DE1048932B - Entspannungsturbine - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Entspannen von Gas, ζ. B. von Kältemittel, in Verbindung mit einer Kompressionskühlanlage bestimmte Turbine mit einer flüssigkeitsgeschmierten Lagerung, einem diese umschließenden, mit einer gedrosselten Gasausströmleitung versehenen Behälter und mit einer an der Turbinenwelle zwischen Turbine und Lagerung gelegenen, Verbindung zwischen Turbineninnerem und Lagerungsbehälter herstellenden Labyrinthdichtung, an deren der Lagerung zugekehrter Seite der Druck mittels der gedrosselten Gasausströmleitung während des normalen Betriebs niedriger gehalten ist als der Druck an der der Turbine zugekehrten Seite. Die Erfindung besteht darin, daß an die Labyrinthdichtung ein Gasspeicherbehälter angeschlossen ist, der während des Betriebs von der Turbine aus mit Gas gespeist und unter Druck gesetzt ist.

Durch den Gasspeicherbehälter läßt sich erreichen, daß bei rascher Druckerniedrigung in der Turbine, wie sie etwa beim Stillsetzen der Turbine oder bei Störungen entstehen kann, der Druck in der Labyrinthdichtung langsamer absinkt als in dem Lagerungsbehälter, in welchem er ebenfalls, und zwar infolge der Wirkung der gedrosselten Gasausströmleitung, abfällt. Dies wird erzielt, wenn das Volumen des Gasspeicherbehälters genügend groß ist, so daß die Zeitkonstante der Ausströmung von Gas aus dem Speicherbehälter in die Labyrinthdichtung hinein größer ist als diejenige der Ausströmung aus dem Lagerüngsbehälter über die dort angeschlossene gedrosselte Gasausströmleitung. Es wird dann vermieden, daß Schmiermittelnebel von relativ hoher, z.B. gewöhnlicher Raumtemperatur (etwa +20⁰C) aus dem die Lagerung und gegebenenfalls eine Bremsvorrichtung enthaltenden Raum durch die Labyrinthdichtung in die Turbine strömt, die, je nach Anwendung, unter tieferer, gegebenenfalls unter sehr tiefer Temperatur, z.B. —90⁰C, steht und in der das Schmiermittel sofort erstarren und sich festsetzen würde.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Gasspeicherbehälter an eine mittlere Stufe der Labyrinthdichtung angeschlossen. Zweckmäßig ist im mittleren Bereich der Längsausdehnung der Labyrinthdichtung ein die Welle umschließender Ringraum gebildet, über den der Gasspeicherbehälter mit Labyrinthräumen der Dichtung in Verbindung steht.

Bei einer Bauart der Erfindung ist eine vom Druck in der Turbine gesteuerte Vorrichtung zum selbsttätigen Öffnen der Drosselstelle der von dem Lagerungsbehälter wegführenden Gasausströmleitung eingebaut. Auf diese Weise wird die durch den Speicherbehälter erzielte Wirkung, den Betrag der zeitlichen Entspannungsturbine

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

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

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 28. Juni 1957

Druckabnahme (des zeitlichen Differentialquotienten des Druckes) in der Labyrinthdichtung kleiner zu gestalten als in dem Lagerungsbehälter, unterstützt; bei entsprechender Einstellung der selbsttätigen Steuervorrichtung kann die Differenz der beiderseitigen zeitlichen Differentialquotienten relativ groß gestaltet werden, so daß selbst unter ungünstigen Umständen kein Schmiermittelnebel aus dem Lagerungsbehälter in die Turbine gelangen kann.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Turbine mit Reibungsbremsvorrichtung;

