CH713776B1 - Kompressor. - Google Patents

Abstract

Kompressor (10), mit einem Kompressorgehäuse (13), mit einem im Kompressorgehäuse (13) gelagerten Kompressorrotor (11), der eine Welle (14) und mehrere Kompressorstufen (16) ausbildende Laufschaufeln (15) aufweist, wobei zwischen zwei Kompressorstufen (16) ein Magnetlager (17) und ein Fanglager (18) angeordnet sind, die jeweils als geteilte Lager an der als einteilige Welle (14) ausgebildeten Welle montiert sind.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kompressor.

[0002] Kompressoren werden auch als Verdichter bezeichnet. Kompressoren im Sinne der hier vorliegenden Erfindung kommen insbesondere in industrielle Anlagen zur Anwendung, so zum Beispiel in Luftzerlegungsanlagen. Kompressoren verfügen über ein Kompressorgehäuse sowie über ein im Kompressorgehäuse gelagerten Kompressorrotor, der mehrere Kompressorstufen bereitstellt.

[0003] Um mit einem Kompressor eine gewünschte Verdichtung eines zu verdichtenden Mediums bereitzustellen, sind unter Umständen eine Vielzahl von in Strömungsrichtung des zu verdichtenden Mediums gesehen hintereinander angeordneten Kompressorstufen erforderlich, wodurch eine relativ lange Bauform einer Welle des Kompressorrotors verursacht wird. Lange Wellen des Kompressorrotors neigen jedoch zu Schwingungen, wodurch die Kompressorrotordynamik beeinträchtigt wird. Um dennoch relativ lange Wellen von Kompressorrotoren bereitzustellen, die weniger schwingungsanfällig sind, ist es in der Praxis üblich, die Wellen mit einem größeren Durchmesser auszuführen, wodurch insgesamt eine größere und schwerere Bauform der Kompressoren verursacht wird. Alternativ werden mehrere Kompressoren in Serie geschaltet.

[0004] Sowohl die Ausführung von Wellen mit größerem Durchmesser als auch die Hintereinanderschaltung mehrerer Kompressoren verursacht hohe Kosten und ist daher von Nachteil.

[0005] Es besteht Bedarf daran, auch an Kompressoren, deren Kompressorrotor eine Welle mit relativ geringem Durchmesser aufbaut, zur Gewährleistung einer hohen Anzahl von Kompressorstufen eine lange Bauform der Welle zu ermöglichen, und zwar ohne Beeinträchtigung der Kompressorrotordynamik.

[0006] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Kompressor zu schaffen.

[0007] Diese Aufgabe wird durch einen Kompressor nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind zwischen zwei Kompressorstufen ein Magnetlager und ein Fanglager angeordnet, die jeweils als geteilte Lager an der als einteilige Welle ausgebildeten Welle montiert sind.

[0008] Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, zwischen zwei Kompressorstufen ein Magnetlager und ein Fanglager auszubilden, wobei das Magnetlager und das Fanglager als geteilte Lager ausgeführt sind, die an der einteiligen Welle des Kompressorrotors montiert sind. Über das Magnetlager können Schwingungen der Welle des Kompressorrotors gedämpft werden, wobei durch die geteilte Ausführung von Magnetlager und Fanglager die Welle einteilig ausgeführt sein kann. Dies erlaubt dann die Bereitstellung eines Kompressors mit einer Vielzahl von Kompressorstufen bei lang bauender Welle des Kompressorrotors mit geringem Durchmesser der Welle des Kompressorrotors sowie einteiliger Ausführung der Welle.

[0009] Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das Magnetlager und das Fanglager in einem gemeinsamen Lagergehäuse aufgenommen, wobei das Lagergehäuse einen Strömungspfad zwischen den beiden Kompressorstufen, zwischen welchen das Magnetlager und das Fanglager angeordnet sind, abschnittsweise begrenzt. Hierdurch kann die Einheit aus Magnetlager und Fanglager besonders vorteilhaft in den Kompressor integriert werden.

