DE102015218492A1 - Turbomachine with magnetic bearing - Google Patents

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DE102015218492A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine (1) umfassend einen Rotor (2), welcher an wenigstens einem Wellenende (3) mit einem aktiven Magnetlager (4) gelagert ist. Zwischen dem fluidbeaufschlagten Bereich (5) des Rotors (2) und dem Magnetlager (4) ist wenigstens eine Kühllamelle (6) auf dem Rotor (2) angeordnet. Sowohl das Magnetlager (4) als auch die Kühllamelle (6) werden mittels Luft gekühlt. Zur Kühlung sind zwei voneinander getrennte Kühlsysteme (7, 8) vorgesehen, wovon das erste Kühlsystem (7) Luft zur Kühlung des Magnetlagers (4) und wobei das zweite Kühlsystem (8) Luft zur Kühlung der Kühllamellen (6) bereitstellt. Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Turbomaschine.The invention relates to a turbomachine (1) comprising a rotor (2) which is mounted on at least one shaft end (3) with an active magnetic bearing (4). Between the fluidbeaufschlagten area (5) of the rotor (2) and the magnetic bearing (4) at least one cooling fin (6) on the rotor (2) is arranged. Both the magnetic bearing (4) and the cooling plate (6) are cooled by means of air. For cooling, two separate cooling systems (7, 8) are provided, of which the first cooling system (7) provides air for cooling the magnetic bearing (4) and wherein the second cooling system (8) provides air for cooling the cooling fins (6). Furthermore, the invention comprises a method for operating such a turbomachine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere eine Dampfturbine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Turbomaschine. The invention relates to a turbomachine, in particular a steam turbine according to the preamble of independent claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a turbomachine.

Eine erfindungsgemäße Turbomaschine mit einer Magnetlageranordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2011 005 347 A1 bekannt. Der wesentliche Vorteil von Magnetlagern liegt in der kontaktfreien und damit weitgehend reibungslosen Lagerung des Rotors. Darüber hinaus ermöglicht die Magnetlagerung eine ölfreie Lagerung der Welle. Die ölfreie Lagerung bietet insbesondere Vorteile bei Dampfturbinen, weil hierdurch sichergestellt werden kann, dass kein Öl in den Dampfkreislauf der Dampfturbine gelangt. Zudem wird durch die ölfreie Lagerung die Brandgefahr bei Turbomaschinen allgemein deutlich reduziert. A turbomachine according to the invention with a magnetic bearing arrangement is for example from DE 10 2011 005 347 A1 known. The main advantage of magnetic bearings lies in the non-contact and thus largely frictionless mounting of the rotor. In addition, the magnetic bearing allows oil-free storage of the shaft. The oil-free storage offers particular advantages in steam turbines, because this can ensure that no oil enters the steam cycle of the steam turbine. In addition, the risk of fire in turbomachinery is generally significantly reduced by the oil-free storage.

Aktive Magnetlager, nachfolgend nur als Magnetlager bezeichnet, erwärmen sich konstruktionsbedingt aufgrund von Wirbelstromverlusten. Zusätzlich kann durch eine Fluidbeaufschlagung des Rotors mit heißem Fluid Wärme an die Magnetlager gelangen und diese zusätzlich erwärmen. Fluidbeaufschlagte Rotoren kommen beispielsweise bei Dampfturbinen vor. Der Rotor kommt dabei mit heißem Dampf in Kontakt und erwärmt sich auf Grund dessen stark. Infolge Wärmeleitung gelangt die Wärme an das Magnetlager. Magnetlager müssen daher stets gekühlt werden um eine unzulässig hohe Erwärmung zu verwmeiden. Die Kühlung der Magnetlager erfolgt dabei üblicherweise durch Kühlluft, welche durch den Spalt zwischen Stator und Rotor des Magnetlagers hindurch geleitet wird. An die Kühlluft sind dabei besondere Anforderungen hinsichtlich Luftfeuchte und Luftreinheit zu stellen, da feuchte oder verunreinigte Kühlluft zu einem Schaden am Magnetlager führen kann. Die Kühlluft ist daher aufwendig aufzubereiten, bevor sie zur Kühlung des Magnetlagers verwendet werden kann. Die Aufbereitung ist aufwendig und kostspielig. Active magnetic bearings, hereinafter referred to only as magnetic bearings, heat up due to design due to eddy current losses. In addition, by applying fluid to the rotor with hot fluid, heat can reach the magnetic bearings and additionally heat them. Fluid-loaded rotors are used, for example, in steam turbines. The rotor comes into contact with hot steam and warms up due to this. As a result of heat conduction, the heat reaches the magnetic bearing. Magnetic bearings must therefore always be cooled in order to avoid unacceptably high temperatures. The cooling of the magnetic bearing is usually carried out by cooling air, which is passed through the gap between the stator and the rotor of the magnetic bearing. Special requirements with regard to air humidity and air purity are to be placed on the cooling air, since moist or contaminated cooling air can lead to damage to the magnetic bearing. The cooling air is therefore consuming to prepare before it can be used to cool the magnetic bearing. The preparation is complicated and expensive.