Fig. 2 und 3 sind zugehörige Diagramme.
In einem strichpunktiert angedeuteten Behälter 28 ist eine unter tiefer Betriebstemperatur, z. B. unter — 90⁰C, stehende Entspannungsturbine untergebracht, der das zu entspannende Medium über eine Leitung 6 zugeführt und über eine Leitung 8 entnommen wird und deren Rotor 3 fliegend auf einer Welle 4 gelagert ist. Auf die Welle 4 wirkt eine am anderen Ende angebrachte flüssigkeits-, z. B. ölgeschmierte Reibungsbremsvorrichtung ein, von der lediglich ein auf der Welle befestigter Bremsikörper 37 vereinfacht dargestellt ist. Die Bremsvorrichtung ist bei dem gezeichneten Beispiel in einem hohlen Lagerkörper 32 untergebracht, an dem zwei Lager 33, 35 für Welle 4

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gebildet sind. Die flüssigkeitsgeschmierte Lagerung besteht hier also im wesentlichen aus den Teilen 32, 33,35, wozu gegebenenfalls auch Teil 37 zu rechnen ist. Die Bremsvorrichtung und der Körper 32 sind in einem unter normaler Temperatur, z.B. +2O⁰C, stehenden, strichpunktiert angedeuteten Lagerungsbehälter 25 untergebracht.

Von einem Schmierölbehälter 50 aus sind die Lager 33 und 35 sowie die Bremsvorrichtung-37 mit Öl gespeist, das über eine eine Pumpe 51 sowie einen Kühler 52 enthaltende; Hauptleitung 53 und über daran anschließende Zweigleitungen 47, 49, 48 zugeführt ist. Aus in dem Gehäuse 32 gebildeten Sammelräumen 111/ 112, 113 und 114 für das die Lager und die Bremsteile durchsetzende Öl wird dieses über Leitungen 115 bis 118 in- den Behälter 50 zurückgeführt. Dieser ist in seinem oberen Teil über eine Leitung 119 mit dem Lagerungsbehälter 25 verbunden, so daß Druckausgleich zwischen den Behältern 50, 25 hergestellt ist.

An dem Behälter 25 ist ferner eine mit einem Drosselorgan 104 ausgerüstete Gas aus stromleitung 76 angeschlossen, die in eine Schauflasche 75 mündet, aus der eine Leitung 77 wegführt. Auf der Welle 4 ist ein Schmiermittelspritzring 121 befestigt, der in den Sammelraum 114 hineinragt.

Turbine und Lagerung .samt Reibungsbremsvorrichtung sind durch eine Labyrinthdichtung 21 voneinander getrennt, über die Verbindung zwischen Turbineninnerem und Behälter 25 hergestellt und in deren mittlerem Bereich ein Ringraum 122 gebildet ist, der über eine Leitung 123 mit einem Gasspeicherbehälter 124 in \^rerbindung steht.

Schließlich ist an den Lagerungsbehälter 25 eine gestrichelt angedeutete Gasausströmleitung 126 angeschlossen, die ein Absperrorgan 127 enthält, das von einer selbsttätigen Steuervorrichtung aus betätigt ist. Die Steuervorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Differential druckregler 128, z. B. einem Steuerkolben, der einerseits über eine Steuerleitung 129 von dem an der Turbineneinströmseite 5 herrschenden Druck und andererseits über eine Steuerleitung 130 von dem in dem Behälter 25 aufrechterhaltenen Druck beaufschlagt ist.

Auf den Abszissen der Diagramme nach den Fig. 2 und 3 ist die Zeit i, auf den Ordinaten der Druck p aufgetragen. Die Kurven I bis IV veranschaulichen die Drücke im Turbineninneren bzw. im Inneren des Behälters 25 und in dem Speicherbehälter 124, wie sie etwa beim Abschalten der Turbine oder bei Störungen eintreten können (vgl. weiter unten).

