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Die Erfindung betrifft eine Magnetlageranordnung zur Lagerung einer Welle, nach dem unabhängigen Patentanspruch 1. Des Weiteren umfasst die Patentanmeldung ein Verfahren zur Vermeidung von Flüssigkeitsschäden bei einer Magnetlageranordnung nach dem unabhängigen Patentanspruch 6.
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Eine Magnetlageranordnung ist beispielsweise aus der
DE 10 2011 005 347 A1 bekannt. Magnetlager werden zunehmend zur Lagerung von Wellen eingesetzt. Der wesentliche Vorteil von Magnetlagern liegt in der kontaktfreien Lagerung, wodurch sich sehr geringe Reibungsverluste ergeben. Darüber hinaus ermöglicht die Magnetlagerung eine ölfreie Lagerung der Welle. Die ölfreie Lagerung bietet besondere Vorteile bei Dampfturbinenrotoren, da hierdurch sichergestellt werden kann, dass kein Öl in den Dampfkreislauf der Dampfturbine gelangt. Zudem wird durch die ölfreie Lagerung die Brandgefahr deutlich reduziert. Aus Sicherheitsgründen wird der Verwendung von aktiven Magnetlagern immer ein Fanglager zusätzlich zum Magnetlager verbaut, das bei einem Ausfall des Magnetlagers infolge eines Stromausfalls die Notlagerung des Rotors bis zum Stillstand des Rotors übernimmt. Bei den Fanglagern handelt es sich üblicherweise um normale Wälzlager. Wenn die Magnetlager eine Zeit nicht in Betrieb sind, kann sich an und in den Lagern Kondensat aus der Umgebungsluft absetzen. Dieses Kondensat kann beim Anfahren und während des Betriebes der Magnetlager zu Schäden führen. Aus diesem Grund ist es notwendig die Feuchtigkeit/das Kondensat vor Inbetriebnahme des Magnetlagers zu entfernen. Dies erfolgt üblicherweise mittels Heizmatten, die um das Magnetlager herum angeordnet sind. Die Heizmatten erwärmen das Magnetlager und sorgen somit für ein Verdunsten der Feuchtigkeit/des Kondensats am und im Magnetlager. Der konstruktive Aufwand für das Anbringen der Heizmatten ist allerdings hoch und konstruktionsbedingt benötigen die Heizmatten einen zusätzlichen Platzbedarf der die Baugröße der Dampfturbine erhöht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Magnetlageranordnung bereitzustellen, welche die Feuchtigkeits-/Kondensatbildung vermeidet und/oder zumindest den schnellen Abtransport der Feuchtigkeit/des Kondensats in und aus den Lagern vor Inbetriebnahme des Magnetlagers ermöglicht. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Vermeidung von Feuchtigkeitsschäden bei einer Magnetlageranordnung bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Magnetlageranordnung durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 6 gelöst.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Magnetlageranordnung zur Lagerung einer Welle, umfassend wenigstens ein aktives Magnetlager mit Magnetlagerspulen, sowie eine elektrische Regelung, über die eine Bestromung der Magnetlagerspulen erfolgt, zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Regelung den elektrischen Strom für ein vorgebbares Zeitintervall Δt auf eine Stromstärke begrenzt, bei dem kein Anheben der Welle durch die bestromten Magnetlagerspulen erfolgt. Durch den elektrischen Strom werden die Magnetlagerspulen erwärmt, so dass die Feuchtigkeit/das Kondensat, welches sich in und um das Magnetlager herum abgelagert hat, verdampft. Hierdurch werden Feuchtigkeitsschäden bei der Magnetlagerordnung wirkungsvoll unterbunden. Das Zeitintervall Δt ist dabei vorgebbar, so dass es in Abhängigkeit der Feuchtigkeit bzw. des Kondensats vorgegeben werden kann, um ein sicheres und vollständiges Verdunsten zu gewährleisten.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Regelung einen Sensor umfasst, welcher die Feuchtigkeit an wenigstens einer Magnetlagerspule misst. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass vor dem Lagerbetrieb der Magnetlageranordnung keine bzw. nur eine tolerierbare Feuchtigkeit/Kondensat in und um die Magnetlageranordnung vorhanden ist. Somit wird sichergestellt, dass es zu keinen Feuchtigkeitsschäden an der Magnetlageranordnung kommen kann.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Zeitintervall Δt in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit vorgegeben wird. Durch das Messen der Feuchtigkeit mittels des Sensors und dem Vorgeben des Zeitintervalls Δt wird die Bestromung so gesteuert, dass keine unnötige Bestromung erfolgt und trotzdem die Feuchtigkeit/das Kondensat in und um die Magnetlageranordnung vor Inbetriebnahme der Lagerung der Welle verdunstet. Hierdurch ergibt sich ein energiesparender Betrieb der Magnetlageranordnung und ein unnötiges Bestromen der Magnetlagerspulen wird vermieden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Feuchtigkeitsschäden bei einer Magnetlageranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus:
- – Bestromen der Magnetlagerspulen mit einer Stromstärke, bei der es zu keinem Anheben der Welle für ein vorgegebenes Zeitintervall Δt kommt;
- – Erhöhen der Stromstärke, so dass ein Anheben, sowie eine magnetische Lagerung, der Welle durch das Magnetlager erfolgt.
