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Vorrichtung zum Abstützen einer Maschine oder eines Maschinensatzes
in einem Rohr Es ergibt sich manchmal die Notwendigkeit, Maschinen oder Maschinensätze,
insbesondere mit einer elektrischen Maschine, innerhalb von Rohren anzuordnen, die
von einem gasförmigen oder flüssigen, unter erhöhtem Druck stehenden Medium durchflossen
werden. Zum Beispiel werden die in Anlagen zur Ammoniaksynthese zur Förderung der
Synthesegase aus einer elektrischen Maschine und einer Pumpe bestehenden Maschinensätze
im zusammengeflanschten Zustand in entsprechend langen einteiligen Druckrohren angeordnet.
Dabei ergeben sich wegen der Abstützung dieses aus verhältnismäßig langen Maschinen
mit kleinem Durchmesser bestehenden Maschinensatzes Schwierigkeiten. In dem einteiligen
Druckrohr kann man den Maschinensatz nur zweimal, nämlich an den Druckrohrenden
abstützen. Infolge der großen Länge des Druckrohres ergeben sich relativ niedrige
biegekritische Drehzahlen für den Maschinensatz, die in vielen Fällen durch die
Resonanznähe der Betriebsdrehzahl zur schnellen Zerstörung der Lager des Maschinensatzes
führen können. Die biegekritischen Drehzahlen des Maschinensatzes könnten durch
eine dritte, in der Mitte des Maschinensatzes liegende Abstützung günstig beeinflußt
werden.
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Zur Abstützung innerhalb eines Rohres ist von Bohrgestängen her bekannt,
an den Oberflächen der Stangen Stützkörper anzuordnen, die von der Stirnseite des
Rohres her hydraulisch betätigte, gegen das Rohr drückende Kolben aufweisen. Alle
Kolben dieser Stützkörper werden gemeinsam durch den Druck der Bohrflüssigkeit betätigt
und pressen sich gegen die Schachtwand, solange der Druck aufrechterhalten wird.
Ist kein Druck vorhanden, so werden die Kolben durch Rückholfedern in ihre Ausgangslage
gebracht.
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Diese bekannten Anordnungen ermöglichen also eine Abstützung der Rohrgestänge
an den umgebenden Wänden, so daß ein Schlagen der Stange während des Betriebes unmöglich
ist. Die Lage der Stange ist aber durch diese bekannte Anordnung nicht genau festgelegt
und kann sich auch während des Betriebes verändern, ohne daß dadurch die Abstützung
aufgehoben wird. Da der Druck eines einzigen hydraulischen Systems gleichzeitig
an allen Stützkolben liegt, kann sich ein Stützkörper durchaus verlagern, da diese
Verlagerung sofort durch eine entsprechende Verlagerung der anderen Stützkörper
ausgeglichen wird. Eine genau einstellbare Zentrierung der Bohrstange ist also durch
die bekannten Anordnungen nicht erreichbar.
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Gerade aber bei einer in einem Rohr angeordneten Maschine oder einem
Maschinensatz, insbesondere mit einer elektrischen Maschine, ist es sehr wichtig,
eine genaue Lageeinstellung der Maschine mit Hilfe der Stützkörper zu erhalten,
die während des Betriebes unverändert aufrechterhalten wird. Werden diese Bedingungen
nicht eingehalten, so können sich schwere Betriebsstörungen ergeben. Es kann z.
B. bei elektrischen Maschinen durch- Exzentrizitäten im Luftspalt der dabei auftretende
starke magnetische Zug den Rotor zum Anlaufen an den Stator bringen.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe, die Lage von Maschinen an unzugänglicher
Stelle in einem Rohr genau einzustellen und aufrechtzuerhalten, gelöst. Bei einer
Vorrichtung zum Abstützen einer Maschine oder eines Maschinensatzes in einem Rohr,
mit auf der Oberfläche des Maschinengehäuses über den Umfang verteilt angeordneten
Stützkolben, die von der Stirnseite des Rohres der hydraulisch gegen die Rohrinnenwand
ausfahrbar sind, sind gemäß der Erfindung die Stützkolben unabhängig voneinander
ausfahrbar und die hydraulische Kammer jedes Stützkolbens ist mit einem als Federelement
wirkenden Hohlkörper mit elastischen Wänden verbunden. Da jeder Stützkörper unabhängig
von dem anderen betätigt wird, kann eine genau definierte Lage der Maschine eingestellt
werden. Diese Lage wird auch während des Betriebes aufrechterhalten, da einer willkürlichen
Lageänderung eines Stützkörpers durch entsprechend starke automatische Druckerhöhungen
an den anderen Stützkörpern entgegengewirkt wird.
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Es ist weiterhin für die Erfindung wesentlich., daß jeder Hohlraum,
der den Kolben des Stützkörpers aufnimmt, mit einem als Federelement wirkenden Hohlkörper
mit elastischen Wänden verbunden ist, da dadurch das Federverhalten des betreffenden
Stützkörpers genau bekannt ist, so daß sich die Lage des Stützkörpers errechenbar
einstellen läßt. Bei Zustandsänderungen im Rohr, die zu einem Ausweiten oder Zusammenziehen
des Rohres führen, kann dieses
Federelement diese Rohrbewegungen
ausgleichen, so daß trotz der Verlagerungen der Stützkörper keine oder nur geringe
Änderungen der Stützkraft auftreten und somit die Lageausrichtung der Maschine erhalten
bleibt. Da dieser federnde Hohlkörper unabhängig von der Lage des Stützkörpers ist,
kann er an beliebiger Stelle zwischen dem Stützkörper und den Stirnseiten des Maschinensatzes
angeordnet sein, ohne den Montageraum für den Einbau des Maschinensatzes bzw. den
Durchflußquerschnitt für das zu fördernde Medium zu beengen.
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Es empfiehlt sich insbesondere erfindungsgemäß, den federnden Hohlkörper
in die Zuleitung für das hydraulische Medium zu schalten, durch die das Arbeitsmedium
von der Stirnseite des Rohres zu dem Kolben des Stützkörpers geleitet wird. Durch
entsprechende Bemessung der Wände des Rohres sowie der Länge kann jede gewünschte
Federcharakteristik erzielt werden. Diese Lösung hat außerdem den Vorteil, daß das
Federelement leicht in den zum Durchfluß der Gase dienenden Räumen untergebracht
werden kann, da es sich hauptsächlich in axialer Richtung erstreckt.
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Es empfiehlt sich weiterhin, zwischen dem Stützkörper und dem Federelement
eine austauschbare Drossel anzuordnen. Diese Drossel behindert den Durchtritt des
Arbeitsmediums zur Steuerung des Kolbens im Stützkörper, so daß sie gegen Schwingungen,
die eine schnelle Verlagerung des Stützkolbens hervorrufen, dämpfend wirkt.
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Im folgenden sei die Erfindung an Hand der in den F i g. 1 bis 9 dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines in einem Rohr untergebrachten
Maschinensatzes im Längsschnitt, F i g. 2 im Schema einen Radialschnitt; in der
F i g. 3 ist der prinzipielle Aufbau der Stützkörper und der mit ihnen verbundenen
Teile in der für den Einbau des Maschinensatzes erforderlichen Stellung dargestellt,
während F i g. 4 die Kolben der Stützkörper in ihrer Endlage, d. h. wenn sie sich
gegen das Druckrohr abstützen, zeigt.
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Die übrigen Figuren zeigen verschiedene Einzelheiten.
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Zur Förderung von Synthesegasen für die Ammoniaksynthese dient der
Maschinensatz 1, der in dem einteiligen Druckrohr 2 untergebracht ist. Der Maschinensatz
1 besteht aus dem Elektromotor 3 und der Pumpe 4, die mit dem Elektromotor 3 über
ein Zwischenstück 5 verbunden ist. Das durch das Druckrohr 2 strömende Gas durchfließt
den verbleibenden freien Raum 6 zwischen dem Gehäuse 7 des Elektromotors 3 und dem
Druckrohr 2.
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Dieser Raum 6 ist durch am Gehäuse 7 angebrachte Rippen 8 unterteilt.
Das Zwischenstück 5 zwischen dem Elektromotor 3 und der Pumpe 4 weist Durchbrüche
9 auf, durch welche die Gase in das Innere der Pumpe 4 geleitet werden.
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Der Maschinensatz 1 hat bei verhältnismäßig kleinem Durchmesser, z.
B. einem Durchmesser von 0,6 m bei einer Länge von 3,3 m, eine verhältnismäßig große
Länge. Bei den bisher bekannten Anordnungen wurde der Maschinensatz 1 lediglich
an seinen beiden Stirnflächen 10 und 11 gegen das Druckrohr 2 verspannt, wie es
durch die eingezeichneten Dreiecke angedeutet ist. Durch die Anwendung der Erfindung
sind jedoch zusätzliche Abstützungen des Maschinensatzes in der Mitte des Druckrohres
möglich, z. B. an der .Stelle 12.
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Zur Abstützung des Maschinensatzes dienen Stützkörper 13, die auf
der Oberfläche des Gehäuses 7 des Elektromotors 3 oder auf der Oberfläche des Pumpengehäuses
angeordnet sind. Damit durch die Stützkörper 13 die Montage des Maschinensatzes
nicht behindert ist, ragen diese in entspanntem Zustand nicht über den größten Durchmesser
des Gehäuses 7 bzw. der Rippen 8 hinaus.
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Die Stützkörper 13 sind in den Fig.5 und 6 genauer dargestellt. Jeder
Stützkörper 13 hat ein Gehäuse 14, in dessen Innern der Kolben 15 beweglich angeordnet
ist. Der Kolben 15 wird durch ein hydraulisches Arbeitsmedium in seiner Lage verändert,
wobei der das Arbeitsmedium aufnehmende Hohlraum 16 gegenüber dem Kolben 15 durch
die Membrandichtung 17 abgedichtet ist. Durch die Rückholfeder 18 wird der Kolben
15 jeweils in die untere Endstellung (in F i g. 5 dargestellt) gedrückt, die durch
den Anschlag 19 in dem Druckring 20 festgelegt ist, wenn der Innendruck des Arbeitsmediums
zurückgenommen wird. Der Stützkörper 13 kann an den Gehäusen der Maschine des Maschinensatzes
1 durch Schrauben 21 befestigt werden.
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Der das Arbeitsmedium enthaltende abgedichtete Hohlraum 16 des Stützkörpers
13 steht über Bohrungen 22 mit dem Federelement 23 in Verbindung. An den Anschlußstellen
sind jeweils Dichtungen vorgesehen. Das Federelement 23 ist rohrförmig ausgebildet
und leitet das Arbeitsmedium zur Betätigung des Kolbens 15 von der Stirnseite 10
bzw. 11 des Maschinensatzes zum Stützkörper 13. Die Länge des zwischen zwei Rippen
8 z. B. schlingenförmig angeordneten Rohres und die Dicke seiner Wände sind so bemessen,
daß eine gewünschte Federcharakteristik entsteht, um bei einer durch erhöhten Innendruck
entstehenden Aufweitung des Druckrohres 2 nur eine geringe Stützkraftänderung zu
erhalten.
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Die Federung des Stützkörpers 13 kann durch ein zwischen dem Stützkörper
13 und dem Federelement 23 eingebautes drosselndes Zwischenstück 24 beliebig gedämpft
werden. Das Zwischenstück 24 weist Bohrungen auf, die nur einen bestimmten
Flüssigkeitsdurchtritt pro Zeiteinheit erlauben. Dadurch werden am Maschinensatz
auftretende Schwingungen gedämpft.
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An den Stirnseiten des Maschinensatzes, also auf der dem Stützkörper
13 entgegengesetzt liegenden Seite des Federelementes 23, liegt das in den F i g.
7 bis 9 dargestellte Bedienungselement 25. Dieses schließt das mit dem Arbeitsmedium
gefüllte Federelement 23 und den Stützkörper 13 ab, so daß auch während der Montage
kein Verlust des Arbeitsmediums auftreten kann, der zu veränderten Stützkräften
führen würde.
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Das Bedienungselement 25 hat ein Gehäuse 26, in dem zwei Kolben, nämlich
der Hauptkolben 27 und der Hochdruckkolben 28, ineinanderliegend angeordnet sind.
Durch den Hauptkolben 27 wird die nach der Montage des Maschinensatzes erforderliche
Verlagerung der Kolben 15 bis zum Anliegen an die Innenwandung des Druckrohres 2
ausgelöst. Der Hochdruckkolben 28 dient dagegen dazu, eine bestimmte Stützkraft
an den Abstützstellen einzustellen. Zur Verlagerung der jeweiligen Kolben dienen
die Schrauben 29 und 30, die ebenfalls ineinanderliegen.
Das Bedienungselement
25 ist durch die Schelle 31
auf dem Maschinengehäuse derart befestigt,
daß die Schrauben 29, 30 von der Stirnseite des Maschinensatzes zugänglich
sind.
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Nach einer erstmaligen Füllung des hydraulischen Systems zur Betätigung
der Kolben in den Stützkolben ist eine Öffnung des Systems und ein Ablassen des
Arbeitsmediums nicht mehr erforderlich. Dieses bleibt nach außen völlig abgeschlossen
und abgedichtet. Um auch bei der Montage ein irrtümliches zu weites Öffnen der Schrauben
29 und 30 unmöglich zu machen, sind jeweils Anschläge 32 und 33 vorgesehen, die
den Öffnungsweg der Schrauben begrenzen so daß die Abdichtung stets aufrechterhalten
bleibt.
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Die Verteilung der Stützkörper über den Umfang und die Länge des,
Maschinensatzes erfolgt so, daß eine steife Abstützung und eine zentrische Ausrichtung
möglich ist. Es kann auch zweckmäßig sein, mehrere Stützkörper über die Federelemente
hintereinanderzuschalten und dafür nur ein Bedienungselement vorzusehen.