[0010] Vorzugsweise sind statorseitige Elemente des Magnetlagers an einem Magnetlagerträger und statorseitige Elemente des Fanglagers an einem Fanglagerträger aufgenommen, wobei der Magnetlagerträger und der Fanglagerträger miteinander verbunden sind und vorzugweise über den Fanglagerträger oder über den Magnetlagerträger in dem gemeinsamen Lagergehäuse montiert sind. Vorzugweise greift an dem Fanglagerträger oder an dem Magnetlagerträger ein einstellbares Abstützelement an, über welches die statorseitigen Elemente von Magnetlager und Fanglager gemeinsam am Lagergehäuse montiert und gemeinsam zur Welle ausrichtbar sind. Dies erlaubt eine einfache Montage von Magnetlager und Fanglager am gemeinsamen Lagergehäuse sowie darüber hinaus eine vorteilhafte Ausrichtung von Magnetlager und Fanglager zur Welle über das gemeinsame Abstützelement.

[0011] Vorzugsweise ist das Magnetlager ein aktives Magnetlager, welches einen Sensor zur Erfassung von Wellenschwingungen und einen Aktuator zur Dämpfung von Wellenschwingungen umfasst. Mithilfe eines aktiven Magnetlagers können Wellenschwingungen der Welle des Kompressorrotors besonders vorteilhaft gedämpft werden.

[0012] Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist Lagergehäuse in einer Ausnehmung des Kompressorgehäuses aufgenommen und mit dem Kompressorgehäuses verbunden, wobei vorzugsweise an einer stromaufwärtigen Seite des Lagergehäuses gehäuseseitige Diffusorschaufeln und einer stromabwärtigen Seite des Lagergehäuses gehäuseseitige Rückführschaufeln angeordnet sind. Die Diffusorschaufeln und Rückführschaufeln nehmen Lagerkräfte auf und leiten dieselbe ins Kompressorgehäuse ab.

[0013] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1: ein Detail eines erfindungsgemäßen Kompressors, nämlich einen Kompressorrotor des erfindungsgemäßen Kompressors; Fig. 2 ein weiteres Detail des erfindungsgemäßen Kompressors.

[0014] Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Kompressor, zum Beispiel einen Kompressor für eine industrielle Anlage, wie zum Beispiel eine Luftzerlegungsanlage. Ein Kompressor wird auch als Verdichter bezeichnet.

[0015] Fig. 1 und 2 zeigen Details eines erfindungsgemäßen Kompressors 10, wobei in Fig. 1 ein Kompressorrotor 11 des Kompressors 10 gezeigt ist. Der Kompressorrotor 11 ist über Lager 12 in einem in Fig. 1 nicht gezeigten, jedoch in Fig. 2 ausschnittsweise sichtbaren Kompressorgehäuse 13 gelagert.

[0016] Der Kompressorrotor 11 umfasst eine Welle 14 sowie mehrere an der Welle 14 montierte Laufschaufeln 15, wobei die Laufschaufeln 15 mehrere Laufschaufelkränze und damit mehrere Kompressorstufen 16 ausbilden. Im in Fig. 1 gezeigten, beispielhaften Ausführungsfall bilden die Laufschaufeln 15 insgesamt sechs Kompressorstufen 16 aus, die in Axialrichtung der Welle 14 gesehen, hintereinander auf der Welle 14 angeordnet sind.

[0017] Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind zwischen zwei Kompressorstufen 16 ein Magnetlager 17 und ein Fanglager 18 angeordnet, im gezeigten Ausführungsbeispiel in etwa in der axialen Mitte der Welle 14 zwischen zwei Kompressorstufen 16. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung aus Magnetlager 17 und Fanglager 18 nicht zwangsweise im Bereich der axialen Mitte der Welle 14 angeordnet sein muss, vielmehr kann diese Anordnung aus Magnetlager 17 und Fanglager 18 auch in Richtung auf ein axiales Ende bzw. eine axiale Seite der Welle 14 des Kompressorrotors 11 verlagert sein.

[0018] Magnetlager 17 und Fanglager 18 sind dabei als geteilte, nämlich in Horizontalrichtung geteilte, Lager ausgeführt, sodass dieselben an der als einteilige Welle 14 ausgebildeten Welle des Kompressorrotors 11 zwischen zwei Kompressorstufen 16 montierbar sind.

