DE2462465A1

DE2462465A1 - Einrichtung zum dynamischen stabilisieren des laeufers eines verdichters

Info

Publication number: DE2462465A1
Application number: DE19742462465
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Ambrosch; Rudolf Dipl Ing Schwaebel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN Energie GmbH
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1977-04-28
Also published as: DE2462465C3; DE2462465B2

Description

sk/kr *

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Patentanmeldung P 24 62 465.5

Nürnberg,i3. Jan. 1977

Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren des Läufers eines hochtourigen Verdichters

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren des Läufers eines hochtourigen Verdichters mit in Spalten zwischen umlaufenden und feststehenden Bauteilen angeordneten berührungsfreien Dichtungen.

An Läufern von hochtourigen Verdichtern sind selbsterregte Schwingungen eine Erscheinung, die der Konstrukteur zu beachten und durch entsprechende Geger:maßnahmen zu vermeiden hat.

Als wesentliche Ursachen für erregende Kräfte, die nach Maßgabe der Wellensteifigkeit zu selbsterregten Schwingungen eines Läufers oder Wellenstranges führen können, gelten: Anregung aus dem Schmierölfilm der Lager, Spalterregung und innere Reibung (bei Radialverdichtern mit aufgesetzten Laufrädern).

709817/0386

Es ist auch bekannt, daß die Spaltströme in Stopfbuchsen und Labyrinthen eine der Spalterregung verwandte Erregung erzeugen können. Die Kenntnisse hierüber sind noch unbefriedigend. Es ist jedoch in der Literatur gemutmaßt worden, daß ihr Einfluß auf die Stabilitätsgrenze hochtouriger Verdichter von Bedeutung sein könne.

Um die Stabilitätsgrenze hinauszuschieben, ist es bekannt, die kritische Drehzahl des gefährdeten Läufers durch eine steifere Ausbildung desselben anzuheben. Dies führt aber zu größeren Durchmessern an den Dichtungsstellen und daraus folgend, zu einer Verringerung des inneren Verdiöhterwlrkungsgrades.

•Indessen kann aus entsprechenden Versuchen an Dampfturbinen geschlossen werden, daß auch bei Verdichtern mit nicht unerheblichen eigenschwingungsanregenden Kräften aus dem Druckverlauf der Strömung in berührungsfreien Dichtungen zu rechnen ist. Dabei wurde die Umfangskomponente der Spaltströmung als Ursache für diese erregenden Kräfte aus der Druckverteilung festgestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei die Erhöhung, der Stabilitätsgrenze auf andere Weise als durch eine steifere (stärkere) Ausbildung des Läufers erreicht werden soll.

Die Erfindung geht dabei von der grundsätzlichen Überlegung aus, daß die Stabilitätsgrenze eines schwingungsfähigen Systems dadurch erhöht werden kann, daß man die schwingungsanregenden Kräfte vermindert und/oder die schwingungsmindernden Kräfte erhöht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine im Drehsinn des Schwingungsvektors der

709817/0386

•f.

Eigenschwingung positiv definierte Umfangskomponente der Spaltströmung entsprechend vermindert bzw. daß eine entgegen dem Drehsinn des Schwingungsvektors positiv definierte Umfangskomponente der Spaltströmung entsprechend erhöht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind vor und/oder im Spaltbereich der berührungsfreien Dichtungen strömungsleitende Bauteile wie Umlenkbleche, Rippen, Profile, Kanäle od. dgl. vorgesehen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung münden vor und/oder im Spaltbereich der berührungsfreien Dichtungen Zuführungen, die mit einer Sperr- oder Mischmedium liefernden Quelle verbunden sind, wobei die Mündungen so angeordnet sind, daß das Sperr- oder Mischmedium mit geringer, ohne oder mit negativer Umfangskomponente eingeleitet wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird insbesondere der Vorteil erreicht, daß sich - im Vergleich zur Erhöhung der dynamischen Grenzleistung durch steifere Läuferausbildung - ein geringerer Durchmesser an den Dichtungsstellen, und daraus folgend einen höheren Wirkungsgrad, ergibt. Hinzu kommt, daß bei nachträglicher Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen kein neuer Läufer erforderlich wird und keine solchen kostspieligen Änderungsmaßnahmen, wie sie sich durch die Durchmesservergrößerung bei der bekannten Lösung ergeben, an den nicht rotierenden Teilen anfallen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. la einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse eines AxialVerdichters mit strömungsleitenden Bauteilen vor den Dichtungskammern,

o3 85o9 709817/0386

Fig. Ib einen Schnitt gemäß der Linie I-I nach Fig. la,

Fig. 2 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse eines Axialverdichters mit strömungsleitenden Bauteilen in Dichtungskammern,

Fig. 3a einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse mit gewindeartiger Eintrittspartie der Dichtung,

Fig. 3b einen Schnitt gemäß der Linie A-A nach Fig. 3a,

Fig. 4a einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Läuferachse mit Beeinflussung der Spaltströmungsumfangskomponente durch Beimischung von Strömungsmedium und

Fig. 4b einen Schnitt gemäß der Linie B-B nach Fig. 4a.

In dem Spalt I zwischen einer festen Gehäusewand 2 und dem Deckband 3 eines auf der Welle···, eines Läufers eines Axialverdichters befestigten Laufrades 4 ist eine berührungsfreie Dichtung 5 in Form einer bekannten Labyrinthdichtung mit Dichtungskammern angeordnet.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. la, Ib und 2 sind im Spaltbereich, vor (Fig. l) oder in (Fig. 2) den Dichtungen 5, strömungsleitende Bauteile, die Umlenkbleche 6, Rippen, Profile, Kanäle oder dgl. sein können, angeordnet. Die strömungsleitenden Bauteile sind hier über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Die strömungsleitenden Bauteile sind so angeordnet und ausgebildet, daß die mittlere Umfangskomponente entsprechend verringert ist, falls die Umfangskomponente im Drehsinn des Schwingungsvektors der Eigenschwingungen positiv definiert wird.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3a, 3b sind die strömungsleitenden Bauteile in Form der gewindeartigen Eintrittspartie 7 der Dichtung verwirklicht. Das Gewinde erstreckt sich gleichmäßig über den Umfang.

03,85.09 7098 17/0386 ./.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Pig. 4a, 4b erfolgt die Beeinflussung der Umfangskomponente der Spaltströmung durch Beimischung von Gas, das auch Sperrgas sein kann, mit den aus Impulsgründen dafür notwendigen Geschwindigkeiten und Gegendrehungen. Das Gas (bzw. Sperrgas) wird über entsprechende, gleichmäßig am Umfang verteilte Zuführungen in Form von Kanälen 8 in den Spaltbereich vor oder in den Dichtungen 5 zugeführt.

Die der Erhöhung der dynamischen Grenzleistung dienenden vorbeschriebenen Maßnahmen kann man auch miteinander kombinieren.

Desgleichen kann man die dargestellten Einrichtungen auch den Dichtungen im Spalt zwischen der Läuferwelle und dem Leitapparat zuordnen.

Vorzugsweise sind die strömungsleitenden Bauteile bzw. Zuführungen für das Gas den Dichtungen zugeordnet, die dem Schwingungsbauch der Läuferschwingung am nächsten liegen.

Bei anisotroper Lagerung des Läufers kann der Einsatz der vorbeschriebenen Maßnahmen (strömungsleitende Bauteile und dgl.) im Bereich des größten Schwingungsausschlages konzentriert sein.

709817/0386

Claims

s k/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Patentanmeldung P 24 62 465.5

Nürnberg,χ3. Jan. 1977

Patentansprüche

!..Einrichtung zum dynamischen Stabilisieren des Läufers eines hochtourigen Verdichters mit in Spalten zwischen umlaufenden und feststehenden Bauteilen angeordneten, berührungsfreien Dichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Drehsinn des Schwingungsvektors der Eigenschwingung positiv definierte Umfangskomponente der Spalt strömung entsprechend vermindert; bzw. eine entgegen dem Drehsinn des Schwiijgungsvektors positiv definierte Umfangskomponente entsprechend erhöht wird.

Einrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch vor und/oder im Spaltbereich der berührungsfreien Dichtungen (5) vorgesehene strömungsleitende Bauteile, insbesondere Umlenkbleche (6), Rippen, Profile (7), Kanäle od. dgl.

Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vor- und/oder im Spaltbereich der berührungsfreien Dichtungen (5) mündende Zuführungen (8), die mit einer Sperroder Mischmedium liefernden Quelle verbunden sind, wobei die Mündungen so angeordnet sind, daß das Sperroder Misehmedium mit geringer, ohne oder mit negativer Umfangskomponente eingeleitet wird.

05.8509 709817/0386