DE102010026235B4 - Device for weight reduction of bearings for heavy rotors - Google Patents

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Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft mittels einer externen Pumpe einen Überdruck in einem abgedichteten Bereich unter dem schweren drehenden Rotor mit vertikaler Achse, größer als der Druck im Rest des Gases das den Rotors umgibt und zwar dergestalt, daß eine axial nach oben gerichtete Kraft entsteht, die ein Teil des Rotorgewichts annulliert, sodaß das darunter plazierte Lager stark entlastet wird. Dadurch vermindern sich die Lagerverluste sehr stark und die Lebensdauer des Lager erhöht sich deutlich.The device according to the invention creates by means of an external pump an overpressure in a sealed area under the heavy rotating rotor with a vertical axis, greater than the pressure in the rest of the gas surrounding the rotor, in such a way that an axially upwardly directed force arises which causes a Part of the rotor weight is canceled, so that the bearing placed underneath is greatly relieved. This greatly reduces bearing losses and increases the service life of the bearing significantly.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewichtsentlastung von Lagern für schwere Rotoren, wie diese beispielsweise aus der DE 19 16 583 U bekannt sind.The invention relates to a device for weight relief of bearings for heavy rotors, as this example, from DE 19 16 583 U are known.

Es gibt eine ganze Reihe von Maschinen, die Rotoren haben, die sich um eine vertikale Achse drehen, wie z. B. die Rotoren von Gaszentrifugen oder die Rotoren von Elektrogeneratoren für Wasserkraftwerke. Dabei hat meistens das unten stehende Lager das ganze Gewicht des Rotors zu tragen. In vielen Fällen handelt es sich um erhebliche Gewichte dieser Rotoren, die viele tonen betragen können und zu enormen Verlusten in den Lagern führen; insbesondere das hohe Gewicht und die höhere Drehzahl erhöhen die Lagerverluste. Dies kann so weit gehen, das deswegen eine praktikable Lösung in manchen Fällen, gar nicht möglich ist.There are quite a number of machines that have rotors that rotate about a vertical axis, such as: As the rotors of gas centrifuges or the rotors of electric generators for hydroelectric power plants. Usually, the bearing below has to carry all the weight of the rotor. In many cases, these are significant weights of these rotors, which can be many tons and cause huge losses in the camps; in particular the high weight and the higher speed increase the bearing losses. This can go so far, that is why a workable solution in some cases, not possible.

