Entspannungsturbine Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Ent spannen von Gas, z. B. von Kältemittel in Verbin dung mit einer Kompressionskühlanlage, bestimmte Turbine mit einer flüssigkeitsgeschmierten Lagerung, einem diese umschliessenden, mit einer gedrosselten Gasausströmleitung versehenen Behälter und mit einer an der Turbinenwelle zwischen Turbine und Lagerung gelegenen, die Verbindung zwischen Tur bineninnerem und Lagerungsbehälter herstellenden Labyrinthdichtung,
an deren der Lagerung zugekehr ter Seite der Druck mittels der gedrosselten Gasaus- strömleitung während des normalen Betriebs niedriger gehalten ist als der Druck an der der Turbine zu gekehrten Seite. Die Erfindung besteht darin, dass an die Labyrinthdichtung ein Gasspeicherbehälter an geschlossen ist, der während des Betriebs von der Turbine aus mit Gas gespeist und unter Druck ge setzt ist.
Durch den Gasspeicherbehälter lässt sich errei chen, dass bei rascher Druckerniedrigung in der Tur bine, wie sie etwa beim Stälsetzen derselben oder bei Störungen entstehen kann, der Druck in der Labyrinthdichtung langsamer absinkt als in dem La gerungsbehälter, in welchem er ebenfalls, und zwar infolge der Wirkung der gedrosselten Gasausström- leitung abfällt.
Dies wird erzielt, wenn das Volumen des Gasspeicherbehälters genügend gross ist, so dass die Zeitkonstante der Ausströmung von Gas aus dem Speicherbehälter in die Labyrinthdichtung hinein grö sser ist als diejenige der Ausströmung aus dem La gerungsbehälter über die dort angeschlossene, gedros selte Gasausströmleitung. Es wird dann vermieden, dass Schmiermittelnebel von relativ hoher, z.
B. ge wöhnlicher Raumtemperatur (etwa -E-20 C) aus dem die Lagerung und gegebenenfalls eine Bremsvorrich tung enthaltenden Raum durch die Labyrinthdichtung in die Turbine strömt, die, je nach Anwendung, unter tieferer, gegebenenfalls unter sehr tiefer Temperatur, z. B. -90 C, steht und in der das Schmiermittel sofort erstarren und sich festsetzen würde.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer er findungsgemäss ausgebildeten Turbine mit Reibungs bremsvorrichtung.
Fig. 2 und 3 sind zugehörige Diagramme.
In einem strichpunktiert angedeuteten Behälter 28 ist eine unter tiefer Betriebstemperatur, z. B. unter -90 C stehende Entspannungsturbine unterge bracht, der ein zu entspannendes Gas über eine Lei tung 6 zugeführt und über eine Leitung 8 entnommen wird und deren Rotor 3 fliegend auf einer Welle 4 gelagert ist. Auf die Welle 4 wirkt eine am anderen Ende angebrachte, flüssigkeits-, z. B. ölgeschmierte, Reibungsbremsvorrichtung ein, von der lediglich ein auf der Welle 4 befestigter Bremskörper 37 verein facht dargestellt ist. Die Bremsvorrichtung ist bei dem gezeichneten Beispiel in einem hohlen Lagerkörper 32 untergebracht, an dem zwei Lager 33, 35 für die Welle 4 gebildet sind.
Die flüssigkeitsgeschmierte Lagerung besteht hier also im wesentlichen aus den Teilen 32, 33, 35, wozu gegebenenfalls auch der Teil 37 zu rechnen ist. Die Bremsvorrichtung und der Körper 32 sind in einem unter normaler Temperatur, z. B. +20 C, stehenden, strichpunktiert angedeute ten Lagerungsbehälter 25 untergebracht.
Von einem Schmierölbehälter 50 aus sind die Lager 33 und 35 sowie der Bremskörper 37 mit Öl gespeist, das über eine eine Pumpe 51 sowie einen Kühler 52 enthaltende Hauptleitung 53 und über daran anschliessende Zweigleitungen 47, 49, 48 zu- geführt ist. Aus in dem Lagerkörper 32 gebildeten Sammelräumen 111, 112, 113 und 114 für das die Lager 33, 35 und die Bremsteile durchsetzende Öl wird dieses über Leitungen<B>115</B> bis 118 in den Schmierölbehälter 50 zurückgeführt. Dieser ist in seinem oberen Teil über eine Leitung 119 mit dem Lagerungsbehälter 25 verbunden, so dass Druckaus gleich zwischen den beiden Behältern 50 und 25 her gestellt ist.
