DE1575700A1

DE1575700A1 - Gasgeschmierte Drehanordnung

Info

Publication number: DE1575700A1
Application number: DE19661575700
Authority: DE
Inventors: Kun Leslie Charles
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1965-10-23
Filing date: 1966-10-21
Publication date: 1970-12-10
Also published as: NL6614981A; BE688604A; US3326453A; CH450824A; GB1162009A; AT272007B

Description

Patentanwalt ig_o Oktober 1966 Dipl.-Ing. H. Görtz _rf Gzf/g Union Carbide Corporation, 270 Park Avenue, New York, NoY₀, USA Gasgeechmierte Drehanordnungen

Sie Erfindung betrifft gasgeschmierte bzw. mit Gas gelagerte Anordnungen für Drehorganeο

Man hat seit langer Zeit erkannt, daß gasgeschmierte Systeme erhebliche Vorteile gegenüber flüssigkeitsgeschmierten Dreh» systemen bringen wurden. Beispielsweise sind letztere auf relativ niedrige Drehgeschwindigkeiten begrenzt. Hohe Geschwindigkeiten rufen eine Überhitzung und damit ein Versagen des Lagers hervor» Flüssigkeitssysteme sind häufig mit dem Problem der Vermischung dea BehandlungBmediums mit dem Schmiermittel verbunden, wie dies beispielsweise boi Nahrungsmittelbehandlungsanlagen der Fall ist* Auch kann das Schmiermittel selbst verunreinigt werden, wie beispielsweise Bit radioaktiven Gasen in Kernspaltungeanlagen_o Sine weitere Beschränkung der flüssi^keitsschmiersysteme ist durch da» Qefriereη bei Wiedertemperaturanlagen, wie bei Expansionsturbinen, oder die chemische Zersetzung bei hohen Temperaturen eöglich. Alle ditee Nachteile lasstn aioh durch gasgeschmierte Lagtriyettme vemeiden.

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Die heute bekannten Gaslagersysteme weisen verschiedene Arten von Instabilitäten auf, die hohe Geschwindigkeiten verhindern, sogar wenn ein übermäBiger Schiaiergasverbraueh zugelassen wird, um einen wirksameren Schmierfilm zu schaffen.

Zwei Arten von Gaalager-Instabilitäten machen am aeisten Schwierigkeiten, nämlich die synchrone Verwirbelung und der selbsterregte bzw. mit halber Frequenz auftretende 'rfirbel. Der synchrone Wirbel geht auf mechanische Unwucht zurück. Wenn die geometrische und die Schwerachse des Drehorgans nicht zusammen-» fallen, läßt sich ein Wirbel der geometrischen Achse beobachten, da die Rotoren, besonders bei höheren Geschwindigkeiten, dazu neigen, um ihre Trägheits-Schwereachse zu rotieren. Ba der Laufspalt bei gasgeschmierten Lager systemen sehr klein ist, nämlich in der Größenordnung von 0,012 bis 0,023 mm» »uß die Abweichung zwischen den beiden Achsen sehr klein gehalten werden. Dies braucht nicht ein besonders schwer zu lösenden Problem zu sein, wo eine einfache zylindrische einstückige Welle in zwei Drehlagern abgestützt ist, weil der dynamische und sogar der statische Ausgleich gewöhnlich genügend ist, eine ausreichend kleine Unbalance su ergeben. Jedoch sind die meisten Turboeaachinenrotoren sehr kompliziert und können aus einer Anzahl Stücken bestehen«. Beispielsweise besteht das Wellenlager-Gebläoesyatea einer im Handel befindlichen Luftexpansionsturbine aus sehr als einem Dutzend Einseletücke. Auch wenn der Rotor anfänglich ausgewuchtet ist, können die verschiedenen Teile ihr· relative Lage verändern, wie Versuch« bewiesen haben.

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Andere Gründe für den Synchronwirbel bei herkömmlichen gasgebe—
schmierten Lagersysteaen stehen in ungleichen Spannungen,auf nichtisotropaiKaterialien, in einer ungleichen Kriechgeschwindig«· keit von unter hohen Spannungen stehenden Rotoren, in ungleicher Erosion von Rotorteilen durch im Arbeitsmedium enthaltene Pestkörperchen, weiterhin in einer Dimensions-Instabilität aufgrund des Alters und in der Existenz von Temperaturgradienten im Rotor« Diese Wirkungen können sich addieren und eine gefährliche Unwucht hervorrufen* JM die Zentrifugalkräfte aufgrund einer möglichen Unbalance aufzuzeigen, entwickelt ein gasgeschmiertes System mit einem Rotorgewicht von 36,3 kg,einer Wellendrehzahl von 36.000 UpM und einer Exzentrizität von 0,012 mm eine Unbalance-Kraft von über 635 kg» natürlich würde der Gasfilm nicht in der Lage sein, diese in hohe* Maß verstärkte Belastung aufzunehmen= Der Rotor würde sich in der Lagerschale festfressen«