[0019] Gemäß Fig. 2 sind das Magnetlager 17 und das Fanglager 18 in einem gemeinsamen Lagergehäuse 19 aufgenommen. Das Lagergehäuse 19 ist in einer Ausnehmung im Kompressorgehäuse 13 eingesetzt, wobei das Lagergehäuse 19 einen Strömungspfad 20 zwischen den beiden Kompressorstufen 16, zwischen welchen das Lagergehäuse 19 und damit das Magnetlager 17 und das Fanglager 18 angeordnet sind, abschnittsweise begrenzt.

[0020] Fig. 2 kann dabei entnommen werden, dass an einer stromaufwärtigen Seite des Lagergehäuses 19 gehäuseseitige Diffusorschaufeln 21 und an einer stromabwärtigen Seite des Lagergehäuses 19 gehäuseseitige Rückführschaufeln 22 angeordnet sind, die in dem abschnittsweise vom Lagergehäuse 19 begrenzten Strömungspfad 20 integriert sind. Lagerkräfte, die ausgehend vom Magnetlager 17 und Fanglager 18 in das Lagergehäuse 19 eingetragen werden, können über die gehäusseitigen Diffusorschaufeln 21 sowie gehäuseseitigen Rückführschaufeln 22 in das Kompressorgehäuse 13 abgeleitet werden.

[0021] Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Magnetlager 17 als aktives Magnetlager ausgeführt, welches einen Sensor 23 zur Erfassung von Wellenschwingungen der Welle 14 und einen Aktuator 24 zur Dämpfung der Wellenschwingungen umfasst. Sowohl das Magnetlager 17 als auch das Fanglager 18 verfügen über rotorseitige Elemente und statorseitige Elemente, wobei die rotorseitigen Elemente der Welle 14 des Wellenrotors 11 zugeordnet sind und zusammen mit der Welle 14 rotieren, und wobei die statorseitigen Elemente von Magnetlager 17 und Fanglager 18 am statorseitigen Lagergehäuse 19 montiert sind.

[0022] Die statorseitigen Elemente des Magnetlagers 17 sind an einem Magnetlagerträger 25 und die statorseitigen Elemente des Fanglagers 18 an einem Fanglagerträger 26 montiert. Magnetlagerträger 25 und Fanglagerträger 26 sind dabei über sich vorzugsweise in Axialrichtung der Welle 14 erstreckende Befestigungselemente 27 miteinander verbunden, wobei dieselben entweder über den Magnetlagerträger 25 oder, wie gezeigt, vorzugsweise über den Fanglagerträger 26 mithilfe eines Abstützelements 27 am Lagergehäuse 19 montiert sind.

[0023] Über das gemeinsame Abstützelement 27, welches als einstellbares Abstützelement ausgebildet ist und in Fig. 2 am Fanglagerträger 26 angreift, können Fanglagerträger 26 und Magnetlagerträger 25 und damit die statorseitigen Elemente von Magnetlager 17 und Fanglager 18 gemeinsam zur Welle 14 des Kompressorrotors 11 ausgerichtet werden.

[0024] Wie bereits ausgeführt, ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel das Magnetlager 17 als aktives Magnetlager ausgebildet, welches den Sensor 23 und den Aktuator 24 umfasst. Statorseitige Baugruppen des Sensors 23 sind dabei vorzugsweise an einem Sensorträger 28 des Magnetlagerträgers 25 und statorseitige Elemente des Aktuators 24 an einem Aktuatorträger 29 des Magnetlagerträgers 25 befestigt, wobei der Sensorträger 28 am Aktuatorträger 29 und der Aktuatorträger 29 am Fanglagerträger 26 befestigt ist, um über das am Fanglagerträger 26 angreifende Abstützelement 27 am Lagergehäuse 19 montiert zu werden.

[0025] Fig. 2 zeigt weiterhin Kabel 30, 31, wobei ein erstes Kabel 30 zum Aktuator 24 und ein zweites Kabel 31 zum Sensor 23 des Magnetlagers 17 führt. Beide Kabel 30, 31 sind über Stecker 32, 33 an eine nicht gezeigte Steuerungseinrichtung anschließbar, die die vom Sensor 23 erfassten Wellenschwingungen auswertet und abhängig hiervon den Aktuator 24 des Magnetlagers 17 zur Dämpfung der Wellenschwingungen ansteuert.

[0026] Mit der Erfindung ist es möglich, einen Kompressor bereitzustellen, dessen Kompressorrotor 11 in Axialrichtung eine relativ lange und in Radialrichtung eine relativ dünne Welle 14 aufweist, um bei klein bauendem Kompressor eine Vielzahl von Kompressorstufen 16 bereitzustellen, und zwar ohne Beeinträchtigung der Dynamik des Kompressorrotors 11. Hierzu sind an der einteiligen Welle 14 des Kompressorrotors 11 zwischen zwei Kompressorstufen 16 ein Magnetlager 17 und ein Fanglager 18 montiert, die jeweils als geteilte Lager ausgeführt sind, um dieselben zwischen den beiden Kompressorstufen 16 einfach montieren zu können.

Bezugszeichenliste

[0027] 10 Kompressor 11 Kompressorrotor 12 Lager 13 Kompressorgehäuse 14 Welle 15 Laufschaufel 16 Kompressorstufe 17 Magnetlager 18 Fanglager 19 Lagergehäuse 20 Strömungspfad 21 Diffusorschaufel 22 Rückführschaufel 23 Sensor 24 Aktuator 25 Magnetlagerträger 26 Fanglagerträger 27 Befestigungsmittel 28 Sensorträger 29 Aktuatorträger 30 Kabel 31 Kabel 32 Stecker 33 Stecker

Claims (8)

1. Kompressor (10), mit einem Kompressorgehäuse (13), mit einem im Kompressorgehäuse (13) gelagerten Kompressorrotor (11), der eine Welle (14) und mehrere an der Welle (14) montierte Laufschaufeln (15) aufweist, wobei die Laufschaufeln (15) mehrere Laufschaufelkränze ausbilden und damit mehrere Kompressorstufen (16), dadurch gekennzeichnet,dass zwischen zwei der genannten mehreren Kompressorstufen (16) ein Magnetlager (17) und ein Fanglager (18) angeordnet sind, wobei das Magnetlager (17) und das Fanglager (18) als geteilte Lager an der als einteilige Welle (14) ausgebildeten Welle montiert sind.

2. Kompressor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassdas Magnetlager (17) und das Fanglager (18) in einem gemeinsamen Lagergehäuse (19) aufgenommen sind, wobei das Lagergehäuse (19) einen Strömungspfad (20) zwischen den beiden Kompressorstufen (16), zwischen welchen das Magnetlager (17) und das Fanglager (18) angeordnet sind, abschnittsweise begrenzt.

3. Kompressor nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,dassdas Lagergehäuse (21) in einer Ausnehmung des Kompressorgehäuses (13) aufgenommen und mit dem Kompressorgehäuses (13) verbunden ist.

4. Kompressor nach Anspruch 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet,dassan einer stromaufwärtigen Seite des Lagergehäuses (19) gehäuseseitige Diffusorschaufeln (21) und einer stromabwärtigen Seite des Lagergehäuses (19) gehäuseseitige Rückführschaufeln (22) angeordnet sind.

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,dadurch gekennzeichnet,dassstatorseitige Elemente des Magnetlagers (17) an einem Magnetlagerträger (25) und statorseitige Elemente des Fanglagers (18) an einem Fanglagerträger (26) aufgenommen sind, wobei der Magnetlagerträger (25) und der Fanglagerträger (26) miteinander verbunden sind und über den Magnetlagerträger (25) oder der Fanglagerträger (26) in dem gemeinsamen Lagergehäuse (19) montiert sind.

6. Kompressor nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet,dassan dem Magnetlagerträger (25) oder an dem Fanglagerträger (26) ein einstellbares Abstützelement (27) angreift, über welches die statorseitigen Elemente des Magnetlagers (17) und Fanglager (18) gemeinsam am Lagergehäuse (19) montiert und gemeinsam zur Welle (14) ausrichtbar sind.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet,dassdas Magnetlager (17) ein aktives Magnetlager ist, welches einen Sensor (23) zur Erfassung von Wellenschwingungen und einen Aktuator (24) zur Dämpfung von Wellenschwingungen umfasst.

8. Kompressor nach den Ansprüchen 5 und 7,dadurch gekennzeichnet,dassder Magnetlagerträger (25) einen Aktuatorträger (29) und einen Sensorträger (28) umfasst, wobei der Sensorträger (28) mit dem Aktuatorträger (29) verbunden ist, und wobei der Aktuatorträger (29) mit dem Fanglagerträger (26) verbunden ist.