DE4105258A1 - Radiales magnetlager fuer einen rotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein radiales Magnetlager für ei­ nen Rotor, der eine Wellendichtung und/oder eine Fangla­ gerung aufweist, wobei ein die Spulen des Magnetlagers tragender Stator und der Rotor mit Blechpaketen ausge­ stattet sind.

Bei derartigen Magnetlagern sind seither die Spulenachse orthogonal zur Lagerachse, d. h. auf dem Lagerumfang, an­ geordnet. Solche allgemein bekannte Magnetlager erfor­ dern einen großen Platzbedarf, da die notwendige Wellen­ dichtungspartie und die Fanglagerung in Reihe zum Mag­ netlager angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetla­ ger der eingangs genannten Art anzugeben, das mit einem geringeren Platzbedarf auskommt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Spulen sternförmig angeordnet sind, daß die Spulen­ achsen parallel zur Rotorachse verlaufen und daß die Wel­ lendichtung und/oder die Fanglagerung in das Magnetlager integriert sind.

Eine auf und um die Welle separat angeordnete Dichtungs- und Fanglagerpartie ist somit nicht mehr erforderlich. Dies führt zu einer kürzeren Bauweise der Welle mit gleichen Lagerabständen für Magnet- und Fanglagerung. Damit ergibt sich für alle Betriebszustände eine günsti­ gere Wellendynamik und ein zuverlässiges Arbeiten einer mit der integrierten Lagerung ausgestatteten Maschine.

Vorzugsweise sind die gegenüberliegenden, die Blechpake­ te tragenden Bereiche von Rotor und Stator als Wellen­ dichtung ausgebildet und ein Restraum zwischen den Spu­ len und dem Rotor nimmt die Fanglagerung auf.

Alternativ dazu dient dieser Restraum zur Aufnahme einer Labyrinthbuchse, die zusammen mit dem Rotor eine inte­ grierte Wellendichtung bildet, wobei der dem Restraum gegenüberliegende Teil des Rotors als Distanzring ausge­ bildet ist.

Ein separates Kühlsystem für die Spulen kann entfallen, wenn das Sperrgas für die Wellendichtung gleichzeitig als Kühlgas Verwendung findet. Es wird über den Frei- und Restraum herangeführt und wahlweise durch Öffnungen der Fanglagerung oder der Labyrinthbuchse zu den Wellen­ dichtungen geleitet.

Zur Verlängerung der Wellendichtungspartie werden neben den Magnetlagertragflächen unter den Blechpaketen auch die Umfangsflächen der Endbereiche des Stators herange­ zogen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der Stator aus ringförmigen Haltesegmenten, die von Spannschrauben zusammengehalten sind und die Blechpakete mit den Spulen zwischen sich aufnehmen.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß wahlweise die Fanglagerung oder die Labyrinthbuchse im Magnetlager integriert ist und entsprechend den Er­ fordernissen die Blechpakete und die Endbereiche des Stators zur Bildung einer Wellendichtung herangezogen werden.

Anhand eines Ausführungsbeispieles und der schematischen Fig. 1 bis 3 wird das erfindungsgemäße radiale Ma­ gnetlager beschrieben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Magnetlager mit einer Labyrinthbuchse nach der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Anordnung nach Fig. 1 mit einer inte­ grierten Fanglagerung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen als Welle ausgebildeten Rotor 1, der ein Teil einer nicht dargestellten Turbo­ maschine oder eines Verdichters sein kann. Die Welle trägt ein Rotorblechpaket 2, das an einem Bund 3 der Welle anliegt. Das Rotorblechpaket 2 besteht aus einem durch einen Distanzring 4 getrennten Bereich 2a und 2b, wobei ein Zwischenring 5 und ein Endring 6 die Blechpa­ kete über einen Sicherungsring 7 in ihrer Position hal­ ten. Der Rotor 1 ist von einem Stator 8 umgeben, der von einem Gehäuse 9 gehalten ist. Der Stator besteht aus ringförmigen Haltesegmenten 10, 11 und den Blechpaketen 13 mit den Spulen 16, wobei diese Bauteile mit den Spannschrauben 19 zu einer Einheit verbunden sind. Diese komplette Einheit ist mit den Schrauben 12 am Gehäuse 9 befestigt. Die sternförmig angeordneten und im Längs­ schnitt nach Fig. 1 U-förmig ausgebildeten Blechpakete 13 des Stators werden durch die kreisringförmigen Halte­ segmente 10, 11 positioniert. Der durch die U-förmige Ausbildung der Blechpakete 13 gebildete Rücksprung 14 entspricht in seiner Breite und in seiner Position einem axialen Freiraum 15 (Fig. 1), der zwischen den Halte­ segmenten 10 und 11 gebildet ist. Der Freiraum 15 dient zur Aufnahme der ebenfalls strahlenförmig angeordneten Spulen 16 und nimmt in dem verbleibenden Restraum 15a zwischen den Spulen 16 und dem Distanzring 4 eine La­ byrinthbuchse 17 auf. Dabei sind die Spulenachse 16a und die Rotorachse 1a parallel zueinander erstreckt. Die Labyrinthbuchse 17 ist an je einem Absatz 18 der Halte­ segmente 10, 11 in radialer Richtung angeschlagen. Über die Spannschrauben 19 erfolgt die Fixierung der Laby­ rinthbuchse 17. Die ca. so breit wie der Distanzring 4 ausgeführte Labyrinthbuchse 17 wirkt zusammen mit dem Distanzring als Wellendichtung, wie mit den ineinander­ greifenden Kämmen 22 symbolisiert ist. Da die Halteseg­ mente 10, 11 die Räume zwischen den Blechpaketen 13 so­ weit ausfüllen, daß sich gegenüber den Bereichen 2a, 2b der Rotorblechpakete zwei zylindrische, geschlossene Flächen ergeben, sind auch die links und rechts des Freiraumes 15 angrenzenden Statorbereiche in Verbindung mit dem Rotor als Wellendichtungen, wie mit den Kämmen 22a angedeutet, ausgebildet. Letztendlich sind noch die Umfangsflächen 23, 23a der Endbereiche 24, 26 des Sta­ tors 8 gegenüber der Welle des Rotors 1 bzw. gegenüber den der Welle zugeordneten Bauteilen Zwischenring 5 und Endring 6 als Wellendichtung (symbolisiert durch Kämme 22b) ausgebildet. Das an den Wellendichtungen erforder­ liche Sperrgas gelangt in Pfeilrichtung 27 durch den Freiraum 15/Restraum 15a und durch in der Labyrinthbuch­ se 17 angebrachte Öffnungen 28 zu den Wellendichtungen. Es dient somit gleichzeitig zur Kühlung der Spulen und verläßt den Bereich der Wellendichtungen in Pfeilrich­ tung 28 und 29, wobei in Pfeilrichtung 29 eine Sperrgas­ absaugung symbolisiert wird. Mit 30 ist der Magnetfluß der Spulen 16 angedeutet.

In der Fig. 3 sind mit den Fig. 1 und 2 gleiche Tei­ le mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Ausfüh­ rung nach Fig. 3 ist in dem Restraum 15a zwischen den Spulen 16 und dem Distanzring 4 des Rotors 1 anstelle einer Labyrinthbuchse ein Lager 31 angeordnet, das in Zusammenwirkung mit dem Distanzring 4 eine Fanglagerung 32 bildet. Das auch als Kühlgas Verwendung findende Sperrgas wird in gleicher Weise wie in Fig. 1 darge­ stellt an- und abgeführt, wobei das Lager 31 die Öffnun­ gen 28 zum Durchtritt des Sperrgases aufweist.

Claims (8)

1. Radiales Magnetlager für einen Rotor (1), der eine Wellendichtung und/oder eine Fanglagerung (32) auf­ weist, wobei ein die Spulen (16) des Magnetlagers tra­ gender Stator (8) und der Rotor mit Blechpaketen (2, 13) ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spu­ len (16) sternförmig angeordnet sind, daß die Spulenach­ sen (16a) parallel zur Rotorachse (1a) verlaufen und daß die Wellendichtung und/oder die Fanglagerung (32) in das Magnetlager integriert sind.

2. Radiales Magnetlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden, die Blechpake­ te (2, 13) tragenden Bereiche (2a, 2b) von Rotor (1) und Stator (8) als Wellendichtung ausgebildet sind und daß ein Restraum (15a) zwischen den Spulen (16) und dem Ro­ tor (1) die Fanglagerung (32) aufnimmt.

3. Radiales Magnetlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Restraum (15a) zwischen den Spulen (16) und dem Rotor (1) eine Labyrinthbuchse (17) angeordnet ist, die zusammen mit dem Rotor eine Wellen­ dichtung bildet.

4. Radiales Magnetlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Restraum (15a) ge­ genüberliegende Teil des Rotors (1) als Distanzring (4) ausgebildet ist.

5. Radiales Magnetlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fanglagerung (32) wenig­ stens eine Öffnung (28) zum Eintritt des über einen Freiraum (15) und den Restraum (15a) herangeführten Sperrgases für die Wellendichtung aufweist.

6. Radiales Magnetlager nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Labyrinthbuchse (17) wenigstens eine Öffnung (28) zum Eintritt des über einen Freiraum (15) und den Restraum (15a) herangeführten Sperrgases für die Wellendichtung aufweist.

7. Radiales Magnetlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Rotor (1) zugewandten Umfangsflächen (23, 23a) der Endbereiche (24, 26) des Stators (8) zusammen mit dem Rotor (1) die Wellendichtung bilden.

8. Radiales Magnetlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (8) aus ringförmigen Haltesegmenten (10, 11) besteht, die von Spannschrauben (19) zusammengehalten sind und daß die Blechpakete (13) mit den Spulen (16) in dem zwischen den Haltesegmenten (10, 11) gebildeten Freiraum (15) angeord­ net sind.