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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das allgemeine Gebiet der Turbomaschinen,
umfassend zwei gegenläufige
Gebläse,
die vorne montiert sind. Sie betrifft insbesondere eine besondere
Anordnung einer Turbomaschine mit gegenläufigem Gebläse, die es ermöglicht,
die Montage und Demontage der verschiedenen Körper, aus denen sie besteht,
zu erleichtern.
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Bei
den herkömmlichen
Turbomaschinen mit großer
Verdünnungsrate
besteht die Gebläseeinheit aus
einer einzigen Reihe beweglicher Schaufeln mit großem Durchmesser.
Die Umfangsgeschwindigkeit am Schaufelkopf ist proportional zu diesem
Durchmesser und zur Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebläses. Um
nun eine gute Leistung zu erzielen, muß diese Umfangsgeschwindigkeit
geringer als die Schallgeschwindigkeit sein. Dies kann dadurch erzielt
werden, daß ein
Reduzierelement zwischen der Antriebswelle der Schaufeln und dem
Gebläse
eingesetzt wird. Allerdings erhöht
ein Reduzierelement die Masse des Motors, und die Turbomaschine
weist oft eine geringe Leistung bei einem hohen spezifischen Verbrauch
auf.
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Um
die Leistung zu erhöhen
und den spezifischen Verbrauch zu verringern, ist bekannt, die Gebläseeinheit
der Turbomaschine mit zwei Schaufelreihen (d.h. zwei Gebläsen) zu
versehen, die axial voneinander beabstandet sind und jeweils von
einer Niederdruckwelle ohne Zwischenschaltung eines Reduzierelements
angetrieben werden. Bei diesem Turbomaschinentyp trägt jedes
Gebläse
auf gleichsam identische Weise zum Antrieb bei. So ist das Dokument
US 4 860 537 bekannt, bei
dem die Turbomaschine gegenläufige
(d.h. sich in entgegengesetzte Richtungen drehende) Turbinenabschnitte
verwendet, die ebenfalls gegenläufige
Gebläse
antreiben.
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Die
Turbomaschinen mit gegenläufigen
Gebläsen,
die im Stand der Technik bekannt sind, wie beispielsweise die in
den Dokumenten
EP 0 521 379 und
EP 1 403 485 erwähnten, bringen
Probleme bei der Montage und Demontage der verschiedenen Elemente,
aus denen sie bestehen, mit sich. Insbesondere werden die Schritte
der Montage und Demontage der hinteren Gebläsewelle gleichsam unmöglich auf
Grund der besonderen Anordnung der Befestigungssysteme dieser hinteren
Gebläsewelle
auf der geeigneten Niederdruckantriebswelle. Überdies stellt sich die Versorgung
mit Kühl-
und Schmieröl
der Wälzlager,
die zwischen den vorderen und hinteren Gebläsewellen montiert sind, ebenfalls
als heikel in der Durchführung
heraus.
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GEGENSTAND UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung soll somit hauptsächlich solche Nachteile vermeiden,
wobei sie eine Turbomaschine vorschlägt, wie in Anspruch 1 definiert.
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Die
Anpassung einer demontierbaren Muffe zwischen der vorderen Gebläsewelle
und der ersten Niederdruckwelle ermöglicht es, die Montage und Demontage
der Niederdruckwellen vom hinteren Bereich der Turbomaschine aus
zu erleichtern. Insbesondere ist es möglich, von hinten die Antriebsturbinen
der Gebläsewellen
zu demontieren, ohne die Gebläsewellen
demontieren zu müssen,
wenn nur diese Muffe abgenommen wird.
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Gemäß einem
vorteilhaften Merkmal bilden die demontierbare Muffe und die vordere
Gebläsewelle
einen Ölversorgungshohlraum
für die
Schmierung und Kühlung
von Wälzlagern,
die zwischen der vorderen und hinteren Gebläsewelle angebracht sind.
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Das
Vorhandensein der demontierbaren Muffe ermöglicht es somit, die Wälzlager,
die zwischen den beiden Gebläsewellen
angeordnet sind, richtig mit Öl
zu versorgen.
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Die
demontierbare Muffe kann mit dem stromaufwärtigen Ende der ersten Niederdruckwelle und
mit der vorderen Gebläsewelle
durch Nutensysteme verbunden sein.
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Ferner
kann die demontierbare Muffe an der ersten Niederdruckwelle durch
eine Mutter befestigt sein, die auf das stromaufwärtige Ende
der ersten Niederdruckwelle aufgezogen ist.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Merkmal weist die demontierbare Muffe an
einem stromaufwärtigen
Ende einen ringförmigen
Flansch auf, der in axialer Anlage mit einer ergänzenden radialen Schulter der
vorderen Gebläsewelle
ist.