Die andere übliche fore von Gaslager Instabilität, insbesondere der Wirbel mit halber frequenz oder selbeterregte Wirbel wird erzeugt durch die relative Geschwindigkeit zwischen Welle und Lagerschale und wird durch die dazwischen auftretenden GaBfilmkräfte unterstützt bsw» aufrecht erhaltene Die Schwelle der Kreiefrequenz dee Wirbele wird gewöhnlich nach der folgenden Formel berechnets

GJ ^ E--

■■ · -

Die Bezeichnunger bedeuten: ,.

(UJ = Wirbelschwelle

H S= Wirbelverhältnia, dessen gewöhnlicher \-ert bei 2 oder darüber liegt₀

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Dieser Wert wird für eine gegebene Gaslager- und Rotationsgeschwindig-* keit konstant sein, ist jedoch eine Punktion der Geometrie des Systems und anderer Faktoren;

k * Federkonstante des Schmiergasfilms; m - Masse des Rotorso

er

Der Halbfrequenzwirbel ist sehr unangenehm, da/gewöhnlich unterhalb der gewünschten Betriebsgeechwindigkeit auftritt und die Kreisbahnamplitude ohne jede Warnung sehr plötzlich zunimmt« Auch ist gewissermaßen bewiesen, daß nahe der kritischen Frequenz-Wirbelschwelle oder der Selbsterregung-Wirbelschwelle das gasge™ schmierte Lager gegenüber äußeren Erregungen äußerst empfindlich ist. Bei einem Versuch genügte ein leichter Schlag auf die Bank, an welcher die Ausrüstung angeordnet war, um sofort ein Fressen der Lagerflächen hervorzurufen» Um die erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man schon verschiedene Hilfsmittel vorgeschlagen und getestet. Kan hatte das Wirbelverhältnis erhöht, indem die Symmetrie des Gasfilms aufgebrochen wurde, beispielsweise durch Längsnuten_f nichtkreieförmige Löcher und getrennte Stoßwege » Auch wollte man die Gasfilmstärke oder -Steifigkeit durch Vorbelastung erhöhen, indem der Wellendurchmesser vergrößert wurde, das radiale Spiel auf ein Optimum gebracht wurde und der Gaszufuhrdruck erhöht wurde. Ein weiteres Verfahren besteht in der Verwendung von Resonanzhohlräumen·

Alle diese Hilfsmittel haben Nachteile» Beispielsweise neigen

die Längsnuten dazu, die Gasfilmsteifheit EU verringern und die · meisten anderen Verfahren erhöhen den Schmiergasverbrauoh auf

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eine unwirtschaftlich hohe Größe« Weiterhin werden dennoch die obengenannten Instabilitätsprobleme wegen des Synchronwirbele nicht gelöste

Aufgabe der Erfindung ist es» eine verbesserte gasgeerchmierte Lageranordnung zu schaffen, mit der mechanische Instabilitäten der Drehglieder vermieden werden. Bei der neuen Anordnung soll die Berührung zwischen dem Hotor und seiner Lagerteile wegen des Synchronwirbels und des selbsterregten oder Halbfrequenzwirbele im gewünschten Betriebsbereich ausscheidenο Die erfindungsgemäße Anordnung soll eine Stabilität bei hohen Drehzahlen haben und dennoch mit einen relativ geringen Verbrauch an Schmiergas aus» kommen»

Es ist neuerdinga vorgeschlagen worden, die obige Aufgabe dadurch EU lösen, daß die Gaslageranordnung einen Rotor, eine elastische Lagerung, eine steife Sekundärlagerung, wie beispielsweise einen Rahmen und eine bewegliche Primärlagerung, die eine Lagerschale oder eine nicht drehbare Welle aufweist, besitzt» Ein enger Hingepalt besteht zwischen der Innenfläche der Schale und der Außenfläche der Welle, wenn die Welle drthbar ist oder zwischen der Außenfläche der Welle und den Wänden eines Kanals durch den Rotor, wenn die Welle nicht drehbar ist.