Die vorliegende Erfindung schafft Abhilfe in solchen Fällen, indem ein Großteil des Rotorgewichts von einer Vorrichtung übernommen wird, so daß die Lagerbelastung nur von einem Bruchteil des normalen Rotorgewichts verursacht wird. Insbesondere für schnell drehende Rotoren von Gaszentrifugen größeren Ausmaßes, wie etwa für die CO2-Separation von den Abgasen der Kraftwerke, ist das vorgeschlagene Verfahren und Vorrichtung von Bedeutung, denn es reduziert die Lagerverluste auf unter 10% des ursprünglichen Wertes und gleichzeitig erhöht die Lebensdauer der Lager extrem.The present invention provides relief in such cases by taking over a majority of the rotor weight from a device, so that the bearing load is caused only by a fraction of the normal rotor weight. Especially for high-speed rotors of gas centrifuges, such as for CO2 separation from the exhaust gases of power plants, the proposed method and device of importance, because it reduces the bearing losses to less than 10% of the original value and at the same time increases the life of Bearing extreme.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing and will be explained in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 Schematische Darstellung eines Rotors mit Gewichtsentlastungsvorrichtung Aufgrund der Figuren wird die Funktion näher erläutert. 1 Schematic representation of a rotor with weight relief device Based on the figures, the function is explained in more detail.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt in einem axial symmetrisch angeordneten Bereich mit der horizontalen Fläche A, der von der Umgebung im Gehäuse 3 abgedichtet ist, an der Unterseite „a” eines schnell drehenden Rotors 1 mit vertikaler Achse, mit großen Abmessungen und mit großem Gewicht ein Überdruck p + Δp gegenüber dem Druck p in der restlichen Umgebung des Gehäuses 3. Dadurch entsteht eine nach oben gerichtete Kraft Fa = Δp·A, die dem Gewicht G des Rotors 1 entgegen wirkt, wodurch nur die Differenzkraft ΔF = G – Fa eine axiale Lagerbelastung verursacht. Dadurch entsteht die Gewichtsentlastung des Lagers 7, welche bis zur Gewichtsannullierung gehen kann, wodurch die Lebensdauer des Lagers sehr stark erhöht wird. Die Vorrichtung weist eine abgedichtete Druckkammer 2 zwischen der Unterseite „a” des Rotors 1 und dem Gehäuse 3 um die Rotorwelle 4, die im Lager 7 steckt, gebildet durch die zylindrische Wand 5, die mit Schrauben 19 mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. Die Druckkammer 2 reicht bis zur Unterseite „a” des Rotors 1. Die zylindrische Wand 5 endet im unterem Teil einer Labyrinthdichtung 6, die aus mehreren Schallen „b”, „c” bestehen, die in den Aussparungen zwischen den Schallen „d”, „e”, „f” des oberen Teils der Labyrinthdichtung 7 stecken, dergestalt, daß das Gas oder Flüssigkeit aus dem Inneren der Druckkammer 2 nur erschwert in Richtung Rest des Gehäuses 3 fließen kann, so daß relativ leicht ein Überdruck p + Δp gegenüber dem Druck p im Rest des Gehäuses 3 sich erreichen läßt. Das Teil 8 des Gehäuses 3 umschließt das Lager 7 von unten, so daß kein Gas oder Flüssigkeit durch das Lager 7 nach außen gelangen kann.The device according to the invention generates in an axially symmetrically arranged region with the horizontal surface A, that of the environment in the housing 3 is sealed at the bottom "a" of a high-speed rotor 1 with vertical axis, with large dimensions and with great weight, an overpressure p + Δp with respect to the pressure p in the rest of the housing 3 , This results in an upward force F a = Δp · A, the weight G of the rotor 1 counteracts, causing only the differential force .DELTA.F = G - F a causes an axial bearing load. This creates the weight reduction of the bearing 7 , which can go to the weight cancellation, whereby the life of the bearing is greatly increased. The device has a sealed pressure chamber 2 between the bottom "a" of the rotor 1 and the housing 3 around the rotor shaft 4 in the warehouse 7 stuck, formed by the cylindrical wall 5 with screws 19 with the housing 3 connected is. The pressure chamber 2 extends to the bottom "a" of the rotor 1 , The cylindrical wall 5 ends in the lower part of a labyrinth seal 6 , which consist of several sounds "b", "c", which are in the recesses between the shells "d", "e", "f" of the upper part of the labyrinth seal 7 stuck, such that the gas or liquid from inside the pressure chamber 2 only difficult towards the rest of the case 3 can flow, so that relatively easily an overpressure p + Ap relative to the pressure p in the rest of the housing 3 can be achieved. The part 8th of the housing 3 encloses the camp 7 from below, so that no gas or liquid passes through the bearing 7 can get outside.

Eine externe Pumpe 9 ist verbunden durch die Leitung 10 an der Gehäusedurchführung 11 und durch Leitung 12 an der Gehäusedurchführung 13, und pumpt das Gas oder Flüssigkeit 14, befindlich unter dem Druck p im Rest des Gehäuses 3, in die Druckkammer 2. Hier wird den Druck p + Δp erzeugt, wobei der Pumpendurchfluß nur die Fluidverluste durch die Labyrinthdichtung 6, 7 kompensiert. Eine elektronische Regelung 16 wertet die Druckmeßwerte von dem Drucksensor 17 im Restgas 14 und dem Drucksensor 18 im Inneren der Druckkammer 2 aus, um die Pumpe 9 gezielt so zu steuern, daß der Überdruck Δp konstant gehalten wird.An external pump 9 is connected by the line 10 on the housing bushing 11 and by administration 12 on the housing bushing 13 , and pumps the gas or liquid 14 , located under the pressure p in the rest of the housing 3 , in the pressure chamber 2 , Here, the pressure p + Δp is generated, whereby the pump flow only the fluid losses through the labyrinth seal 6 . 7 compensated. An electronic regulation 16 evaluates the pressure readings from the pressure sensor 17 in the residual gas 14 and the pressure sensor 18 inside the pressure chamber 2 off to the pump 9 to control specifically so that the overpressure .DELTA.p is kept constant.