An dem Lagerungsbehälter 25 ist ferner eine mit einem Drosselorgan 104 ausgerüstete Gasausström- leitung 76 angeschlossen, die in eine Schauflasche 75 mündet, aus der eine Leitung 77 wegführt. Auf der Welle 4 ist ein Schmiermittelspritzring 121 befestigt, der in den Sammelraum 114 hineinragt.
Turbine und Lagerung samt Reibungsbremsvor richtung sind durch eine Labyrinthdichtung 21 von einander getrennt, über die die Verbindung zwischen dem Turbineninneren und dem Lagerbehälter 25 her gestellt wird und in deren mittlerem Bereich ein Ringraum 122 gebildet ist, der über eine Leitung 123 mit einem Gasspeicherbehälter 124 in Verbindung steht.
Schliesslich ist an den Lagerungsbehälter 25 eine gestrichelt angedeutete Gasausströmleitung 126 ange schlossen, die ein Absperrorgan 127 enthält, das von einer selbsttätigen Steuervorrichtung aus betätigt ist. Die Steuervorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Differentialdruckregler 128, z. B. einem Steuer kolben, der einerseits über eine Steuerleitung 129 auf den an der Turbineneinströmseite 5 herrschenden Druck und anderseits über eine Steuerleitung 130 auf den in dem Lagerungsbehälter 25 aufrechterhaltenen Druck anspricht.
Auf den Abszissen der Diagramme nach den Fig. 2 und 3 ist die Zeit t, auf den Ordinaten der Druck p aufgetragen. Die Kurven I bis IV veran schaulichen die Drücke im Turbineninneren bzw. im Inneren des Lagerungsbehälters 25 und in dem Gas speicherbehälter 124, wie sie etwa beim Abschalten der Turbine oder bei Störungen eintreten können, vergleiche weiter unten.
Die Wirkungsweise ist folgende: Bei normalem Betrieb herrscht in der Turbine beispielsweise ein Druck von etwa 12 bis 13 ata, ebenso - abgesehen von den geringen, nicht ins Gewicht fallenden Druck verlusten längs der Labyrinthdichtung 21 - in dem von ihr aus mit Gas gespeisten und unter Druck gesetzten Gasspeicherbehälter 124 und im Inneren der Labyrinthdichtung 21.
In dem Lagerungsbehälter 25 wird ein etwas niedrigerer Druck aufrechterhalten, und zwar dadurch, dass das Drosselorgan 104 etwas geöffnet wird, so dass eine geringe Menge Gas über die Ausströmleitung 76, die Schauflasche 75 und die Leitung 77 nach aussen strömt und in. der Labyrinth dichtung 21 ständig eine in der Fig. 1 von links nach rechts gerichtete, geringfügige Gasströmung aufrecht erhalten ist.
Durch sie wird vermieden, dass die in dem Lagerungsbehälter 25 vorhandenen Schmiermit- teldämpfe durch die Labyrinthdichtung 21 in Rich- tung auf die Turbine strömen oder durch sie hindurch diffundieren. Gleichzeitig wird von der Pumpe 51 aus laufend Schmiermittel in die Lager 33, 35 und in den Bremskörper 37 gegeben, welches Schmiermit tel über die Leitungen 115 bis<B>118</B> in den Schmier ölbehälter 50 zurückströmt. Das Absperrorgan 127 ist während des nomalen Betriebs geschlossen.
Wird die Turbine stillgesetzt, so sinkt in ihr bzw. in Behälter 28 der Druck etwa gemäss Kurve I nach den Fig. 2 und 3 rasch ab, so dass der Differential- druckregler 128 infolge der Verschiedenheit der Drücke in den Behältern 28 und 25 in Tätigkeit tritt und das Organ 127 öffnet.
Anschliessend sinkt auch der Druck im Lagerungsbehälter 25 etwa gemäss Kurve IV (Fig. 3) ab, also gegenüber dem Druck im Behälter 28 etwas verzögert. Das Volumen des Gas speicherbehälters 124 ist so gross bemessen, dass auf Grund dessen und auf Grund der Drosselwirkung der Labyrinthdichtung 21 der Druck in ihm wesent lich langsamer absinkt, auf jeden Fall langsamer als im Lagerungsbehälter 25, nämlich etwa gemäss Kurve III nach den Fig.2 und 3.
Bei einer abgewandelten Bauart, bei der die Teile 126 bis 130 nicht vorhanden sind, fällt der Druck in dem Lagerungsbehälter 25 beispielsweise gemäss Kurve II nach Fig. 2 ab, also gegenüber dem Ab sinken des Druckes in der Turbine stärker verzögert, als es mittels der Differentialdruckregelvorrichtung 128 bis 130 möglich ist, jedoch noch rascher als der Druck im Gasspeicherbehälter 124.
In jedem Fall lässt sich erreichen, dass in der Labyrinthdich- tung 21 keine in Fig. 1 nach links gerichtete Gas strömung entstehen kann, durch die Schmiermittel dämpfe aus dem Lagerungsbehälter 25 in die Turbine gelangen könnten; vielmehr herrscht mindestens in der in Fig. 1 rechten Hälfte der Labyrinthdichtung 21 infolge des höheren, im Gasspeicherbehälter 124 aufrechterhaltenen Druckes eine in Richtung auf den Lagerungsbehälter 25 gerichtete Gasströmung, die sich ohne weiteres so gross bemessen lässt, dass auch Diffusion von Schmiermittel in die Turbine vermie den wird.
Bei einer abgewandelten Bauart sind die Gasaus- strömleitungen 76 und 126 miteinander vereinigt, ebenso die Organe 104 und 127. Der Differential- druckregler 128 steht dann mit dem einzigen, vor der Schauflasche 75 angeordneten Drosselorgan der Gasausströmleitung in Wirkungsverbindung. Gege benenfalls kann dabei auf die Schauflasche 75 ver zichtet werden, damit nicht bei raschem Öffnen des davor liegenden Drosselorgans Flüssigkeit aus der Flasche spritzt oder über die Leitung 77 herausge drückt wird.
Statt des Differentialdruckreglers 128 kann auch eine lediglich vom Druck in der Turbine aus über die Leitung 129 gesteuerte Steuervorrichtung eingebaut sein; die Leitung 130 fällt dann fort.
Gegebenenfalls sind die Sammelräume 111, 11.2, 113 während des Betriebs vollständig mit Öl ange füllt. Es wird dann erreicht, dass möglichst viele rotierende Teile in flüssigem Öl laufen, so dass sich an diesen Teilen kein Ölnebel etwa durch Rotation bilden kann. Lediglich an dem Spritzring 121 und im Sammelraum 114 wird sich in unvermeidlicher Weise etwas Ölnebel bilden.
Weiter lässt sich die Bildung von Ölnebel etwa in dem Schmierölbehälter 50 dadurch verhindern, dass sich die Leitungen 115 bis 118 innerhalb desselben so weit nach unten fortsetzen, dass sie in das dort befindliche Vorratsöl eintauchen. Es wird dann eine intensive Berührung zwischen dem Rücklauföl und dem im Schmierölbehälter 50 über dem Ölspiegel ruhenden und mit denl Lagerungsbehälter 25 in Ver bindung stehenden Gas vermieden.
Durch die zuletzt erwähnten Massnahmen wird er zielt, dass das im Lagerungsbehälter 25 befindliche Gas und überdies auch das über die Leitungen 76, 77 ausströmende Gas relativ wenig Ölnebel enthält. Gegebenenfalls kann dann das aus der Leitung 77 austretende Gas nach vollständiger Reinigung aufs neue, z. B. im Turbinenkreislauf, verwendet werden.
Weitere Abwandlungen ergeben sich, wenn z. B. als Brems- und Energieaufnahmevorrichtung statt der Reibungsbremsvorrichtung 37 ein Gebläse oder ein elektrischer Generator eingebaut ist, wobei dann die Lager 33, 35 gegebenenfalls beide zwischen der Tur bine und der Brems- und Energieaufnahmevorrich- tung, also im Bereich des in Fig. 1 dargestellten Lagers 35 angeordnet, gegebenenfalls miteinander vereinigt sein können.
Auch kann bei Verwendung einer flüs sigkeitsgeschmierten Reibungsbremsvorrichtung wie gemäss Fig. 1 die Reibungsbremsvorrichtung mit den Lagerteilen 33, 35 völlig vereinigt sein derart, dass die Reibungsbremsvorrichtung zugleich die Lagerung bil det, dass also in einem oder mehreren Lagern durch Reibung und unter Flüssigkeitsschmierung die Welle 4 abgebremst wird.