DE1425954B2 - Entspannungsturbine ffJr Arbeitsmittel tiefer Temperaturen - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Entspannungsturbine Wellenlagers veränderbar ist oder die Wellenlagerfür Arbeitsmittel tiefer Temperaturen, mit einer Lei- temperatur regulierbar ist, insbesondere dadurch, daß stungsübertragung über eine eine Wärmedämmungs- die Eintrittstemperatur des Öles für das ölgeschmierte stufe aufweisende Welle auf eine Bremsvorrichtung Lager veränderbar ist. Ferner kann es zweckmäßig und mit einem dem Laufrad benachbarten, gas- 5 sein, daß zumindest ein Teil des aus dem gasgeschmierten Wellenlager. Bei einer derartigen, aus geschmierten Wellenlager austretenden Gases in einen der deutschen Patentschrift 1 000 837 bekannten Ent- Raum zwischen dem gasgeschmierten und dem ölspannungsturbine ist die Welle insgesamt in mit kai- geschmierten Wellenlager gelangt und diesen in Richtern Druckgas versorgten hydrostatischen Radial- tung auf das ölgeschmierte Wellenlager durchströmt, lagern getragen, wobei das Druckgas aus der Tür- ίο Dabei können vorteilhafterweise in dem Raum zwibinengasspeiseleitung abgezweigt ist. Die am warmen sehen dem gasgeschmierten und dem ölgeschmierten Wellenende befindliche zweite Wellenlagersteile ist Wellenlager Leitvorrichtungen für das Gas vorgesehen dabei unnötig stark gekühlt, so daß ein großer Kälte- sein.

verlust und ein hohes Temperaturgefälle zwischen In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der erBremsvorrichtung und zweiter Wellenlagerstelle ent- 15 findungsgemäßen Entspannungsturbine gezeigt und stehen. Da sich die Erfindung insbesondere auf Ent- im folgenden erläutert.

Spannungsturbinen für einen Temperaturbereich um F i g. 1 zeigt eine Entspannungsturbine für sehr

den Siedepunkt des Wasserstoffes oder des Heliums tiefe Temperaturen. Die Turbinenwelle 1 ist stehend

und für Anlagen mit dementsprechend kleinen Gas- angeordnet. An ihrem oberen Ende ist ein Laufrad 2

durchsatzmengen bezieht, sind Entspannungsturbinen 20 fliegend angebracht, um das ein Düsenring 3 für das

mit geringen mechanischen Leistungen an der Tür- eintretende Gas gelegt ist. An der Turbinenaustritts-

binenwelle, sehr hohen Drehzahlen und zu den Lager- seite befindet sich ein Diffusor 4, an den sich eine

zapfendurchmessern kleinem Laufraddurchmesser Abgasleitung 5 anschließt. Der Düsenring 3 und der

einzuschließen. Diffusor 4 sind in einem Turbinengehäuse 6 unter-

Es ist an sich bekannt, bei einer Entspannungs- 25 gebracht, in das auch die Gaseintrittsleitung 7 ein-

turbine die erzeugte Turbinenleistung durch eine mündet. In unmittelbarer Nähe des Laufrades 2, nur

Viskositätsbremse zu vernichten. Es liegt die Auf- durch eine Axialdichtung 8 voneinander getrennt, be-

gäbe vor, bei der Ausgestaltung einer Entspannungs- findet sich eine Wellenlagerstelle 9 der Turbinen-

turbine die folgenden Teilprobleme, nämlich die welle 1. Diese Wellenlagerstelle 9 ist als gasgeschmier-

Wellenlagerschmierung, die Trennung des Turbinen- 3° tes Wellenlager ausgebildet, dessen stehende Teile

gases vom Lagerschmierstoff, die . Dämmung des ebenfalls im Turbinengehäuse 6 untergebracht sind.

Wärmeflusses vom warmem zum kalten Wellenende Dieses Wellenlager wird mittels einer von der Gas-

und die Vernichtung der Turbinenleistung in der eintrittsleitung 7 abgezweigten und mit einem Fein-

Konstruktion zu vereinen. filter 10 versehenen Gasleitung 11 mit Druckgas ver-

Diese Aufgabe wird bei Entspannungsturbinen der 35 sorgt, das nach Durchströmen der Wellenlagerstelle 9 eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch durch die Leitung 12 aus dem Turbinengehäuse ausgelöst, daß die Bremsvorrichtung in an sich bekann- treten kann. Am unteren Ende der Turbinenwelle 1 ter Weise als Viskositätsbremse und diese als öl- befindet sich eine zweite Wellenlagerstelle 13, die als geschmiertes Lager und zugleich als das zweite ölgeschmiertes Radial-Axial-Wellenlager ausgebildet Wellenlager ausgebildet ist und Mittel zur Verhinde- 40 und in einem Gehäuse 14 untergebracht ist. Dieses rung eines ölzutritts vom ölgeschmierten Wellenlager Wellenlager ist druckölgeschmiert, wobei das Drucköl zum gasgeschmierten Wellenlager vorgesehen sind. durch die Leitung 15 und die Kanäle 16 im Gehäuse

Der hierdurch erzielte technische Fortschritt be- 14 in das Wellenlager gelangt und das aus dem

steht darin, daß eine beinahe aufwandslose Leistungs- Wellenlager austretende öl in einem an das Gehäuse

Vernichtung durch das ölgeschmierte Lager am ande- 45 14 angeflanschten ölsammelgefäß 17 aufgefangen

ren Wellenende erzielt wird. Dabei ist die Trennung wird.

der unterschiedlichen Schmiermittel der beiden Die druckölgeschmierte Wellenlagerstelle 13 be-Wellenlager besonders einfach zwischen den beiden steht im einzelnen aus einem gegenüber dem Schaft Wellenlagerstellen durchführbar, und die Gesamtan- der Turbinenwelle 1 stark abgesetzten Wellenlagerordnung ist in besonderem Maße auch für jene Fälle 50 zapfen 131 und einem auf dessen Ende aufgeschraubgeeignet, bei denen die zur Vernichtung Übrigblei- ten Wellenlagerzapfenring 132. Mit einem im Gehäuse bende Turbinenleistung geringer ist als die von zwei 14 gehaltenen Wellenlagerring 133 ist ein Radial- und ölgeschmierten Wellenlagern hervorgerufene Lei- ein doppelseitiges Axiallager gebildet. Um den WeI-stungsaufnahme. lenlagerzapfenring 132 ist ein Ring 134 angeordnet,

Im Falle, daß eine senkrechte Welle vorgegeben ist, 55 welcher mit dem Wellenlagerzapfenring 132 als Vis-

wird vorgeschlagen, das ölgeschmierte Wellenlager kositätsbremse wirkt. Die beiderseitigen Laufflächen

unterhalb des gasgeschmierten Wellenlagers anzuord- sind entweder glatt oder sie sind ähnlich der Gleit-

nen, woraus sich unter anderem eine Erleichterung flächen von dynamisch wirkenden Lagern ausgebil-

bei der Trennung der Schmiermittel voneinander det, so daß eine die Turbinenleistung vernichtende

ergibt. Um in vorteilhafter Weise die Anordnung 60 Bremswirkung erzeugt wird. Zur Abführung der

weiterer die Turbinenleistung aufnehmender Vor- Bremsreibungswärme dient dieselbe Flüssigkeit, die

richtungen zu erübrigen, kann die ölgeschmierte auch zur Wellcnlagerschmierung verwendet wird. Die

Wellenlagcrstclle mit den Laufwiderstand vergrößern- Bremsflüssigkeitsmenge entspricht der Flüssigkeits-

den Mitteln verschen sein. Die die Turbinenlcistung Ablaufmenge aus der unteren Axiallagerfläche,

zumindest teilweise vernichtenden und den Lauf- 65 Das Turbinengehäuse 6, das die sehr tiefe Tempc-

widerstand vergrößernden Mittel können zweck- ratur des Turbinengases aufweist, und das Gehäuse

müßigerweise darin bestehen, daß die Größe und/ 14, das in einem wesentlich wärmeren Bereich, z. B.

oder der Abstand der Laufflächen des ölgcschmicrtcn in einem Bereich, in dem Umgebungstemperatur

herrscht, angeordnet ist, sind durch ein längenelastisches Ausgleichsrohr 18 und durch einen Isoliertrichter 19, die beide als Bauteile mit geringer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet sind, miteinander verbunden.

In dem Ausgleichsrohr 18 ist zwischen dem kalten gasgeschmierten Wellenlager 9 und dem ölgeschmierten Wellenlager 13 noch eine Wellenverkleidung angebracht, welche diese sehr eng umschließt. Dadurch strömt das Leckgas des gasgeschmierten Wellenlagers mit großer Geschwindigkeit an der Welle entlang nach unten. Es wird außer dem Zurückhalten von öldunst noch vermieden, daß Ölteilchen bei der Rotation der Turbinenwelle nach oben hin, an der Turbinenwelle entlang, klettern können. Die Wellenverkleidung ist außen noch mit aufgeschäumtem Isolationsmaterial umgeben.

Um zu verhindern, daß aus der Wellenlagerstelle 13 entweichende Ölteilchen oder feinster Ölnebel nach oben und damit in die Gaswege im Turbinengehäuse 6 gelangen können, kann ein Teil des aus der Wellenlagerstelle 9 austretenden Gases entlang des Schaftes der Turbinenwelle 1 gegen die Wellenlagerstelle 13 und anschließend in das Ölsammelgefäß 17 strömen. Das ölsammelgefäß 17 wird mittels einer an die Gasaustrittsleitung 20 angeschlossenen veränderlichen Drosselstelle (nicht gezeichnet) unter einem Druck gehalten, mit dem die Gasströmung von der Wellenlagerstelle 9 in das ölsammelgefäß 17 und damit die Sperrwirkung regulierbar sind.

F i g. 2 zeigt eine im allgemeinen Aufbau der F i g. 1 ähnliche Anordnung, bei der die Turbinenwelle 21 am oberen Ende ein Laufrad 22 und mit diesem verbunden einen Körper 23 aufweist. Dieser Körper 23 ist mit seiner kugelkalottenförmigen Außenfläche in eine dieser Form entsprechende als statisches Gaslager ausgebildete Pfanne eines mit den Eintrittsdüsen versehenen Düsen-Gaslagerringes 24 gebettet. Dieser Düsen-Gaslagerring 24 ist in ein Turbinengehäuse 25 eingesetzt, in das eine Gaseintrittsleitung 26 mündet. Das durch die Gaseintrittsleitung 26 zuströmende Druckgas wird in einem Ringkanal 27 auf die Düsen verteilt. Nach arbeitsleistender Entspannung in dem Laufrad 22 gelangt das Gas in einen Diffusor 28 und anschließend in eine nicht gezeichnete Abgasleitung. Das gasgeschmierte Wellenlager wird mittels der Kanäle 29, 30, die von dem Ringkanal 27 in die Taschen des Düsen-Gaslagerringes 24 führen, mit Druckgas versorgt. Die sehr schlank ausgebildete Turbinenwelle 21 führt aus dem sehr kalten Turbinenbereich in den wesentlich wärmeren Bereich an ihrem unteren Ende, das wesentlich verstärkt und zu einem konischen Wellenlagerzapfen 31 ausgebildet ist. Dieser Wellenlagerzapfen 31 ist in einem Wellenlagerring 32 gelagert, der an der Stirnfläche einer zylindrischen Büchse 33 befestigt ist. Diese zylindrische Büchse 33 kann in der Bohrung 34 eines z. B. mit dem Apparatemantel 35 verbundenen Gehäuseteils 36 in axialer Richtung verschoben werden, so daß das Lagerspiel zwischen dem konischen Wellenlagerzapfen 31 und dem Wellenlagerring 32 und damit der Laufwiderstand veränderlich sind.

Das Turbinengehäuse 25 und der Gehäuseteil 36 sind mittels der Isoliertrichter 37 und 38 miteinander verbunden. Am Gehäuseteil 36 ist ein ölsammelgefäß 39 angeflanscht, an dessen Bodenseite eine Vorrichtung zur axialen Verschiebbarkeit der Zylinderbüchse 33 und damit des Wellenlagerringes 32 angebracht ist. Durch eine Öldruckleitung und Kanäle 40 wird der Wellenlagerring 32 mit Drucköl versorgt.

F i g. 3 zeigt eine ölgeschmierte Lagerstelle für das untere Ende einer stehenden Turbinenwelle 41, das ähnlich wie in Fig. 1 einen abgesetzten Wellenlagerzapfen 42 und einen aufgeschraubten Wellenlagerzapfenring 43 aufweist. Dabei läuft der Wellenlagerzapfen 42 in einem Wellenlagerring 44, so daß eine radiale und doppelseitig axiale Lagerung für die Turbinenwelle 41 gegeben ist. Dieses Wellenlager wird ebenfalls durch einen Kanal 45 mit Drucköl geschmiert. Um den Wellenlagerzapfenring 43 ist eine Wellenlagerbüchse 46 angeordnet, die axial verschiebbar ist, so daß die Größe der zueinander in Beziehung stehenden Laufflächen und damit die Bremswirkung veränderbar ist.

Die axiale Verstellbarkeit der Wellenlagerbüchse 46 ist durch mittels eines Schneckentriebes, von dem nur das Schneckenrad 40 gezeichnet ist, verdrehbare Steine, die auf schrägen Flächen 47 gleiten, gegeben. Damit die schrägen Flächen 47 auf den Steinen aufliegen, ist zwischen den Wellenlagerring 44 und die Wellenlagerbüchse 46 eine Druckfeder 49 eingesetzt. Der Schneckentrieb kann von einer außerhalb des Gehäuses angeordneten, mit einer Anzeige versehenen Einstellvorrichtung 50 von Hand betätigt werden.

Fig. 4 zeigt eine Ausbildung, bei der eine axial verschiebbare Wellenlagerbüchse 51 mittels pneumatischer oder hydraulischer Vorrichtung um einen Wellenlagerzapfenring 52 in Abhängigkeit von der gewünschten Bremswirkung schiebbar ist. Dabei sind zwischen feststehenden Gehäuseteilen 53 und einem mit der verschiebbaren Wellenlagerbüchse 51 verbundenen Flansch 54 zwei koaxial angeordnete Wellrohre 55 und 56 vorgesehen, die einen Expansionsraum 57 für zwischen die Wellrohre eingespeistes Druckmittel bilden. Durch die Regulierbarkeit des eingespeisten Druckmittels läßt sich eine Kraft erzeugen, die mit der Kraft einer Rückstelldruckfeder 58 in jeder gewünschten Lage ins Gleichgewicht zu bringen ist. Damit sind ebenfalls die Größen der miteinander in Kontakt stehenden Flächen der Wellenlagerbüchsen 51 und des Wellenlagerzapfenringes 52 und damit die erzeugte Bremswirkung veränderlich.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Entspannungsturbine für Arbeitsmittel tiefer Temperaturen, mit einer Leistungsübertragung über eine eine Wärmedämmungsstufe aufweisende Welle auf eine Bremsvorrichtung und mit einem dem Laufrad benachbarten, gasgeschmierten Wellenlager, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung in an sich bekannter Weise als Viskositätsbremse und diese als ölgeschmiertes Lager und zugleich als das zweite Wellenlager ausgebildet ist und Mittel zur Verhinderung eines ölzutritts vom ölgeschmierten Wellenlager zum gasgeschmierten Wellenlager vorgesehen sind.

2. Entspannungsturbine nach Anspruch 1, mit senkrechter Welle, dadurch gekennzeichnet, daß das ölgeschmierte Wellenlager (13;31, 32; 42, 43, 44) unterhalb des gasgeschmierten Wellenlagers (9; 23, 24) angeordnet ist.

3. Entspannungsturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe

der Laufflächen des ölgeschmierten Wellenlagers veränderbar ist.

4. Entspannungstubrine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Laufflächen des ölgeschmierten Wellenlagers veränderbar ist.

5. Entspannungsturbine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des ölgeschmierten Wellenlagers veränderbar ist.

6. Entspannungsturbine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittstemperatur des Öles für das ölgeschmierte Wellenlager veränderbar ist.

7. Entspannungsturbine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des aus dem gasgeschmierten Wellenlager (9; 23, 24) austretenden Gases in einen Raum zwischen dem gasgeschmierten und dem ölgeschmierten Wellenlager gelangt und diesen in Richtung auf das ölgeschmierte Wellenlager (13; 31; 32; 42,43, 43, 44) durchströmt.

8. Entspannungsturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen dem gasgeschmierten und dem ölgeschmierten Wellenlager Leitvorrichtungen für das Gas vorgesehen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen