. 1.Compared to known types in which the bearing axis is only used for Arrangement of the impellers in the traditional sense is used and the struts on the two Ends of the bearing axis in a simple manner only for carrying and securing the same serve, according to the invention, the bearing axis and the support struts provided at their outer ends or the components used here designed in a special way for arrangement of impellers, the hubs of which are supported radially on the outside. In the An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows Fig.1 a gas turbine engine in an axial longitudinal section, FIG. 2 a section after Line II-II of FIG. 1 and F i g. 3 shows a section along the line IH-111 of FIG. 1.

Im Maschinengehäuse des Triebwerks ist eine Lagerachse 11 angeordnet, die im Bereich der einander benachbarten Lager 12 und 13 der Läufer 14 und 15 einen zylindrischen, im Längsschnitt doppel-T-förmig ausgebildeten Achsansatz 16 aufweist. Dieser dient zur Aufnahme der vorgenannten beiden Lager 12 und 13, die sich auf dem Tragring 16' in radialer Richtung nach außen hin abstützen. Die beiden Enden 17 und 18 der Lagerachse 11 sind über besondere Bauteile 19, 20, 21 einerseits und 22, 23, 24, 25 andererseits mit in radialer Richtung nach außen verlaufenden Gehäusestützstreben 51 und 52 fest verbunden. Die besonderen Bauteile dienen gleichzeitig zur Anordnung und zum Einbau der beiden äußeren Läufer 26 und 27. An dem einen Lagerachsende 18 dienen die besonderen Bauteile auch zur Anordnung und Lagerung von über den Umfang verteilten Zahnrädern 28 eines Getriebes 29, das zwischen dem äußeren Ende der Nabe 15' des Läufers 15 und dem äußeren Ende einer innerhalb der Achse 11 gelagerten Welle 30 geschaltet ist, die einerseits Pumpen 31 zum Fördern des frischen Schmiermittels 49 sowie Pumpen 31' zum Absaugen des von den Lagern 12, 13, 26; 27 kommenden Rücklaufschmiermittels 50 und andererseits eine Schmiermittelschleuder 32 antreibt, die zur Ausscheidung der Luft aus dem mit Sperrluft 48. versetzten Rücklaufschmiermittel 50 dient. Im Hohlraum der Welle 30 wird das mit Sperrluft 48 versetzte Rücklaufschmiermittel 50 von einer der Pumpen 31' zur Schleuder 32 gefördert.In the machine housing of the engine, a bearing shaft 11 is arranged which, in the area of the adjacent bearings 12 and 13 of the rotors 14 and 15, has a cylindrical shaft extension 16 that is double-T-shaped in longitudinal section. This serves to accommodate the aforementioned two bearings 12 and 13, which are supported on the support ring 16 'in the radial direction towards the outside. The two ends 17 and 18 of the bearing axis 11 are firmly connected via special components 19, 20, 21 on the one hand and 22, 23, 24, 25 on the other to housing support struts 51 and 52 extending outward in the radial direction. The special components serve at the same time for the arrangement and installation of the two outer rotors 26 and 27. At one end of the bearing axis 18, the special components also serve for the arrangement and storage of gears 28 distributed over the circumference of a gear 29, which is located between the outer end of the hub 15 'of the rotor 15 and the outer end of a shaft 30 mounted within the axis 11, which on the one hand pumps 31 for conveying the fresh lubricant 49 and pumps 31' for sucking off the from the bearings 12, 13, 26; 27 coming return lubricant 50 and on the other hand drives a lubricant centrifuge 32, which serves to separate the air from the return lubricant 50 mixed with sealing air 48. In the cavity of the shaft 30, the return lubricant 50 mixed with sealing air 48 is conveyed by one of the pumps 31 ′ to the centrifuge 32.

Am Achsansatz 16 sind für die Lager 12 und .13 Düsen 33 und 34 angeordnet, die diese Lager mit frischem Schmiermittel 49 beschicken und die von einem radial nach außen verlaufenden Schmiermittelkanal 35 versorgt werden. Auch für die äußeren Lager 26 und 27 sind Schmiermitteldüsen 36 und 37 vorgesehen, zu denen Schmiermittelkanäle 38 und 39 führen. Im Hohlraum der Lagerachse 11 verläuft eine Schmiermittelrohrleitung 40; welche die Verbindung herstellt zwischen den Sehmiermittelkanälen 38 und 35.Nozzles 33 and 34 are arranged on the axle shoulder 16 for the bearings 12 and 13, which feed these bearings with fresh lubricant 49 and those of a radial outwardly extending lubricant channel 35 are supplied. Also for the outside Bearings 26 and 27 are provided with lubricant nozzles 36 and 37, to which lubricant channels 38 and 39 lead. A lubricant pipe runs in the cavity of the bearing shaft 11 40; which establishes the connection between the seizing agent channels 38 and 35.

Wie insbesondere die F i g. 3 zeigt, ist der Bauteil 25; der gleichzeitig den Fuß für die Strebe 52 bildet, in Kammern 53 und 54 eingeteilt. In die Versorgungskammer 53 mündet eine Leitung 55, die über die Gehäusestreben 51 und 52 verläuft und durch -die frisches Schmiermittel 49 geleitet wird. Aus der Versorgungskammer 53 führt der Kanal 39 durch den Bauteil 24 zur Düse 37. Das Rücklaufschmiermittel 50 aus dem Lager 27 sammelt sich in der Kammer 54 und wird von dort durch eine der Pumpen 31' über eine Leitung 56 wieder abgesaugt.As in particular the F i g. 3 shows component 25; the same time forms the foot for the strut 52, divided into chambers 53 and 54. In the supply chamber 53 opens a line 55 which runs over the housing struts 51 and 52 and through -the fresh lubricant 49 is passed. From the supply chamber 53 leads the channel 39 through the component 24 to the nozzle 37. The return lubricant 50 from The bearing 27 collects in the chamber 54 and is from there by one of the pumps 31 'is sucked off again via a line 56.

Im Tragring 16' sind ferner Rücklaufkanäle 58 vorgesehen, durch die das aus ;dem Lager 13 kommende; mit Sperrluft 48 versetzte Rücklaufschmiermittel 50 in den Rücklaufraum 60 gelangen kann. Zu den Kanälen 58 führen außerdem schräge. Stichbohrungen 59 (F i g. 2), um den Ablauf des Rücklaufschmiermittels aus dem Einbauramm des Lagers 13 zu beschleunigen. Der Rücklaufraum 60 mündet in einer Förderdüse 61 aus, so daß die Drehbewegung des Läufers 14 zur Rückförderung des Rücklaufschmiermittels 50 aus den Lagern 12 und 13 mit ausgenutzt wird. Der Rücklaufraum 60 wird einerseits von der Läufernabe 14' und andererseits von einer Deckhülse 63 begrenzt. Im Pumpenraum 62 sammelt sich schließlich das gesamte Rücklaufschmiermitte150 an, um dann durch die Welle 30 zur Schleuder 32 gefördert zu werden. Die Rücklaufschmiermittelmenge 50 aus -dem Lager 26 gelangt über Bohrungen 69 in den Rücklaufpumpenraum 62.In the support ring 16 'return channels 58 are also provided through which the coming from the bearing 13; Return lubricant 50 mixed with sealing air 48 can get into the return space 60. The channels 58 also lead obliquely. Branch bores 59 (FIG. 2) in order to accelerate the drainage of the return lubricant from the mounting ridge of the bearing 13. The return space 60 opens into a feed nozzle 61 so that the rotary movement of the rotor 14 is also used to feed the return lubricant 50 from the bearings 12 and 13. The return space 60 is delimited on the one hand by the rotor hub 14 ′ and on the other hand by a cover sleeve 63. Finally, the entire return lubricant 150 collects in the pump chamber 62 and is then conveyed through the shaft 30 to the centrifuge 32. The return lubricant quantity 50 from the bearing 26 reaches the return pump chamber 62 via bores 69.

Auf dem Tragring 16' sitzt fest eine Deckhülse 16". An ihr ist außen über einen Flansch eine scheibenförmige Trennwand 41 lösbar befestigt, die an ihrem Außenumfang den einen Teil einer Labyrinthabdichtung 57 trägt, so daß zwischen den beiden benachbarten Laufradscheiben 14" und 15" voneinander getrennte Druckräume 42 und 43 entstehen, wobei der letztere mit Druckluft beschickt wird, die einen wesentlich höheren Druck aufweist als die Luft, -die sich im Raum 42 befindet, um einen Schubausgleich zwischen dem von der Verdichterluftströmung 64 hervorgerufenen größeren Reaktionsschub und dem von der Gasturbinenströmung 65 erzeugten kleineren Reaktionsschub zu erhalten. Außerdem sind zu beiden Seiten der Deckhülse 16" Teile 44 von Labyrinthabdichtungen 45 befestigt.A cover sleeve 16 "is firmly seated on the support ring 16 '. It is on the outside A disk-shaped partition wall 41 is releasably attached via a flange, which is attached to its Outer circumference carries a part of a labyrinth seal 57, so that between the two adjacent impeller disks 14 "and 15" separate pressure chambers 42 and 43 arise, the latter being charged with compressed air, the one Much higher pressure than the air, which is in space 42 to a thrust balance between that caused by the compressor air flow 64 larger reaction thrust and the smaller one produced by gas turbine flow 65 Get a reaction boost. In addition, there are 16 "parts on both sides of the cover sleeve 44 attached by labyrinth seals 45.

