DE10234505A1

DE10234505A1 - Lagerung für eine dampfbetriebene Expansions-Kraftmaschine

Info

Publication number: DE10234505A1
Application number: DE2002134505
Authority: DE
Inventors: Detlef Wüsthoff
Original assignee: Enginion AG
Current assignee: Enginion AG
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Energie mittels einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine, enthaltend eine Speisewasserpumpe und einen Dampferzeuger, der von der Speisewasserpumpe mit Speisewasser gespeist wird und Wasserdampf auf die Expansions-Kraftmaschine leitet, wobei die Expansions-Kraftmaschine ein drehbar gelagertes, durch die Expansion des Wasserdampfes angetriebenes Teil aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine einfache, reibungsarme und betriebssichere Lagerung rotierender Teile der Expansions-Kraftmaschine, z. B. eines Rotors einer Flügelzellenmaschine, vorzusehen. Das wird dadurch erreicht, daß das angetriebene Teil (12) in einem hydrodynamischen Gleitlager (14, 16) gelagert ist, das hydrodynamische Gleitlager (14, 16) von Wasser als Lagerflüssigkeit beaufschlagt ist und das als Lagerflüssigkeit dienende Wasser von dem durch die Speisewasserpumpe (20) auf den Dampferzeuger (26) geförderten Wasser abgezweigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Energie mittels einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine, enthaltend eine Speisewasserpumpe und einen Dampferzeuger, der von der Speisewasserpumpe mit Speisewasser gespeist wird und Wasserdampf auf die Expansions-Kraftmaschine leitet, wobei die Expansions-Kraftmaschine ein drehbar gelagertes, durch die Expansion des Wasserdampfes angetriebenes Teil aufweist.
Es sind Aggregate zur Erzeugung mechanischer oder elektrischer Energie mittels einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine bekannt, bei denen die Expansions-Kraftmaschine in einem geschlossenen Dampf- und Wasserkreislauf angeordnet ist. Die Expansions-Kraftmaschine ist bei einem bekannten Aggregat dieser Art eine Flügelzellenmaschine. Eine solche Flügelzellenmaschine enthält einen Rotor, der exzentrisch in einer Gehäusebohrung gelagert ist. Der Rotor weist radiale, radial verschiebbare Flügelschieber auf, die sich an die Innenwandung der Gehäusebohrung anlegen. Dabei werden Flügelzellen gebildet, die beim Umlauf des Rotors ihr Volumen verändern. In diesen Flügelzellen erfolgt die Expansion des Wasserdampfes, wobei der Rotor angetrieben wird. Der Wasserdampf wird mittels eines Dampferzeugers erzeugt. Der Dampferzeuger wird von den heißen Abgasen eines Brenners, beispielsweise eines so genannten "Porenbrenners", beheizt. Dem Dampferzeuger wird Speisewasser unter Druck von einer Speisewasserpumpe zugeführt. Die Speisewasserpumpe saugt das Speisewasser aus einem Speisewasserbehälter an. Der entspannte Wasserdampf von der Expansions-Kraftmaschine wird mittels eines Kondensators kondensiert. Das kondensierte Wasser wird als Speisewasser in den Speisewasserbehälter zurückgeleitet.
Bei solchen Aggregaten wird mit sehr hohen Dampftemperaturen gearbeitet. Die Expansions-Kraftmaschine wird dadurch auch sehr heiß. Es bietet Schwierigkeiten den Rotor der Expansions-Kraftmaschine (oder z.B. auch eine Kurbelwelle) unter diesen Bedingungen reibungsarm zu lagern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine einfache, reibungsarme und betriebssichere Lagerung rotierender Teile der Expansions-Kraftmaschine, z.B. eines Rotors einer Flügelzellenmaschine, vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das angetriebene Teil in einem fluiddynamischen Gleitlager gelagert ist, das fluiddynamische Gleitlager von einem in dem Versorgungsstrang der Expansions-Kraftmaschine auftretenden Fluid als Lagerfluid beaufschlagt ist und das als Lagerfluid dienende Fluid vom dem Versorgungsstrang abgezweigt wird.