Xi iet nunmehr gefunden worden, daß die Aufgabe auch gelöst wird, indem eine öaelageranordnung vorgesehen wird, die einen Rotor alt mindestens zwei Maeeenteilen im Abitand voneinander und durch eine elaitieche PsiBärstUtseinriohtuiig verbunden, auf welat.

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Diese elastisch verbundenen Teile sind vorzugsweise eine ein relativ großes Drehmoment übertragene Hasse und eine relativ kleine Hilfsmasse, die dazu beiträgt, die dynamische Stabilität für die Gaslageranordnung herzustellen. Mittel sind vorgesehen, um den Botor mit mindestens 2000 TJpH anzutreiben. Ein starres Sekundärlagergehäuseteil ist bezüglich mindestens einem dynamischen Stabilisiermassenteil so angeordnet, daß ein schmaler Ringspalt dazwischen verbleibt, dessen Wände im wesentlichen konzentrisch und vorzugsweise parallel zur Drehachse liegen. Mittels einer Einrichtung wird genügend viel Gas in den Singspalt eingeführt, um einen steifen Gasfilm zu bilden, der den Rotor lagert und radial im wesentlichen konzentrisch bezüglich des starren Sekundärlagers in Stellung hält., Die Anordnung ist so ausgebildet, daß sie mindestens einen Teil der Drehenergie des Rotors aufnimmt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Gaslageranordnung vorgesehen, die einen Rotor aufweist, der konzentrisch mit einem starren Lagerglied ausgerichtet und so angeordnet ist, daß er Bit einer Geschwindigkeit von mindestens 2000 UpM läuft» Der Rotor ist vom starren Lagerglied durch einen schmalen Ringspalt getrennt, dessen Wände im wesentlichen konzentrisch zur Drehachse liegen und der mit Kanälen in Verbindung steht, die an •ine Druokgasquell· angeschlossen Bind. Srflndungsgemäß besteht der Rotor aus einem Drehkraft übertragenen Massenteil und einem dynamisch stabilisierenden Haesenteil sowie einer diese beiden Teil· verbindenden elastischen Stützainrlohtung, wobei der dynamisch stabilisierend· Ha·aeηteil den Teil des Rotors bildet, der vom starren Lagerglied durch dtn engen Blngspalt getrennt 1st,

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In der beigefügten Zeichnung zeigt:

Figo 1 einen Aufriß im Querschnitt durch eine elektromotorisch, angetriebene Generatoranordnung, die gemäß einer Aueführungsform der Erfindung hergestellt iet und

Figo 2 einen Aufriß als Querschnitt durch eine gasturbinengetriebene Kompressoranordnung, die gemäfi einer anderen Ausführung der Erfindung ausgebildet isto

In -Figo 1 weist der Rotor 11 einen Drehkraft übertragenden Hassenteil 12 und dynamische Stabilisierungsmassenteile 13a und 13b aufο Be wird betont, daß die Massenteile 13a und 13b von selbst keine dynamische Stabilität schaffen,, Diese Stabilität wird von der gesamten Anordnung durch Kombinationswirkung erzielt. Das Gewichtsverhältnis des Drehkraft übertragenden Hassenteile 12 zu den dynamisch stabilisierenden Massenteil 13a oder 13b ist vorzugsweise mindestens 10: 1₉ weil gewöhnlich eine geringere Dämpfung für relativ kleine dynamisch stabilisierende Massen gefordert wirdo Diese Massen sind miteinander durch eine elastische Primärstutzeinrichtung, wie beispielsweise länglicher, metallischer Abschnitte 14 geringeren Durchmessers, verbunden© In dieser Ausführung bestehen die elastischen Stützabschnitte 14 aus einem drehbaren Wellenteil des Rotors„ Der gesamte Rotor 11 ist von der Gehäuseinnenwand 15 wie das starre Sekundärstutx^glled abgestützt mittels steifer Gasfilme 16a und 16b. Diese Filme werden in schmalen Ringräumen 17a und 17b «wisehen benachbarten Flächen der kleinen dynamisch stabil!eierenden Massenteile 13a und 13b und der ßehäuseinnenwand 15 parallel zur Drehachse a-a gebildet.

