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DE2315093A1 - Maschine zur foerderung bzw. verdichtung von gasen - Google Patents

Maschine zur foerderung bzw. verdichtung von gasen

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DE2315093A1
DE2315093A1 DE2315093A DE2315093A DE2315093A1 DE 2315093 A1 DE2315093 A1 DE 2315093A1 DE 2315093 A DE2315093 A DE 2315093A DE 2315093 A DE2315093 A DE 2315093A DE 2315093 A1 DE2315093 A1 DE 2315093A1
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Description

BST 058
Brown Boveri - Sulzer Turbomaschinen AG, Zürich, Schweiz
Maschine zur Förderung bzw. Verdichtung von Gasen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur Förderung bzw. Verdichtung von Gasen mit einem innerhalb eines gasdichten Gehäuses angeordneten, einen Motorläufer und mindestens ein Förderrad aufweisenden Rotor für Leistungen über 500 KW, insbesondere für Atomkraftanlagen.
Es ist bekannt, zur Schmierung der Traglager von Maschinen zur Förderung von Gasen das zu fördernde Gas selber oder ein zur Kühlung der Antriebsmaschine dienendes Gas zu verwenden (CH-PS 480 543 und 344 128). Gasgeschmierte Lager verzehren eine geringe Reibungsleistung und eignen sich für relativ hohe Umdrehungszahlen. Die Senkung der Reibungsleistung führt zur Senkung der Höchsttemperaturen. Gegenüber flüssigkeitsgeschmierten Lagern haben sie überdies den Vorteil, keine unerwünschten flüssigen Beimengungen zum Fördergas zu verursachen. — Es besteht aber der g|tchteil, dass gasgeschmierte Lager, verglichen mit flüssigkeitsgeschmierten, nur äusserst schwach belastet werden können; so hat sich ihre Anwendung bisher auf kleine Maschinen beschränkt. Schon bei Leistungen von 500 KW könnte beim Gewicht des hiefür notwendigen Rotors ein zuverlässiger Betrieb nur schwer eingehalten
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werden, weil bei Gaslagern spezifische Belastungen'von über 1 kg/cm^ eine metallische Berührung der Welle mit der Büchse mit Sicherheit nicht mehr vermieden werden kann.
Bei der einen der bekannten Maschinen liegt die Welle waagrecht im Gehäuse und besitzt zwei gasgeschmierte Radiallager und ein ebenso gasgeschmiertes Axiallager. Zur Schmierung wird das den Rotor zur Kühlung umgebende Gas verwendet. Die Abstützung des Rotorgewichts erfolgt durch die Radiallager. Hierdurch wird das Gewicht des Rotors und damit auch die Leistung der Maschine wegen der geringen Belastbarkeit gasgeschmierter Lager begrenzt. Das Axiallager wird allerdings nur gering belastet und verursachte an sich keine so niedrige Begrenzung des Rotorgewichtes und damit der Maschinenleistung. Bei der andern bekannten Maschine ist der Rotor senkrecht im Maschinengehäuse angeordnet, womit die Radiallagerung vom Gewicht entlastet ist. Die Axiallagerung ist durch gegebenenfalls mit erhöhtem Druck zugeführtes Fürdergas geschmierI. Durch das gleiche Gas wird auch die axiale Lagerung geschmiert. Sie setzt deshalb die obere Belastungsgrenze noch tiefer, weil die axiale Belastung nicht wie die radiale auf zwei oder mehr Lager verteilt werden kann.
Zweck der Erfindung ist es, eine Maschine mit möglichst geringen Verlusten durch Lagerreibung und unter Vermeidung jeglicher Berührung des Fördergases mit einem
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störenden Schmiermittel zu betreiben. Diese Aufgabe ergibt sich besonders für Maschinen mit Leistungen über 500 KW und stellt sich als unumgängliche Bedingung bei Leistungen über 2000 KW. Insbesondere bei Atomkraftanlagen ist es unabdingbare Notwendigkeit, das Fördergas von jeder Berührung mit seiner Art fremden oder gar schädlichen Stoffen zu schützen.
