DE1046637B

DE1046637B - Process for operating a high-speed turbine and turbine for carrying out the process

Info

Publication number: DE1046637B
Application number: DES53449A
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1957-05-03
Filing date: 1957-05-11
Publication date: 1958-12-18

Description

DEUTSCHESGERMAN

kl. 17 a 5kl. 17 a 5

INTERNAT. KL. F 25 bINTERNAT. KL. F 25 b

PATENTAMTPATENT OFFICE

S53449Ia/17aS53449Ia / 17a

ANMELDETAG: 11. MAI 1957REGISTRATION DATE: MAY 11, 1957

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AÜSLEGESCHRIFT: 18. DEZEMBER 1958NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
SUPPLY: DECEMBER 18, 1958

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für den Betrieb einer hochtourigen Turbine mit geschmierter Wellenlagerung und auf eine Turbine zur Durchführung des Verfahrens. Unter hochtourig wird eine Drehzahl von mindestens etwa 20¹OOO¹ min— ¹ verstanden; die obere Grenze der Drehzahl kann außerordentlich hoch, z.B. bei 220000min-¹ und mehr, liegen. Das Schmiermittel für die Wellenlagerung kann flüssig oder gasförmig sein.The invention relates to a method for operating a high-speed turbine with lubricated shaft bearings and to a turbine for carrying out the method. Under high speed a rotational speed of at least about 20 ¹ OOO ¹ ^min-1 is meant; the upper limit of the rotational speed can be extraordinarily high, for example at 220000min- ¹ and more, are. The lubricant for the shaft bearing can be liquid or gaseous.

Wie die Erläuterungen weiter unten zeigen, tritt bei bestimmten Drehzahlbereichen der Turbinenwelle, und zwar — bei flüssigkeitsgeschmierten Lagern — bei Drehzahlen von etwa dem doppelten Betrag der kritischen Wellendrehzahl und — bei gasgeschmierten Lagern — schon bei Drehzahlen von etwa dem doppelten Betrag der kritischen Lagerfrequenz (die sich aus der Elastizität des Lagergases und der Wellenmasse ergibt) eine Rotation (Zusatzrotation) der Wellenachse auf, die wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, in gleichem Drehsinn wie die Hauptrotation verläuft. Durch die Zusatzrotation weicht die Welle dem Schmiermittelkeil, der durch die exzentrische, auf Grund von Belastung hervorgerufene Lage der Welle zwischen dieser und dem Lager entsteht und infolge der Hauptrotation die tragenden Lagerkräfte verursacht, aus. Die Welle wird durch das Ausweichen nicht mehr normal belastbar, und es besteht die Gefahr, daß sie die Schmiermittelschicht durchstößt und das Lager unmittelbar berührt, was zu Beschädigungen von Welle und Lager führen kann.As the explanations below show, at certain speed ranges of the turbine shaft, namely - with liquid-lubricated bearings - at speeds of about twice the amount of critical shaft speed and - in the case of gas-lubricated bearings - at speeds of around twice that The amount of the critical bearing frequency (which results from the elasticity of the bearing gas and the shaft mass results) a rotation (additional rotation) of the shaft axis, which if no special measures are hit in the same direction of rotation as the main rotation. Due to the additional rotation the shaft gives way to the lubricant wedge caused by the eccentric, due to the load The position of the shaft between this and the bearing arises and, as a result of the main rotation, the load-bearing Bearing forces caused. The wave is no longer normally resilient due to the evasive action, and there is a risk that it pierces the lubricant layer and directly touches the bearing, which can damage the shaft and bearings.

Die Erfindung hat sich nun zum Ziel gesetzt, die Zusatzrotation unschädlich zu machen. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß die Zusatzrotation der Wellenachse im Vergleich zu der Hauptrotation der Welle gedämpft wird, gegebenenfalls aufhört oder in umgekehrtem Drehsinn verläuft, sobald die relative Exzentrizität der Welle im Lager den Betrag von mindestens etwa 0',6 erreicht.The invention has now set itself the goal of rendering the additional rotation harmless. The invention makes use of the knowledge that the additional rotation of the shaft axis compared to the Main rotation of the shaft is damped, if necessary stops or runs in the opposite direction of rotation, as soon as the relative eccentricity of the shaft in the bearing reaches the amount of at least about 0.6.

Dementsprechend besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß die Turbinenwelle in einer Betriebsstellung mit relativer Lagerexzentrizität von mindestens etwa 0,6 gehalten wird (relative Lagerexzentrizität= Verhältnis von Auslenkung der Wellenachse aus der Lagerachse zu Differenz zwischen Lager- und Wellenradius). In weiterer Erfindung ist bei der zugehörigen Turbine eine Vorrichtung zur Erzeugung einer auf die Turbinenwelle einwirkenden Ablenkkraft, durch welche die Welle in der exzentrischen Stellung gehalten ist, vorgesehen. Die bei bestimmter Drehzahl der Welle einsetzende Rotation der Wellenachse (Zusatzrotation) wird dann gedämpft oder hört auf oder verläuft, wie durch die Überlegungen weiter unten nachgewiesen wird, in umgekehrtem Verfahren für den Betrieb einerAccordingly, the method according to the invention consists in that the turbine shaft is in an operating position with a relative bearing eccentricity of at least about 0.6 (relative bearing eccentricity = Ratio of deflection of the shaft axis from the bearing axis to the difference between Bearing and shaft radius). In a further invention is a device for the associated turbine Generation of a deflection force acting on the turbine shaft, through which the shaft in the eccentric Position is held, provided. The rotation that begins at a certain speed of the shaft the shaft axis (additional rotation) is then dampened or ceases or proceeds as indicated by the deliberations is demonstrated below, in reverse procedure for the operation of a

hochtourigen Turbine und Turbinehigh speed turbine and turbine

zur Durchführung des Verfahrensto carry out the procedure

Anmelder:Applicant:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)Sulzer Brothers Aktiengesellschaft,
Winterthur (Switzerland)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31Representative: Dipl.-Ing. H. Marsch, patent attorney,
Schwelm (Westphalia), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 3. Mai 1957Claimed priority:
Switzerland from May 3, 1957

Drehsinn wie die Hauptrotation; die Welle wird normal, ja sogar stärker belastbar, weil sie — besonders bei gegenläufiger Zusatzrotation der Wellenachse ·— nicht mehr in einer Weise ausweicht, bei der ihr die Lagerkräfte entzogen werden. Damit wird die Gefahr der Berührung von Lager und Welle verringert.Direction of rotation like the main rotation; the wave becomes normal, even more resilient, because it - especially if the shaft axis is also rotated in the opposite direction - no longer evades in a way in which you Bearing forces are withdrawn. This reduces the risk of contact between the bearing and the shaft.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Turbine sind mehrere senkrecht zur Lagerachse gegeneinander versetzt angeordnete Lager für die Turbinenwelle, von denen mindestens eines die Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung bezüglich der übrigen Lagerung bildet, vorgesehen. Es ist z. B. eine Bauart möglich, bei der mindestens drei senkrecht zur Lagerachse gegeneinander versetzt angeordnete Wellenlager, von denen das mittlere die Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung für die beiden äußeren, koaxialen Lager und umgekehrt diese die Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung für das mittlere Lager bilden, eingebaut sind. Unter Lager sind dabei die Welle jeweils vollständig umschließende oder sie nur auf einem Teil, etwa auf der Hälfte ihres Umfangs umgebende, ihrer Form angepaßte, flüssigkeits- oder gasgeschmierte Lagerelemente, z. B. Lagerbüchsen oder Lagerschalen, oder auch massive Lager ein- oder mehrteiliger Bauart zu verstehen.In one embodiment of the turbine according to the invention, several are mutually perpendicular to the bearing axis offset bearings for the turbine shaft, at least one of which is the deflecting force generating device forms with respect to the rest of the storage is provided. It is Z. B. a design possible in which at least three perpendicular to the bearing axis Staggered shaft bearings, of which the middle one is the deflecting force generating device for the two outer, coaxial bearings and vice versa this is the deflecting force generating device for the middle bearing. The shaft is under each bearing completely enclosing it or only surrounding it on a part, about half of its circumference, adapted to their shape, liquid or gas-lubricated bearing elements, z. B. bearing bushes or Understand bearing shells, or massive bearings of one-part or multi-part design.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Turbine besteht die Ablenkkraft-In a further embodiment of the turbine according to the invention, the deflection force

809 699/113809 699/113

erzeugungsvorrichtung· aus mindestens einer in einem an der Turbinenwelle angebrachten, sie mindestens teilweise umgebenden Glied angeordneten öffnung zum unsymmetrischen Einleiten von flüssigem oder gasförmigem Schmiermittel unter Überdruck und aus einer Pumpe zur Erzeugung des Überdrucks. Die Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung arbeitet hierbei also hydraulisch oder pneumatisch. Vorteilhaft ist die Einleitöffnung zu einer sich über einen Teil des Innenumfangs des Gliedes erstreckenden Kammer erweitert, in welche ein mit der Pumpe in Verbindung stehender Schmiermittelzuführungskanal mündet. Bei einer Bauart ist das Glied mit einem Traglager der Türbinenwelle vereinigt, derart, daß die Ablenkkraft in dem Traglager selbst angreift.generating device · from at least one in one attached to the turbine shaft and at least partially surrounding a member arranged opening for the asymmetrical introduction of liquid or gaseous lubricants under overpressure and out a pump to generate the overpressure. The deflecting force generating device works here hydraulic or pneumatic. The inlet opening is advantageous to extend over part of the inner circumference of the member extending chamber into which a communicating with the pump Lubricant feed channel opens. In one design, the link is with a support bearing of the door hinge shaft united in such a way that the deflecting force acts in the support bearing itself.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Traglager von den an der Welle angeordneten, die Ablenkung hervorrufenden Gliedern baulich getrennt.In another embodiment, the support bearings are the deflection from those arranged on the shaft evoking links structurally separated.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.Further features of the invention emerge from the description of exemplary embodiments in conjunction with the drawing and the claims.

Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung eine erste Bauart der Wellenlagerung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Turbine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht ist, Fig. 2 ein zugehöriges undFig. 1 illustrates in a schematic representation a first type of shaft bearing according to the invention trained turbine in which the method according to the invention is implemented, Fig. 2 an associated and

Fig. 3 ein allgemeines, in größerem Maßstab wiedergegebenes Auslenkdiagramm;Fig. 3 is a general deflection diagram reproduced on a larger scale;

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Turbinenwellenlagerung in schematischem Senkrechtschnitt; 4 shows a further exemplary embodiment of a turbine shaft bearing in a schematic vertical section;

Fig. 5 und 6 sind zugehörige Waagerechtschnitte nach den Linien A-A bzw. B-B, teilweise mit Erläuterungseintragungen ;5 and 6 are associated horizontal sections along the lines AA and BB, in some cases with explanatory entries;

Fig. 7 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel im Senkrechtschnitt,Fig. 7 illustrates a third embodiment in vertical section,

Fig. 8 eine vierte Bauart, ebenfalls im Senkrechtschnitt, undFig. 8 shows a fourth type, also in vertical section, and

Fig. 9 ist ein zu Fig. 8 gehörender schematisierter Waagerechtschnitt.FIG. 9 is a schematic horizontal section associated with FIG. 8.

Eine Welle 1 (Fig. 1) ist in einem Lager 2 waagerecht gelagert, dem über eine Einleitöffnung 3 Schmiermittel gemäß Pfeil 4 zugeführt wird. Über eine Abströmöffnung 5 wird das Schmiermittel gemäß Pfeil 6 abgeleitet. Die Welle 1 rotiert um ihre eigene Achse 7 im Sinne des Pfeiles 9, so daß die Achse 7 in bekannter Weise um einen Betrag e aus der Lagerachse 8 ausgelenkt ist. Auf die Welle 1 wirkt die Belastung P₁ die von ihrem Gewicht und gegebenenfalls von weiteren, z. B. von einem Antrieb stammenden Kräften oder von einer der weiter unten näher beschriebenen Ablenkkrafterzeugungsvorrichtungen herrührt. Die vom Eigengewicht der Welle herrührende Belastung und die von einer Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung stammende Ablenkkraft können gegebenenfalls verschiedene Richtungen haben, so daß die Resultierende aus beiden Belastungen in Rechnung zu stellen ist. Im allgemeinen wird die von der Gewichtskraft herrührende Belastung gering sein, weil besonders Turbinen mit leichtem Läufer,. beispielsweise mit einem Gewicht des Läufers von wenigen Kilogramm oder unter einem Kilogramm in Frage kommen. Bei Turbinen mit senkrechter Welle, die ebenfalls vorzugsweise in Betracht kommen, fällt der Einfluß der Gewichtskraft der Welle für die vorliegenden Probleme ohnedies fort. Die Belastung P wird durch die Lagerkraft L aufgenommen, die von dem Schmiermittel in dem sich im Sinne der Drehung der Welle von der Öffnung 3 her verengenden Spalt 11 ausgeübt wird.A shaft 1 (FIG. 1) is mounted horizontally in a bearing 2, to which lubricant is fed as indicated by arrow 4 via an inlet opening 3. The lubricant is discharged according to arrow 6 via an outflow opening 5. The shaft 1 rotates about its own axis 7 in the direction of the arrow 9, so that the axis 7 is deflected out of the bearing axis 8 by an amount e in a known manner. The load P ₁ acts the other of their weight and optionally, for the shaft. 1 B. from a drive originating forces or from one of the deflecting force generating devices described in more detail below. The load originating from the dead weight of the shaft and the deflecting force originating from a deflecting force generating device can possibly have different directions, so that the resultant of both loads has to be taken into account. In general, the load resulting from the force of weight will be low, because turbines with light runners are particularly small. for example with a runner weighing a few kilograms or less than one kilogram. In the case of turbines with a vertical shaft, which are also preferably considered, the influence of the weight of the shaft for the problems at hand is eliminated in any case. The load P is absorbed by the bearing force L which is exerted by the lubricant in the gap 11 which narrows from the opening 3 in the sense of the rotation of the shaft.

Das Lager hat den Radius R, die Welle den Radius r. Je nach der Belastung P der Welle wird die Auslenkung e größer, und die Wellenachse 7 nimmt, wie bekannt, während des Betriebs bei dem angegebenen Drehsinn jeweils eine Stellung ein, die auf einer Kurve 12 (Belastungskurve; Fig. 2) liegt, welche von dem vergleichsweise eingezeichneten Halbkreis nur wenig abweicht. Bei dem gezeichneten Beispiel, bei dem der Deutlichkeit halber übertrieben große Maße angenommen sind, istThe bearing has the radius R, the shaft the radius r. Depending on the load P on the shaft, the deflection e is greater, and the shaft axis 7, as is known, assumes a position during operation in the specified direction of rotation, which is on a curve 12 (load curve; FIG. 2), which is from differs only slightly from the semicircle shown in the drawing. In the example shown, in which exaggerated dimensions are assumed for the sake of clarity, is

R = 24 mm, r = 19,5 mm,
R — r = 4,5 mm. R = 24 mm, r = 19.5 mm,
R - r = 4.5 mm.

Ferner ist die Auslenkung e in der Zeichnung zu zu 3 mm angenommen, so daß die relative Lagerexzentrizität Furthermore, the deflection e in the drawing is assumed to be 3 mm, so that the relative bearing eccentricity

R — rR - r

etwa = 0,7 ist.about = 0.7.

Die Betriebsstellung der Wellenachse 7 ergibt sich gemäß Fig. 2 als Schnittpunkt 14 des mit Radius 0,7 um Punkt 0 beschriebenen Kreisbogens 15 mit der Kurve 12. Der Auslenkwinkel gegenüber der durch die Lagerachse 8 gehenden Vertikalen ist/?=etwa 45°. Der kleinste Lagerspalt istThe operating position of the shaft axis 7 results according to FIG. 2 as the intersection point 14 of the radius 0.7 at point 0 described circular arc 15 with the curve 12. The angle of deflection compared to the through the bearing axis 8 going vertical is /? = about 45 °. The smallest bearing gap is

H₀= R — r — e = 1,5 mm
und das relative Lagerspiel H ₀ = R - r - e = 1.5 mm
and the relative bearing clearance

T.T.

etwa = 0,3.about = 0.3.

R—rR - r

Aus Fig. 3 ergibt sich nun, daß die Wellenachse 7 bei der in Fig. 1 und 2 angenommenen Belastung P und der zugehörigen Exzentrizität ε = 0,7 um den stabilen Punkt 14 in entgegengesetztem Drehsinn wie die Drehung gemäß Pfeil 9 rotieren kann. Die Zusatzrotation hat in diesem Fall also eine Drehrichtung entsprechend Pfeil 16 (Fig. 3). Allgemein erklärt sich die Zusatzrotation und ihr jeweiliger Drehsinn aus folgender Überlegung:From FIG. 3 it now emerges that the shaft axis 7 can rotate around the stable point 14 in the opposite direction of rotation as the rotation according to arrow 9 given the load P assumed in FIGS. 1 and 2 and the associated eccentricity ε = 0.7. In this case, the additional rotation has a direction of rotation according to arrow 16 (FIG. 3). In general, the additional rotation and its respective direction of rotation can be explained by the following consideration:

Bei geringer BeIaStUHgP₁ wird die Wellenachse 7 so weit ausgelenkt, daß die Exzentrizität beispielsweise 0,35 beträgt (vgl. Fig. 3); die Wellenachse 7 nimmt dann bei der angegebenen Drehrichtung gemäß Pfeil 9 normalerweise die stabile, auf der Belastungskurve 12 liegende Stellung 17 (Lagerkraft L₁; Auslenkwinkel ß') ein. Wird die Achse 7 durch irgendeine Momentanstörung z. B. in den Punkt 18 ausgelenkt, der gleiche Exzentrizität wie der Punkt 17 besitzt und bei dem der Betrag der Lagerkraft demzufolge gleich groß wie L₁ ist, so erhält die Lagerkraft eine andere, etwa gemäß L₁' verlaufende Richtung, und es entsteht aus P₁ und L₁ eine Resultierende R₁. Sie weist nun nicht etwa auf den Punkt 17, sondern in dem Diagramm oberhalb von ihm nach rechts. Gelangt die Wellenachse 7 dagegen in den Punkt 19, der ebenfalls die Exzentrizität 0,35 besitzt, so nimmt die Lagerkraft wiederum eine andere Richtung bei gleichem Betrag, etwa die Richtung L₂', ein. In diesem Fall entsteht eine Resultierende R₂, die wiederum nicht auf den Punkt 17, sondern in dem Diagramm unterhalb davon nach links weist. Gelangt die Wellenachse 7 aber in einen anderen, auf der Kurve 12 liegenden Punkt, etwa nach Punkt 21, so ist dieser nicht etwa ein stabiler Punkt, weil dort bei gleicher Belastung P₁ die Lagerkraft infolge der Verringerung der Auslenkung auf den Betrag L₃ vermin- _{If the BeIaStUHgP 1} is low, the shaft axis 7 is deflected so far that the eccentricity is, for example, 0.35 (see FIG. 3); _{the shaft axis 7 then normally assumes the stable position 17 (bearing force L 1} ; deflection angle β ') lying on the load curve 12 in the indicated direction of rotation according to arrow 9. If the axis 7 is caused by any momentary disturbance z. B. is deflected into point 18, has the same eccentricity as point 17 and in which the amount of the bearing force is consequently the same as L ₁ , the bearing force receives a different _{direction, approximately according to L 1} ', and it arises from P ₁ and L _{1 have} a resultant R ₁ . It now does not point to point 17, but to the right in the diagram above it. If, on the other hand, the shaft axis 7 reaches the point 19, which also has the eccentricity 0.35, the bearing force again assumes a different direction with the same amount, for example the direction L ₂ '. In this case a resultant R ₂ arises, which again does not point to point 17, but to the left in the diagram below it. However, if the shaft axis 7 reaches another point on the curve 12, for example after point 21, this is not a stable point because there, with the same load P _1, the bearing force decreases as a result of the reduction in the deflection to the amount L ₃ -

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dert ist. Demzufolge entsteht bei 21 eine Resultie- erweiternde Öffnung 42 in Fig. 6 links der Welle anrende i?₃, die senkrecht nach unten weist. Entspre- geordnet, über die ein Schmiermittelzuführungskanal chend entsteht in dem Punkt 22, in dem die Lager- 43 mündet, der von der Druckseite einer Pumpe 44 kraft infolge Erhöhung der Auslenkung auf den Be- kommt und ein Drosselorgan 45 mit einstellbarem trag L₄ vergrößert ist, eine Resultierende R₁, die 5 Durchlaßquerschnitt enthält. Das über die Kammer 41 senkrecht nach oben weist. Durch die genannten resul- unter Überdruck zugeführte Schmiermittel wird über tierenden Kräfte R₁, R₃, R₂, i?₄ entsteht nun die Zu- Abströmkammern 46, 47 weggeleitet und zwar satzrotation der Wellenachse 7 entsprechend dem herrscht dort geringerer Druck als in Kammer 41. Pfeil 23, also in gleichem Drehsinn wie die Haupt- Die Teile 33, 41 bis 45 bilden eine Vorrichtung zur rotation gemäß Pfeil 9. io Erzeugung einer auf die Welle einwirkenden Ablenkist die Wellenbelastung dagegen größer, nämlich kraft, durch welche die Turbinenwelle 1 in Fig. 4 gleich P₂, so daß die Exzentrizität z. B. 0,95, also nach rechts abgelenkt wird, so daß während des Bemehr als 0,6 beträgt, befindet sich die Wellenachse 7 triebs eine Exzentrizität von mindestens 0,6 entsteht also normalerweise z. B. in dem Punkt 24 (Auslenk- und die Lagerspalte 48, 49, 50 erheblich größer als die winkel ß") und erfährt sie nun wiederum eineMomen- 15 jeweils gegenüberliegenden Spalte 51, 52, 53 sind, tanstörung, so werden die Verhältnisse anders. Be- Bei einer gegenüber Fig. 4 bis 6 abgewandeltenthat is. As a result, an opening 42 that widens the result arises at 21 in FIG. 6 to the left of the shaft. ₃ , pointing straight down. Correspondingly, via which a lubricant feed channel arises at point 22, in which the bearing 43 opens, which receives force from the pressure side of a pump 44 as a result of an increase in the deflection and increases a throttle element 45 with an adjustable load L ₄ is a resultant R ₁ that contains 5 flow area. That over the chamber 41 points vertically upwards. Due to the above-mentioned lubricant supplied under excess pressure, the animal forces R ₁ , R ₃ , R ₂ , i? ₄ , the inflow and outflow chambers 46, 47 are now diverted and that the rotation of the shaft axis 7 is correspondingly lower there than in chamber 41. Arrow 23, i.e. in the same direction of rotation as the main parts 33, 41 to 45 form a device for rotation the shaft load on the other hand larger, namely power according to arrow 9. io generating a force acting on the shaft Ablenkist through which the turbine shaft 1 in Fig. 4 equal to P _2, so that the eccentricity z. B. 0.95, so is deflected to the right, so that during the Bemehr than 0.6, is the shaft axis 7 drive an eccentricity of at least 0.6 so normally z. B. in point 24 (deflection and bearing gaps 48, 49, 50 considerably larger than the angle ß ") and if it now again experiences a moment disruption, the situation is different In a variant compared to FIGS

trachtet man in diesem Fall wiederum Punkte glei- Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum selbstcher Exzentrizität, etwa die Punkte 25, 26, in welche tätigen Erhöhen des Druckes des über die Kammer 41 die Lagerachse 7 durch momentane Störung gelangen eingeleiteten Schmiermittels in Abhängigkeit von der mag, so bleiben in diesen Punkten die Beträge der 20 Drehzahl von Welle 1 eingebaut. Diese Vorrichtung Lagerkräfte L₅, L₆ einander gleich, L₅ weist aber kann z. B. einen mit Welle 1 in Verbindung stehenden nicht wie L₆ senkrecht nach oben, sondern in Fig. 3 Drehzahlregler enthalten, der das Steuerglied für den schräg nach links oben. Im Punkt 25 entsteht nunmehr von ihm aus beispielsweise über ein Relais und einen aus der Belastung P₂ und der Lagerkraft L₅ eine Elektromagnet zu verändernden Durchlaßquerschnitt schräg nach links unten weisende Resultierende R₅. 25 des Organs 45 bildet. Statt dessen kann von dem Im Punkt 26 entsteht dagegen aus den Kräften P₂ und Drehzahlregler aus auch die Förderleistung der L₆ die senkrecht nach unten weisende Resultierende R₆, Pumpe 44 selbsttätig verändert werden, so daß sich die entsteht, weil die Lagerkraft hier zwar senkrecht der Druck in der Kammer 41 bei zunehmender Drehnach oben weist, aber infolge der den Punkten 25 und zahl der Welle 1 erhöht; der Durchlaßquerschnitt des 26 entsprechenden, gegenüber dem Punkt 24 kleineren 30 Organs 45 kann dabei konstant gehalten oder das Or-Exzentrizität geringer ist als die Lagerkraft L₇ im gan ganz weggelassen werden.In this case, if one tries to achieve the same points, the embodiment is a device for self-eccentricity, such as points 25, 26, into which the pressure of the lubricant introduced via the chamber 41 to the bearing axis 7 due to a momentary disturbance is increased, depending on the so the amounts of the speed of shaft 1 remain built into these points. This device bearing forces L ₅ , L ₆ equal to each other, but L ₅ can, for. B. a connected to shaft 1 not like L ₆ vertically upwards, but included in Fig. 3 speed controller, which is the control member for the obliquely to the left above. At point 25, he now produces, for example, via a relay and a resultant R _{5, which is} to be changed from the load P ₂ and the bearing force L _5, to be changed by an electromagnet and points obliquely downward to the left . 25 of the organ 45 forms. Instead, from the forces P ₂ and the speed controller, the delivery rate of the L _6, the vertically downwardly pointing resultant R ₆ , pump 44 can be changed automatically from the point 26, so that it arises because the bearing force is here perpendicularly the pressure in the chamber 41 points upwards with increasing rotation, but increases as a result of the points 25 and number of the shaft 1; the passage cross-section of the 26 corresponding organ 45, which is smaller than the point 24, can be kept constant or the or eccentricity is less than the bearing force L _{7 can be} completely omitted.

