DE2315093C3 - Kreiselverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiselverdichter bzw. Kreiselgebläse zum Umwälzen von Gasen mit einem innerhalb eines gasdichten Gehäuses angeordneten, aus einem Motorläufer und mindestens einem Laufrad bestehenden Rotor, der über mit zylindrischen Bohrungen und mit Spiel zur Bildung eines Schmierfilms aus Gas versehen, einen Teil des Rotors umgreifenden Lagerelementen gegenüber dem Gehäuse zentriert gehalten ist

Es ist bekannt, zur Schmierung der Traglager von Maschinen zur Förderung von Gasen das zu fördernde Gas selbst (Linde, »Berichte aus Technik und Wissenschaft«, 27/1970, S. 3) oder ein zur Kühlung der Antriebsmaschine dienendes Gas zu verwenden (CH-PS 80 543). Gasgeschmierte Lager verzehren eine geringe Reibungsleistung und eignen sich für relativ hohe Umdrehungszahlen. Die Senkung der Reibungsleistung führt zur Senkung der Höchsttemperaturen. Gegenüber flüssigkeitsgeschmierten Lagern haben sie überdies den Vorteil, keine unerwünschten flüssigen Beimengungen zum Fördergas zu verursachen. — Es besteht aber der Nachteil, daß gasgeschmierte Lager, verglichen mit flüssigkeitsgeschmierten, nur äußerst schwach belastet werden können; so hat sich ihre Anwendung bisher auf kleine Maschinen beschrankt Schon bei Leistungen von 500 kW könnte beim Gewicht des hierfür notwendigen Rotors ein zuverlässiger Betrieb nur schwer eingehalten werden, weil bei Gaslagern spezifische Belastungen von über 1 kg/cm² eine metallische Berührung der Welle mit der Büchse mit Sicherheit nicht mehr vermieden werden kann.

Bei den erwähnten bekannten Maschinen liegt die Welle waagrecht im Gehäuse und besitzt zwei gasgeschmierte Radiallager und ein ebenso gasgeschmiertes Axiallager. Zur Schmierung wird entweder kreislaufgas oder das den Rotor zur Kühlung umgebende Gas verwendet wobei im letzten Fall zur Trennung des Kühlgases von dem Fördergas zwischen

is Laufrad und Antrieb ein Sperrflüssigkeitskreislauf vorhanden ist Die Abstützung des Rotorgewichts erfolgt durch die Radiallager. Hierdurch wird das Gewicht des Rotors und mit auch die Leistung der Maschine wegen der geringen Belastbarkeit gasgeschmierter Lager begrenzt Die Axiallager sind allerdings nur gering belastet und verursachen an sich keine so niedrige Begrenzung des Rotorgewichts und damit der Maschinenleistung.

Aufgabe der Erfindung ist es somit eine Maschine

größerer Leistung und damit höheren Gewichts mit möglichst geringen Verlusten durch Lagerreibung und unter Vermeidung jeglicher Berührung des Fördergases mit einem störenden Schmiermittel zu betreiben. Diese Aufgabe ergibt sich besonders für Maschinen mit Leistungen über 500 kW und stellt sich als unumgängliche Bedingung bei Leistungen über 2000 kW. Insbesondere bei Atomkraftanlagen ist es unabdingbare Notwendigkeit, das Fördergas von jeder Berührung mit seiner Art fremden oder gar schädlichen Stoffen zu schützen.

Zur Lösung der aufgezeichneten Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß in an sich bekannter Weise der Rotor vertikal angeordnet und sein Gewicht von einem flüssigkeitsgeschmierten Axiallager getragen ist das in einem Teil des Gehäuses untergebracht ist der vom fördermittelerfüllten Raum durch eine Zwischenwand abgetrennt ist, in der ein zusätzlich mit einem Sperrgas gespeistes Dichtelement vorgesehen ist während der Motor und die Lagerelemente in dem vom Fördermittel erfüllten Raum angeordnet sind, und daß schließlich das zu dem Axiallager führende Wcllenstück in seinem Durchmesser gegenüber dem Rotor im Bereich der radialen, gasgeschmierten Lagerelemente vermindert ist.

