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DE2646152C2 - - Google Patents

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Publication number
DE2646152C2
DE2646152C2 DE2646152A DE2646152A DE2646152C2 DE 2646152 C2 DE2646152 C2 DE 2646152C2 DE 2646152 A DE2646152 A DE 2646152A DE 2646152 A DE2646152 A DE 2646152A DE 2646152 C2 DE2646152 C2 DE 2646152C2
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DE
Germany
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bearing
lubricant
bearing bush
chamber
bush
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Application number
DE2646152A
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DE2646152A1 (de
Inventor
James Dennis Schenectady N.Y. Us Mchugh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2646152A1 publication Critical patent/DE2646152A1/de
Application granted granted Critical
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • F01D25/125Cooling of bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1025Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
    • F16C33/1045Details of supply of the liquid to the bearing
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    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/23Gas turbine engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für die Lagereinheit einer Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Kühleinrichtung ist aus der US-PS 37 46 128 bekannt.
Die Lager und Lagergehäuse von Turbomaschinen, wie beispielsweise Gasturbinen, sind häufig in einer Umgebung angeordnet, wo hohe Temperaturen und hohe Drucke herrschen. Wenn beispielsweise eine Lagerstütze zwischen dem Kompressor und der Turbine verwendet wird, kann das dieses Lager umgebende Gehäuse einer Kompressorausgangsluft ausgesetzt sein, die eine Temperatur von 315°C oder mehr hat. Wenn das zum Schmieren des Lagers verwendete Mittel dieser hohen Temperatur ausgesetzt ist, kann es sich in seiner Wirkung verschlechtern und Koks oder Schlamm bilden. Ein derartiges verschlechtertes Schmiermittel kann auch eine brennbare Mischung bilden oder Dämpfe mit einer niedrigen Selbstentzündungstemperatur emittieren. Aus diesen Gründen ist es bisher üblich gewesen, die die Sumpfkammer bildende Wandoberfläche von den hohen Temperaturen zu trennen bzw. zu isolieren, indem beispielsweise eine oder mehrere umgebende Kammern gebildet werden, denen Kühlluft zugeführt werden kann. Es ist weiterhin üblich gewesen, eine Ölsprühanordnung vorzusehen, der ein Schmiermittel parallel zu der Schmiermittelströmung zum Lager zugeführt wurde. Auch wenn derartige Anordnungen wirksam sein können, so erfordern sie eine zusätzliche Schmiermittelströmung gegenüber derjenigen, die zum Schmieren des Lagers allein erforderlich ist, und sie neigen dazu, etwas komplex zu werden. So wird gemäß der eingangs genannten US-PS 37 46 128 bei einer Kühleinrichtung ein Dichtungsring durch bereits relativ kaltes Öl gekühlt, das über Innenkanäle in der Welle zugeführt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Wärmeübertragung von außen auf die Lagereinheit wirksam behindert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Unteranspruch angegeben.
Die Erfindung wird nun mit ihren Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht von einer Hochleistungs-Gasturbine, die eine Kühleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht im vergrößerten Maßstab von einem Lagersumpf gemäß Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 2.
In Fig. 1 ist eine Gasturbine 10 mit einer Welle 12 gezeigt, die für eine Rotation innerhalb eines äußeren Gehäuses 14 durch geeignete Lager an Lagerstützen 16, 18 und 20 gelagert ist. Die Welle 12 weist einen mit Schaufeln versehenen Kompressorrotor 22 und einen Turbinenrotor 24 auf, die ihrerseits einen Teil des Kompressors 26 und der Turbine 28 bilden.
In Fig. 2 ist die Lagerstütze 18 gemäß Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Sie umfaßt ein Wellenlager 29 mit einer Lagerbuchse 30, die die Welle 12 umgibt und diese an ihrer Lagerfläche (bei 31 gezeigt) für eine Rotation haltert. Die Lagerbuchse 30 wird von einem Gehäuse 32 getragen, das vorzugsweise eine gegossene Konstruktion hat und einen Sumpfraum oder eine Kammer 34 um die Lagerbuchse 30 herum bildet.
Das Gehäuse 32 gemäß Fig. 2 weist einen mittleren Nabenabschnitt 36 auf, der von einem äußeren Wandabschnitt 40 durch zahlreiche Stegteile 42 beabstandet ist, um so die Sumpfkammer zwischen dem Nabenabschnitt 36 und einer inneren Wandoberfläche 43 des Wandabschnittes 40 zu bilden.
Der Nabenabschnitt 36 weist eine radial nach innen gerichtete ringförmige Vertiefung 44 auf, die einen vorspringenden Rand 46 der Lagerbuchse 30 aufnimmt, um so diese gegen eine axiale Bewegung zu sichern.
Das Gehäuse 32 kann mit einer äußeren Kammer 48 versehen sein, die mit einer Entlüftungsleitung 50 über geeignete Kanäle 52 in Verbindung steht, die im Gehäuse 32 ausgebildet sind.
Geeignete Dichtungsmittel sind beispielsweise bei 54 und 56 vorgesehen, um eine Leckströmung von der Außenseite des Gehäuses in die Außenkammer 48 zu verkleinern. In ähnlicher Weise sind Dichtungsmittel, beispielsweise bei 58 und 60, vorgesehen, um eine Leckströmung zwischen der Sumpfkammer 34 und der Außenkammer 48 zu vermindern.
Die Sumpfkammer 34 ist an ihrem oberen Teil durch eine Entlüftungsleitung 61 entlüftet, die im allgemeinen koaxial zu der Leitung 50 und teleskopartig innerhalb dieser Leitung 50 verlaufen kann.
Geeignete Schmiermittelzuführungen sind bei 62 vorgesehen, um für eine kontinuierliche Schmiermittelströmung zur Grenzfläche zwischen der Lagerbuchse 30 und dem Lager zu sorgen. Die Schmiermittelzufuhr 62 umfaßt eine Leitung 64, die mit einer Schmiermittelquelle in Verbindung steht und in den Nabenabschnitt 36 der Lagerhalterung hineinragt, eine in Umfangsrichtung verlaufende Verteilerrille 66, die sich in dem Nabenabschnitt 36 befindet, einen Durchlaßkanal 68, der durch den Nabenabschnitt 36 hindurch ausgebildet ist und die Leitung 64 mit der Rille 66 verbindet, und in Fig. 3 gezeigte Durchlaßkanäle 70 und axiale Verteilerrille 72. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, bildet die in Umfangsrichtung verlaufende Verteilerrille 66 einen Durchlaßkanal zusammen mit der radial äußeren Oberfläche der Lagerbuchse 30, um die Schmiermittelströmung mit den Rillen 72 über die radialen Durchlaßkanäle 70 in Verbindung zu bringen, die durch die Lagerbuchse 30 hindurch ausgebildet sind. Die radial nach innen offenen Rillen 72 führen axial an der Lagerfläche 31 entlang, um so das Schmiermittel auf der Länge der Lagerfläche 31 des Wellenlagers 29 zu verteilen.
Eine in Umfangsrichtung verlaufende oder radial nach innen offene Ringnut 74 ist neben jedem axialen Ende der Lagerbuchse 30 und axial außen von den axialen Verteilerrillen 72 vorgesehen, um die Schmiermittelströmung zu sammeln, nachdem diese entlang der Lagerfläche zwischen der Welle 12 und der Lagerbuchse 30 geflossen ist.
Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt ist, sind zahlreiche Sprühkanäle 76 radial durch die Lagerbuchse 30 hindurch ausgebildet und stehen mit jeder in Umfangsrichtung verlaufenden Ringnut 74 in Verbindung.
Die Kanäle 76 sind derart angeordnet und bemessen, daß sie das Schmiermittel gegen die oberen Abschnitte der Wandoberfläche 43 in der Weise sprühen, daß diese innere Wandfläche kontinuierlich mit Schmiermittel benetzt ist, wenn dieses durch die Schwerkraft zum Boden der Sumpfkammer 34 strömt.
Die Sumpfkammer 34 kann durch eine geeignete Leitung, wie sie beispielsweise bei 78 gezeigt ist, entleert werden, die mit dem unteren Abschnitt der Kammer 34 durch die Außenwand 40 hindurch in Verbindung steht. Die Leitung 78 kann teleskopartig über die Zufuhrleitung 64 geschoben sein.
Die Sumpfkammer 34 und die Außenkammer 48 werden durch teleskopartig angeordnete, im allgemeinen konzentrische Leitungen 61 bzw. 50 entlüftet.
Die Kühleinrichtung gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung arbeitet wie folgt. In der Praxis ist das Gehäuse 32 gewöhnlich von unter Druck stehender Luft mit Temperaturen von 315°C oder mehr umgeben. Das zum Schmieren des Lagers verwendete Schmiermittel muß gegenüber diesen hohen Temperaturen geschützt werden, um eine Bildung von Koks oder einer anderen Verschlechterung des Schmiermittels zu verhindern, damit das Schmiermittel nicht durch Sieden verdampft und möglicherweise Feuer fängt.
Der Schmiermitteldurchsatz über die Zufuhrvorrichtung 62 kann in dem Bereich von 170 bis 270 Litern pro Minute liegen, wobei jedoch auch andere Durchsatzmengen möglich sind. Es wurde gefunden, daß durch das anschließende Besprühen oder Aufprallen der Wellenlager-Schmiermittelströmung gegen die Innenfläche der Kammerwand des Lagersumpfes auf dem oberen Abschnitt des Gehäuses gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung signifikante Senkungen der Lufttemperatur innerhalb der Sumpfkammer 34 und der Temperatur der Außenwand 40 erreicht werden können. Auf diese Weise sind Mittel geschaffen, um Schmiermittel zur Lagerfläche des Wellenlagers 29 zuzuführen und anschließend das Schmiermittel gegen die Innenwand 43 der Sumpfkammer 34 zu sprühen.
Das Schmiermittel wird dem Wellenlager 29 durch die Vorrichtung 62 zugeführt, durch geeignete Mittel, wie beispielsweise Sammelrillen 74, an jedem axialen Ende des Wellenlagers gesammelt und dann anschließend als eine Vielzahl von Sprühstrahlen gegen die obere Innenfläche 43 des Wandabschnittes 40 geschleudert, was beispielsweise durch die Sprühkanäle 76 geschieht. Auch wenn die Lagerbuchse 30 in Fig. 4 mit fünf derartigen Sprühkanälen an jedem axialen Ende des Lagers gezeigt ist, kann auch eine andere Anzahl und eine andere Form dieser Sprüheinrichtungen verwendet werden. Nachdem das Schmiermittel gegen die Wandfläche 43 gesprüht worden ist, strömt es durch die Wirkung der Schwerkraft an den Seitenwänden entlang zum unteren Teil der Sumpfkammer 34, von wo es durch die Abflußleitung 78 zum Reservoir zurückgeleitet wird.
Bei Versuchen mit Lageranordnungen wurden Temperatursenkungen im Metall und Senkungen der Lufttemperaturen in der Lagersumpfkammer in der Größenordnung von 85°C bzw. 140°C gefunden.
Wenn, wie in der Anordnung gemäß Fig. 2, ein Durchlaßkanal 80 an der Oberseite der Kammer 34 vorgesehen ist, um die Kammer 34 mit der Entlüftungsleitung 61 zu verbinden, ist wenigstens einer der Sprühkanäle 76 bevorzugt so angeordnet, daß die zum Durchlaßkanal 80 strömende Luft die Schmiermittelströmung kreuzt.

Claims (3)

1. Kühleinrichtung für die Lagereinheit einer Turbomaschine, wobei
  • - die Lagereinheit ein eine horizontal ausgerichtete Welle (12) drehbar lagerndes Wellenlager (29) mit einer Lagerbuchse (30) aufweist,
  • - diese Lagerbuchse (30) in einem sie umgebenden Lagergehäuse (32) abgestützt ist,
  • - zwischen Lagergehäuse (32) und Lagerbuchse (30) eine die Lagerbuchse (30) umgebende Kammer (34) vorgesehen ist, in der der Lagerfläche (31) der Lagerbuchse (30) axial mittig zugeführte Schmierflüssigkeit nach dem Austreten aus der Lagerstelle gesammelt, und aus deren unteren Bereich die gesammelte Schmierflüssigkeit abgeführt wird, und wobei
  • - in der Lagerbuchse (30) Sprühkanäle (76) ausgebildet sind, welche von der Lagerfläche (31) ausgehend in die Kammer (34) münden,
  • - derart, daß Schmierflüssigkeit von der Lagerfläche (31) durch die Sprühkanäle (76) gefördert und zur Kühlung der Kammerwandung gegen dieselbe gesprüht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Lagerbuchse (30) an ihren axialen Enden jeweils eine zur Lagerfläche (31) hin offene Ringnut (76) aufweist,
  • - die Sprühkanäle (76) von den Ringnuten (74) ausgehen und die Lagerbuchse (30) radial durchsetzen, und daß
  • - die Sprühkanäle (76) nur im oberen Bereich der Lagerbuchse (30) ausgebildet sind, so daß nur der obere Bereich der Kammerwandung mit Schmierflüssigkeit besprüht wird, während der untere Bereich der Kammerwandung von aufgrund der Schwerkraft herabfließender Schmierflüssigkeit benetzt wird.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abführen von Leckluft aus der Kammer (34) eine durch den oberen Bereich der Kammerwandung geführte Entlüftungsleitung (61) vorgesehen ist, und daß wenigstens einer der Sprühkanäle (76) so ausgerichtet ist, daß sich der Schmierflüssigkeits- Sprühstrahl mit der Leckluftströmung zur Entlüftungsleitung (61) kreuzt.
DE19762646152 1975-10-15 1976-10-13 Kuehlanordnung fuer lagersumpf Granted DE2646152A1 (de)

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US05/622,628 US4046223A (en) 1975-10-15 1975-10-15 Bearing sump cooling arrangement

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Publication Number Publication Date
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DE2646152C2 true DE2646152C2 (de) 1991-09-19

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US (1) US4046223A (de)
JP (1) JPS5260461A (de)
DE (1) DE2646152A1 (de)
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