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In
diesem Fall können
der ringförmige Flansch
der demontierbaren Muffe und die ergänzende radiale Schulter der
vorderen Gebläsewelle
durch ein Schraube-Mutter-System
in axialer Anlage gehalten werden.
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Die
hintere Gebläsewelle
kann auf der zweiten Niederdruckwelle durch eine Mutter befestigt sein,
die auf das stromaufwärtige
Ende der zweiten Niederdruckwelle aufgezogen und zugänglich ist, wenn
die Muffe demontiert ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden
Beschreibung hervor, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht,
die ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel
darstellen. In den Figuren:
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ist 1 eine
allgemeine Ansicht, die das Funktionsprinzip einer Turbomaschine
mit gegenläufigen
Gebläsen
darstellt,
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ist 2 eine
teilweise Längsschnittansicht einer
erfindungsgemäßen Turbomaschine
und
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ist 3 eine
vergrößerte Ansicht
der demontierbaren Muffe, mit der die Turbomaschine aus 2 ausgestattet
ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER AUSFÜHRUNGSFORM
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In
Verbindung mit 1 umfaßt eine Turbomaschine 10 mit
gegenläufigen
Gebläsen
eine Längsachse
X-X. Von stromaufwärts
bis stromabwärts
besteht die Turbomaschine 10 im Wesentlichen aus drei Teilen:
einem vorderen Modul A (oder Gebläseabschnitt), einem Zwischenmodul
B (oder Hockdruckkörper)
und einem hinteren Modul C (oder Niederdruckturbinenabschnitt).
Die Bezeichnung „stromaufwärts” oder „stromabwärts" für die Elemente
der Turbomaschine ist in Abhängigkeit
von der Richtung des Gasstroms in derselben zu verstehen.
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Die
drei Teile A, B und C der Turbomaschine sind modular, d.h. daß sie jeweils
eine eigene Einheit bilden und jeweils ausgetauscht werden können, wobei
sie von den anderen Teilen der Turbomaschine getrennt werden.
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Auf
an sich bekannte Weise umfaßt
der Hochdruckkörper
B einen Gaserzeuger, um Verbrennungsgase zu erzeugen. Dieser Gaserzeuger
besteht aus einem Kompressor 12, einer Brennkammer 14 und
einer Hochdruckturbine 16.
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Die
vom Kompressor 12 komprimierte Luft wird mit dem Brennstoff
in der Brennkammer 14 gemischt, bevor sie hier verbrannt
wird. Die so erzeugten Verbrennungsgase treiben die beweglichen Schaufeln
der Hochdruckturbine 16 an, die selbst den Kompressor 12 über eine
Hockdruckwelle 18 antreibt. Die Zirkulation der Verbrennungsgase
in der Turbomaschine 10 erfolgt axial stromaufwärts nach stromabwärts.
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Der
Niederdruckturbinenabschnitt C umfaßt einen ersten Winkelrotor.
Dieser erste Rotor besteht aus einer Reihe von beweglichen Turbinenschaufeln 20,
die sich radial nach innen erstrecken und axial voneinander beabstandet
sind.
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Der
Niederdruckturbinenabschnitt C umfaßt auch einen zweiten Winkelrotor.
Dieser zweite Rotor besteht aus einer Reihe von beweglichen Turbinenschaufeln 22,
die sich radial nach außen
erstrecken und axial voneinander beabstandet sind. Die Turbinenschaufeln 20, 22 der
ersten und zweiten Rotoren sind abwechselnd angeordnet, so daß der erste
und der zweite Rotor ineinander verschachtelt sind.
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Die
beweglichen Turbinenschaufeln 20 des ersten Rotors werden
in Drehung von einer ersten Niederdruckwelle 24 getragen.
Ebenso werden die beweglichen Turbinenschaufeln 22 des
zweiten Rotors drehbeweglich von einer zweiten Niederdruckwelle 26 getragen,
die koaxial um die erste Welle 24 angeordnet ist. die Niederdruckwellen 24, 26 erstrecken
sich axial stromaufwärts
nach stromabwärts
zur Turbomaschine.
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Der
Niederdruckturbinenabschnitt C wird von den Verbrennungsgasen durchströmt, die
vom Hochdruckkörper
B kommen. Diese Verbrennungsgase treiben somit die Turbinenschaufeln 20, 22 des
ersten und zweiten Rotors in entgegengesetzte Richtung in Drehung
an. So drehen sich die erste und die zweite Niederdruckwelle 24, 26 ebenfalls
gegenläufig.
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Der
Gebläseabschnitt
A befindet sich vorne an der Turbomaschine 10. Eine Kappe 28 umgibt
diesen Gebläseabschnitt
A ringförmig.
Die Kappe 28 wird von Querstreben 30 getragen,
die sich radial zum Inneren der Turbomaschine erstrecken.