Die Wirkungsweise ist folgende: Bei normalem Betrieb herrscht in der Turbine beispielsweise ein Druck von etwa 12 bis 13 ata, ebenso in dem von ihr aus mit Gas gespeisten und unter Druck gesetzten Speicherbehälter 124 und im Inneren der Labyrinthdichtung. In dem Lagerungsbehälter 25 wird ein etwas niedrigerer Druck aufrechterhalten, und zwar dadurch, daß das Drosselorgan 104 etwas geöffnet wird, so daß eine geringe Menge Gas über die Ausstromleitung 76, die Schaüfläsche 75 und die Leitung 77 nach außen strömt und in der Labyrinthdichtung 21 ständig eine in der in der Fig. 1 von links nach rechts gerichtete geringfügige Strömung aufrechterhalten ist. Durch sie wird vermieden, daß die in dem Behälter 25 vorhandenen Schmiermitteldämpfe durch die'Labyrinthdichtutig in^: Richtung auf die Turbine strömen oder durch sie hindurch diffundieren. Gleichzeitig wird von der Pumpe 51 aus laufend Schmiermittel in die Lager 33,33_:- und in die Bremsvorrichtumg 37 gegeben, das über die Leitungen 115 bis 118 in den Vorratsbehälter 50 zurückströmt. Das Absperrorgan 127 ist während des normalen Betriebs geschlossen. ;

Wird die Turbine stillgesetzt, so sinkt in ihr bzw. in Behälter 28 der Druck etwa gemäß Kurve I nach Fig. 2 und 3 rasch ab, so daß der Differentialdruckregler 128 infolge der Verschiedenheit der Brücke in den Behältern 28, 25 in Tätigkeit tritt und das Organ 127 öffnet. Anschließend sinkt auch der Druck im Behälter 25 etwa gemäß Kurve IV (Fig. 3) ab, also gegenüber dem Druck im Behälter 28 etwas verzögert. Das Volumen des Gasspeicherbehälters 124 ist so groß bemessen, daß auf Grund dessen und auf Grund der Drosselwirkung der Labyrinthdichtung der Druck in ihm wesentlich langsamer absinkt, auf jeden Fall langsamer als im Behälter 25, nämlich etwa gemäß Kurve III nach Fig. 2 und 3.

Bei einer abgewandelten Bauart, bei der die Teile 126 bis 130 nicht vorhanden sind, fällt der Druck in dem Behälter 25 beispielsweise gemäß Kurve II nach Fig. 2 ab, also gegenüber dem Absinken des Druckes in der Turbine stärker verzögert, als es mittels der Differentialdruekregelvorrichtung 128 bis 130 möglich ist, jedoch noch rascher als der Druck im Speicherbehälter 124. In jedem Fall läßt sich erreichen, daß in der Labyrinthdichtung 21 keine in Fig. 1 nach links gerichtete Strömung entstehen kann, durch die Schmiermitteldämpfe aus Behälter 25 in die Turbine gelangen könnten; vielmehr herrscht mindestens in der in Fig. 1 rechten Hälfte der Labyrinthdichtung infolge des höheren im Behälter 124 aufrechterhaltenen Druckes eine in Richtung auf Behälter 25 gerichtete Strömung, die sich ohne weiteres so groß bemessen läßt, daß auch Diffusion von Schmiermittel in die Turbine vermieden wird.

Bei einer anderen Bauart sind die Gasausströmleitungen 76 und 126 miteinander vereinigt, ebenso die Organe 104 und 127. Die Differentialdruckregelvorrichtung 128 steht dann mit der einzigen, vor der Schauflasche 75 angeordneten Drosselvorrichtung der Gasausströmleitung in Wirkungsverbindtang. Gegebenenfalls kann bei diesem Beispiel auf die Schauflasche 75 verzichtet werden, damit nicht bei raschem öffnen des davorliegenden Drosselorgans Flüssigkeit aus der Flasche spritzt oder über Leitung 77 herausgedrückt wird. Statt der Differentialdruckregelvorrichtung 128 kann auch eine lediglich vom Druck in der Turbine aus über Leitung 129 gesteuerte Steuervorrichtung eingebaut sein; Leitung 130 fällt dann fort.

Gegebenenfalls sind die Räume 111, 112, 113 während des Betriebs vollständig mit öl angefüllt. Es wird dann erreicht, daß möglichst viele rotierende Teile in flüssigem öl laufen, so daß sich an diesen Teilen kein ölnebel etwa durch Rotation bilden kann. Lediglich an dem Spritzring 121 und in Raum 114 wird sich in unvermeidlicher Weise etwas ölnebel bilden. "" " ·

Weiter läßt sich die Bildung von Ölnebel etwa in dem Behälter 50 dadurch verhindern, daß sich die" Leitungen 115 bis 118 innerhalb des Behälters 50 so weit nach unten fortsetzen, daß sie in das dort befindliche Vorratsöl eintauchen. Es wird dann eine intensive Berührung zwischen dem Rücklauföl und dem in Behälter 50 über dem ölspiegel ruhenden und mit Behälter 25 in Verbindung stehenden Gas vermieden.

Durch die zuletzt erwähnten Maßnahmen wird erzielt, daß das in Behälter 25 befindliche Gas und überdies auch das über die Leitungen 76, 77 ausströmende Gas relativ wenig Ölnebel enthält. Gegebenenfalls

kann das aus Leitung 77 austretende Gas nach vollständiger Reinigung aufs neue, z. B. im Turbinenkreis, verwendet werden.

Weitere Abwandlungen ergeben sich, wenn z. B. als Brems- und Energieaufnahmevorrichtung statt der Reibungsbremse 37 ein Gebläse oder ein elektrischer Generator eingebaut ist, wobei dann die Lager 33., 35 gegebenenfalls beide zwischen Turbine und Bremsvorrichtung, also im Bereich des in Fig. 1 dargestellten Lagers 35 angeordnet, gegebenenfalls miteinander vereinigt sein können. Auch kann bei Verwendung einer flüssigkeitsgeschmierten Reibungsbremsvorrichtung wie gemäß Fig. 1 die Reibungsbremsvorrichtung mit den Lagerteilen 33, 35 völlig vereinigt sein, derart, daß die Reibungsbremsvorrichtung zugleich die Lagerung bildet, daß also in einem oder mehreren Lagern durch Reibung und unter Flüssigkeitsschmierung die Welle 4 abgebremst wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zum Entspannen von Gas, z. B. von Kältemittel, in Verbindung mit einer Kompressionskühlanlage bestimmte Turbine mit einer flüssigkeitsgeschmierten Lagerung, einem diese umschließenden, mit einer gedrosselten Gasausströmleitung versehenen Behälter und mit einer an der Turbinenwelle zwischen Turbine und Lagerung gelegenen. Verbindung zwischen Turbineninnerem und Lagerungsbehälter herstellenden Labyrinthdichtung, an deren der Lagerung zugekehrter Seite der Druck mittels der gedrosselten Gasausströmleitung während des normalen Betriebs niedriger gehalten ist als der Druck an der der Turbine zugekehrten Seite, dadurch gekennzeichnet, daß an die Labyrinthdichtung (21) ein Gasspeicherbehälter (I24J angeschlossen ist, der während des Betriebs von der Turbine aus mit Gas gespeist und unter Druck gesetzt ist.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasspeicherbehälter (124) an eine mittlere Stufe der Labyrinthdichtung angeschlossen ist.

3. Turbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Bereich der Längsausdehnung der Labyrinthdichtung (21) ein die Welle (4) umschließender Ringraum (122) gebildet ist, über den der Gasspeicherbehälter (124) mit Labyrinthräumen der Dichtung in Verbindung steht.

4. Turbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine vom Druck in der Turbine gesteuerte Vorrichtung (128) zum selbsttätigen öffnen der Drosselstelle (127) der von dem Lagerungsbehälter (25) wegführenden Gasausströmleitung (126).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 730/8S 1.59