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Durch das Bestromen der Magnetlagerspulen, für ein vorgegebenes Zeitintervall Δt, mit einer Stromstärke, bei der es zu keinem Anheben der Welle durch das Magnetlager kommt, kann die Feuchtigkeit/das Kondensat vor dem eigentlichen Lagerbetrieb und dem Anlaufen der Welle verdampfen, wodurch Feuchtigkeitsschäden an der Magnetlageranordnung vermieden werden. Auf eine zusätzliche Beheizung mittels Heizmatten wie dies im Stand der Technik der Fall ist, kann somit verzichtet werden. Es sind keine zusätzlichen Heizmittel, wie beispielsweise Heizmatten, erforderlich die den Bauraum der Magnetlageranordnung und den Konstruktionsaufwand erhöhen.
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Eine Ausgestaltung des Verfahrens zur Vermeidung von Feuchtigkeitsschäden bei einer Magnetlageranordnung zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus:
- – Messung der Feuchtigkeit an wenigstens einer Magnetlagerspule der Magnetlageranordnung;
- – Ermittlung des Zeitintervalls Δt in Abhängigkeit von der gemessenen Feuchtigkeit;
- – Bestromen der Magnetlagerspulen für das ermittelte Zeitintervall Δt, mit einer Stromstärke, bei der es zu keinem Abheben der Welle kommt;
- – Erhöhen der Stromstärke, so dass ein Anheben sowie eine magnetische Lagerung der Welle erfolgt.
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Durch die Messung der Feuchtigkeit und die Ermittlung des Zeitintervalls Δt in Abhängigkeit von der gemessenen Feuchtigkeit, kann eine besonders energiesparende Betriebsweise erzielt werden, bei der nur die zum Aufheizen bzw. zum Verdampfen der Feuchtigkeit/des Kondensats notwendige Bestromung erfolgt. Die Feuchtigkeit kann dabei direkt im Lager oder an einer Stelle gemessen werden, die Rückschlüsse auf die Feuchtigkeit im Lager gibt.
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Durch die erfindungsgemäße Magnetlageranordnung sowie durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung von Feuchtigkeitsschäden bei einer Magnetlageranordnung kann wirkungsvoll verhindert werden, dass beim Anfahren des Rotors und der magnetischen Lagerung des Rotors durch das Magnetlager es zu Feuchtigkeitsschäden kommt, welche Folge von Feuchtigkeit/Kondensat in und um die Lager ist. Für das Verdampfen der Feuchtigkeit/des Kondensats sind keine weiteren Bauteile erforderlich. Das Verdampfen erfolgt lediglich dadurch, dass es zu einer Bestromung der Magnetlagerspulen für ein vorgegebenes Zeitintervall Δt kommt, bei dem der Strom der Bestromung so reduziert bzw. geregelt wird, dass es gerade noch nicht zu einem Anheben der Welle und damit zur eigentlichen Lagerung der Welle kommt. Durch die erfindungsgemäße Magnetlageranordnung können somit die Kosten gegenüber anderen Maßnahmen zur Reduzierung/Vermeidung von Feuchtigkeit in Magnetlagern reduziert werden und der Bauraumbedarf der Magnetlageranordnung verringert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:
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1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetlageranordnung;
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Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile werden figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen zum Teil stark vereinfachte und schematische Darstellungen der Erfindung.