Im Achsansatz 16 verläuft ferner radial nach außen eine Sperrluftzuführungsleitung 46, die in eine im Tragring 16' vorgesehene Sperrluftverteilerleitung 47 mündet, die zu -den Labyrinthabdichtungen 45 führt. Die Lagersperrluft 48 wird durch den Hohlraum der Lagerachse 11 zugeleitet..A sealing air supply line 46 also runs radially outward in the axle attachment 16 and opens into a sealing air distributor line 47 provided in the support ring 16 ′, which leads to the labyrinth seals 45. The bearing sealing air 48 is fed through the cavity of the bearing axis 11.

Das beschriebene Triebwerk eignet sich besonders auch zum Einbau in Flugzeugen in vertikaler Lage.The engine described is particularly suitable for installation in Aircraft in a vertical position.

Claims

Claims: 1. Turbomachine, in particular a gas turbine engine, with a fixed axis bearing rotor bearings connected to the outer wall of the machine housing via radial struts, characterized in that the bearing axis (11) has a cylindrical extension (16 ) carries, in which on both sides protruding hubs (14 ', 15') of the adjacent runners (14, 15) are supported in bearings (12, 13), and that the bearing axis at both ends (17, 18) is detachable connected parts (19, 20, 21 and 22, 23, 24, 25), which carry the outer bearings (26,27) of the runners, is supported in the struts (51,52) of the machine housing.

2. Turbo machine according to claim 1, characterized, that the axle extension (16) with the remaining part of the bearing axis (11) consists of one piece.

3 .. flow machine according to claim 1, characterized in that that the Achsansat2 (16) is designed as a separate component or from several components is composed and firmly connected to the remaining part of the bearing axis.

4. Turbo machine according to claim 1 to 3, characterized in that in the axle extension (16) for the feed of fresh lubricant (49) a channel or channels (35) run, which run at the axle (16) arranged lubricant injection nozzles (33 and 34).

5. Turbomachine according to claim 1 to 4, characterized in that within the hollow bearing axis (11) a .Lubricant pipe (40) runs which extends from the one end of the bearing axis (17), in the area of which the lubricant feed pump or pumps (31) are provided up to the channel (35) arranged in the axle extension (16).

6. Turbo machine according to claim 1 to 3, characterized in that that in the support ring (16 ') and in the web of the axle extension (16) return channels (58 or 59) for the return lubricant (50) from the rotor bearing mixed with sealing air (48) (13) are provided.

7. Turbo machine according to claim 1 to 3, characterized in that that the cavity of the bearing axis (11) is used to transport sealing air (48).

8th. Turbomachine according to Claims 1 to 3, characterized in that in the axle attachment (16) also run one or more sealing air supply lines (46), which in one or more sealing air distribution lines (47) arranged in the support ring (16 ') open, which lead to labyrinth seals (45).

9. Turbomachine according to claim 1, 2, 3, 6 and 8, characterized in that a cover sleeve (16 ") is pushed onto the support ring (16 ') of the axle extension (16).

10. Turbo machine according to claim 1, 2, 3 and 9, characterized in that to create two separate pressure spaces (42 and 43) on the outside of the cover sleeve (16 ") disk-shaped partition (41) is attached, on the outer circumference of one part a labyrinth seal (49) located between the aforementioned pressure chambers is.

11. Turbo machine according to claim 1 to 3 and 9, characterized in that that on both sides of the cover sleeve (16 ") components (44) to form labyrinth seals (45) are attached.

12. Turbomachine according to claim 1 to 3, characterized in that that a shaft (30) is mounted in its cavity, which is used to transmit the drive for various auxiliary units, such as feed and suction pumps (31) on the one hand and a lubricant extractor (32), on the other hand, serves.

13. Turbo machine after Claims 1 to 3 and 12, characterized in that the drive shaft (30) is hollow is designed and at the same time for the transport of equipment such as the Air-mixed return lubricant (50) to .Sleuder (32) is provided.

14. Flow machine according to Claim 1, characterized in that lubricant channels (38 or 39) or lubricant chambers ( 53 and 54) are provided for supplying the rotor bearings (26 and 27) with fresh lubricant (49) and / or for collecting the return lubricant (50) emerging from these bearings (27).

15. Turbomachine according to claim 1, characterized in that the special components (22, 23, 24, 25) in the region of an axle end (18) for the arrangement and storage of further components, such as gears (28) of a transmission distributed over the circumference (29), which form part of the drive transmission for the shaft (30) or the auxiliary units (31 and 32). Considered publications: German Patent Nos. 689 013, 818 277, 855 754, 930 958; Swiss patent specifications No. 258 949, 275574.