Punkt 24, die gleich groß ist wie die Belastung P₂. Bei dem Beispiel nach Fig. 7 besteht die Ablenk-Point 24, which is the same as the load P ₂ . In the example according to FIG. 7, the deflection

Gelangt die Wellenachse 7 durch Momentanstörung krafterzeugungsvorrichtung aus einem an eine Spanschließlich in den Punkt 27, der größere Exzentrizität nungsquelle 55 angeschlossenen Elektromagnet 56, als der Punkt 24 besitzt und in dem sich deshalb die 35 durch den Welle 1 in Fig. 7 nach rechts gezogen wird. Lagerkraft L₈ ihrem Betrag nach vergrößert, so er- Gegebenenfalls kann auch hier eine Vorrichtung zur hält die Lagerkraft L₈ eine in Fig. 3 schräg nach rechts selbsttätigen Erhöhung der Anziehungskraft des oben weisende Richtung, und die aus P₂ und L₈ ent- Elektromagnets bei zunehmender Drehzahl der Welle 1 stehende Resultierende R₈ weist ebenfalls schräg nach eingebaut sein, die beispielsweise einen mit der rechts oben. Im Punkt 28 endlich hat die Lagerkraft 40 Welle 1 in Verbindung stehenden Drehzahlregler und L₉ wegen der gleichen Exzentrizität wie im Punkt 27 einen im Stromkreis des Elektromagnets liegenden, gleichen Betrag wie L₈, ist aber wegen der Lage des von dem Drehzahlregler aus gesteuerten elektrischen Punktes 28 auf der Kurve 12 senkrecht nach oben ge- Widerstand enthält, so daß der Strom für den Magnet richtet. Bei 28 weist daher die aus P₂ und der Lager- 56 mit wachsender Drehzahl der Welle 1 zunimmt, kraft L₉ entstehende Resultierende R₉ senkrecht nach 45 Bei einer abgewandelten Bauart ist statt eines oben. Elektromagnets ein permanenter Magnet benutzt.The shaft axis 7 comes through a momentary disturbance force generating device from an electromagnet 56 connected to a chip finally in the point 27, the greater eccentricity voltage source 55 than the point 24 and in which therefore the 35 is pulled through the shaft 1 in Fig. 7 to the right . Bearing force L ₈ increases the after-, so ER- Optionally, a device for holding can here also the bearing force L ₈ a in Fig. 3 obliquely rightward automatic increase of the attraction force of the upwardly facing direction and which corresponds in P ₂ and L ₈ Electromagnet with increasing speed of shaft 1 standing resultant R _{8 also} has to be installed at an angle, for example one with the top right. At point 28, finally, the bearing force 40 has shaft 1 connected speed controller and L ₉ because of the same eccentricity as at point 27 is in the circuit of the electromagnet, the same amount as L ₈ , but is due to the location of the electric controlled by the speed controller Point 28 on curve 12 contains resistance vertically upwards, so that the current for the magnet is directed. At 28, the resultant R _{9 that} arises from P ₂ and the bearing 56 increases with increasing speed of the shaft 1, force L ₉ , perpendicular to 45. In a modified design, instead of one is at the top. Electromagnet uses a permanent magnet.