Ausgehend von der diskutierten CH-PS werden zunächst Maßnahmen getroffen, die an sich bei Flüssigkeitsumwälzpumpen für Kernreaktoranlagen bekannt sind (siehe z. B. »Sulzer Technische Rundschau«, 1971, Heft 3, S. 135 144, insbesondere Fig. 3 auf Seite 335 oder »KSB Technische Berichte«, 14, S. 7, Abb. 2).

1971, Heft 3, S. 135-144, insbesondere Fig. 3 auf Seite 335 oder »KSB Technische Berichte«, 14, S. 7, Abb. 2). Diese Maßnahmen bestehen darin, unter teilweiser Verwendung des Fördermittels als Lagerschmiermittel den Rotor des Verdichters vertikal anzuordnen und sein Gewicht durch ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager tragen zu lassen.

Im Gegensatz zu den erwähnten Pumpen wird jedoch einerseits der Antrieb des Verdichters, ähnlich wie bei

^b5 der Konstruktion nach der erwähnten CH-PS, in das gasdicht gekapselte Gehäuse des Verdichters integriert und, in Abweichung von der älteren Konstruktion, im vom Fördermittel erfüllten Raum des Gehäuses

untergebracht; andererseits erfolgt die Unterbringung des Axiallagers in einem durch eine Zwischenwand vom Fördermittel erfüllten Raum des Gehäuses getrennten Teil.

Die bei dieser neuartigen Zuordnung de* Lagerelemente zu den Teilräumen des Gehäuses notwendige Trennung und Abdichtung des flüssigen und des gasförmigen Schmier- und Fördermittels gewährleistet sin mit Sperrgas beaufschlagtes Dichtelement in der Zwischenwand, wobei das Sperrgas sich dem Fördergas gegenüber neutral verhalten muß. Zweckmäßig wird daher Fördergas selber als Sperrmittel verwendet

Die geforderte Verminderung der Lagerreibung zwingt zu einer Optimierung der Abmessungen des Axiallagers, das bei bisherigen Maschinen dieser Größe wegen zu großer Durchmesser im allgemeinen ungünstig dimensioniert ist Dieses Teilproblem wird bei der Erfindung dadurch gelöst, daß der Durchmesser der Rotorwelle im Bereich der Zwischenwand und des Axiallagers vermindert ist; daraus resultiert der zusätzliche Vorteil, daß der Sperrgasverbrauch relativ zu demjenigen ohne Reduktion des Wellendurchmessers erheblich verringert ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung vereinfacht dargestellt

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Maschine nach der Erfindung und

F i g. 2 eine mögliche Ergänzung der Ausführung nach Fig. 1.

In einem gasdichten Gehäuse 20 ist auf einem Rotor 1 ein Förderrad 11 und ein Elektromotor 12 angeordnet Das Gehäuse 20 schließt mittels eines Flansches 21 an eine Zufuhrleitung und mittels eines Flansches 22 an eine Förderleitung an. Damit ist das Innere der Maschine hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtet

Das Gehäuse ist senkrecht aufgestellt so daß auch die Achse des Rotors senkrecht verläuft und damit das Gewicht des Rotors allein durch ein flüssigkeitsgeschmiertes Axiallager 7 gelragen werden kann.

Das Axiallager 7 ist als Rollenlager ausgebildet dessen tragende Rollen 24 in ein Schmiermittelbad 25 eingetaucht sind. Das Schmiermittel kann von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden. Im Betrieb nimmt dessen Oberfläche 32 eine paraboloidähnliche Form an, welche einerseits durch die drehenden Lagerteile und andererseits durch die feststehenden Teile bestimmt wird. Zur Kühlung des Schmiermittels dient ein Wärmeaustauscher 9, dem durch die Leitung 8 Kühlmittel zugeführt wird. Die Laufelemente 26 des Axiallagers haben praktisch keine Kräfte zu übertragen. Sie dienen lediglich sicherheitshalber einer Begrenzung des Lagerspiels und können beispielsweise aus einem selbstschmierenden Stoff hergestellt sein.

Der Rotor 1 ist mit Hilfe einer Welle 2 von im Vergleich zu ihm vermindertem Durchmesser am Axiallager 7 aufgehängt Hierdurch wird es möglich, das Axiallager 7 hinsichtlich Durchmesser und Rollfläche so zu gestalten, daß der günstigste Kompromiß zwischen Rollfläche und Rollgeschwindigkeit eingehalten werden kann.