Um die thermische Belastung durch die Wärmeleitung des Rotors zu reduzieren, sind (aus der DE 10 2008 045 654 A1 bekannt) zwischen den fluidbeaufschlagten Bereichen und dem Magnetlager umlaufende Kühlrippen vorzusehen, die von einem Kühlmedium umströmbar sind, so dass ein Wärmestrom vom fluidbeaufschlagten Bereich zum Magnetlager verhindert oder zumindest reduziert wird. Als Kühlmedium wird dabei die Kühlluft, welche auch zur Magnetlagerkühlung eingesetzt wird verwendet. In order to reduce the thermal load due to the heat conduction of the rotor, (from the DE 10 2008 045 654 A1 known) to provide between the fluidbeaufschlagten areas and the magnetic bearing rotating cooling fins, which are flowed around by a cooling medium, so that a heat flow from the fluidbeaufschlagten area prevents the magnetic bearing or at least reduced. As a cooling medium while the cooling air, which is also used for magnetic bearing cooling is used.

Ausgehend vom Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Turbomaschine mit effizienterer Kühlung bereitzustellen. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Turbomaschine bereitzustellen. Starting from the prior art, it is an object of the invention to provide a turbomachine with more efficient cooling. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for operating such a turbomachine.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Turbomaschine nach den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe nach den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 7 gelöst. The object is achieved with respect to the turbomachine according to the features of independent claim 1. With regard to the method, the object is achieved according to the features of the independent claim 7.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantages and embodiments of the invention, which are used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Turbomaschine, umfassend einen Rotor, welcher an wenigstens einem Wellenende mit einem aktiven Magnetlager gelagert ist, wobei der Rotor einen fluidbeaufschlagten Bereich aufweist und zwischen dem fluidbeaufschlagten Bereich und dem Magnetlager wenigstens eine Kühllamelle auf dem Rotor eingeordnet ist, und wobei das Magnetlager und die Kühllamelle mittels Luft gekühlt werden, zeichnet sich dadurch aus, dass zwei voneinander getrennte Kühlsysteme vorgesehen sind, wovon das erste Kühlsystem Luft zur Kühlung des Magnetlagers bereitstellt und wobei das zweite Kühlsystem Luft zur Kühlung der Kühllamellen bereitstellt. Hierdurch kann die Kühlung des Rotors bzw. der Kühllamellen unabhängig von der Kühlung des Magnetlagers und damit jeweils bedarfsgerecht gesteuert werden. So ist es beispielsweise möglich, zunächst nur die Kühllamellen mit Kühlluft zu beaufschlagen und dem Magnetlager solange bis eine vorgegebene Temperatur am Magnetlager überschritten wird keine Kühlluft zuzuführen. The turbomachine according to the invention, comprising a rotor which is mounted on at least one shaft end with an active magnetic bearing, wherein the rotor has a fluidbeaufschlagten area and between the fluidbeaufschlagten area and the magnetic bearing at least one cooling fin is arranged on the rotor, and wherein the magnetic bearing and the Cooling plate are cooled by air, characterized in that two separate cooling systems are provided, of which the first cooling system provides air for cooling the magnetic bearing and wherein the second cooling system provides air for cooling the cooling fins. In this way, the cooling of the rotor or the cooling fins independently of the cooling of the magnetic bearing and thus each be controlled as needed. Thus, it is possible, for example, first to act on the cooling fins with cooling air and the magnetic bearing until a predetermined temperature at the magnetic bearing is exceeded to supply no cooling air.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Kühlsystem Luft mit einer höheren Luftreinheit bereitstellt als das zweite Kühlsystem, welches zur Kühlung der Kühllamelle dient. Für die Kühllamelle wird keine Kühlluft mit besonders hoher Luftqualität benötigt, so dass hierfür die normale Umgebungsluft in der Regel ausreicht. Eine spezielle Aufbereitung der Kühlluft zur Kühlung der Kühllamellen ist nicht notwendig. Lediglich die Kühlluft, welche vom ersten Kühlsystem bereitgestellt wird und zur Kühlung des Magnetlagers dient, wird speziell aufbereitet, insbesondere gereinigt und gegebenenfalls getrocknet. Aufgrund dessen muss nur eine deutlich geringere Luftmenge dem aufwendigen Luftaufbereitungsprozess zugeführt werden. Hierdurch können erhebliche Kosten für die Luftaufbereitung eingespart werden. An advantageous embodiment of the invention provides that the first cooling system provides air with a higher air purity than the second cooling system, which serves to cool the cooling fin. For the cooling fin no cooling air with particularly high air quality is needed, so that this normal ambient air is usually sufficient. A special treatment of the cooling air for cooling the cooling fins is not necessary. Only the cooling air, which is provided by the first cooling system and used to cool the magnetic bearing is specially prepared, in particular cleaned and optionally dried. Because of this, only a significantly smaller amount of air must be supplied to the complex air treatment process. As a result, significant costs for the air treatment can be saved.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das erste Kühlsystem zumindest ein Gebläse/Lüfter, sowie ein Filter zum Filtern der zur Kühlung des Magnetlagers bereitgestellten Luft aufweist. Durch das Gebläse kann der Luftmassenstrom je nach Bedarf geregelt werden. Je höher die Temperatur des Lagers wird, desto größer muss der zugeführte Kühlmassenstrom sein, um die Wärmemenge abzuführen. Der Luftfilter dient dazu, die Luft zu reinigen und so insbesondere Verschmutzungen in Form von Feststoffe aus der Luft zu filtern, damit diese nicht in das Magnetlager gelangen können und dieses nachfolgend beschädigen. A further embodiment of the invention provides that the first cooling system has at least one blower / fan, and a filter for filtering the air provided for cooling the magnetic bearing. By means of the fan, the air mass flow can be regulated as needed. The higher the Temperature of the bearing is, the larger the supplied cooling mass flow must be to dissipate the amount of heat. The purpose of the air filter is to purify the air and to filter particulate matter from the air so that it can not get into the magnetic bearing and subsequently damage it.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das erste Kühlsystem als redundantes Kühlsystem auszubilden. Redundant heißt hierbei, dass das Kühlsystem einen zweiten parallelen Zweig aufweist, indem ein weiteres Gebläse und ein weiterer Filter zum Filtern der zur Kühlung des Magnetlagers bereitgestellten Luft aufweist. Im Schadensfall oder bei einem Service ist somit sichergestellt, dass immer eine ausreichende Kühlung des Magnetlagers gewährleistet wird. Insbesondere ist ein herunterfahren der Turbine aufgrund einer Störung des Kühlsystems oder eines Service des Kühlsystems nicht notwendig. Durch das redundante System wird somit die Betriebssicherheit der Turbomaschine erheblich erhöht. Another embodiment of the invention provides to form the first cooling system as a redundant cooling system. Redundant here means that the cooling system has a second parallel branch by having a further fan and another filter for filtering the air provided for cooling the magnetic bearing. In the event of damage or service, this ensures that sufficient cooling of the magnetic bearing is always guaranteed. In particular, a shutdown of the turbine due to a failure of the cooling system or a service of the cooling system is not necessary. The reliability of the turbomachine is thus significantly increased by the redundant system.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Kühlsystem zumindest ein Gebläse aufweist. Durch das Gebläse kann der zugeführte Luftmassenstrom und damit die mögliche abzuführende Wärme bedarfsgerecht geregelt werden. Hierdurch wird immer nur die tatsächlich benötigte Luftmassenmenge zur Kühllamelle geführt, wodurch wiederum Energiekosten eingespart werden können. A further embodiment of the invention provides that the second cooling system has at least one fan. By the blower, the supplied air mass flow and thus the possible dissipated heat can be controlled as needed. As a result, only the actually required mass of air is always led to the cooling fin, which in turn can be saved energy costs.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Kühlsystem als redundantes Kühlsystem aufgebaut ist. Hierdurch wird wiederum sichergestellt, dass es beim Ausfall des Kühlsystems oder bei Wartungsarbeiten stets gewährleistet ist, dass ein ausreichender Kühlmassenstrom zur Kühllamelle gelangt und so die Kühllamelle und damit den Rotor hinreichend gekühlt wird. Hierdurch wird wiederum die Betriebssicherheit der Turbomaschine erheblich erhöht. A further embodiment of the invention provides that the second cooling system is constructed as a redundant cooling system. This in turn ensures that it is always guaranteed in case of failure of the cooling system or maintenance, that a sufficient cooling mass flow reaches the cooling fin and so the cooling fin and thus the rotor is sufficiently cooled. As a result, in turn, the reliability of the turbomachine is significantly increased.

Je nach Umgebungsbedingungen kann zusätzlich ein Luftfilter im zweiten Kühlsystem vorgesehen sein. Ein solcher Luftfilter würde sich beispielsweise bei einem Einsatz in Wüstengebieten empfehlen, da durch den Luftfilter Sand, welcher sich in der Umgebungsluft befindet, ausgefiltert und damit vom Rotor ferngehalten wird. Depending on the ambient conditions, an additional air filter may be provided in the second cooling system. Such an air filter would be recommended, for example, for use in desert areas, as filtered by the air filter sand, which is located in the ambient air, and thus kept away from the rotor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Turbomaschine zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus:

  • – Messen der Temperatur T des Magnetlagers;
  • – Vergleichen der gemessenen Temperatur T mit einer vorgegebenen Temperatur Tsoll;
  • – Bereitstellen von Kühlluft durch das erste Kühlsystem, sobald das Magnetlager die vorgegebene Temperatur Tsoll überschreitet.
The method according to the invention for operating a turbomachine is characterized by the following method steps:
  • - measuring the temperature T of the magnetic bearing;
  • - comparing the measured temperature T with a predetermined temperature T soll ;
  • - Providing cooling air through the first cooling system as soon as the magnetic bearing exceeds the predetermined temperature T soll .

Das Verfahren bietet zwei wesentliche Vorteile. Zum einen wird nur dann Kühlluft bereitgestellt, wenn diese zur Kühlung des Magnetlagers notwendig ist. Hierdurch muss keine aufbereitete Kühlluft zum Lager geleitet werden, wenn dies die Temperatur des Magnetlagers noch gar nicht verlangt. Zum anderen kann hierdurch auf die Trocknung der Kühlluft verzichtet werden, da die Feuchtigkeit sich nicht am Lager niederschlagen kann, da das Lager bereits eine hinreichend hohe Temperatur hat. Die aufwendige Trocknung der Kühlluft kann somit unterbleiben. The process offers two major advantages. On the one hand, cooling air is only provided if it is necessary for cooling the magnetic bearing. As a result, no conditioned cooling air must be directed to the bearing, if this does not even demand the temperature of the magnetic bearing. On the other hand, this can be dispensed with the drying of the cooling air, since the moisture can not be reflected in the camp, since the camp already has a sufficiently high temperature. The complex drying of the cooling air can thus be omitted.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben der Turbomaschine sieht folgende Verfahrensschritte vor:

  • – Messen der Temperatur T des Magnetlagers;
  • – Vergleichen der gemessenen Temperatur T mit einer vorgegebenen Temperatur Tsoll;
  • – Unterbrechen der Bereitstellung von Kühlluft durch das erste Kühlsystem, sobald das Magnetlager die vorgegebene Temperatur Tsoll unterschreitet.
An embodiment of the method for operating the turbomachine provides the following method steps:
  • - measuring the temperature T of the magnetic bearing;
  • - comparing the measured temperature T with a predetermined temperature T soll ;
  • - interrupting the provision of cooling air through the first cooling system as soon as the magnetic bearing falls below the predetermined temperature T soll .

Durch das Abschalten der Kühlluft beim Unterschreiten der Temperatur Tsoll wird vermieden, dass Feuchtigkeit aus der Kühlluft sich am Lager niederschlagen kann. Das Ausschalten der Kühlluft erfolgt dabei sobald das Kühllager die Temperatur Tsoll unterschritten hat und damit eine Kühlung des Lagers aus thermischen Gründen nicht mehr notwendig ist. By switching off the cooling air when falling below the temperature T soll is avoided that moisture from the cooling air can be reflected in the camp. The switching off of the cooling air takes place as soon as the cold storage has fallen below the temperature T soll and thus cooling of the bearing for thermal reasons is no longer necessary.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert. Es zeigt: The invention will be explained below with reference to an example. It shows:

1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Turbomaschine; 1 the schematic structure of a turbomachine according to the invention;

2 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Turbomaschine. 2 a detailed view of a turbomachine according to the invention.

Die Figuren zeigen jeweils vereinfachte und schematische Darstellungen, die nicht eine maßstabsgetreue Wiedergabe darstellen. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile werden figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. The figures each show simplified and schematic representations, which do not represent a true-to-scale reproduction. The same or functionally identical components are cross-figured provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Turbomaschine. Die Turbomaschine 1 umfasst einen Rotor 2 auf dem wenigstens eine Turbinenstufe 12 angeordnet ist. Der Rotor 2 ist an seinen Wellenenden 3 mit Magnetlagern 4 gelagert. Die Magnetlager 4 sind als Radiallager ausgeführt. Des Weiteren ist ein Axiallager 13 vorgesehen, welches ebenfalls als Magnetlager oder als konventionelles Lager ausgeführt werden kann. Zwischen den fluidbeaufschlagten Bereichen 5 und den Magnetlagern 4 sind Kühllamellen 6 auf dem Rotor angeordnet. Die Kühllamellen 6 können beispielsweise auf dem Rotor aufgeschrumpft, angebaut oder einstückig mit dem Rotor 2 gefertigt sein. Sowohl die Magnetlager 4 als auch die Kühllamellen 6 werden mittels Luft gekühlt. Zur Kühlung sind dabei zwei voneinander unabhängige und getrennte Kühlsysteme 7, 8 vorgesehen. Das erste Kühlsystem 7 stellt dabei Luft zur Kühlung der Magnetlager 4 bereit. Das zweite Kühlsystem 8 stellt Luft zur Kühlung der Kühllamellen 6 bereit. Die Luft des ersten Kühlsystems 7 weist dabei eine höhere Luftreinheit auf als die Luft die vom zweiten Kühlsystem 8 bereitgestellt wird. Dies ist notwendig, da die Magnetlager 4 sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit und Verschmutzungen reagieren. Um die entsprechende Luftreinheit zu gewährleisten, wird die von den Gebläsen 9 angesaugte Luft mittels eines Filter 10 gereinigt. Hierdurch werden eventuell in der Luft enthaltene Feststoffe abgeschieden. Anschließend wird die so aufbereitete Luft den Magnetlagern 4 zugeführt. Die Kühlluft wird dabei durch den Spalt 14 zwischen dem Stator 15 und dem Rotor 15 des Magnetlagers 4 hindurch geleitet und kühlt dabei das Magnetlager 4. Das erste Kühlsystem 7 ist als redundantes Kühlsystem ausgeführt, dabei sind in einem parallelen Zweig ein zweites Gebläse 9 und ein zweiter Filter 10 zum Filtern der zur Kühlung des Magnetlagers 4 bereitgestellten Luft vorgesehen. Somit wird immer sichergestellt, dass auch bei einem Ausfall des ersten Kühlsystems 7 oder bei Wartungsarbeiten, beispielsweise beim Tausch des Filters 10, eine hinreichende Kühlung des Magnetlagers 4 mit gereinigter Luft gewährleistet werden kann und es nicht zu einem Stillstand der Turbomaschine kommt. Das redundante System erhöht die Betriebssicherheit der Turbomaschine erheblich und reduziert Stillstandszeiten aufgrund von Reparaturen oder Wartungen deutlich. Aus dem gleichen Grund ist auch das zweite Kühlsystem 8 als redundantes System ausgebildet. Die Gebläse 9, 11 des ersten und des zweiten Kühlsystems 7, 8 werden vorzugsweise bedarfsgerecht geschaltet. Das heißt, es wird nur dann Kühlluft zum Magnetlager 4 bzw. zu den Kühllamellen 6 zugeführt, wenn dies aus thermischen Gründen notwendig ist. Hierdurch lassen sich erhebliche Energiekosten zum Betreiben der Gebläse einsparen. 1 shows a schematic view of a turbomachine according to the invention. The turbo machine 1 includes a rotor 2 on the at least one turbine stage 12 is arranged. The rotor 2 is at its shaft ends 3 with magnetic bearings 4 stored. The magnetic bearings 4 are designed as radial bearings. Furthermore, a thrust bearing 13 intended, which can also be performed as a magnetic bearing or as a conventional bearing. Between the fluid-exposed areas 5 and the magnetic bearings 4 are cooling fins 6 arranged on the rotor. The cooling fins 6 For example, they can be shrunk on the rotor, grown or integral with the rotor 2 be made. Both the magnetic bearings 4 as well as the cooling fins 6 are cooled by air. For cooling are two independent and separate cooling systems 7 . 8th intended. The first cooling system 7 provides air for cooling the magnetic bearings 4 ready. The second cooling system 8th provides air for cooling the cooling fins 6 ready. The air of the first cooling system 7 has a higher air purity than the air from the second cooling system 8th provided. This is necessary because the magnetic bearings 4 very sensitive to moisture and dirt. To ensure the appropriate air purity, that of the blowers 9 sucked air by means of a filter 10 cleaned. As a result, any solids contained in the air are separated. Subsequently, the thus treated air is the magnetic bearings 4 fed. The cooling air is through the gap 14 between the stator 15 and the rotor 15 of the magnetic bearing 4 passed through and cools the magnetic bearing 4 , The first cooling system 7 is designed as a redundant cooling system, while in a parallel branch, a second blower 9 and a second filter 10 for filtering the cooling of the magnetic bearing 4 provided air. This always ensures that even if the first cooling system fails 7 or during maintenance, for example, when replacing the filter 10 , a sufficient cooling of the magnetic bearing 4 can be ensured with purified air and it does not come to a standstill of the turbomachine. The redundant system significantly increases the reliability of the turbomachine and significantly reduces downtime due to repairs or maintenance. For the same reason is also the second cooling system 8th designed as a redundant system. The fans 9 . 11 the first and the second cooling system 7 . 8th are preferably switched as needed. That is, it is only cooling air to the magnetic bearing 4 or to the cooling fins 6 fed, if this is necessary for thermal reasons. This can save considerable energy costs for operating the blower.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Turbomaschine sieht dabei vor, dass permanent die Temperatur des Magnetlagers 4 gemessen und mit einer vorgegebenen Temperatur Tsoll verglichen wird. Erst beim Überschreiten der vorgegebenen Temperatur Tsoll wird Kühlluft vom ersten Kühlsystem 7 bereitgestellt. Da zu diesem Zeitpunkt das Magnetlager 4 bereits eine entsprechende Temperatur aufweist, kann auf die aufwendige Trocknung der Luft verzichtet werden, da ein Niederschlagen der Feuchtigkeit aus der Luft aufgrund der hohen Temperatur des Magnetlagers 4 ausgeschlossen werden kann. Hierdurch werden die Betriebskosten weiter gesenkt, da die Lufttrocknung mit erheblichen Energiekosten verbunden ist. Beim Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur Tsoll erfolgt eine Unterbrechung der Bereitstellung von Kühlluft durch das erste Kühlsystem 7. Eine weitere Kühlung ist nach Unterschreiten der Temperatur Tsoll aus thermischer Sicht nicht notwendig. Hierdurch wird auch sichergestellt, dass Feuchtigkeit aus der Kühlluft sich nicht am Magnetlager 4 niederschlagen kann und dort für einen Schaden des Magnetlagers 4 sorgt. The inventive method for operating the turbomachine provides that permanently the temperature of the magnetic bearing 4 measured and compared with a predetermined temperature T soll . Only when exceeding the predetermined temperature T soll is cooling air from the first cooling system 7 provided. Because at this time the magnetic bearing 4 already has a corresponding temperature, can be dispensed with the elaborate drying of the air, since a precipitation of moisture from the air due to the high temperature of the magnetic bearing 4 can be excluded. As a result, the operating costs are further reduced because the air drying is associated with significant energy costs. When falling below the predetermined temperature T soll is an interruption of the provision of cooling air through the first cooling system 7 , Further cooling is not necessary after falling below the temperature T soll from a thermal point of view. This also ensures that moisture from the cooling air is not at the magnetic bearing 4 can knock down and there for a damage of the magnetic bearing 4 provides.

2 zeigt eine Detailansicht der in 1 dargestellten Turbomaschine 1. Dabei ist in der Detailansicht das rechte Wellenende 3 des Rotors 2 dargestellt. Die 2 verdeutlicht nochmals die zwei voneinander getrennten Kühlsysteme 7, 8, wobei das erste Kühlsystem 7 die Luft zur Kühlung des Magnetlagers 4 bereitstellt und wobei das zweite Kühlsystem 8 die Luft zur Kühlung der Kühllamellen 6 bereitstellt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur Kühlung des Rotors drei Kühllamellen vorgesehen, die auf den Rotor 2 aufgeschrumpft sind. Die Kühlluft, die vom ersten Kühlsystem 7 bereitgestellt wird, gelangt über eine gesonderte Zuleitung zum Magnetlager 4 und strömt anschließend durch den Lagerspalt 14 zwischen dem Stator 15 und dem Rotor 16 des Magnetlagers 4. Dabei nimmt die Kühlluft eine entsprechende Wärmemenge auf und kühlt dabei das Magnetlager 4. In der 2 ist jeweils nur ein Gebläse für die einzelnen getrennten Kühlsysteme 7, 8 dargestellt. Wie bereits erläutert, ist aber das Vorsehen von redundanten Kühlsystemen besonders vorteilhaft, um die Betriebssicherheit zu erhöhen. 2 shows a detail view of in 1 illustrated turbomachine 1 , Here, in the detail view, the right end of the shaft 3 of the rotor 2 shown. The 2 illustrates again the two separate cooling systems 7 . 8th , where the first cooling system 7 the air for cooling the magnetic bearing 4 provides and wherein the second cooling system 8th the air for cooling the cooling fins 6 provides. In the illustrated embodiment, three cooling fins are provided for cooling the rotor, which on the rotor 2 shrunk. The cooling air coming from the first cooling system 7 is provided, passes through a separate supply line to the magnetic bearing 4 and then flows through the bearing gap 14 between the stator 15 and the rotor 16 of the magnetic bearing 4 , The cooling air absorbs a corresponding amount of heat and cools the magnetic bearing 4 , In the 2 is only one blower for each separate cooling systems 7 . 8th shown. As already explained, however, the provision of redundant cooling systems is particularly advantageous in order to increase operational safety.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die Bereitstellung zweier voneinander getrennter Kühlsysteme, wovon das erste Kühlsystem zur Kühlung des Magnetlagers und das zweite Kühlsystem zur Kühlung der Kühllamellen dienen, sich erheblich Energiekosten einsparen lassen. Die teure Aufbereitung der Kühlluft zur Kühlung der Magnetlager wird auf ein Mindestmaß reduziert. Die Kühlung der Kühllamellen erfolgt mit weitgehend ungereinigter Luft, welcher der Umgebung entnommen werden kann. Durch die Ausführung als redundante Kühlsysteme wird die Betriebssicherheit der Turbomaschine deutlich erhöht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Turbomaschine kann zusätzlich auf die Trocknung der Kühlluft zur Kühlung der Magnetlager verzichtet werden, wodurch zusätzliche Energiekosten eingespart werden können. In summary, it should be noted that the provision of two separate cooling systems, of which the first cooling system for cooling the magnetic bearing and the second cooling system for cooling the cooling fins are used, can save considerable energy costs. The expensive preparation of the cooling air for cooling the magnetic bearings is reduced to a minimum. The cooling of the cooling fins is done with largely unpurified air, which can be removed from the environment. Due to the design as redundant cooling systems, the operational reliability of the turbomachine is significantly increased. The inventive method for operating the turbomachine can be dispensed with in addition to the drying of the cooling air for cooling the magnetic bearings, which additional energy costs can be saved.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011005347 A1 [0002] DE 102011005347 A1 [0002]
  • DE 102008045654 A1 [0004] DE 102008045654 A1 [0004]