Zur Lösung der aufgezeichneten Aufgabe schlägt die Erfindung eine Bauweise vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rotor senkrecht angeordnet und sein Gewicht mit Hilfe einer Welle von im Vergleich zum Rotor vermindertem Durchmesser auf ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager übertragen wird, dass ferner zur Rückkühlung der Schmierflüssigkeit ein mit Rückkühlmittel beliefertes Wärmeaustauschelement dient, dass ausserdem der Rotor mit Hilfe mindestens eines — mit einer zylindrischen Bohrung mit Spiel zur Bildung eines Films aus Fördergas einen Teil des Rotors umgreifenden — Elemente» gegenüber dem Gehäuse zentriert gehalten ist und dass schliesslich die zur Gewichtsübertragung dienende Welle verminderten Durchmessers von einer Stopfbuchse umgeben ist, welcher als Sperrmittel ein Gas zugeführt wird. Das Sperrgas muss sich dem Fördergas gegenüber neutral verhalten. Zweckmassig wird sogar Fördergas selber als Sperrmittel verwendet.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Maschine nach der Erfindung und
Fig. 2 eine mögliche Ergänzung der Ausführung nach Fig. 1.
In einem gasdichten Gehäuse 20 ist auf einem Rotor 1 ein Förderrad 11 und ein Elektromotor 12 angeordnet. Das Gehäuse 20 schliesst mittels eines Flansches 21 an eine Zufuhrleitung und mittels eines Flansches 22 an eine Förderleitung an. Damit ist das Innere der Maschine hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtet.
Das Gehäuse ist senkrecht aufgestellt, so dass
auch die Achse des Rotors senkrecht verläuft und damit das
Gewicht des Rotors allein durch ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager 7 getragen werden kann.
Das Axiallager 7 ist als Rollenlager ausgebildet, dessen tragende Rollen 24 in ein Schmiermittelbad 25 eingetaucht sind. Zur Kühlung des Schmiermittels dient ein Wärmeaustauscher 9, dem durch die Leitung 8 Kühlmittel zugeführt wird. Die Laufelemente 26 des Axiallagers haben praktisch keine Kräfte zu übertragen. Sie dienen lediglich sicherheitshalber einer Begrenzung des Lagerspiels und können beispielsweise aus einem selbstschmierenden Stoff hergestellt sein.
Der Rotor 1 ist mit Hilfe einer Welle 2 von im Vergleich zu ihm vermindertem Durchmesser am Axiallager 7
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aufgehängt. Hierdurch wird es möglich, das Axiallager 7 hinsichtlich Durchmesser und Rollfläche so zu gestalten, dass der günstigste Kompromiss zwischen Rollfläche und Rollgeschwindigkeit eingehalten werden kann.
Die Welle 2 ist ausserdem von einer Stopfbüchse umgeben, die im wesentlichen aus Labyrinthen besteht. Dieser Stopfbüchse wird an einer geeigneten mittleren Stelle durch den Anschluss 4 ein Sperrgas zugeführt, dessen Druck höher ist als der im Gehäuse im Bereich der Welle 2 beim Betrieb sich einstellende Druck des Fördergases. Als Sperrgas kann z.B. Fördergas an der an den Flansch 22 angeschlossenen Förderleitung entnommen werden. Zweckmässig wird der Raum über dem Schmiermittel über eine Drosselstelle mit einer Stelle niedrigeren Drucks verbunden, so dass dadurch in der Stopfbüchse von der Sperrmittelzufuhrstelle an eine aufwärtsgerichtete Gasströmung entsteht, welche das Eindringen von Schmieroel in die Stopfbuchse verhindert.
Zur Zentrierung des Rotors 1 gegenüber dem Gehäuse 20 dienen die Büchsen 6, die mittels Membranen 23 am Gehäuse befestigt sind. Damit können die Büchsen 6 wohl zur Ausführung kleiner Einstellbewegungen sich um ihren Mittelpunkt neigen. Umgekehrt ist aber der Mittelpunkt der Büchsen gegenüber dem Gehäuse unverschiebbar festgelegt. Die Büchsen 6 besitzen gegenüber dem Durchmesser der durch sie umgebenen Rotorteile ein genügendes Spiel, so dass sich zwischen Büchse
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und Rotor ein Gasfilm einstellen kann, der eine metallische Berührung der Laufflächen verhindert. Eine solche Zentrierung wird nur durch die senkrechte Aufhängung des Rotors ermöglicht. In dieser Lage entstehen höchstens nur vernachlässigbar kleine Radialkräfte, welche den Gasfilm nicht zerstören können.
