DE3523343C1

DE3523343C1 - Turbo-machine with a radial rotor wheel

Info

Publication number: DE3523343C1
Application number: DE19853523343
Authority: DE
Inventors: Hartmut Prof Dr Griepentrog; Herbert Prof Dr-Ing Weh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-06-29
Filing date: 1985-06-29
Publication date: 1987-01-15
Also published as: IN165607B

Abstract

Drive and output of a rotary machine or engine. The drive or output is encapsulated in the hydraulic medium or under foreign gas. The drive force is transmitted directly without contact by electro-magnetic means to the rotor. The rotor is at the same time magnetically supported. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit Radial-Laufrad nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to a turbomachine with a radial impeller according to the preamble of the claim.

Bei einer bekannten Strömungsmaschine der genannten Art ist das Laufrad mit einer durchgehenden senkrechten Achse versehen, die an ihren Enden jeweils mit einer radial und axial wirkenden Permanentmagnetlagerung versehen ist. Jedes der Lager weist dabei zwei konische Polscheiben auf, die mit Polschuhen von Permanent magneten zusammenwirken, die achsparallel zur Achse angeordnet sind (US-PS 24 36 939 - Fig. 2). Es ist weiter bekannt, das Laufrad über eine Magnetkupplung mit der Antriebswelle eines Motors zu verbinden. Am Laufrad ist dabei wiederum ein Permanent magnetlager angeordnet mit einer konischen Polscheibe und an der Rückseite des Laufrades mit radial wirkenden Polschuhen (US-PS 24 36 939 - Fig. 1). In a known turbomachine of the type mentioned, the impeller is provided with a continuous vertical axis, which is provided at its ends with a radially and axially acting permanent magnet bearing. Each of the bearings has two conical pole disks that interact with pole pieces of permanent magnets, which are arranged axially parallel to the axis (US-PS 24 36 939 - Fig. 2). It is also known to connect the impeller to the drive shaft of a motor via a magnetic coupling. On the impeller, a permanent magnetic bearing is in turn arranged with a conical pole disk and on the back of the impeller with radially acting pole pieces (US Pat. No. 24 36 939 - FIG. 1).

Es ist weiter eine Strömungsmaschine mit einem Laufrad bekannt, an dessen beiden Enden Stirnringe vorgesehen sind, an denen Elektro magnetlager ausgebildet sind, die zur Erzeugung von axialen und radialen Lagerkräften mit konischen Lagerflächen versehen sind, die hier an den beiden Ringen einen entgegengesetzten Konuswinkel haben. An den Stirnringen ist dabei weiter von den Magnetlagern gesondert der Erregerteil einer Radialfeldmaschine angeordnet (DE-OS 28 25 400).A turbomachine with an impeller is also known the two ends of which are provided end rings on which electric Magnetic bearings are designed to generate axial and radial bearing forces are provided with conical bearing surfaces, which here on the two rings have an opposite cone angle to have. At the end rings is further from the magnetic bearings separately arranged the exciter part of a radial field machine (DE-OS 28 25 400).

Magnetlager konventioneller Art besitzen eisenbehaftete magne tische Kreise, so daß die Obergrenze der Felddichten durch die Eisensättigung der Kreise bedingt ist. Die erzeugbare Kraftdichte ist somit begrenzt. Rotoren mit großer Masse oder Rotoren von Maschinen hoher Leistungsdichte, auf die große externe Kräfte wirken, verlangen somit im Verhältnis zu den Abmessungen einer normalen Welle ein großes Lagervolumen. Die Lager wiederum tragen ihrerseits nicht unbeträchtlich dazu bei, den Laufradkörper zu vergrößern.Magnetic bearings of a conventional type have magneous iron tables circles, so that the upper limit of the field densities by the Circles are saturated with iron. The force density that can be generated is therefore limited. Large mass rotors or rotors from Machines with high power density, to which large external forces act in relation to the dimensions of one normal shaft a large storage volume. Bear the bearings in turn in turn not inconsiderably contributing to the impeller body enlarge.

Aufgabe der Erfindung ist es, für eine Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine Magnetlagerung zu schaffen, die mit wesentlich geringerem Lagervolumen auskommt.The object of the invention is for a turbomachine according to the The preamble of claim 1 includes a magnetic bearing create that manages with a significantly smaller storage volume.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im Kenn zeichen des Patentanspruches herausgestellten Merkmale. This object is achieved according to the invention by the in the characteristic Character of the claim highlighted features.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschau licht, die schematisch einen Längsschnitt durch eine Rotations maschine zeigt.The invention is illustrated in the drawing, for example light that schematically shows a longitudinal section through a rotation machine shows.

In der Zeichnung ist ein Kompressor 2 dargestellt mit einem üblichen Kompressorgehäuse 4, in dem der Läufer 6 mit seinen Schaufeln 8 umläuft. Das Gehäuse 4 ist mit einem druckdichten Deckel 10 versehen, durch den ein Raum 12 gebildet wird, in dem die Elemente 14 zum Antrieb und zur Lagerung des Läufers ange ordnet sind.In the drawing, a compressor 2 is shown with a conventional compressor housing 4 , in which the rotor 6 rotates with its blades 8 . The housing 4 is provided with a pressure-tight cover 10 , through which a space 12 is formed in which the elements 14 for driving and supporting the rotor are arranged.

Der Deckel 10 ist in der durch die Drehachse 16 vorgegebenen Mitte eingestülpt. Der dadurch gebildete Raum 18 weist eine zylindrische Wandung 20 auf und einen im wesentlichen ebenen Boden 22, der parallel zur Rückseite 24 des Läufers liegt. Koaxial mit der Drehachse 16 ist weiter an der Rückseite 24 des Läufers 6 ein zylinderringförmiger Körper 26 angeordnet. Die beiden zylinderringförmigen Teile 20 und 26 bilden den Anker und den Stator einer elektrischen Innenpolmaschine. Dabei sind auf der ringförmigen Wandung 20 die magnetflußführenden Teile des Innenpolmotors mit den Wicklungen 28 untergebracht. Am Ansatz 26 sind die korrespondierenden Magnetkreisteile 30 angeordnet. In ähnlicher Weise sind an der Rückseite des Läufers 6 Magnet kreisteile 32 eines Axialfeldmotors angeordnet, dessen zuge hörende magnetflußführende Teile mit den Wicklungen 34 am Boden 22 angeordnet sind.The cover 10 is slipped in the center predetermined by the axis of rotation 16 . The space 18 formed in this way has a cylindrical wall 20 and an essentially flat bottom 22 which is parallel to the rear side 24 of the rotor. A cylindrical ring-shaped body 26 is also arranged coaxially with the axis of rotation 16 on the rear side 24 of the rotor 6 . The two cylindrical ring-shaped parts 20 and 26 form the armature and the stator of an electrical inner pole machine. The magnetic flux-carrying parts of the inner pole motor with the windings 28 are accommodated on the annular wall 20 . The corresponding magnetic circuit parts 30 are arranged on the extension 26 . In a similar manner, 6 magnetic circular parts 32 of an axial field motor are arranged on the rear of the rotor, the associated magnetic flux-conducting parts with the windings 34 are arranged on the bottom 22 .

Die zylinderringförmigen Wandungen 20 und 26 sind vom Läufer abgewandt mit einem Innenflansch 36, 38 versehen. Der Flansch 38 trägt dabei wiederum Magnetkreisteile 40 und der Flansch 36 magnetflußführende Teile mit Wicklungen 42. Diese Teile können Teile eines weiteren Axialfeldmotors sein. Sie können aber auch lediglich zur Erzeugung eines Hubfeldes vorgesehen sein, um den Läufer beispielsweise vor dem Einschalten in die Betriebsstellung zu bringen.The cylindrical walls 20 and 26 are provided with an inner flange 36, 38 facing away from the rotor. The flange 38 in turn carries magnetic circuit parts 40 and the flange 36 magnetic flux-carrying parts with windings 42 . These parts can be parts of another axial field motor. However, they can also only be provided for generating a lifting field, for example in order to bring the rotor into the operating position before it is switched on.

Die Wicklungen der Elektromotoren werden mit Strom variabler Frequenz gespeist, durch die ein Drehfeld erzeugt wird, das auf den Läufer das erforderliche Drehmoment überträgt. Der Radial feldmotor und der Axialfeldmotor sind weiter so ausgestaltet und gesteuert, daß die beiden Motoren gleichzeitig als magnetische Radial- bzw. Axiallager wirksam sind. Hierfür können gegebenen falls Zusatzwicklungen bzw. Zusatzmagnete vorgesehen sein.The windings of the electric motors become more variable with electricity Frequency fed by which a rotating field is generated that on transmits the required torque to the rotor. The radial The field motor and the axial field motor are further designed and controlled that the two motors simultaneously as magnetic Radial or axial bearings are effective. For this can be given if additional windings or additional magnets are provided.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist bei der dargestellten Ausführungsform keinerlei Wellendichtung erforderlich. Darüber hinaus können alle Wicklungsanschlüsse außerhalb des Mediums liegen, in dem der Läufer arbeitet. Die mit dem Läufer verbun denen Teile der Antriebe liegen dagegen im Arbeitsmedium. Gegebenenfalls kann der Raum 12 unter dem Deckel 10 auch mit einem Fremdgas gefüllt sein. As can be seen from the drawing, no shaft seal is required in the embodiment shown. In addition, all winding connections can be outside of the medium in which the rotor is working. The parts of the drives connected to the rotor are in the working medium. If necessary, the space 12 under the cover 10 can also be filled with a foreign gas.

Bei mehrstufigen Maschinen kann jede Stufe mit einem Läufer antrieb versehen sein, wie er im vorstehenden beschrieben ist. Die Läufer lassen sich dann jeweils optimal entsprechend der Verdichterkennlinie fahren.In multi-stage machines, each stage can have one rotor be provided drive as described in the foregoing. The runners can then be optimally matched to the Drive compressor characteristic curve.

Im vorstehenden ist die Rotationsmaschine als Verdichter be schrieben. Der Läufer kann aber auch als Turbinenrad ausgebildet sein, wobei die elektrischen Maschinenteile dann als Generatoren arbeiten.In the above, the rotary machine is a compressor wrote. The rotor can also be designed as a turbine wheel be, the electrical machine parts then as generators work.

Claims

Turbomachine with a radial impeller, the drive or output of which is encapsulated in the flow medium or under extraneous gas and transmits the drive or output torque directly and without contact by electromagnetic means, with pole elements of an exciter part on a cylindrical shoulder on the rear wall of the impeller a radial field machine are arranged and with a non-contact magnetic axial and radial bearing of the impeller, characterized in that on the rear wall ( 24 ) of the impeller ( 6 ) pole elements ( 32 ) of an excitation system of an axial field machine ( 32, 34 ) are arranged and the radial field machine ( 28, 30 ) as a magnetic radial bearing and the axial field machine is effective as a magnetic axial bearing.