DE1425035C3 - Vorrichtung zum Stabilisieren eines in einem Flüssigkeitsstrom angeordneten wellenlosen Rotors - Google Patents

Description

d) wenigstens einer der stationären Körper ist zur Flüssigkeitszufuhr zur Längsbohrung des Rotors und damit zu den Förderkanälen mittig mit einer Längsbohrung versehen.

Für die Merkmale a) bis d) wird nur gemeinsam Schutz begehrt.

Bei einer derartigen Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, daß der Rotor bei seinem Drehen einen stabilisierenden hydraulischen Druck auf Grund der herrschenden Zentrifugalkräfte aufbaut, die auf die Flüssigkeit einwirken, wenn dieselbe zwischen den Rippen in Richtung auf den Umfang des Rotors bewegt wird. Somit stabilisiert der Flüssigkeitsdruck den Rotor dadurch, daß dieser bei Drehung mit einer über einen vorherbestimmten Wert liegende Geschwindigkeit nicht mit den stationären Körpern in Berührung kommt, d. h. in der Flüssigkeit frei umläuft.

Der wellenlose Rotor kann in Vorrichtungen Anwendung finden, bei denen herkömmliche Lager nicht verwendet werden können, so beispielsweise in radioaktiven oder anderen nicht zugänglichen Einrichtungen, die geschlossen gehalten werden müssen. Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es bedeutet

F i g. 1 einen bei der Messung von Flüssigkeitsgeschwindigkeiten verwendbaren Rotor,

F i g. 2 eine für das Pumpen von Flüssigkeiten zu benutzende, in sich geschlossene Vorrichtung,

F i g. 3 eine graphische Darstellung, die die gemessenen und berechneten Drehgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsgeschwindigkeit zeigt,

F i g. 4 eine graphische Darstellung, die den Stabilisierungsprozeß eines Rotors bei zunehmender Drehgeschwindigkeit veranschaulicht.

Nach Fig. 1 ist ein Rotor 1 zwischen zvei stationären Körpern 5 und 6 angeordnet. Der Rotor 1 ist an seinem Außenmantel zylinderförmig ausgebildet und mit Schaufeln 2 versehen, die in den Flüssigkeitsstrom, der durch ein Rohr 8 hindurchtritt, eingreifen. Die Seiten des Rotors 1 verlaufen kegelig und weisen Rippen 3 auf, die Förderkanäle 7 bilden. Die stationären Körper 5,6 sind mit kegelstumpfförmigen Lagerflächen für den Rotor 1 versehen. Zwischen den Rippen 3 und den stationären Körpern 5,6 befindet sich ein schmaler Spalt. Dem Rotor, der eine durchgehende Längsbohrung aufweist, wird durch eine Bohrung4 in dem stationären Körpers Flüssigkeit zugeführt. Wenn die Flüssigkeit an den Schaufeln 2 vorbeiströmt und damit ein Drehen des Rotors 1 bewirkt, wird die Flüssigkeit auf Grund der Zentrifugalkraft nach außen durch die Förderkanäle? zwischen den Rippen 3 und den stationären Körpern hindurchbewegt. Dabei wird in jedem Förderkanal ein den Rotor stabilisierender Flüssigkeitsdruck aufgebaut, so daß der Rotor 1 sich ohne mechanische Abstützung in seinem Lager dreht.

Bei einem möglichen Ausführungsbeispiel findet ein Rotor Anwendung, dessen Durchmesser 35 mm ist, mit einem lichten Abstand zwischen den Rippen und dem stationären Körper von etwa 0,2 mm und einem Winkel der Rippen gegenüber der Drehachse von etwa 45°, wobei 24 radiale Rippen mit einer Breite von 1,5 mm und einer Höhe von 1,5 mm vorhanden sind. Dieser Rotor arbeitet sehr zufrieden-. stellend, wenn er mit Wasser als Arbeitsflüssigkeit betrieben wird.

In F i g. 2 ist ein wellenloser Rotor 1 mit Rippen auf zwei kegeligen Seitenflächen versehen, die den entsprechend kegelig ausgebildeten Stirnflächen der zwei stationären Körper gegenüberliegen, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 oben beschrieben. Fig. 2 stellt den Rotor 1 so dar, daß derselbe in einem eine Flüssigkeit führenden Rohr angeordnet ist, wobei beide stationären Körper mit einer Flüssigkeit führenden Bohrung, in Richtung auf die Achse des Rotors zu, versehen sind. Der Umfang des Rotors ist mit Kupferstäben od. dgl. beaufschlagt. Eine Statorwicklung 9 ist an der Außenseite der Rohrwand angeordnet. Der Rotor 1 dient somit als Rotor eines Kurzschlußanker-Motors, d. h., die Anordnung ist als Pumpe verwendbar, wobei die Pfeile die Richtung anzeigen, längs derer die Strömung der Flüssigkeit erzwungen wird.