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Obwohl die Ringräume 17a und 17b so dargestellt sind, daß sie parallel zur Drehachse liegen, können die Begrenzungswände andere Ausgestaltungen) wie eine konische oder eine tonnenförmige Form haben, soweit sie nur im Querschnitt kreisförmig und zur Achse konzentrisch sind. Das radiale Spiel zwischen den rotierenden kleinen Hilfsmassen 13a und 13b und der stationären Gehäueeinnenwand 15 kann im Bereich von etwa. 0,025 mm liegen«, Dieser Hingraum liegt vorzugsweise zwischen 0,0002 und 0,008 cm/cm Lagerdurchmesser» doh» dem mit dem Ringraum zusammenfallenden Durchmesser der Masse 13a oder 13b„ Engere Hingräume können leichter von Schmutzteilchen beeinflußt werden, die einen Lagerkontakt hervorrufen können und/oder übermäßige Lagerreibungeverluste verursachen können. Breitere Hingräume können kein genügendes Gaspolster für den Rotor ergeben und auch einen übermäßigen Stützgasverbrauch erfordern. Im Gehäuse 15a sind auch Bohrungen 18a und 16b vorgesehen, um geeignetes Gas, wie Luft oder Stickstoff, in die jeweiligen schmalen Ringräume 17a und 17b einzuführen, um die relativ kleinen dynamisch stabilisierenden Massen 13a und 13b von der Gehäuseinnenwand 15 abzuheben und steife Schmiergasfilme 16a und 16b zu bilden» Die äußeren Enden der Bohrungen 18a und 18b stehen mit einer Gasquelle in Verbindung und die inneren Enden dieser Bohrungen sind mit den schmalen Ringräumen 17a und 17b verbundene

Die länglichen elastischen Primärstützteile U, die den Drehkraft Übertragenden Masßenteil 12 und die dynamisch stabilisierenden Massenteile 13a und 13b auf jeder Seite de« Maeetnteile 12 längs der Drehachse a-a verbinden, bestehen vorzugsweise aus Metall»

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Dies deswegen, weil Metalle keiner wesentlichen Veränderung der physikalischen Eigenschaften, der chemischen Zersetzung oder Verformung in feindlichen Umgebungen, wie extrem niedrige (unterhalb - 50° C) oder extrem hohe (über 300 C) Temperaturen oder radioaktive Umgebung oder stark säurehaltige oder laugenhaltige Umgebungen unterworfen sind_e Gummi, Kunststoff oder andere elastomere Materialien werden in solchen Umgebungen ungünstig beeinflußtο Gummi und ähnliche Materialien ermüden und/oder altern auch leichte Im bemerkenswerten Gegensatz werden durch die erfindungsgemäße Anordnung sehr enge Fassungen zwischen dem Hotor und den Gehäusen, Sichtungen und dergleichen geschaffen, die sich während des Betriebes nicht ändern» D_as für die Herstellung der elastomeren primären Stützeinrichtung 14 ausgewählte Metall sollte den beabsichtigten Arbeitsbedingungen entspreche^, und vorzugsweise einen relativ hohen Elastizitätsmodul und kein meosbares Kriechen aufweisen,, Geeignete Metalle sind rostfreier Stahl, Aluminiumlegierungen, Titan- und Kupferlagerlegierungen, wie Berylliumkupfero

Unter Betriebsbedingungen sollte die radiale Ablenkung der elastischen Stützeinrichtung der vorliegenden Gaslagereiririchtung vorzugsweise geringer als etwa das Vierfache des radialen Spiele zwischen dem Rotor und dem starren Sokundärstützglied sein» Dies deswegen, weil relativ weiche elastische Stützen (wie Summi) mit einem Verhältnis von Ablenkung zu Spiel großer als 4) eine Wellenftbdichtungs^xeentriaität und/oder J?ehlauörichtuRg wäh^ssd des Betriebes hervorrufen würde und das Aufrechterhalten der gewünschten engen Spiele zwischen den sich bewegende» und den

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stationären Teilen verhindern würde. Große Exzentrizitäten sind besonders unerwünscht, weil die Gasleckmenge durch die Sichtungen mit größerer Exzentrizität zunimmt ρ Diese Probleme werden durch Verwendung metallischer elastischer Stützen vermiedene

Bevorzugt wird weiterhin₉ daß im Betrieb die Steifigkeit der elastischen PrimärStützeinrichtungen mindestens etwa 0,1 der Steifigkeit des Gasfilms ist» wenn eine gegebene Belastung normal auf die Rotorachse ausgeübt wird. Anders dargestellt,ist die elastische Primärstütze so konstruiert, daß sich eine Ablenkung von dem Zehnfachen oder weniger des Gasfilmspielraums ergibt, wenn dieselbe Kraft angewendet wirde, Ein geringeres Steifigkeitsverhältnis der elastischen Stützeinrichtung zum Gasfilm würde sich ergeben, wenn weiches Gummi oder andere Elastomere für die Herstellung der elastischen Stüteeinriöhtung verwendet werden würden.» Ein kleineres Verhältnis sollte aber aus den oben angegebenen Gründen der Wellenabdichtungsausrichtung und der engen Spielräume vermieden werden,,