Claims (8)

Turbomaschine (1), umfassend einen Rotor (2), welcher an wenigstens einem Wellenende (3) mit einem aktiven Magnetlager (4) gelagert ist, wobei der Rotor (2) einen fluidbeaufschlagten Bereich (5) aufweist und zwischen dem fluidbeaufschlagtem Bereich (5) und dem Magnetlager (4) wenigstens eine Kühllamelle (6) auf dem Rotor (2) angeordnet ist und wobei das Magnetlager (4) und die Kühllamelle (6) mittels Luft gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander getrennte Kühlsysteme (7, 8) vorgesehen sind, wovon das erste Kühlsystem (7) Luft zur Kühlung des Magnetlagers (4) bereitstellt und wobei das zweite Kühlsystem (8) Luft zur Kühlung der Kühllamelle (6) bereitstellt. Turbomachine ( 1 ) comprising a rotor ( 2 ), which on at least one shaft end ( 3 ) with an active magnetic bearing ( 4 ) is mounted, wherein the rotor ( 2 ) a fluid-loaded area ( 5 ) and between the fluid-loaded area ( 5 ) and the magnetic bearing ( 4 ) at least one cooling fin ( 6 ) on the rotor ( 2 ) and wherein the magnetic bearing ( 4 ) and the cooling fin ( 6 ) are cooled by means of air, characterized in that two separate cooling systems ( 7 . 8th ), of which the first cooling system ( 7 ) Air for cooling the magnetic bearing ( 4 ) and wherein the second cooling system ( 8th ) Air for cooling the cooling lamella ( 6 ). Turbomaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlsystem (7) Luft mit einer höheren Luftreinheit bereitstellt als das zweite Kühlsystem (8). Turbomachine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the first cooling system ( 7 ) Provides air with a higher air purity than the second cooling system ( 8th ). Turbomaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlsystem (7) zumindest ein Gebläse (9) sowie einen Filter (10) zum Filtern der zur Kühlung des Magnetlagers (4) bereitgestellten Luft aufweist. Turbomachine ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the first cooling system ( 7 ) at least one blower ( 9 ) as well as a filter ( 10 ) for filtering the cooling of the magnetic bearing ( 4 ) provided air. Turbomaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlsystem (7) als redundantes Kühlsystem aufgebaut ist. Turbomachine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling system ( 7 ) is constructed as a redundant cooling system. Turbomaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kühlsystem (8) zumindest ein Gebläse (11) aufweist. Turbomachine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second cooling system ( 8th ) at least one blower ( 11 ) having. Turbomaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kühlsystem (8) als redundantes Kühlsystem aufgebaut ist. Turbomachine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second cooling system ( 8th ) is constructed as a redundant cooling system. Verfahren zum Betreiben einer Turbomaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Messen der Temperatur T des Magnetlagers (4); – Vergleichen der gemessenen Temperatur T mit einer vorgegebene Temperatur TSOLL; – Bereitstellen von Kühlluft durch das erste Kühlsystem (7), sobald das Magnetlager (4) die vorgegebene Temperatur TSOLL überschreitet. Method for operating a turbomachine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps: measuring the temperature T of the magnetic bearing ( 4 ); - comparing the measured temperature T with a predetermined temperature T SOLL ; Providing cooling air through the first cooling system ( 7 ), as soon as the magnetic bearing ( 4 ) exceeds the predetermined temperature T SOLL . Verfahren zum Betreiben einer Turbomaschine (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Messen der Temperatur T des Magnetlagers (4); – Vergleichen der gemessenen Temperatur T mit einer vorgegebene Temperatur TSOLL; – Unterbrechen der Bereitstellung von Kühlluft durch das erste Kühlsystem (7), sobald das Magnetlager (4) die vorgegebene Temperatur TSOLL unterschreitet. Method for operating a turbomachine ( 1 ) according to claim 7, characterized by the following method steps: measuring the temperature T of the magnetic bearing ( 4 ); - comparing the measured temperature T with a predetermined temperature T SOLL ; Interrupting the supply of cooling air through the first cooling system ( 7 ), as soon as the magnetic bearing ( 4 ) falls below the predetermined temperature T SOLL .
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