CH633355A5

CH633355A5 - Achsdrucklageranordnung.

Info

Publication number: CH633355A5
Application number: CH833378A
Authority: CH
Inventors: Jean Eggmann; Max Hartmann
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1978-08-04
Publication date: 1982-11-30
Also published as: IT7924669A0; JPS5524291A; KR830001267B1; KR830000793A; IT1122347B; US4309144A

Description

Die Erfindung betrifft eine Achsdrucklageranordnung an ei- Austrittsöffnung verbindenden weiteren Leitung ein mittels ner Strömungsmaschine, welche mit einem in Axialrichtung dem Drosselventil regulierbarer, über dem Atmosphärendruck starr angeordneten, mit einer Wellendruckscheibe zusammen- liegender Druck einstellbar ist, welcher über eine dritte Leitung wirkenden Drucklager versehen ist. in das Innere der Druckanordnung des zweiten Drucklagers

Es ist bekannt, bei thermischen Turbomaschinen den auf die 60 übertragen wird und derart eine Schubkompensation bewirkt. Turbinenwelle wirkenden Axialschub mittels einem starr ange- Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Strömungsmaschine mit ordneten, mit einer Wellendruckscheibe zusammenwirkenden einer vom Druckmedium beaufschlagten Druckentnahmestelle Drucklager aufzunehmen. Für einen einwandfreien Betriebszu- versehen ist, die über eine Leitung mit einem Öldruckregulierstand des Drucklagers sollte die Umfangsgeschwindigkeit der organ verbunden ist, und dass das letztere derart ausgebildet Wellendruckscheibe ein bestimmtes Mass jedoch nicht über- 65 und mit der Druckanordnung verbunden ist, dass in letzterer zur schreiten, das heisst der mittels einem einzigen Drucklager auf- Bewirkung einer Schubkompensation entsprechend dem Druck nehmbare Axialschub ist relativ stark begrenzt. Anderseits ist es des Druckmediums ein Öldruck aufgebaut wird. Dabei ist es insbesondere bei Gasturbinen oft nicht möglich, den im Betrieb zweckmässig, wenn die Druckanordnung aus mindestens einer

3 633 355

in Schubrichtung flexiblen Druckkammer besteht. Bei der Ab- nete Drosselventil hindurch zulassen. Diese Austrittsöffnungen Stützung einer mit einem Verdichter verbindenen Welle ist es 22 und 23 weisen einen so kleinen Öffnungsquerschnitt auf, vorteilhaft, wenn die Druckentnahmestelle am Verdichter vor- dass in diesen mit der Austrittsseite der Drosselventile 17 bzw. gesehen ist. 18 verbundenen Kammern oder Leitungen 20 bzw. 21 ein mit-

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei- s tels der Drosselventile 17,18 regulierbarer, über dem Atmo-spielsweise erläutert. Es zeigt sphärendrack liegender Druck einstellbar ist, welcher über die

Fig. 1 schematisch eine erste beispielsweise Ausführungs- Leitung 24 beziehungsweise 25 in das Innere der Druckkamform einer erfindungsgemässen Achsialdrucklageranordnung, mern 15 beziehungsweise 14' übertragen wird.

wobei die letztere zur besseren Sichtbarkeit der Details relativ Je nachdem welches der beiden Drosselventile 17 und 18

zum Verdichter stark vergrössert dargestellt ist, und io offen ist, erfolgt die Schubkompensation in der einen oder der

Fig. 2 schematisch eine zweite beispielsweise Ausführungs- anderen Richtung. Die Grösse der Schubkompensation kann form einer erfindungsgemässen Achsialdrucklageranordnung, über das jeweilige Drosselventil reguliert werden. Es ist auch wobei die letztere zur besseren Sichtbarkeit der Details relativ möglich, im starr angeordneten Drucklager 3 Druckfühler 26, zum Verdichter stark vergrössert dargestellt ist. 27 anzuordnen, und die Öffnungsstellung der Drosselventile 17

Wie aus Fig. 1 ersichtlich weist die bei der zum Teil und 15 und 18 in Abhängigkeit von den durch diese Druckfühler 26,27 schematisch dargestellten Gasturbine verwendete Achsial- ermittelten Druckwerten zu beeinflussen.

drucklageranordnung zur Aufnahme des im Betrieb auf die Tur- Durch geeigente Anordnung der Zweigleitungen 20 und 21 binenwelle 1 wirkenden Axialdruckes ein in Axialrichtung starr wird nach Abkühlung der Verdichterluft im Kühler 19 eventuell angeordnetes, mit einer ersten Wellendruckscheibe 2 zusam- gebildetes Kondenswasser mittels der durchströmenden Luft menwirkendes, Segment-Drucklager 3 bekannter Konstruktion, 20 über die Austrittsöffnung 22 respektive 23 ins Freie befördert das mit zwei Segmentringen 4 und 5 versehen ist, auf. und nicht in das Druckleitungssystem 24,25.

Zusätzlich ist nun ein weiteres, mit einer zweiten, mit der Wird die Gasturbine in Betrieb gesetzt, dann sind die Seg abzustützenden Welle 1 verbundenen Wellendruckscheibe 6 zu- mentlager der beiden Drucklager 3 und 7 infolge sehr geringer sammenwirkendes Drucklager 7 vorgesehen, dessen beide Seg- Drehzahl der Welle 1 nur schwach belastbar, sie sind jedoch zu mentlagerringe 8 und 9 relativ zur ersten Wellendruckscheibe 2 25 diesem Zeitpunkt auch nur sehr gering belastet.

des ersten, starr ausgebildeten Drucklagers 3 in Axialrichtung Da der Druck in der mit dem Verdichter 15 verbundenen der Welle 1 verschiebbar sind. Leitung 16 mit zunehmendem, von der Turbine auf die Welle 1

Die beiden in axialer Richtung gemeinsam bewegbaren Seg- ausgeübtem Axialschub ebenfalls zunimmt, wird die mittels der mentlagerringe 8 und 9 des zweiten Drucklagers 7 sind in einem dem Axialschub entgegenwirkenden Druckkammern 14 respek-gemeinsamen Haltering 10 abgestützt, so dass der Abstand zwi- 30 tive 14' auf den Haltering 10 ausgeübte Schubkompensations-schen diesen beiden Segmentlagerringen 8 und 9 immer genau kraft ebenfalls entsprechend grösser, so dass durch geeignete eingehalten wird. Um die gewünschte Bewegbarkeit der beiden Einstellung in allen Betriebszuständen der Turbine in beiden Segmentlagerringe 8 und 9 beziehungsweise des sie haltenden Drucklagern 3 und 8 immer gleiche Belastungsverhältnisse auf-Halteringes 10 in axialer Richtung zu ermöglichen, wird der treten, und zwar dank der axialen Verschiebbarkeit des zweiten

Haltering 10 mittels zweier in axialer Richtung elastischer 35 Drucklagers unabhängig von der jeweiligen Betriebstempera-Membranen 11 und 12, die an ihrem Aussenumfang im festste- tur, das heisst der jeweiligen Grösse, der einzelnen Lager- und henden Lagergehäuse 13 befestigt sind, zentrisch gehalten. Turbinenteile.

An den beiden Stirnseiten des Halteringes 10 anliegend sind Anstatt mit Membranen versehene Druckkammern 14 und mit Hilfe von Metallbälgen in Schubrichtung flexible Druck- 14' können selbstverständlich auch Servomotoren verwendet kammern 14,14' angeordnet, die auf ihrer Rückseite am Lager-40 werden.

gehäuse 13 abgestützt sind. Wenn ein Druckölsystem mit genügend hohem Druck vor-

Der Verdichter 15 der Gasturbine ist mit einer Druckent- handen ist, dann kann auch eine wie in Fig. 2 dargestellte Ausnahmestelle versehen, die über eine Leitung 16 mit den beiden führungsform in Frage kommen, bei welcher der am Verdichter individuell regulierbaren Drosselventilen 17 und 18 verbunden 15 angezapfte Druck auf ein Steuerventil 28 geleitet wird, wel-ist. Zur Kühlung der Regelluft ist in der Leitung 16 ein Kühler 45 ches den in der Leitung 29 herrschenden Steueröldruck entspre-19 vorgesehen. Durch Kühlen der abgezapften heissen Verdich- chend dem Verlauf des Verdichterenddruckes regelt. Ein Drei-terluft wird im Falle einer Leckage in einem der Bälge der weghahn 30 gestattet die Umschaltung von einer Drucklagersei-

Druckkammern 14 eine Brandgefahr durch Entzünden des te auf die andere. Mit Hilfe des Drosselventils 31 ist analog zu

Schmieröls durch die sonst heisse Verdichterluft vermieden. der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform das Verhältnis der Die Austrittsseiten der Drosselventile 17 und 18 sind mit je 50 durch die Druckkammern 14 respektive 14' (je nach Schubrich-einer Kammer oder Leitung 20 beziehungsweise 21 verbunden, tung) ausgeübten Schubkompensation zum Verdichterenddruck die je eine in die freie Atmosphäre mündende Austrittsöffnung einstellbar.

22 beziehungsweise 23 aufweisen, welche eine geringe Gasströ- Eine nochmalige Beschreibung der übrigen, mit Fig. 1 ana-

mung von der Druckentnahmestelle aus durch das jeweils geöff- logen Teilen erübrigt sich.

55

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims

633 355 2

PATENTANSPRÜCHE auftretenden Axialschub zum voraus genau zu berechnen, was

1. Achsdrucklageranordnung an einer Strömungsmaschine, besonders bei grossen Gasturbinen mit den notwendigen grosweiche mit einem in Axialrichtung starr angeordneten, mit einer sen Wellendurchmessern einen relativ grossen Unsicherheits-Wellendruckscheibe zusammenwirkenden Drucklager versehen faktor bezüglich der Drucklagerbelastung darstellt. Eine diesem ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein weiteres, s Unsicherheitsfaktor entsprechende Vergrösserung des Druckla-mit je einer weiteren mit der abzustützenden Welle (1) verbun- gers ist dabei nur möglich, wenn eine grössere Umfangsge-denen Wellendruckscheibe (6) zusammenwirkendes Drucklager schwindigkeit der Wellendruckscheibe zugelassen wird als es (7) aufweist, dessen Lagerelemente (8,9) relativ zur Wellen- eigentlich erwünscht wäre.

druckscheibe (2) des ersten Drucklagers (3) in Axialrichtung Die Anordnung von zwei hintereinander angeordneten der Welle (1) verschiebbar sind, und dass diese Lagerelemente io Drucklagern der bisher bekannten Bauart ist wegen den im Be-

(8,9) entgegen dem auf sie wirkenden Wellenschub über min- trieb in Längsrichtung der Welle auftretenden Wärmedehnun-

destens eine derart in Abhängigkeit vom Wellenschub gesteuer- gen nicht möglich.

te Druckanordnung (14,14') abgestützt sind, dass bei sich än- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer derndem Wellenschub die über diese Druckanordnung (14,14') Achsdrucklageranordnung, welche selbst bei grössten Gasturbi-

auf die Welle (1) ausgeübte Schubkompensation im gleichen i5 nen eine einwandfreie Abstützung des Axialschubes ermöglicht.

Änderungssinn verändert wird. Die erfindungsgemässe Achsdrucklageranordnung der ein-
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, gangsgenannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass sie min-dass die Drucklager (3,7) als doppelwirkende Segment-Druck- destens ein weiteres, mit je einer weiteren mit der abzustützen-lager ausgebildet sind. den Welle verbundenen Wellendruckscheibe zusammenwirken-
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 20 des Drucklager aufweist, dessen Lagerelemente relativ zur Wel-dass Mittel (16-25) vorgesehen sind, welche die über die lendruckscheibe des ersten Drucklagers in Axialrichtung der Druckanordnung (14,14') ausgeübte Schubkompensation in Welle verschiebbar sind, und dass diese Lagerelemente entge-Abhängigkeit vom in der Strömungsmaschine herrschenden gen dem auf sie wirkenden Wellenschub über mindestens eine Druck des Arbeitsmediums regulieren. derart in Abhängigkeit vom Wellenschub gesteuerte Druckan-
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 25 Ordnung abgestützt sind, dass bei sich änderndem Wellenschub dass die Strömungsmaschine mit einer vom Arbeitsmedium be- die über diese Druckanordnung auf die Welle ausgeübte Schub-aufschlagten Druckentnahmestelle versehen ist, die über eine kompensation im gleichen Änderungssinn verändert wird. Leitung (16) mit mindestens einem regulierbaren Drosselventil Eine solche Achsdrucklageranordnung weist bei der Ver-(17,18) verbunden ist, dass das letztere auf seiner Austrittsseite Wendung in thermischen Turbomaschinen den Vorteil auf, dass über eine weitere Leitung (20,21) mit einer in die freie Atmo- 30 der auf die abzustützende Welle wirkende Axialschub auf belie-sphäre mündenden Austrittsöffnung (22,23) verbunden ist, die big viele Drucklager verteilt werden kann, dass die Lagerbela-eine Arbeitsmediumströmung von der Druckentnahmestelle aus stung beim Anfahren der Turbomaschine, das heisst bei gerin-durch das Drosselventil (17,18) hindurch zulässt und einen so ger Lagertragfähigkeit praktisch Null ist, und erst mit zuneh-kleinen Öffnungsquerschnitt aufweist, dass in der die Austritts- mender Drehzahl der Welle, das heisst zunehmender Lagertragseite des Drosselventils (17,18) mit der Austrittsöffnung (22, 35 fähigkeit, ansteigt.

23) verbindenden weiteren Leitung (20,21) ein mittels dem Eine solche Achsdrucklageranordnung ist zum Beispiel bei

Drosselventil (17,18) regulierbarer, über dem Atmosphären- Wasserturbinen, Gasturbinen, Dampfturbinen oder Verdich-

druck liegender Druck einstellbar ist, welcher über eine dritte tern verwendbar.

Leitung (24,25) in das Innere der Druckanordnung (14,14') Es ist zweckmässig, wenn die Drucklager als doppelwirkendes zweiten Drucklagers (7) übertragen wird und derart eine 40 de Segment-Drucklager ausgebildet sind.

Schubkompensation bewirkt. Zur Erzielung einer einwandfrei gesteuerten Schubkompen-
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, sation ist es vorteilhaft, wenn Mittel vorgesehen sind, welche die dass die Strömungsmaschine mit einer vom Arbeitsmedium be- über die Druckanordnung ausgeübte Schubkompensation in aufschlagten Druckentnahmestelle versehen ist, die über eine Abhängigkeit vom in der Störungsmaschine herrschenden Leitung (16) mit einem Öldruckregulierorgan (28) verbunden 45 Druck des Arbeitsmediums regulieren.

ist, und dass das letztere derart ausgebildet und mit der Druck- Zum Beispiel bei Gasturbinen ist es zweckmässig, wenn die anordnung (14,14') verbunden ist, dass in letzterer zur Bewir- Strömungsmaschine mit einer vom Arbeitsmedium beaufschlag-

kung einer Schubkompensation entsprechend dem Druck des ten Druckentnahmestelle versehen ist, die über eine Leitung mit

Arbeitsmediums ein Öldruck aufgebaut wird. mindestens einem regulierbaren Drosselventil verbunden ist,
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn- 50 dass das letztere auf seiner Austrittsseite über eine weitere Lei-zeichnet, dass die Druckanordnung (14,14') aus mindestens tung mit einer in die freie Atmosphäre mündenden Austrittsöffeiner in Schubrichtung flexiblen Druckkammer besteht. nung verbunden ist, die eine geringe Druckmediumströmung von der Druckentnahmestelle aus durch das Drosselventil hin-

durch zulässt und einen so kleinen Öffnungsquerschnitt auf-

55 weist, dass in der die Austrittsseite des Drosselventils mit der