Die resultierenden Kräfte R₅, R₆, R_s, R₉ sind be- Bei einem gegenüber Fig. 7 abgewandelten Ausfüh-The resulting forces R ₅ , R ₆ , R _s , R ₉ are different.

strebt, eine Zusatzrotation der Wellenachse 7 entspre- rungsbeispiel ist statt des Elektromagnets eine Vorchend Pfeil 16 um den Punkt 24 zu erzeugen; sie hat richtung zur Erzeugung mechanischer Ablenkkraft umgekehrten Drehsinn wie die Hauptrotation 9 und 5° vorgesehen, die z. B. darin bestehen kann, daß auf die überlagert sich dieser. Welle 1 ein der Büchse 33 entsprechendes Glied auf-strives, an additional rotation of the shaft axis 7 corresponding example is a Vorchend instead of the electromagnet Arrow 16 to create point 24; it has a direction to generate mechanical deflecting force reverse direction of rotation as the main rotation 9 and 5 ° provided, the z. B. can be that on the this is superimposed. Shaft 1 a link corresponding to the sleeve 33

Die nähere Untersuchung der Zusatzrotation im geschoben ist, das während des Betriebs nicht mit-Rahmen der erwähnten Beispiele für die Exzentrizi- rotiert und über das eine in Fig. 7 nach rechts getäten 0,35 und 0,95 ergibt, daß die normale Zusatz- richtete Kraft, z. B. eine Feder- oder eine Gewichtsrotation gemäß Pfeil 23 durch Kräfte, etwa wie R₅, 55 kraft, angreift. Eine selbsttätige Vorrichtung zur R₀, R₈, R₉, mehr oder weniger gedämpft wird, auf- Steigerung der Ablenkkraft bei wachsender Drehzahl hört oder gegenüber der Hauptrotation gemäß Pfeil 9 der Turbinenwelle läßt sich mittels Drehzahlregler entgegengesetzten Drehsinn erhält, wenn die Exzen- und beispielsweise veränderbarer, von dem Regler trizität etwa den Betrag 0,6 erreicht oder größer ist aus gesteuerter Federkraft erzielen, als dieser. 60 Bei den Beispielen nach Fig. 8 und 9 ist im Gegen-A closer examination of the additional rotation is pushed in, which during operation does not coincide with the above-mentioned examples for the eccentric rotates and via which a 0.35 and 0.95 shifted to the right in FIG. 7 shows that the normal additional rotation directed force, e.g. B. a spring or a weight rotation according to arrow 23 by forces such as R ₅ , 55 force attacks. An automatic device for R ₀ , R ₈ , R ₉ , more or less attenuated, increases in the deflecting force with increasing speed stops or opposite the main rotation according to arrow 9 of the turbine shaft can be obtained by means of a speed controller, if the eccentric and For example, variable, from the controller tricity reached about the amount 0.6 or greater is achieved from controlled spring force than this. 60 In the examples according to FIGS. 8 and 9, on the other hand,

Bei der gemäß Fig. 4 ausgebildeten Lagerung der satz zu der Bauart nach Fig. 4 bis 6 statt der Büchse senkrechten Turbinenwelle 1 sind zwei Trag- bzw. 33 ein drittes Lager 61 für die Welle angeordnet, das Stützlager 31, 32 und eine die Exzentrizität erzeu- zwischen den Lagern 31, 32 liegt und senkrecht zur gende Wellenbüchse 33 eingebaut. Bei den Lagern Achse der beiden Lager 31, 32, nämlich in Fig. 8, 9 31, 32 wird das Schmiermittel durch Öffnungen 34, 65 nach rechts versetzt angeordnet ist. Lager 61 bildet 35, 36 zugeführt und durch Öffnungen 37, 38, 39 ab- somit durch die versetzte Anordnung eine auf mechageleitet (Fig. 5). Die Einleit- und die Abströmöffnun- nischer Kraft beruhende Ablenkkrafterzeugungsvorgen sind jeweils symmetrisch über den Umfang der richtung bezüglich der Lager 31, 32, wogegen umge-Lager 31, 32 verteilt. Bei der Büchse 33 ist dagegen in kehrt diese die Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung unsymmetrischer Weise eine sich in eine Kammer 41 70 bezüglich des Lagers 61 bilden. Es entsteht somit in4 to 6 instead of the bushing vertical turbine shaft 1, two support or 33 a third bearing 61 are arranged for the shaft, the Support bearings 31, 32 and one that generates the eccentricity between the bearings 31, 32 and is perpendicular to the Lowering shaft sleeve 33 installed. In the case of the bearings, the axis of the two bearings 31, 32, namely in FIGS. 8, 9 31, 32, the lubricant is arranged offset to the right through openings 34, 65. Forms bearing 61 35, 36 and fed through openings 37, 38, 39 - thus through the staggered arrangement one to mecha- is directed (Fig. 5). The introduction and discharge opening force based deflection force generation processes are each symmetrical about the circumference of the direction with respect to the bearings 31, 32, whereas vice-camps 31, 32 distributed. In the case of the sleeve 33, on the other hand, this reverses the deflecting force generating device asymmetrically a form in a chamber 41 70 with respect to the bearing 61. It thus arises in

dem Lager 61 in Fig. 8 und 9 links ein engerer Spalt 62 als rechts,-wo sich ein weiterer Spalt 63 ausbildet.the bearing 61 in FIGS. 8 and 9, a narrower gap on the left 62 as right, where another gap 63 is formed.

Bei einer gegenüber Fig. 8, 9 weiteren Ausbildung sind die Lager 31, 32 gemeinsam oder (und) das Lager 61 allein in den Fig. 8 und 9 nach links bzw. nach rechts verschiebbar und feststellbar angeordnet. Das läßt sich z. B. durch eine Schraubverstellung mit einem Gewinde von geringer Steigung erreichen. Die Exzentrizität läßt sich auf diese Weise verstellen unter Verwendung eines Drehzahlreglers auch selbständig in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle 1.In a further embodiment compared to FIGS. 8, 9, the bearings 31, 32 are common or (and) that Bearing 61 alone in FIGS. 8 and 9 is arranged to be displaceable and lockable to the left or to the right. That can be z. B. can be achieved by a screw adjustment with a thread of low pitch. the In this way, eccentricity can also be adjusted independently using a speed controller depending on the speed of shaft 1.

Weitere Ausführungsformen im Vergleich zu Fig. 8 und 9 ergeben sich, wenn statt drei, mehr, beispielsweise fünf Lager verwendet sind, deren Lagerachsen gegebenenfalls nicht in einer einzigen Ebene zu liegen brauchen. Ferner sind Bauarten möglich, bei denen Traglager und Angreifglied der Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung miteinander vereinigt sind. Ge-. gebenenfalls kann die Turbinenwelle auch fliegend gelagert sein und die Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung in dem einzigen Lager untergebracht sein.Further embodiments in comparison to FIGS. 8 and 9 result if, instead of three, more, for example five bearings are used, the bearing axes of which may not lie in a single plane to need. Furthermore, designs are possible in which the support bearing and engaging member of the deflecting force generating device are united with each other. Ge. if necessary, the turbine shaft can also be cantilevered and the deflecting force generating device can be housed in the single bearing.

Die Turbine kann z. B. bei Anlagen zum Tiefkühlen, etwa bei Anlagen zum Verflüssigen von schwer verflüssigbarem Gas, wie Stickstoff, Wasserstoff usw., verwendet werden. Das in die Traglager und (oder) Ablenkglieder der Ablenkkrafterzeugungsvorrichtung einzuleitende Schmiermittel kann in diesem Fall zweckmäßig das Kältemittel selbst sein, so daß vermieden wird, daß fremdes Schmiermittel in den Kältemittelkreislauf gelangt.The turbine can e.g. B. in systems for deep freezing, such as in systems for liquefying difficult to liquefy gas such as nitrogen, hydrogen, etc. can be used. That in the bearing and (or) deflecting members of the deflecting force generating device lubricant to be introduced therein If appropriate, the refrigerant itself, so that it is avoided that foreign lubricant in enters the refrigerant circuit.

Claims

Patent claims:

1. Procedure for the operation of a high-speed turbine with lubricated shaft bearings, thereby characterized in that the turbine shaft is in an operating position with relative bearing eccentricity of at least about 0.6 (relative bearing eccentricity = ratio of deflection the shaft axis from the bearing axis to the difference between the bearing and shaft radius).

2. Turbine for performing the method according to claim 1, characterized by a device to generate a deflecting force acting on the turbine shaft, through which the Shaft is held in the eccentric position.

3. Turbine according to claim 2, characterized by several mutually perpendicular to the bearing axis offset bearings for the door hinge shaft, at least one of which is the deflecting force generating device with respect to - the rest of the storage.

4. Turbine according to claims 2 and 3, characterized by at least three perpendicular to the Bearing axis offset from one another arranged shaft bearings, of which the middle the deflecting force generating device for the two outer, coaxial bearings and vice versa this is the deflecting force generating device for the middle one Form warehouse.

5. Turbine according to claim 2, characterized in that the deflecting force generating device of at least one in one attached to the turbine shaft, they at least partially surrounding member arranged opening for the asymmetrical introduction of lubricant under Excess pressure and consists of a pump to generate the excess pressure.

6. Turbine according to claims 2 and 5, characterized in that the inlet opening to a chamber extending over part of the inner periphery of the member is expanded in which opens into a lubricant feed channel connected to the pump.

7. Turbine according to claims 2, 5 and 6, characterized in that the member with a Support bearing of the turbine shaft is combined in such a way that the deflecting force acts in the support bearing itself.

8. Turbine according to claim 2, characterized in that the deflecting force generating device is a magnet acting on the turbine shaft, preferably an electromagnet.

9. Turbine according to claim 2, characterized in that the deflecting force generating device consists of an element that surrounds the turbine shaft and is stationary during operation, via which the shaft is deflected into the eccentric position by a mechanical force is.

10. Turbine according to claim 2 or one of the following, characterized in that the size the deflection force is changeable and adjustable.

11. Turbine according to claim 2 or 3 and 10, characterized in that at least one of the Shaft bearing is displaceable and lockable perpendicular to the shaft.

12. Turbine according to claim 2, 5 or 6 and 10, characterized in that between the inlet opening and a throttle device with an adjustable passage is built into the pump.

13. Turbine according to one of claims 10 to 12, characterized by a device for automatic Increasing the deflecting force as the speed of the turbine increases.

1 sheet of drawings