Das Fluid kann Wasserdampf sein, der vom Ausgang des Dampferzeugers abgezweigt wird und unter hohem Druck steht. Vorzugsweise ist aber das fluiddynamische Gleitlager ein hydrodynamischen Gleitlager, das hydrodynamische Gleitlager von Wasser als Lagerflüssigkeit beaufschlagt ist und das als Lagerflüssigkeit dienende Wasser vom dem durch die Speisewasserpumpe auf den Dampferzeuger geförderten Wasser abgezweigt wird.
Die Erfindung benutzt also ein hydrodynamisches Gleitlager mit Dampf oder Wasser. Wasse hat dabei den Vorteil, daß keine zum Verdampfen aufgewandte Energie verloren geht. Durch die Verwendung von Dampf oder Wasser wird erreicht, daß keine sonstigen Schmierstoffe in dem Aggregat verwendet zu werden brauchen. Es wird die Tatsache ausgenutzt, daß Dampf unter hohem Druck in dem Versorgungsstrang verfügbar ist bzw. Wasser unter Druck sowieso von der Speisewasserpumpe geliefert wird. Das aus dem Lager austretende Wasser, kann wieder in den Speisewasserbehälter zurückgeleitet werden.
Hydrodynamische Gleitlager sind an sich in vielfältiger Weise bekannt. Die Erfindung besteht in der Anwendung eines solchen hydrodynamischen Gleitlagers in einer speziellen Anwendung und unter Verwendung einer Lagerflüssigkeit (Wasser unter Druck), die bei dieser Anwendung sowieso vorhanden ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
1 ist ein Blockschaltbild einer in einem geschlossenen Kreislauf angeordneten Expansions-Kraftmaschine.
2 ist eine schematische Darstellung eines hydrodynamischen Gleitlagers.
In 1 ist mit 10 eine Expansions-Kraftmaschine bezeichnet. Die Expansions-Kraftmaschine 10 weist einen Rotor 12 auf, der hier nur stark schematisch dargestellt ist. Der Rotor 12 ist in Lagern 14 und 16 drehbar gelagert. Die Expansions-Kraftmaschine 10 ist in einem geschlossenen Dampf- und Wasserkreislauf angeordnet, der generell mit 18 bezeichnet ist.
Der Kreislauf 18 enthält eine Speisewasserpumpe 20. Die Speisewasserpumpe 20 saugt Speisewasser 22 aus einem Speisewasserbehälter 24 an. Das Speisewasser wird unter hohem Druck einem Dampferzeuger 26 zugeführt. Der Verdampfer 26 wird von den heißen Abgasen eines Brenners 28 beheizt. Der Dampferzeuger 26 liefert heißen, hochgespannten Wasserdampf an die Expansions-Kraftmaschine 10. Der Wasserdampf wird entspannt und treibt dabei den Rotor 12. Mit dem Rotor 12 ist auf der gleichen Welle und auch in den Lagern 14 und 16 gelagert der Rotor 30 eines elektrischen Generators gelagert. Der entspannte Dampf wird mittels eines Kondensators 32 kondensiert. Das kondensierte Wasser wird wieder dem Speisewasserbehälter 24 zugeführt. Damit ist der Kreislauf 18 geschlossen.
Die Lager 14 und 16 sind als hydrodynamische Gleitlager ausgebildet. Ein solches hydrodynamisches Gleitlager ist in 2 schematisch dargestellt.