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Der
Gebläseabschnitt
A umfaßt
eine erste Reihe von Gebläseschaufeln 32,
die auf einer vorderen Gebläsewelle 34 angeordnet
sind, die mit einem stromaufwärtigen
Ende 24a der ersten Niederdruckwelle 24 verbunden
ist. Der Gebläseabschnitt
A umfaßt
auch eine zweite Reihe von Gebläseschaufeln 36,
die axial stromabwärts
zur ersten Reihe von Gebläseschaufeln 32 beabstandet
und auf einer hinteren Gebläsewelle 38 montiert
sind, die mit einem stromaufwärtigen
Ende 26a der zweiten Niederdruckwelle 26 verbunden
ist.
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Die
erste und die zweite Reihe von Gebläseschaufeln 32, 36 drehen
sich somit in entgegengesetzte Richtungen, die als Beispiel durch
die Pfeile F1 bzw. F2 dargestellt sind. Diese Ausführung mit
gegenläufigen
Gebläsen
verleiht somit der Turbomaschine eine hohe Leistung bei einem relativ
geringen spezifischen Verbrauch.
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Die
Gebläseschaufeln 32, 36 erstrecken
sich radial von der vorderen 34 und hinteren Gebläsewelle 38 praktisch
bis zur Kappe 28. Sie sind im Zirkulationsdurchgang der
Luft angeordnet, der sowohl die erste Leitung 40, die zum
Kompressor 12 des Hochdruckkörpers B führt, und die zweite Umgehungsleitung 42 versorgt.
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Im
Bereich seines Endes 24a trägt die erste Niederdruckwelle 24 drehbeweglich
die zweite Niederdruckwelle 26 über ein erstes Wälzlager 44 und ein
zweites Wälzlager 46,
das stromabwärts
der ersten angeordnet ist.
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Das
erste Wälzlager 44 ist
ein Kugellager, um den Axiallasten standzuhalten, während das zweite
Wälzlager 46 mit
Walzen ist, um den Radiallasten der Turbomaschine standzuhalten.
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Obwohl
eine solche Ausführung
einer Turbomaschine mit gegenläufigen
Gebläsen
in der Theorie funktioniert, ist sie in der Praxis schwierig umzusetzen.
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Es
zeigt sich nämlich
insbesondere ein Montage- und Demontageproblem der Turbomaschine. Insbesondere
macht die Anordnung der zweiten Niederdruckwelle 26 ihre
Montage unmöglich.
Daraus ergibt sich auch eine Unmöglichkeit,
den Niederdruckturbinenabschnitt C richtig zu montieren oder demontieren,
ohne den Gebläseabschnitt
A berühren zu
müssen.
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Überdies
ermöglicht
es eine solche Ausführung
nicht, die Wälzlager 44, 46,
die die zweite Niederdruckwelle 26 in Drehung tragen, richtig
mit Schmier- und Kühlöl zu versorgen.
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Erfindungsgemäß ist die
vordere Gebläsewelle 34 mit
dem stromaufwärtigen
Ende 24a der ersten Niederdruckwelle 24 über eine
demontierbare Muffe 48 zur Momentübertragung, die in den 2 und 3 dargestellt
ist, verbunden.
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Eine
solche Muffe ist ein demontierbarer Rohrabschnitt, der von den Niederdruckwellen 24, 26 und
den Gebläsewellen 34, 38 unabhängig ist.
In Verbindung mit den 2 und 3 ist die
demontierbare Muffe 48 mit dem Ende 24a der ersten
Niederdruckwelle 24 und der vorderen Gebläsewelle 34 durch
Nutensysteme 50 bzw. 52 für die Momentübertragung
verbunden.
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Genauer
ist die demontierbare Muffe 48 auf der ersten Niederdruckwelle 24 durch
eine Mutter 54 befestigt, die auf das stromaufwärtige Ende 24a der ersten
Niederdruckwelle aufgezogen ist. Eine solche Mutter 54 ermöglicht es,
einen Axialhalt der Muffe 48 auf der Niederdruckwelle 24 zu
gewährleisten.
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Vorzugsweise
weist die demontierbare Muffe 48 auch an einem stromaufwärtigen Ende 48a einen ringförmigen Flansch 48b auf,
der in axialer Anlage mit einer ergänzenden radialen Schulter 34b der
vorderen Gebläsewelle 34 ist.
In diesem Fall werden der ringförmige
Flansch 48b der demontierbaren Muffe 48 und die
ergänzende
radiale Schulter 34b der vorderen Gebläsewelle 34 in axialer
Anlage durch ein System vom Typ Schraube-Mutter 56 gehalten.
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Eine
Ringdichtung (nicht in den Figuren dargestellt) kann auch zwischen
diesen beiden radialen Elementen 48b, 34b eingesetzt
werden, um eine perfekte Dichtigkeit der Einheit zu gewährleisten.
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Die
hintere Gebläsewelle 38 wird
auch in Drehung von der zweiten Niederdruckwelle 26 über Nuten 58 angetrieben.
Sie ist überdies
auf der zweiten Niederdruckwelle 26 durch eine Mutter 60 befestigt,
die auf das stromaufwärtige
Ende 26a der zweiten Niederdruckwelle aufgezogen ist. Diese
Mutter 60, die den axialen Halt der hinteren Gebläsewelle 38 auf
der zweiten Niederdruckwelle 26 ermöglicht, ist zugänglich,
wenn die Muffe 48 demontiert ist.
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Wenn
die Mutter 54 und das Schraube-Mutter-System 56 abgenommen
sind, die den axialen Halt der Muffe 48 auf der vorderen
Gebläsewelle 34 und
auf der ersten Niederdruckwelle 24 gewährleisten, kann die Muffe 48 leicht
von vorne demontiert werden. Die Mutter 60 für den axialen
Halt der hinteren Gebläsewelle 38 auf
der zweiten Niederdruckwelle 26 ist nun zugänglich und
kann ebenfalls leicht demontiert werden.
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Auf
diese Weise kann der gesamte Niederdruckturbinenabschnitt C (der
insbesondere die erste und die zweite Niederdruckwelle 24, 26 umfaßt) von hinten
demontiert (oder montiert) werden, ohne vorher den Gebläseabschnitt
A demontieren (oder montieren) zu müssen. Die Montage und Demontage
der Turbomaschine werden so stark vereinfacht.
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Gemäß einem
vorteilhaften Merkmal bilden die demontierbare Muffe 48 und
die vordere Gebläsewelle 34 einen
ringförmigen Ölversorgungshohlraum 62 für die Schmierung
und Kühlung
der ersten und zweiten Wälzlager 44, 46,
die zwischen der vorderen 34 und hinteren Gebläsewelle 38 angeordnet sind.
Mit anderen Worten ist der Hohlraum 62 radial zwischen
der demontierbaren Muffe 48 und der vorderen Gebläsewelle 34 begrenzt.
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Der
Hohlraum 62 wird mit Öl
durch eine Vielzahl von Öffnungen 64 versorgt,
die in der hinteren Gebläsewelle 38 im
Bereich der Mutter 60 für
den axialen Halt dieser hinteren Gebläsewelle vorgesehen sind. Das Öl wird mit
Hilfe einer Sprühdüse (nicht dargestellt)
aufgesprüht,
und eine Schöpfkelle 66 ermöglicht es,
das Öl
in die Öffnungen 64 zu
leiten.
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Unter
der Wirkung der Zentrifugalkraft nimmt das in dem Ölversorgungshohlraum 62 nun
Bohrungen 68 in Anspruch, die in der vorderen Gebläsewelle 34 vorgesehen
sind und sich in den Ölversorgungshohlraum öffnen und
im Bereich der Wälzspuren
des zweiten Lagers 46 münden.
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Überdies
verbreitet sich das in dem Ölversorgungshohlraum 62 vorhandene Öl stromaufwärts durch
Schwerkraft, wobei es beispielsweise durch die Nuten 52 zwischen
der demontierbaren Muffe 48 und der vorderen Gebläsewelle 34 verläuft. Alternativ könnte sich
das Öl
stromaufwärts
verbreiten, wobei es Öffnungen
in Anspruch nimmt, die zu diesem Zweck in der demontierbaren Muffe 48 vorgesehen sind
(nicht in den Figuren dargestellt).
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Unter
der Wirkung der Schwerkraft nimmt das stromaufwärts vorhandene Öl nun Bohrungen 70 in
Anspruch, die in der vorderen Gebläsewelle 34 vorgesehen
sind und sich in den Ölversorgungshohlraum 62 öffnen und
im Bereich der Wälzspuren
des ersten Lagers 44 münden.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
das erste und zweite Wälzlager 44, 46,
die zwischen der vorderen 34 und hinteren Gebläsewelle 38 angeordnet
sind, richtig mit Schmier- und Kühlöl zu versorgen.
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Es
ist anzumerken, daß die
Ringdichtung (nicht dargestellt), die zwischen den ringförmigen Flansch 48b der
demontierbaren Muffe 48 und die ergänzende radiale Schulter 34b der
vorderen Gebläsewelle 34 eingesetzt
werden kann, die Sicherstellung einer perfekten Dichtigkeit des Ölversorgungshohlraums 62 ermöglicht.
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Es
ist anzumerken, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf besondere Form der demontierbaren
Muffe 48, wie in den 2 und 3 dargestellt, beschränkt ist,
sondern daß sie
alle möglichen
Varianten einer demontierbaren Muffe umfaßt, die die Montage und Demontage
des Turbinenabschnitts einer Turbomaschine mit gegenläufigen Gebläsen erleichtert.