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1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Magnetlageranordnung 1 zur Lagerung einer Welle 2. Die Magnetlageranordnung 1 umfasst dabei ein aktives Magnetlager 3 mit mehreren Magnetlagerspulen 4, sowie einer elektrischen Regelung 5. Mittels der elektrischen Regelung 5 kann eine Bestromung der Magnetlagerspulen 4 erfolgen. Die Magnetlageranordnung 1 weist darüber hinaus ein Fanglager 7 auf. Das Fanglager 7 dient dazu, im Falle eines Wellen-/Rotorabwurfes die Welle 2 bis zum endgültigen Stillstand der Welle 2 zu lagern und so größere Schäden an der Magnetlageranordnung 1 zu verhindern. Das Fanglager 7 ist im Ausführungsbeispiel als Kugellager ausgebildet. Darüber hinaus können weitere Lager beispielsweise ein Axiallager zur axialen Lagerung der Welle 2 vorgesehen werden. Die elektrische Regelung 5 ist so ausgebildet, dass sie den elektrischen Strom für ein vorgebbares Zeitintervall Δt auf eine Stromstärke begrenzen kann, bei dem kein Anheben der Welle 2 durch die bestromten Magnetlagerspulen 4 erfolgt. Das Anheben der Welle 2 und damit die eigentliche magnetische Lagerung erfolgt erst ab einer bestimmten Stromstärke, die dafür ausreicht, das sich ein hinreichend großes magnetisches Feld ausbildet, die das Gewicht der Welle 2 tragen kann. Durch die Bestromung der Magnetlagerspulen 4 kommt es zu einem Aufheizen der Magnetlagerspulen 4, aber nicht zu einem Anheben der Welle 2. Hierdurch wird die gesamte Magnetlageranordnung 1 erwärmt und Feuchtigkeit/Kondensat, welches sich während des Stillstandes der Welle 2 in und an der Magnetlageranordnung 1 gesammelt hat, kann verdampfen. Das Zeitintervall Δt ist dabei vorzugweise so zu wählen, dass die gesamte Feuchtigkeit/das Kondensat verdampft, aber darüber hinaus nicht weiter bestromt wird, um so den Energieverbrauch möglichst gering zu halten. Unter Umständen kann eine gewisse Restfeuchte toleriert werden. Die Temperaturerhöhung ΔT, welche über die Stromstärke regelbar ist, wird dabei so gewählt, dass ein möglichst schnelles und/oder energiearmes Aufwärmen der Magnetlageranordnung 1 erfolgt. Durch das Erwärmen der Magnetlageranordnung 1 über ein hinreichendes Zeitintervall Δt und eine hinreichende Temperaturerhöhung ΔT wird ein vollständiges Verdampfen der Feuchtigkeit/des Kondensats in und um die Magnetlageranordnung 1 gewährleistet, wodurch Feuchtigkeitsschäden bei der Magnetlageranordnung 1 insbesondere beim Anfahren der Magnetlageranordnung wirkungsvoll vermieden werden. Erst wenn die Feuchtigkeit/das Kondensat vollständig bzw. bis zu einem tolerierbaren Rest der für das Anfahren der Magnetlageranordnung 1 unproblematisch ist, verdampft ist, erfolgt eine Bestromung der Magnetlagerspulen 4 mit einer Stromstärke, die so hoch ist, dass sich ein hinreichend starkes Magnetfeld aufbaut, welches für das Abheben der Welle 2 und die magnetische Lagerung der Welle 2 ausreicht. Die Magnetlageranordnung 1 umfasst des Weiteren einen Feuchtigkeitssensor 6, welcher die Feuchtigkeit an der Magnetlagerspule 4 misst. In Abhängigkeit von der gemessenen Feuchtigkeit wird das Zeitintervall Δt vorgegeben, wodurch sichergestellt wird, dass die Feuchtigkeit/das Kondensat verdampft. Der Feuchtigkeitssensor 6 kann dabei mit der elektrischen Regelung 5 so geschaltet sein, dass erst ab einer bestimmten Restfeuchtigkeit die elektrische Regelung 5 den elektrischen Strom erhöht und so die magnetische Lagerung der Welle 2 einleitet.
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Um Feuchtigkeitsschäden bei der Magnetlageranordnung 1 wirkungsvoll zu verhindern erfolgt zunächst eine Bestromung der Magnetlagerspulen 4 mit einer Stromstärke, bei der es zu keinem Abheben der Welle 2 kommt. Die Bestromung mit einer solchen Stromstärke erfolgt über ein vorgegebenes Zeitintervall Δt, wobei das Zeitintervall Δt vorzugsweise in Abhängigkeit von der mit einem Feuchtigkeitssensor 6 gemessenen Feuchtigkeit erfolgt. Nach dem Verdampfen der Flüssigkeit erfolgt eine Bestromung der Magnetlagerspulen 4 mit einer Stromstärke, die ein hinreichend starkes Magnetfeld durch die Magnetlagerspulen 4 aufbaut und so für das Anheben und die magnetische Lagerung der Welle 2 sorgt. Durch das beschriebene Verfahren zum einfachen Anfahren der Magnetlageranordnung werden Feuchtigkeitsschäden bei der Magnetlageranordnung wirkungsvoll vermieden. Der schaltungstechnische Aufwand für eine erfindungsmäße Magnetlageranordnung ist dabei relativ klein und ein Nachrüsten bestehender Magnetlageranordnungen ist ohne weiteres möglich. Auf ein zusätzliches Aufheizen der Magnetlageranordnung mittels Heizmatten kann verzichtet werden, wodurch der anlagentechnische Aufwand im Gegensatz zum Stand der Technik und die Baugröße der Magnetlageranordnung 1 verringert werden kann.