Claims (1)

Vorrichtung zur Gewichtsentlastung von Lagern für schwere Rotoren, wobei in einem axial symmetrisch angeordneten Bereich mit der horizontalen Fläche A, der von der Umgebung im Gehäuse (3) abgedichtet ist, an der Unterseite „a” eines schnell drehenden Rotors (1) mit vertikaler Achse, mit großen Abmessungen und mit großem Gewicht ein Überdruck p + Δp gegenüber dem Druck p in der restlichen Umgebung des Gehäuses (3) geschaffen wird, wodurch eine nach oben gerichtete Kraft Fa = Δp·A entsteht, die dem Gewicht G des Rotors (1) entgegen wirkt und wodurch nur die Differenzkraft ΔF = G – Fa eine axiale Lagerbelastung verursacht, wodurch die Gewichtsentlastung des Lagers (7) entsteht, welche bis zur Gewichtsannullierung gehen kann, wodurch die Lebensdauer des Lagers sehr stark erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß 1) eine abgedichtete Druckkammer (2) gebildet ist zwischen der Unterseite „a” des Rotors (1) und dem Gehäuse (3) um die Rotorwelle (4), die im Lager (7) steckt, durch die zylindrische Wand (5), die mittels Schrauben (19) verbunden mit dem Gehäuse (3) ist und welche bis zur Unterseite „a” des Rotors (1) reicht, 2) wobei die zylindrische Wand (5) im unteren Teil einer Labyrinthdichtung (6) endet, die aus mehreren Schallen „b”, „c” besteht, die in den Aussparungen zwischen den Schallen „d”, „e”, „f” des oberen Teils der Labyrinthdichtung (7) stecken, dergestalt, daß das Gas oder Flüssigkeit aus dem Inneren der Druckkammer (2) nur erschwert in Richtung Rest des Gehäuses (3) fließen kann, so daß relativ leicht ein Überdruck p + Δp gegenüber dem Druck p im Rest des Gehäuses (3) sich erreichen läßt 3) und wobei eine externe Pumpe (9) verbunden durch die Leitung (10) an der Gehäusedurchführung (11) und verbunden durch Leitung (12) an der Gehäusedurchführung (13), das Gas oder Flüssigkeit (14) befindlich unter dem Druck p im Rest des Gehäuses (3) in die Druckkammer (2) pumpt und hier den Druck p + Δp erzeugt, wobei der Pumpendurchfluß nur die Fluidverluste durch die Labyrinthdichtung (6), (7) kompensiert.Apparatus for weight relieving of bearings for heavy rotors, wherein in an axially symmetrically arranged region with the horizontal surface A, of the environment in the housing ( 3 ) at the bottom "a" of a high-speed rotor ( 1 ) with vertical axis, with large dimensions and with great weight, an overpressure p + Δp with respect to the pressure p in the remaining environment of the housing ( 3 ), whereby an upward force F a = Δp · A is produced, which corresponds to the weight G of the rotor (FIG. 1 ) and whereby only the differential force ΔF = G - F a causes an axial bearing load, whereby the weight reduction of the bearing ( 7 ), which can go to weight cancellation, whereby the life of the bearing is greatly increased, characterized in that 1) a sealed pressure chamber ( 2 ) is formed between the bottom "a" of the rotor ( 1 ) and the housing ( 3 ) around the rotor shaft ( 4 ) in the warehouse ( 7 ), through the cylindrical wall ( 5 ) by means of screws ( 19 ) connected to the housing ( 3 ) and which up to the bottom "a" of the rotor ( 1 ) 2) where the cylindrical wall ( 5 ) in the lower part of a labyrinth seal ( 6 ) ends that out a plurality of shells "b", "c" formed in the recesses between the sheds "d", "e", "f" of the upper part of the labyrinth seal ( 7 ), in such a way that the gas or liquid from the interior of the pressure chamber ( 2 ) only makes it difficult towards the rest of the housing ( 3 ), so that relatively easily an overpressure p + Δp with respect to the pressure p in the rest of the housing ( 3 ) 3) and wherein an external pump ( 9 ) connected by the line ( 10 ) on the housing lead-through ( 11 ) and connected by line ( 12 ) on the housing lead-through ( 13 ), the gas or liquid ( 14 ) is under the pressure p in the rest of the housing ( 3 ) into the pressure chamber ( 2 ) and here generates the pressure p + Δp, wherein the pump flow only the fluid losses through the labyrinth seal ( 6 ) 7 ) compensated.
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