Die Welle 2 ist außerdem von einem Dichtelement 3 umgeben, das im wesentlichen aus Labyrinthen besteht Diesem Dichtelement wird an einer geeigneten mittleren Stelle durch den Anschluß 4 ein Sperrgas zugeführt dessen Druck höher ist als der im Gehäuse im Bereich der Welle 2 beim Betrieb sich einstellende Druck des Fördergases. Als Sperrgas kann z. B. Fördergas an der an den Flansch 22 angeschlossenen Förderleitung entnommen werden. Zweckmäßig wird der Raum 30 über dem Schmiermittel über eine Drosselstelle 31 mit einer Stelle niedrigeren Drucks verbunden, so daß dadurch in dem Dichtelement von der Sperrmittelzufuhrstelle an eine aufwärts gerichtete Gasströmung entsteht welche das Eindringen von Schmieröl in das Element verhindert.

Zur Zentrierung des Rotors 1 gegenüber dem Gehäuse 20 dienen die Büchsen 6, die mittels Membranen 23 am Gehäuse befestigt sind.

Damit können die Büchsen 6 wohl zur Ausführung kleiner Einstellbewegungen sich um ihren MittelpunKt neigen. Umgekehrt ist aber der Mittelpunkt der Büchsen gegenüber dem Gehäuse unverschiebbar festgelegt Die Büchsen 6 besitzen gegenüber dem Durchmesser der durch sie umgebenen Rotorteile ein genügendes Spiel, so daß sich zwischen Büchse und Rotor ein Gasfilm einstellen kann, der eine metallische Berührung der Laufflächen verhindert Eine solche Zentrierung wird nur durch die senkrechte Aufhängung des Rotors ermöglicht In dieser Lage entstehen höchstens nur vernachlässigbar kleine Radialkräfte, welche den Gasfilm nicht zerstören könnea

Eine weitere Ergänzung besteht darin, daß unterhalb des Axiallagers nach F i g. 2 ein Notlager 13 eingebaut wird, das im normalen Betrieb überhaupt nicht belastet ist Erst bei einer Beschädigung des Axiallagers 7 und Absinken des Rotors beginn« das Notlager 13 auf der Lagerfläche 27 zu laufen, so daß der Rotor 1 bis zum Auslaufen in einer Lage kurze Zeit gehalten werden kann, in der noch keine weiteren Beschädigungen entstehen können.

Zweckmäßig ist die Verwendung von zwei Zentrierelementen 6. In besonderen Fällen könnten aber auch nur eines oder in anderen mehr als zwei verwendet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kreiselverdichter bzw. Kreiselgebläse zum Umwälzen von Gasen mit einem innerhalb eines gasdichten Gehäuses angeordneten, aus einem Motorläufer und mindestens einem Laufrad bestehenden Rotor, der über mit zylindrischen Bohrungen und mit Spiel zur Bildung eines Schmierfilms aus Gas versehenen, einen Teil des Rotors umgreifenden Lagerelementen gegenüber dem Gehäuse zentriert gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Rotor (1) vertikal angeordnet und sein Gewicht von einem flüssigkeitsgeschmierten Axiallager (7) getragen ist, das in einem Teil des Gehäuses (20) untergebracht ist, der vom fördermittelerfüllten Raum durch eine Zwischenwand abgetrennt ist, in der ein zusätzlich mit einem Sperrgas gespeistes Dichtelement (3) vorgesehen ist, während der Motor (12) und die Lagerelemente (6) in dem vom Fördermittel erfüllten Raum angeordnet sind, und daß schließlich das zu dem Axiallager (7) führende Wellenstück (2) in seinem Durchmesser gegenüber dem Rotor (1) im Bereich der radialen gasgeschmierten Lagerelemente (6) vermindert ist

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (7) pendelnd bzw. kardanisch im Gehäuse abgestützt ist

3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Axiallager (7) als Wälzlager ausgebildet ist

4. Verdichter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein axiales Notlager (13), das im fördermittelerfüllten Raum des Gehäuses angeordnet und gasgeschmiert ist

5. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Axiallager (7) aufnehmende Teil des Gehäuses (20) mit der Schmierflüssigkeit (2S) teilweise gefüllt ist und für deren Kühlung ein Wärmeaustauschelement (9) aufweist