Die elastischen Primärstützeinrichtungen ergeben keine merkliche Dämpfungο Pur jeden Satz von Entwurfsparametern, wie Massen- und Steifigkeitaverhältnisae und Grad an Unbalance wird das erfindungsgemäße Lagereyetem bis zu einer gewissen Geschwindigkeit

ohne jede Dämpfung der Lagerung stabil sein. Es hat sich auch gezeigt, daß sehr hohe Drehzahlen dank der sehr kleinen innewohnenden Dämpfung nur der elastischen Stützen erreichbar sindo Andererseits können bei Kotoren, die eine erhebliche Unbalance haben, die sich ergebenden Vibrationsamplituden klein gehalten

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werden, doh· kleiner als das Lagerspiel, indem separate Energiezerstreuuhgs- oder Dämpfungseinriohtungen zusätzlich zu den. elastiechen Stützeinrichtungen verwendet werdezio Eb ist gefunden worden, daß durch Trennung der elastischen Stützen und der Dämpfungseinrichtungen beide Faktoren unabhängig voneinander zu einem Optimum geführt werden können. Demgemäß besteht eine Ausführungeform der Erfindung darin, daß Dämpfungsmittel dicht mit dem Rotor verbunden und von der elastischer, Stütseinrichtung getrennt sind ο Vie in Pig«= 1 dargestellt, kann die Dämpf unge« einrichtung Buchsen 19a. und 19b aufweisen, die die länglichen elastiechen Stützglieder 14 umgeben, welche aus einem Material bestehen, das die Energie durch darin vorhandene intensive Reibung absorbiert, wie beispielsweise Elastomere oder vorzugsweise Metalle einschl. Blei, Magnesium und Manganlegierungen<> Ein anderes geeignetes Dämpfungsmittel ist Metalldraht, der um die elastischen Stützglieder 14 von geringerem Durchmesser herumgewunden ist und mit dem Metall verbunden isto Alternativ kann es für größere Rotoren wünschenswert SeIn₅, das Dämpfungsmaterial innerhalb der länglichen elastischen Stützglieder 14 unterzubringen, wie z_uB₀ durch Imprägnieren_o

Obgleich die Dämpfungsmittel vorzugsweise, wie beschrieben und erläutert, angeordnet werden, können sie alternativ innerhalb der relativ kleinen dynamische-n Auswuchtmasseteile 13a und 13b des Rotors 11 untergebracht werden. Solche inneren Dämpfungsmittel bestehen vorzugsweise aus Metallteilchen hoher Dichte und geringer Nutzapannung, wie Bleikugeln, die teilweise den kreis·» förmigen Hohlraum innerhalb der dynamischen Stabilisiermaseen-

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teile 13a und 13b ausfüllen· Diese ergeben hysteresisartige Dämpfer, in denen die kinetische Energie in Wärme mit Reibung durch nichtelastische oder teilelastische Stöße umgewandelt wirdo Andere Arten von Stoßdämpfern können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise können nachgiebige Stützglieder teleskopartige Übersugslagen haben₀ In diesem Fall wird die Energieumwandlung nach der sogenannten Coulombschen Reibung bewirkte Die genannten Dämpfer sind besonders vorteilhaft, wo das LagerstützBystem extremen Umgebungsbedingungen, wie sehr niedrigen oder sehr hohen Temperaturen ausgesetzt isto Beispielsweise können bei der Gas» lageranordnung gemäß Figo 1 Hohlräume, die mit Bleikugeln als Dämpfungsmittel gefüllt sind, konzentrisch bezüglich der Drehachse a-a angeordnet und innerhalb der Wände der dynamischen Auswuchtmassenteile 13a und 13b untergebracht sein, die der Gehäueeinnenflache 15 benachbart liegen«,

Falls gewünscht, kann der MaB sent eil 13a, der das dynamische Auswuchten unterstützt, mit Stoßabschnitten 20 versehen sein, um den Rotor 11 axial in Stellung zu halten» Wie dargestellt, ist der Stoßabschnitt 20 mit de*» dynamischen Auswuchtmaseenteil 13a einstückig ausgebildet und erstreckt sich senkrecht sur Drehachse a-aο Die Innenflächen dieses Abschnittes sind senkrecht but Innenwand des Gaslagerraunes 17a, schließen an diesen an und liegen mit Besug auf den Hormalabsohnitt der Gehäuseinnenwand 15 so, daß ein schmaler Spalt 21 von weniger als etwa 0,25 mm daswiBchen gebildet wird. Der Spalt 21 liegt vorzugsweise ewischen 0,0002 und 0,008 cm/cm Lagerdurchmeeser, wie oben angegeben«

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Auf diese Weise stehen die engen Singräume 17a und 21 in direkter kommunizierender Verbindung und liegen senkrecht zueinander,, ^Ga8 wird durch die Kanäle 18a in der Gehäusewand zu Zweigkanälen 22 geführt, die mit dem Spalt 21 in Verbindung stehen, um einen steifen GasSchmierfilm darin zu bilden« Ein feil dieses Gases strömt aus der Anordnung durch die Kanäle 23 in die Umgebung,» Die Kanäle 23 sind vorzugsweise gleichförmig um die Basis des Stoßabschnittes 20 herum verteilt«, Durch Verwendung dieses Gasfilmes und desjenigen,der im Spalt 17a gebildet wird, wird somit der Rotor 11 sowohl in den seitlichen als auch in den Längsrichtungen abgestützt ο Palis gewünscht, können ähnliche Verlängerungen auch an dem anderen dynamischen Auswuchtmassenteil 13b vorgesehen sein, um einen entsprechenden zweiten Axiallagerabschnitt zu bilden» Bs ist aber nicht wesentlich, wenn die Druckkräfte nur in einer Richtung anfallen_o

Das Gas wird vorzugsweise in einem außen, unter einen gegenüber der umgebenden Atmosphäre unter Überdruck gesetzten Zustand den Spalten 17a und 17b und 21 zugeführt, um ein hydrostatisches Lagertystern zu erhaltene Alternativ kann das Gas von der umgebenden Atmosphäre geholt werden, um ein hydrodynamischeβ Lagersystem zu schaffen. Wie in der Technik bekannt, können hydrodynamische Systeme unter Reibungsbedingungen, die beispielsweise selbatechmierende Oberflächen einschließen, gestartet werden«,

Bei der Gaelageranordnung gemäß flg. 1 wird elektrische Energie duroh eint η Elektromotor erhalten, der tint ?el<3wioklung 24 hat und tint Drehzahl von mindestens 2000 UpH an den inergieaufnahme-

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abschnitt 25 der Drehkraftübertragungsmasse 12 erzeugt» Mindestem ein Teil dieser Energie wird von dem Energieübertragungsabschnitt 26 auf die Drehkraftübertragungsmasse 12 als elektrische Energie auf die Feldwicklung 27 übertragen» Die dargestellte Ausführung ist somit ein elektromotorisch getriebener Generator_o

Alternativ kann der Abschnitt 25 Energie von einem Druckmedium aufnehmeηο Diese Energie kann vom Druckmedium vom Energieaufnahmeabsohnitt 25, der als Turbine arbeitet, über den Drehmomentübertragungemassenteil 12 auf die Feldwicklungen 27 des Generators übertragen werden» Der hier benutzte Ausdruck "Generator" Schließt jede Ausrüstung ein, die zur Erzeugung elektrischer Nutzenergie dient oder zur Vernichtung der Energie durch elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise Wirbelstrombremse^ Als eine weitere Alternative kann elektrische Energie von der Feldwicklung 24 erhalten und mittels des rotierenden Drehmomentübertragungsteile 12 auf ein Gas übertragen werden, das in einem Kompressor durch ein Sauggehäuse einströmt* Das Gas strömt durch die Kanäle in einem Kompressor, in welchem es unter Druck gesetzt wird und verläßt den Kompressor durch ein Auslaßgehäuse_o Letzteres kann die Form eines Gasgebläses oder einer Flüssigkeitspumpe haben. Beide können beispielsweise Wellenleistung als Strömungemittelbremse vernichten_o

Fig. 2 ieigt eine turbinengetriebene Kompressoreinheit, die eine andere Ausführung der Gaelager·tut«anordnung aufweist» Jene filamente, die Elementen des elektromotorisch getriebenen Generator· gemäfl Figo 1 entsprechen, haben dieselbe Beiugszahl, je* doch der Hundertereerie.

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ORfGlNALiNSPECTED

Äußere Energie wird in Form eines unter hohem Druck stehenden Gases durch die Düsen 130 eingeführt, die im Einsatzgehäu&e der Turbine 132 angeordnet sind, um in die Turbinenlaufradkanäle 133 des Energieaufnahmeabschnittes 125 der Drehmomentübertragungsmaese 112 zu strömen. Dieses Gas wird unter niedrigerem Druck durch den Kanal 134 in das Auslaßgehäuse 135 ausgeblasene Mindestens ein Teil dieser Energie wird durch die Masse 112 durch den Energieübertragungsabschnitt 126 auf ein Gas übertragen, das durch den Kompreseorabechnitt 136 eintritt« Dieses Gas wird komprimiert, nachdem 8B durch die umlaufenden Kanäle 137 geströmt ist und wird in das Auslaßgehäuse 138 ausgeblasen« Der Energieaufnahmeabschnitt 125 und der Energieübertragungsabschnitt 126 des Drehmomentübertragungsmassenteils 112 sind durch Wellendichtmittel voneinander getrennt, die eine Anzahl zahnartiger Vorsprünge 139 im Ringraum zwischen dem mittleren ausgeschnittenen Teil HO der Masee 112 und dem mittleren, nach innen ragenden Abschnitt 141 des Gehäuses 115 aufweisen können. Die kreisförmigen Vorsprüng'e 139 können einen Teil des Abschnittes 141 bilden und eine Labyrinthdichtung gegenüber dem Drehteil 140 schaffen,.

Die Rotoranordnung 111 weist den schon beschriebenen, relativ großen Drehmomentübertragungemassenteil 112 und relativ kleine dynamische Auswuchtmassenteile 113a und 113b auf. Diese Massen sind durch metallische Abschnitte 114a und 114b von kleinerem Durchmesser miteinander verbunden. Diese Abschnitte bilaen elastische Primärstützen. Der gesamte Rotor 111 ist gegenüber den Gehäuseinnenwanden 115a und 115b als das starre Sekundärstützorgan durch starke Gaefilme 116a und 116b abgestützt.

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Diese Filme werden in engen Ringräumen 117a und 117b zwischen benachbarten Flächen der kleinen dynamischen Auswuchtmassenteile 113a und 113b und den Abschnitten der parallel zur Drehachse a-a liegenden Gehäuseinnenwand gebildete

Der ündabschnitt 150 des Gehäuses 115 bildet einen Wandteil des Kompressorabschnittgehäuses 136 und der gegenüberliegende Endabschnitt 151 ist innerhalb des Turbinenauslaßgehäuses 135 durch im Abstand liegende Stützglieder 153 angeordnet» Der kleine dynamische Auswuchtmassenteil 113a weist Druckabschnitte 120 auf, die sich senkrecht zur Drehachse a-a erstrecken. Diese Abschnitte sind in ihrer Größe so bestimmt, daß sie enge Räume 121 zwischen ihren Innenflächen und den Normalflächen des erhöhten, nach innen ragenden Ringteile 154 des Gehäuseendabschnittes 150 bilden« Auf diese Weise stehen die Ringräume 117a und 121 in direkter kommunizierender Verbindung und liegen senkrecht zueinander. Gas wird in die senkrecht zueinander liegenden Ringräume 117a und 117b und 121 eingeführt und aus diesen abgeführt, in analoger Weise, wie dies mit Bezug auf den Ringraum 121 der Fig, 1 beschrieben ist ο Insbesondere wird Gas rch Bohrungen 118a und 118b in den Gehäusewänden zu den Lagerspalten 117a und 121 und dem Spalt 117b geführt, um einen steifen GasSchmierfilm darin, zu bilden. Dieses Gaa strömt aus dem Spalt 117a in die umgebende Atmosphäre hinaus, und zwar durch Kanäle 123, die vorzugsweise gleichförmig um die Basis des Drucklagers 120 herum verteilt sind.

Getrennte Dämpfungsmittel sind in Form von Metallteilchen 144 vorsesehen_y die "teilweise Hohlräume 145 in den Hilfsmaesenteilen 113a und 113b ausfüllen»

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Im Betrieb sammeln sich diese Metallteilchen 144 aufgrund der Zentrifugalkraft gleichmäßig am äußeren Umfang der Hohlräume 145» Wenn immer der Rotor um seine Achse a-a rotiert, werden die Teilchen 144 relativ zum Rotor stationär bleiben» Sobald jedoch d:U Rotorachse selbst anfängt, sich ?.uf einer kreisförmigen Bahn innerhalb der Lagerspalte 117a und 117b zu bewegen, wodurch sich überlagerte Dreh- und Wirbelbewegungen ergeben, werden sich die Teilchen 144 relativ zum Rotor bewegen und durch nicht elastische oder teilelastische Stöße Energie absorbieren. Die Hohlräume 145 sind vorzugsweise torusförmig ausgebildet und erstrekken sich im wesentlichen in gleichförmiger Verteilung um den Umfang herum, um Unwuchtprobleme auf einem Minimum zu halten_o

Im Vorstehenden sind bevorzugte Ausführungsbeiepiele beschrieben worden. Selbstverständlich sind Abwandlungen möglich. Beispielsweise kann, obwohl gewöhnlich zwei Lager benutzt werden, um die Welle elastisch abzustützen, auch nur ein Lager zur freifliegenden Lagerung vorgesehen werden, wie auch drei oder sogar mehr Lager zur Abstützung eines besonderen Rotors benutzt werden können» Auch kann der Rotor in einer Im wesentlichen vertikalen Stellung angeordnet werden, wobei das Drucklager am unteren Ende vorgesehen wird,,

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Claims

Patentansprüche

1β Gasgestütztes Lager, in dessen starrem Lagergehäuse ein konzentrisch ausgerichteter Rotor mit mindestens 2000 UpM umläuft» der vom starren Gehäuse durch einen engen Ringspalt getrennt ist, dessen Begrenzungswände im wesentlichen konzentrisch zur Drehachse liegen und über Kanäle an eine Druckgasquelle angeschlossen sind» dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11, 111) einen Drehmomentübertragungsmassenteil (12; und einen dynamischen Auswuchtmassenteil (13; 113) aufweist, . die beide durch eine elastische Stützeinrichtung (14; 114) miteinander verbunden sind, und der Auswuchtmassenteil denjenigen Rotorabsohnitt darstellt, der vom starren Gehäuse durch den schmalen Ringspalt (17) getrennt ist«
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein länglicher metallischer Abschnitt (19) von geringerem Durchmesser die elastische Stützeinriehtung (14; 114) aufweist.

Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß relativ kleine dynamische Auswuchtmassenteile (I3a, 13b; 113a, 113b) auf gegenüberliegenden Seiten eines relativ großen Dreh« momentübertragungsmasaenteila (12; 112) angeordnet sind und jeweils durch eine elastische Stüt«einrichtung (14a bzw. 14b; 114a bzw. 114b) mit atm Drehmomentübertragungemaeaenteil verbunden sind,

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Lager nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gewientsverhältnis des Drehmomentübertragungsmassenteils (12; 112) zu dem dynamischen AuBWuchtmassenteil (13a 15b? 113a bzw₀ 113b) mindestens 10 s 1 beträgt„

5ο Itager nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar am Rotor(i1; 111) anliegend und von der elastischen Stützeinrichtung (14; 114) getrennt, Dämpfungsmittel (19; 144, 145) vorgesehen sind,,

6ο Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel aus einer Dämpfungsbuchse (19) bestehen, die konzentrisch um den ländlichen Metallabschnitt (14) herum angeordnet lato

7ο Lager nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet_P daß an einem Ende des Rotors (11; 111) ein Drucklagerabschnitt (20; 120) vorgesehen und bezüglich des starren Gehäuses so angeordnet ist, daß ein zweiter schmaler Ringspalt (21; 121) gebildet wird, dessen Wände im wesentlichen senkrecht zur Drehachse liegen und in den zur Bildung eines zweiten steifen Gasfilmes zur Übertragung einer axialen Druckbelastung vom Rotor auf das starre Gehäuse Gas einführbar isto

Be Lager nach einem der Ansprüche ι «- 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der elastischen Stützeinrichtung (14; 114) mindeßtens 10 $> der Steifigkeit des Gasfilmes ist«

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9- lager nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ablenkung der elastischen Stützeinrichtung (H; 1H) geringer als die vierfache Breite des Ringspaltee (17) zwischen dem dynamischen Auewuchtmaseenteil (13; 113) und dem starren Gehäuse istο

10ο Lager nach einem der Ansprüche 1 - 9f dadurch gekennzeichnet, daß der schmale Ringspalt (17; 1.17) im Bereich zwischen 0,0002 und 0,008 cm Breite/cm 0 der dynamischen Auswuchtmaesenteile (13; 113) liegt»

ο Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite schmale Ringspalt (21; 121) im Bereich zwischen 0,0002 und 0,008 cm Breite/cm 0 der dynamischen Auswuchtmaseenteile (13; 113) liegte

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