DE1086127B

DE1086127B - On-the-fly, single-stage flow machine, such as a centrifugal pump, with planetary gear

Info

Publication number: DE1086127B
Application number: DEH35355A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Harald Hany
Original assignee: Henschel Werke GmbH
Current assignee: Henschel Werke GmbH
Priority date: 1959-01-14
Filing date: 1959-01-14
Publication date: 1960-07-28

Description

Fliegend angeordnete einstufige Strömungsmaschine, wie Kreiselpumpe, mit Planetengetriebe Bei einstufigen Strömungsmaschinen, wie Kreiselpumpen, ist es zum Erzielen eines guten Wirkungsgrades notwendig, mit sehr hohen Drehzahlen zu arbeiten. Dies macht keine Schwierigkeiten, wenn der Antrieb ebenfalls durch eine Strömungsmaschine (Gas- oder Dampfturbine) erfolgt, weil auch bei dieser Antriebsmaschine hohe Drehzahlen die günstigsten Arbeitsbedingungen geben und die Arbeitsmaschine unmittelbar gekuppelt werden kann. Wenn jedoch der Antrieb z. B. von einem Elektromotor über ein übersetzungsgetriebe erfolgt, dann bereiten die Lager der Strömungsmaschine mit hoher Drehzahl (Turbine, Pumpe, Gebläse) nicht unerhebliche Schwierigkeiten. Gleitlager, mit denen man die auftretenden Lagerkräfte bei entsprechender Schmierung und Kühlung beherrschen kann, haben nicht uribeachtliche Leistungsverluste und verschlechtern hierdurch den Wirkungsgrad. Bei Wälzlagern ist die Lebensdauer bei hohen Drehzahlen durch das häufige Überrollen der Wälzkörper gering, wenn die Lagerkräfte nicht äußerst niedrig gehalten werden können. Dies ist aber bei einem üblichen Vorgelegegetriebe nicht möglich, namentlich bei größeren Leistungen, bei denen auch noch durch Ungenauigkeiten der Verzahnung und sonstige Betriebsverhältnisse Stöße im übertragungsmechanismus hinzukommen und zusätzliche Lagerbelastungen ergeben.Overhung single-stage flow machine, such as centrifugal pump, with planetary gear With single-stage flow machines, such as centrifugal pumps it is necessary to achieve good efficiency, with very high speeds to work. This does not cause any problems if the drive is also through a flow machine (gas or steam turbine) takes place, because this drive machine is also used high speeds give the most favorable working conditions and the working machine can be coupled directly. However, if the drive z. B. from an electric motor Is done via a transmission gear, then prepare the bearings of the turbomachine with high speed (turbine, pump, blower) not inconsiderable difficulties. Plain bearings, with which the bearing forces that occur with appropriate lubrication and cooling, have negligible loss of performance and deteriorate thereby the efficiency. In the case of roller bearings, the service life is at high speeds low due to the frequent rolling over of the rolling elements if the bearing forces are not extreme can be kept low. However, this is the case with a conventional countershaft transmission not possible, especially in the case of larger services, which are also due to inaccuracies the gearing and other operating conditions shocks in the transmission mechanism add and result in additional bearing loads.

Kreiselpumpen, die über ein Planetengetriebe angetrieben werden, sind bekannt. Bei ihnen ist aber durchweg die Pumpenwelle beiderseits des Getriebes gelagert. Dadurch treten die erwähnten Schwierigkeiten bezüglich der Leistungsverluste oder der Lebensdauer ein, wenn sehr hohe Drehzahlen verwendet werden sollen.Centrifugal pumps that are driven via a planetary gear are known. With them, however, the pump shaft is always supported on both sides of the gearbox. As a result, the mentioned difficulties with respect to the power loss or occur the service life if very high speeds are to be used.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die genannten Schwierigkeiten dadurch überwunden, daß die Strömungsmaschine, deren Läufer fliegend angeordnet ist, in der Nähe des Läufers durch ein Kugellager für sehr hohe Drehzahlen gelagert ist, während das freie Wellenende das Sonnenrad eines Planetengetriebes trägt und die Planetenräder selbst die zweite Lagerung der Pumpenwelle übernehmen. Durch , diese Maßnahme wird erreicht, daß die Pumpenwelle von der Antriebsseite her nur Drehmomente erhält, die Pumpenwelle daher mit kleinerem Durchmesser ausgeführt werden kann, als es sonst notwendig wäre. Dadurch, daß auch der Läufer der Strömungsmaschine sehr leicht ausgeführt und völlig ausgewuchtet werden kann, treten auch von der Abtriebsseite her keine Biegekräfte auf die Pumpenwelle hinzu. Die Bemessung der Pumpenwelle kann also hauptsächlich den Forderungen hinsichtlich Vermeidung kritischer Schwingungsgebiete entsprechend erfolgen. Daher kann auch das vorgenannte Kugellager für hohe Drehzahlen klein ausgebildet werden, wodurch eine hohe Lebensdauer erreicht wird.In the present invention, the foregoing difficulties are addressed overcome by the fact that the turbomachine, whose rotor is overhung is mounted near the rotor by a ball bearing for very high speeds is, while the free shaft end carries the sun gear of a planetary gear and the planet gears themselves take over the second bearing of the pump shaft. By , this measure is achieved that the pump shaft from the drive side only Receives torques, the pump shaft are therefore designed with a smaller diameter can than would otherwise be necessary. Because also the rotor of the turbomachine Can be run very easily and fully balanced, also step from the On the output side, no bending forces are added to the pump shaft. The dimensioning of the Pump shaft can therefore mainly meet the requirements with regard to avoidance critical Oscillation areas take place accordingly. Therefore, the aforementioned ball bearing be made small for high speeds, thereby achieving a long service life will.