In 2 ist mit 34 eine Lagerbohrung bezeichnet, in welcher eine zu lagernde Welle 36 unter Bildung eines Ringspaltes 38 geführt ist. In der Innenwandung der Lagerbohrung ist etwa in der Mitte der Lagerbohrung eine Umfangsnut 40 angebracht. In diese Ringnut 40 wird über einen Kanal 42 eine Lagerflüssigkeit, im vorliegenden Fall Wasser, unter Druck eingeleitet. Die Lagerflüssigkeit strömt von der Umfangsnut 40 aus nach beiden Richtungen axial durch den Ringspalt 38, wie in 2 durch Pfeile 44 angedeutet ist. Durch die dynamischen Kräfte der Lagerflüssigkeit wird die Welle 36 in der Lagerbohrung 34 zentriert gehalten. Wenn sich z.B. die Welle nach unten in 2 bewegt, wird dort der Ringspalt 38 enger. Damit steigt der Druck, so daß eine Zentrierkraft auftritt.
In der Vorrichtung von 1 wird als Lagerflüssigkeit für die Lager 14 und 16 Wasser unter Druck verwendet, das durch einen Abzweig 46 von dem Wasser unter Druck abgezweigt wird, das von der Speisewasserpumpe 20 dem Dampferzeuger 26 zugeführt wird. Dieses abgezweigte Wasser wird über Leitungen 48 und 50 den Lagern 14 bzw. 16 zugeführt. Es sind Rückleitemittel 52 vorgesehen, durch welche das aus den Lagern 14 und 16 austretende Wasser wieder in den Speisewasserbehälter 24 zurückgeleitet wird. Diese Rückleitemittel enthalten Auffangmittel 54 und 56 an den Lagern 14 bzw. 16 und Rücklaufleitungen 58 und 60, die zu dem Speisewasserbehälter 24 geführt sind.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung mechanischer Energie mittels einer dampfbetriebenen Expansions-Kraftmaschine (10), enthaltend eine Speisewasserpumpe (20) und einen Dampferzeuger (26), der von der Speisewasserpumpe (20) mit Speisewasser gespeist wird und Wasserdampf auf die Expansions-Kraftmaschine (10) leitet, wobei die Expansions-Kraftmaschine (10) ein drehbar gelagertes, durch die Expansion des Wasserdampfes angetriebenes Teil (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß (a) das angetriebene Teil (12) in einem fluiddynamischen Gleitlager (14, 16) gelagert ist, (b) das fluiddynamische Gleitlager (14, 16) von einem in dem Versorgungsstrang der Expansions-Kraftmaschine (10) auftretenden Fluid als Lagerfluid beaufschlagt ist und (c) das als Lagerfluid dienende Fluid vom dem Versorgungsstrang abgezweigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (a) das fluiddynamische Gleitlager ein hydrodynamischen Gleitlager (14, 16) ist, (b) das hydrodynamische Gleitlager (14, 16) von Wasser als Lagerflüssigkeit beaufschlagt ist und (c) das als Lagerflüssigkeit dienende Wasser vom dem durch die Speisewasserpumpe (20) auf den Dampferzeuger (26) geförderten Wasser abgezweigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansions-Kraftmaschine (10) in einem geschlossenen Kreislauf (18) angeordnet ist, in welchem der entspannte Dampf von der Expansions-Kraftmaschine (10) durch einen Kondensator (32) kondensiert und das Kondenswasser in einen Speisewasserbehälter (24) geleitet wird, aus welchem die Speisewasserpumpe (20) das Speisewasser ansaugt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Rückleitmittel (52) vorgesehen sind, durch welche das aus dem Lager (14, 16) austretende Wasser in den Speisewasserbehälter (24) zurückleitbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansions-Kraftmaschine (10) eine Rotationskolbenmaschine ist, wobei der Rotor der Rotationskolbenmaschine das gelagerte, durch die Expansion des Wasserdampfes angetriebene Teil (12) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansions-Kraftmaschine eine Flügelzellenmaschine ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß (a) mit der Expansions-Kraftmaschine (10) ein einen Rotor (30) aufweisender elektrischer Generator gekuppelt ist und (b) der Rotor (30) des Generators ebenfalls in einem fluiddynamischen Gleitlager (14, 16) gelagert ist, das mit Wasser aus der Speisewasserpumpe (20) als Lagerflüssigkeit gespeist wird.