Die Drehgeschwindigkeit eines in der F i g. 1 gezeigten Rotors wurde experimentell bei vorherbestimmten Flüssigkeitsgeschwindigkeiten gemessen, und die hierbei erzielten Ergebnisse sind graphisch in der F i g. 3 zusammen mit der theoretischen Drehgeschwindigkeit wiedergegeben, die als eine Funktion der Flüssigkeitsgeschwindigkeit dargestellt ist. Wie in der graphischen Abbildung gezeigt, muß die Flüssigkeit zunächst eine bestimmte Geschwindigkeit erreichen, bevor der Rotor sich zu drehen beginnt. Sodann nimmt jedoch die Drehgeschwindigkeit schnell in Richtung auf den theoretischen Wert zu, so daß die gemessene Drehgeschwindigkeit der theoretischen Drehgeschwindigkeit sehr nahe kommt.

Der Stabilisierungseffekt ist von dem Durchmesser und der Drehgeschwindigkeit des Rotors, dem spezifischen Gewicht der Flüssigkeit, der Formgebung des Raumes zwischen den Rippen des Rotors und dem stationären Körper, der Form der Rippen, dem Gewicht des Rotors, dem Antrieb und der Reibung zwischen Flüssigkeit und Rotor, abhängig.

F i g. 4 dient der Veranschaulichung der Stabilisierung eines in der F i g. 1 gezeigten Rotors. Der Rotor 1 ist in einem senkrechten Rohr angeordnet und wird zunächst durch den unteren stationären Körper getragen. Bei Zunahme der Drehgeschwindigkeit steigt der Rotor durch Abheben von der Abstützung schnell in Richtung auf den oberen stationären Körper an. Dabei baut der Rotor jedoch auch einen Flüssigkeitsdruck in dem oberen Spalt auf und wird im Bereich des flachen Teils der Kurve so stabilisiert, daß er weder umkippen noch schwanken kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

durchgeleitet wird, das auch als Antriebsmittel für

Patentansprüche: den Rotor dann dienen kann, wenn dessen Kegelflächen z. B. mit gegensinnig zur Umfangsrichtung geVorrichtung zum Stabilisieren eines in einem neigten Nuten versehen sind. Es handelt sich dabei, Flüssigkeitsstrom angeordneten wellenlosen Ro- 5 wie bei der vorher als bekannt vorausgesetzten axial tors, dessen Drehachse parallel zur Hauptrich- einseitigen Abstützung eines Turbinenrotors, im. tung des Flüssigkeitsstromes verläuft, gekenn- Prinzip um eine hydrostatische bzw. pneumostatische zeichnet durch folgende Merkmale: Lagerung, zu deren Stabilität die genannten Nuten

a) der Rotor (1) ist mit Spiel zwischen zwei mit kaum beitragen.

ihm gleichachsig im Flüssigkeitsstrom lie- ίο Bekannt sind auch Lager zum axialen und radialen

genden stationären Körpern (5 und 6) an- Abstützen einer Welle (britische Patentschriften

geordnet, die kegclstumpfförmige Lagerflä- 585 092 und 779 419). Sie sind mit einer kugeligen

chcn für den Rotor bilden; Gleitfläche oder kegeligen, gegensinnig zueinander

b) der Rotor ist mittig mit einer durchgehenden geneigten Gleitflächen versehen, deren im Durchmes-Längsbohrung versehen, die sich, den ke- 15 ser größeres Ende im Bereich der Lagermitte liegt, gelstumpfförmigen Lagerflächen entspre- Die entsprechend geformte Gegenleitfläche der Welle chcnd, zu den Rotorenden hin kegelig erwei- ist mit Nuten versehen, die ein Schmiermittel von tert; den Lagerenden zur Lagermitte hin fördern und da-

c) der Rotor ist im Bereich der erweiterten bei einen tragenden hydrodynamischen Schmierfilm Teile seiner Längsbohrung mit Rippen (3) 20 erzeugen oder, wenn jeweils der an eine Nutflanke versehen, die am Rotor sowohl radial innen anschließende Teil der Gegengleitfläche als Keilfläche als auch zur benachbarten Lagerfläche hin ausgebildet ist, den Aufbau von Schmiermittelkeilen offene Förderkanäle (7) bilden; ermöglichen. Wie solche Lager abzuwandeln wären,

d) wenigstens einer der stationären Körper ist um in ihnen auch einen in einem Flüssigkeitsstrom zur Flüssigkeitszufuhr zur Längsbohrung des 25 angeordneten wellenlösen Rotor stabil lagern zu kön-Rotors und damit zu den Forderkanälen nen, ist weder der einen noch der anderen Druckmittig mif einer Längsbohrung versehen. schrift zu entnehmen.

Schließlich ist noch eine Lagerung eines wellenlosen Rotors bekannt, dessen beide Enden kegel-

30 stumpfförmig ausgebildet sind und nach Art einer

Spitzenlagerung in kegelstumpfförmige Aussparungen des Stators eingreifen, deren Kegelwinkel kleiner ist als der an den Rotorenden (USA.-Patentschrift

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sta- 2 854 298). In die so zwangläufig gebildeten Lagerbilisieren eines in einem Flüssigkeitsstrom angeord- 35 spalte wird ein Druckmittel (Gas oder Flüssigkeit) ncten wcllenlosen Rotors, dessen Drehachse parallel durch Bohrungen des Stators eingeleitet, die koaxial zur Hauptlichtung des Flüssigkeitsstromes ver- zur Achse des Rotors verlaufen. Eine Stabilisierung läuft. des Rotors wird bei dieser Lagerung, die im Prinzip

Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere für die wieder eine pneumo- bzw. hydrostatische ist, also die Messung von Flüssigkeitsgeschwindigkeiten oder 40 Zufuhr eines Druckmittels erfordert, auf Grund der zum Pumpen verschiedener Flüssigkeitsvolumina Form des Lagerspaltes erreicht, der sich von der durch unzugängliche Rohrsysteme geeignet. Stelle des Druckmitteleinlasses zu der des Druckmit-

Für die arbeitsleistende Entspannung eines Gases telaustritts aus dem Lager hin kontinuierlich verengt, zum Zwecke der Kälteerzeugung ist bereits eine Tür- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

bine bekannt, bei der der Turbinenläufer durch die 45 einen irt einem Flüssigkeitsstrom angeordneten wel-Kräfte des Gasstromes in seiner Lage gehalten und lenlosen Rotor, dessen Drehachse parallel zur die Einstellung seiner Achse durch Kreiselkräfte er- Flauptrichtung des Flüssigkeitsstromes verläuft, razwungen wird. Dieser Rotor wird also lediglich dial und in beiden axialen Richtungen allein auf durch die vom Gasstrom ausgeübten Kräfte getragen. Flüssigkeitsschichten zu lagern und dabei in diesen Die Form dieses bekannten Rotors entspricht der 50 selbsttätig einen die Stabilität der Lagerung förderneines flachen Konus, der in einem Hohlkonus des den Druck aufzubauen.

Stators mit kleinerem öffnungswinkel durch das aus Die Lösung dieser Aufgabe wird dann erreicht,

den Düsen austretende Gas, das ein napfförmiges wenn eine Einrichtung der eingangs genannten Gat-Gaskissen bildet, im Gleichgewicht gehalten wird tung erfindungsgemäß folgende Merkmale aufweist: (deutsche Patentschrift 724 269). 55 a) der Rotor ist mit Spiel zwischen zwei mit ihm

Für Flüssigkeiten läßt sich eine derartige Turbine gleichachsigen im Flüssigkeitsstrom liegenden

jedoch nur schwerlich anwenden, bzw. nur dann, stationären Körpern angeordnet, die kegel-

.wenn die Flüssigkeit mit sehr hoher Geschwindigkeit stumpfförmige Lagerflächen für den Rotor bil-

durch diese hindurchgeleitet wird, da sichergestellt den;

sein muß, daß die gesamte Rotorfläche kontinuier- 60 b) der Rotor ist mittig mit einer durchgehenden lieh im ausreichenden Abstand von dem betreffenden Längsbohrung versehen, die sich, den kegel-

Statorteil gehalten wird. stumpfförmigen Lagerflächen entsprechend, zu

Weiter ist es bekannt, einen wellenlosen Rotor als den Rotorenden hin kegelig erweitert;

Doppelkegel auszubilden und in bzw. auf einem Sta- c) der Rotor ist im Bereich der erweiterten Teile

tor, der dem Doppelkegel des Rotors entsprechende 65 seiner Längsbohrung mit Rippen versehen, die

Tragflächen aufweist, zu lagern. Dies geschieht da- am Rotor sowohl radial innen als auch zur be-

durch, daß zwischen den Kegelflächen des Stators nachbarten Lagerfläche hin offene Förderkanäle

und Rotors ein Druckmittel (Flüssigkeit oder Gas) bilden;