Eine weitere Ergänzung besteht darin, dass unterhalb des Axiallagers nach Fig. 2 ein Notlager 13 eingebaut wird, das im normalen Betrieb überhaupt nicht belastet ist. Erst bei einer Beschädigung des Axiallagers 7 und Absinken des Rotors beginnt das Notlager 13 auf der Lagerfläche 27 zu laufen, so dass der Rotor 1 bis zum Auslaufen in einer Lage gehalten werden kann, in der noch keine weitern Beschädigungen entstehen können.
Das Axiallager braucht nicht durchaus über dem Rotor mittels einer Welle verminderten Durchmessers angebracht zu sein. Es kann auch unterhalb des Motors 12 und des Laufrades 11 so angeordnet sein, dass das Gewicht des Rotors unter Druck auf das Axiallager übertragen wird.
Zwecknlässig ist die Verwendung von zwei Zentrierelementen. In besondern Fällen könnten aber auch nur eines oder in andern mehr als zwei verwendet sein.
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Claims (11)

  1. 23Ί5093
    - 7 - BST 058
    Patentansprüche
    \ J Maschine zur Förderung bzw. Verdichtung von Gasen mit einem innerhalb eines gasdichten Gehäuses angeordneten, einen Motorläufer und mindestens ein Förderrad aufweisenden Rotor für Leistungen über 500 KW (insbesondere für Atomkraftanlagen), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) senkrecht angeordnet und sein Gewicht mit Hilfe einer Welle (2) von im Vergleich zum Rotor vermindertem Durchmesser auf ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager (7) übertragen wird, dass ferner zur Rückkühlung der Schmierflüssigkeit ein mit Rückkühlmittel beliefertes Wärmeaustauschelement (9) dient, dass ausserdem der Rotor (1) mit Hilfe mindestens eines — mit einer zylindrischen Bohrung mit Spiel zur Bildung eines Films aus Fördergas einen Teil des Rotors (1) umgreifenden — Elementes (6) gegenüber dem Gehäuse (20) zentriert gehalten ist und dass schliesslich die zur Gewichtsübertragung dienende Welle (2) verminderten Durchmessers von einer Stopfbüchse (3) umgeben ist, welcher als Sperrmittel ein Gas zugeführt wird.
  2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Förderrad (11) und dem Motor (12) einerseits und andererseits zwischen dem Motor (12) und dem Axiallager (7) je ein Zentrierelement (6) angeordnet ist.
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  3. 3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (6) mindestens drei sich selbst einstellende Segmente aufweist, die mittels des zwischen ihnen und dem Rotor sich einstellenden Films aus Sperrgas denselben zentriert halten.
  4. 4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (6) mittels Membranen (23) durch das Gehäuse (20) gehalten sind.
  5. 5. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein einziges, zwischen dem Läufer des Motors und dem Förderrad am Rotor angeordnetes Zentrierelement (6).
  6. 6. Maschine nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (7) pendelnd bzw. kardanisch im Gehäuse abgestützt ist.
  7. 7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (7) als Wälzlager ausgebildet ist.
  8. 8. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein axiales Notlager (13), mit dessen Hilfe der Rotor (1) bei einer Strömung des für den Betrieb bestimmten Axiallagers (7) bis zum Stillstand auslaufen kann.
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  9. 9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Notlager (13) unmittelbar unter dem Betriebs-Axiallager (7) angeordnet und durch das umgebende Fördergas geschmiert ist.
  10. 10. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeaustauschelement (9) innerhalb des gasdichten Gehäuses (20) untergebracht ist.
  11. 11. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfbüchse (3) Fördergas als Sperrmittel zugeführt wird.
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