Da Kugellager für hohe Drehzahlen eine erhöhte Lagerluft wegen der möglichen Ausdehnung des Innenringes haben müssen, wird zur Vermeidung der ungenauen Lagerführung durch dieses Lager im Betrieb eine axiale Lageranstellung vorgesehen, die durch Schrägverzahnung des Planetengetriebes unter Umständen gemeinsam mit einem allenfalls vorhandenen Axialschub der Strömungsmaschine bewerkstelligt wird.Since ball bearings for high speeds have an increased bearing clearance because of the possible expansion of the inner ring will have to avoid the imprecise Bearing guidance through this bearing during operation an axial bearing adjustment is provided, due to the helical gearing of the planetary gear under certain circumstances together with a possibly existing axial thrust of the turbomachine is brought about.

In den Zeichnungen ist eine Kreiselpumpe als Beispiel dargestellt, die die erfindungsgemäßen Merkmale hat.In the drawings a centrifugal pump is shown as an example, which has the features of the invention.

Abb.1 ist ein Längsschnitt durch Pumpe und Planetengetriebe, Abb. 2 ein Querschnitt durch das Planetengetriebe. Die Pumpenwelle 3 trägt auf der einen Seite fliegend die Kreiselpumpe 1, auf der anderen das Sonnenrad 4. Die Welle 3, die sich mit hohen Drehzahlen dreht, ist nur in dem Kugellager 2 gelagert. Das Sonnenrad 4 greift in die drei Planetenräder 5 ein, deren Mittelachsen im Winkel von 120° zueinander stehen. Die Antriebswelle 6 ist mit einer Gas- oder Dampfturbine verbunden.Fig.1 is a longitudinal section through the pump and planetary gear, Fig. 2 a cross section through the planetary gear. The pump shaft 3 carries on one On the side the centrifugal pump 1, on the other the sun gear 4. The shaft 3, which rotates at high speeds is only supported in the ball bearing 2. The sun gear 4 engages in the three planet gears 5, the central axes of which are at an angle of 120 ° to stand by each other. The drive shaft 6 is connected to a gas or steam turbine.

Die Lagerung der Pumpenwelle durch die Planetenräder des Antriebsgetriebes ist nicht form-, sondern kraftschlüssig. Zweckmäßigerweise werden drei Planetenräder vorgesehen, so daß die unter 120° stehenden Zahnkräfte die Pumpenwelle zentrieren. Bei untergeordneten Abweichungen in der Teilung der verwendeten Zahnräder kann es vorkommen, daß das Sonnenrad sich nicht ganz genau um seine geometrische Achse dreht, sondern geringfügige Abweichungen erfährt. Derartige untergeordnete Abweichungen sind aber sowohl für das verwendete Kugellager für hohe Drehzahlen bedeutungslos als auch für den Läufer der Strömungsmaschine.The bearing of the pump shaft by the planetary gears of the drive gear is not a form fit, but a force fit. Appropriately, there are three planet gears provided so that the tooth forces below 120 ° center the pump shaft. In the case of minor deviations in the pitch of the gears used, it can it can happen that the sun gear does not turn exactly around its geometrical axis, but minor deviations learns. Such subordinates However, there are deviations for the ball bearings used for high speeds meaningless as well as for the rotor of the turbo machine.

Die freie Einstellung des Wellenendes mit dem Sonnenrad hat zudem den bekannten Vorteil, daß die Zahndrücke der drei Planetenräder sich weitgehend ausgleichen. Die biegungsfreie Welle erlaubt zudem, daß die Zahnräder breit ausgeführt und dabei bei kleiner Teilung nicht hoch belastet zu werden brauchen. Beide Maßnahmen verbessern den Wirkungsgrad. Die im Zahnradbau übliche geringe Zahnluft gibt auch für den Anlauf der Maschine, also wenn die Zahndrücke noch untergeordnet sind, eine genügende Eingrenzung der Mittellage des Sonnenrades.The free adjustment of the shaft end with the sun gear also has the known advantage that the tooth pressures of the three planet gears are largely balance. The bend-free shaft also allows the gears to be made wide and do not need to be heavily loaded with a small pitch. Both measures improve efficiency. There is also the small amount of tooth clearance that is common in gear manufacturing for the start-up of the machine, i.e. if the tooth pressures are still subordinate, one Sufficient delimitation of the central position of the sun gear.

Die Strömungsmaschine einschließlich Dichtelement, Kugellager und Welle mit Sonnenrad ist eine Baueinheit, die einfach von dem Getriebe durch Herausziehen zu lösen ist.The fluid flow machine including sealing element, ball bearing and The shaft with the sun gear is an assembly that can be easily removed from the gearbox by pulling it out is to be solved.

Es ändert nichts am Sinne der Erfindung, wenn die Strömungsmaschine entweder durch das Außenrad oder durch den Planetenradträger angetrieben wird.It does not change anything in the sense of the invention if the turbomachine is driven either by the outer gear or by the planet carrier.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Overhung single-stage fluid flow machine, such as centrifugal pump, with planetary gear, characterized in that the bearing is carried out on the one hand by a ball bearing (2) for high speeds arranged close to the rotor, on the other hand by the sun gear (4) of the planetary gear.

2. Flying arranged single-stage turbomachine according to claim 1, characterized in that that to achieve a low axial load and employment of the ball bearing (2) the planet gears (5) are helically toothed.

3. Overhung single-stage flow machine according to claim 2, characterized in that the flow machine with sealing element, ball bearing (2) and shaft (3) with sun gear (4) is combined to form a structural unit. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1 004 929: