DE69824801T2

DE69824801T2 - Verbundwelle mit Doppelmembrane

Info

Publication number: DE69824801T2
Application number: DE69824801T
Authority: DE
Inventors: Matthew J. Stewart; Kenneth G. Roberts; Dennis H. Weissert; Robert W. Cerritos Bosley
Original assignee: Capstone Turbine Corp
Current assignee: Capstone Green Energy Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: JPH11159520A; CA2242947C; EP0903466B1; EP0903466A3; CA2242947A1; IL125679A0; US6037687A; US6094799A; EP0903466A2; US5964663A; DE69824801D1; IL125679A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft das allgemeine Gebiet der Wellen für drehende elektrische Maschinen und insbesondere eine verbesserte Verbundwelle, die eine biegsame Doppelmembranwelle zwischen zwei verhältnismäßig steifen oder starren Wellen aufweist, die zusammen die Verbundwelle bilden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei drehenden elektrischen Maschinen sind verschiedene drehbare Elemente wie etwa Verdichterräder, Turbinenräder, Lüfter, Generatoren und Motoren auf einer Welle befestigt, auf der sie sich drehen. Die Welle kann ein Einzelteil einheitlicher Struktur mit nahezu konstantem Durchmesser sein, oder sie kann eine Verbundkonstruktion mit zwei oder mehr verhältnismäßig steifen oder starren Wellenelementen sein, die durch ein oder mehrere verhältnismäßig biegsame Wellenelemente miteinander verbunden sind. Bei einer Maschine mit einer einteiligen Welle würde diese Welle typisch mittels zweier Radiallager und eines bidirektionalen Axiallagers gelagert sein. Bei einer Maschine mit einer Verbundwelle aus zwei starren Wellenelementen würde typisch jedes ihrer starren Wellenelemente mittels zweier Radiallager (insgesamt vier Radiallager) gelagert sein und würde entweder ein oder zwei bidirektionales) Axiallager aufweisen (wobei zwei Axiallager erforderlich sind, wenn die Kopplung der verhältnismäßig biegsamen Wellenelemente, die eine ausreichende axiale Biegsamkeit ermöglicht, und beide Abschnitte eine genaue Axialität erfordern).
Bis vor kurzem hatte die Industrie drehender elektrischer Maschinen ein Lagern von Hochgeschwindigkeits-Turbomaschinenwellen entweder vom starren Typ oder vom Verbundtyp auf drei Radiallagern allgemein für unzweckmäßig angesehen, auf Grund der Schwierigkeit, drei Lager geradlinig ausgerichtet zu halten, zusammen mit der langen Welle und Auflager spannungen, die sich ergeben, wenn eine Fluchtabweichung der Lager auftritt. Die jüngsten Verbesserungen bei biegsamen Wellenelementen haben jedoch derartige Kombinationen möglich gemacht, und es sind mit Erfolg einzelne biegsame Scheibenmembranwellen zwischen zwei verhältnismäßig starren Wellen, die mittels dreier Lager in geradliniger Ausrichtung gelagert sind, verwendet worden. Ein Beispiel für diesen Typ des Aufbaus kann dem US-Patent Nr. 5,697,848, erteilt am 16. Dezember 1997 an Robert W Bosley, mit dem Titel „Compound Shaft with Flexible Disk Coupling" oder dem diesen entsprechenden Patent EP-A-0 742 634 entnommen werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verbundwelle geschaffen, umfassend: eine erste starre Welle; eine Verbindungsbolzenwelle, die an einem Ende ein im Allgemeinen topfförmiges Element aufweist; und eine zweite starre Welle, die an der Verbindungsbolzenwelle abnehmbar angebracht ist, wie aus dem oben erwähnten Patent US-A-5,697,848 bekannt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine biegsame Scheibenwelle ein paar biegsamer Scheiben und eine Hohlwelle, die zwischen den zwei biegsamen Scheiben angeordnet ist und diese miteinander verbindet, aufweist; eine der zwei biegsamen Scheiben der biegsamen Scheibenwelle einen Pressverband mit der ersten starren Welle bildet und die andere der zwei biegsamen Scheiben einen Pressverband mit dem im Allgemeinen topfförmigen Element der Verbindungsbolzenwelle bildet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die nachfolgend ausführlich beschrieben wird, weist die Verbundwelle im Allgemeinen eine erste starre Welle, die mittels eines Paares Radiallager drehbar gelagert ist, eine Antriebskopfwelle oder zweite starre Welle, die mittels eines einziges Radiallagers und mittels eines bidirektiona len Axiallagers drehbar gelagert ist, und eine biegsame Scheibenwelle mit zwei biegsamen Scheibenmembranen und einer Verbindungsbolzenwelle, welche die zwei starren Wellen miteinander verbindet, auf. Eine biegsame Scheibenmembran der biegsamen Scheibenwelle ist mittels eines Pressverbands an die erste starre Welle gekoppelt. Die andere biegsame Scheibenmembran der biegsamen Scheibenwelle ist mittels eines Pressverbands an die Verbindungsbolzenwelle, welche die zweite starre Welle abnehmbar anbringt, gekoppelt. Eine Hohlwelle verbindet die zwei biegsamen Scheibenmembranen der biegsamen Scheibenwelle.
Die biegsame Scheibenwelle und die Verbindungsbolzenwelle übertragen Axiallasten von der ersten starren Welle zu der zweiten starren Welle und übertragen die Axiallagerung von der zweiten starren Welle auf die erste starre Welle. Die biegsame Scheibenwelle und die Verbindungsbolzenwelle ermöglichen der Verbundwelle, verhältnismäßig große Fluchtabweichungen der drei Radiallager von der geradlinigen Achse zu tolerieren.
Die erste starre Welle kann eine hohle Übergangsmuffe mit einem darin befestigten Magneten für einen Permanentmagnet-Generator/Motor sein. Diese Permanentmagnetwelle kann einen solchen Außendurchmesser ihrer Muffe aufweisen, dass er sowohl als Außendurchmesser für den Motor/Generator als auch als Drehfläche für die zwei voneinander beabstandeten Radiallager mit einer nachgiebigen Schicht aus einem hydrodynamischen Fluidfilm, die an den Enden der Permanentmagnetwelle angebracht sind, dient. Die zweite starre Welle oder Antriebskopfwelle könnte ein Verdichterrad, einen auflagernden Rotor und ein Turbinenrad aufweisen, die auf der Verbindungsbolzenwelle abnehmbar angebracht sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Nachdem die vorliegende Erfindung im Allgemeinen be schrieben worden ist, wird sich nun auf die beigefügte Zeichnung bezogen, worin:
1 eine Schnittansicht einer Turbomaschine mit der Verbundwelle der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine vergrößerte Schnittansicht der ersten starren Welle oder Permanentmagnetwelle der Verbundwelle der Turbomaschine von 1 ist;
3 ein vergrößerter Grundriss der Verbindungsbolzenwelle der Verbundwelle von 1 ist;
4 eine vergrößerte Schnittansicht der biegsamen Scheibenwelle der Verbundwelle der Turbomaschine von 1 ist;
5 eine vergrößerte Schnittansicht der Verbundwelle von 1 ist;
6 eine vergrößerte Schnittansicht der Verbundwelle von 5 ist, die die Antriebskopfelemente veranschaulicht, die auf der Verbindungsbolzenwelle angebracht sind;
7 ein auseinander gezogener Schnitt der Verbundwelle von 5 ist;
8 eine Schnittansicht eines alternativen biegsamen Scheibenelements für die biegsame Scheibenwelle von 4 ist;
9 eine Schnittansicht eines weiteren alternativen biegsamen Scheibenelements für die biegsame Scheibenwelle von 4 ist; und
10 eine Schnittansicht noch eines weiteren alternativen biegsamen Scheibenelements für die biegsame Scheiben welle von 4 ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist ein Permanentmagnet-Turbogenerator 10 als ein Beispiel für eine die Verbundwelle der vorliegenden Erfindung benutzende Turbomaschine gezeigt. Der Permanentmagnet-Turbogenerator 10 umfasst im Allgemeinen einen Permanentmagnet-Generator 12, einen Antriebskopf 13 und eine Brennkammer 14.
Der Permanentmagnet-Generator 12 weist im Allgemeinen einen Permanentmagnet-Rotor oder eine Muffe 16 auf, in der ein Permanentmagnet 17 angeordnet ist, der bzw. die im Inneren eines Permanentmagnet-Stators 18 mittels eines Paares voneinander beabstandeter Radiallager 19, 20 drehbar gelagert ist. Die radialen Kühlrippen 25 des Permanentmagnet-Stators sind von einer zylindrischen Muffe 27 umschlossen, um einen ringförmigen Luftströmungsdurchlass zum Kühlen des Permanentmagnet-Stators zu bilden, den die Luft auf ihrem Weg zu dem Antriebskopf 13 durchströmt.
Die Permanentmagnet-Muffe 16 und der Permanentmagnet 17 bilden zusammen die drehbare Permanentmagnetwelle 28, die auch als erste starre Welle bezeichnet ist. Der Permanentmagnet 17 kann mittels eines radialen Presssitzes durch eine beliebige Anzahl von herkömmlichen Techniken, einschließlich der Erwärmung der Permanentmagnetmuffe 16 und der Unterkühlung des Permanentmagneten 17, Anwendung hydraulischen Drucks, unter Druck gesetzter schmierender Fluida, Verengen des Innendurchmessers der Permanentmagnetmuffe 16 und/oder des Außendurchmessers des Permanentmagneten 17 und weiteren ähnlichen Verfahren oder Kombinationen davon in die Permanentmagnetmuffe 16 eingesetzt werden.
Der Antriebskopf 13 des Permanentmagnet-Turbogenerators 10 enthält den Verdichter 30 und die Turbine 31. Der Verdich ter 30, der ein Verdichterrad 32 aufweist, das von dem ringförmigen Luftströmungsdurchlass in der zylindrischen Muffe 27 um den Permanentmagnet-Stator 18 Luft empfängt, wird durch die Turbine 31 angetrieben, die ein Turbinenrad 33 aufweist, das die erwärmten Verbrennungsgase von der Brennkammer 14 empfängt, die durch die Luft vom Diffusor 15 zugeführt werden. Das Verdichterrad 32 und das Turbinenrad 33 sind an einem auflagernden Rotor 36 angeordnet, der eine auflagernde Rotorschubscheibe 37 aufweist. Der auflagernde Rotor 36 ist mittels eines einzigen Radiallagers 38 im Inneren des Antriebskopfgehäuses 39 drehbar gelagert, während die auflagernde Rotorschubscheibe 37 mittels eines bidirektionalen Axiallagers mit jeweils einem Element des Axiallagers an jeder Seite der auflagernden Rotorschubscheibe 37 gelagert ist.
Die Radiallager 19, 20 und 38 wären vorzugsweise vom Typ Lager mit einer nachgiebigen Schicht aus einem hydrodynamischen Fluidfilm, wovon ein Beispiel in dem US-Patent Nr. 5,427,455, erteilt am 6. Juni 1995 an Robert W. Bosely, mit dem Titel „Compliant Foil Hydrodynamic Fluid Film Radial Bearing" ausführlich beschrieben ist. Das Axiallager wäre ebenfalls vorzugsweise vom Typ Lager mit einer nachgiebigen Schicht aus einem hydrodynamischen Fluidfilm. Ein Beispiel dieses Typs von Lager kann dem US-Patent Nr. 5,529,398, erteilt am 25. Juni 1996 an Robert W. Bosley, mit dem Titel „Compliant Foil Hydrodynamic Fluid Film Thrust Bearing" entnommen werden.
Die Permanentmagnetwelle 28 ist in 2 in einem vergrößerten Schnitt gezeigt. Das Antriebskopfende 24 der Permanentmagnetmuffe 16 kann einen Außendurchmesser besitzen, der etwas kleiner als der Außendurchmesser des Rests der Permanentmagnetmuffe 16 ist. Die Permanentmagnetmuffe 16 kann aus einem unmagnetischen Werkstoff, wie etwa Inconel 718, ausgeführt sein, während der Permanentmagnet 17, der in der Permanentmagnetmuffe 16 angeordnet ist, aus einem Permanentmagnet-Werkstoff, wie etwa Samarium-Kobalt, Neodym-Eisen-Bor oder ähnlichen Werkstoffen verwirklicht sein kann. Außerdem kann der Permanentmagnet 17 an beiden Seiten (nicht gezeigte) zylindrische Messingstecker aufweisen.
Die in 3 gezeigte Verbindungsbolzenwelle 34 umfasst im Allgemeinen einen Verbindungsbolzen 43 mit einem topfförmigen Element 45 an einem seiner Enden und einem Gewindeabschnitt 44 am entgegengesetzten Ende. Das offene Ende des topfförmigen Elements 45 ist vom Verbindungsbolzen 43 abgewandt.
Die biegsame Scheibenwelle 40 ist in 4 in einer vergrößerten Schnittansicht gezeigt. Die biegsame Scheibenwelle 40 weist ein erstes biegsames Scheibenelement 47 und ein zweites biegsames Scheibenelement 48 auf, die durch eine Hohlwelle 50 verbunden sind. Das erste biegsame Scheibenelement 47 ist im Allgemeinen topfförmig und hat eine biegsame Scheibe 51 sowie Zylinderseiten 52, wobei das offene Ende des ersten biegsamen Scheibenelements 47 von der Hohlwelle 40 abgewandt ist. Ebenso ist auch das zweite biegsame Scheibenelement 48 im Allgemeinen topfförmig und weist eine biegsame Scheibe 53 und zylindrische Seiten 54 auf. Das offene Ende des zweiten biegsamen Scheibenelements 48 ist ebenfalls von der Hohlwelle 40 abgewandt, wobei das Antriebskopfende 55 einen etwas kleineren Außendurchmesser als der Rest der Zylinderseiten 54 des zweiten biegsamen Scheibenelements 48 aufweist. Um gute Festigkeits- und Werkstoffermüdungseigenschaften zu erzielen können die Scheibenelemente 47, 48 aus nicht rostendem Stahl 17-4 PH sein.
In den 5 und 6 sind die Permanentmagnetwelle 28 von 2, die Verbindungsbolzenwelle 34 von 3 und die biegsame Scheibenwelle 40 von 4 zusammengebaut gezeigt. Die Zylinderseiten 52 des topfförmigen biegsamen Scheibenelements 47 der biegsamen Scheibenwelle 40 sind in einem Presssitz über dem Antriebskopfende 24 der Permanentmagnetwelle 28. Unter einem Pressverband bzw. Presssitz wird ein Festsitz mit einer Toleranz zwischen 0,005 mm und 0,127 mm (0,0002 und 0,005 Inch) verstanden.
Genauso sind auch die Zylinderseiten 46 des topfförmigen Elements 45 der Verbindungsbolzenwelle 34 im Presssitz über dem offenen Ende 55 des zweiten biegsamen Scheibenelements 48 der biegsamen Scheibenwelle 40.
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, umfasst die Antriebskopfwelle, die hier auch als zweite starre Welle bezeichnet ist, im Allgemeinen die Nabe 66 des Verdichterrads 32, den auflagernden Rotor 36 einschließlich der auflagernden Rotorscheibe 37 und die Nabe 67 des Turbinenrads 33. Jedes Teil davon, die Nabe 66 des Verdichterrads 32, der auflagernde Rotor 36 einschließlich der auflagernden Rotorschubscheibe 37 und die Nabe 67 des Turbinenrads 33, weist eine mittige Bohrung auf, die über den Verbindungsbolzen 43 der Verbindungsbolzenwelle 34 passt. Das Verdichterrad 32, der auflagernde Rotor 36 und das Turbinenrad 33 werden zusammengepresst auf dem Verbindungsbolzen 43 zwischen dem topfförmigen Element 45 und der Verbindungsbolzenmutter 41 an dem mit einem Gewinde versehenen Ende 44 des Verbindungsbolzens 43 gehalten.
Wenn die Verbindungsbolzenmutter 41 an dem mit Gewinde versehenen Ende 44 des Verbindungsbolzens 43 festgezogen wird, um das Verdichterrad 32, den auflagernden Rotor 36 und das Turbinenrad 33 zusammengepresst zwischen der Verbindungsbolzenmutter 41 und dem topfförmigen Element 45 zu halten, wird der Verbindungsbolzen 43 zu einem gewissen Grad gestreckt. Dieses Strecken des Verbindungsbolzens 43 wird das offene Ende des topfförmigen Elements 45 zu einem leichten Schließen zwingen, das bedeutet, dass sich die Zylinderseiten 46 zu dem offenen Ende hin verengen. Dies wird dazu dienen, den Presssitz des Antriebskopfendes 55 des zweiten biegsamen Scheibenelements 48 zu verbessern.
Die 8 bis 10 veranschaulichen drei alternative biegsame Scheibenelemente für die biegsame Scheibenwelle von 4. Bei diesen Ausführungsformen nimmt die Dicke der Scheibe von den Zylinderseiten des biegsamen Scheibenelements zur Mittellinie der Scheibe hin zu. In 8 weist die Scheibe 91 eine ebene Außenfläche 92, die der Hohlwelle 50 zugewandt ist, und eine konisch zulaufende Innenfläche 95 auf. In 9 hat die biegsame Scheibe 94 eine konisch zulaufende Außenfläche 95 und eine ebene Innenfläche 96, während die biegsame Scheibe 97 von 10 sowohl eine konisch zulaufende Außenfläche 98 als auch eine konisch zulaufenden Innenfläche 99 besitzt.
Nachdem die verschiedenen Elemente der Turbomaschine mit der Doppelmembran-Verbundwelle der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, wird nun ein Beispiel für ihren Zusammenbau, ihren Einbau und ihre Leistungsfähigkeit beschrieben. Zuerst werden dünne Messingscheiben an jedem Ende des unmagnetisierten Samarium-Kobalt-Permanentmagneten 17 befestigt, der eine zylindrische Form hat und eine magnetische Vorzugsrichtung senkrecht zu der Zylinderachse aufweist. Die Permanentmagnet-Baueinheit mit den Messingendstücken wird anschließend geschliffen, um einen präzisen Außendurchmesser zu erhalten. Sie wird dann mittels Montagetechniken unter Anwendung von Wärme oder anderen herkömmlichen Mitteln in die hohle Permanentmagnetmuffe 16 eingebracht, die einen Innendurchmesser besitzt, der geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Permanentmagnet-Baugruppe ist. Der resultierende radiale Presssitz stellt sicher, dass der Permanentmagnet 17 nicht durch die Zugbeanspruchungen, die sich ergeben, wenn die Permanentmagnet-Baueinheit und die Permanentmagnetmuffe 16 durch die Drehung verursachten Schwerefeldern ausgesetzt sind, wenn sie in der Turbomaschine benutzt werden, bersten wird. Die Permanentmagnetmuffe 16 ist länger als die Permanentmagnet- Baueinheit, so dass die Permanentmagnetmuffe hohle Enden aufweist, wenn die Permanentmagnet-Baueinheit in diese eingebracht ist. Die Außenfläche der Permanentmagnetwellen-Baueinheit wird anschließend durch Schleifen profiliert. Sie wird dann als Komponente ausgewuchtet, woraufhin der Permanentmagnet 17 magnetisiert wird. Die resultierende Permanentmagnetwelle ist ein spezifisches Beispiel für die erste starre Welle 28 der vorliegenden Erfindung.
Die zweite biegsame Scheibe 48 der biegsamen Scheibenwelle 40 wird in einen Presssitz in das im Allgemeinen topfförmige Element 45 der Verbindungsbolzenwelle 34 gepresst. Danach wird das erste biegsame Scheibenelement 47 der biegsamen Scheibenwelle 40 in einen Presssitz über dem Antriebskopfende 24 der Permanentmagnetwelle 28 gepresst. Das Verdichterrad 32, der auflagernde Rotor 36 und das Turbinenrad 33 werden dann an dem Verbindungsbolzen 43 der Verbindungsbolzenwelle 34 angebracht und durch die Verbindungsbolzenmutter 41 zusammengepresst gehalten.
Typisch erfordert der Turbogenerator kein Auswuchten der Baueinheit. Er braucht nicht einmal geprüft werden, um den Zustand der Rotor-Auswuchtung festzustellen, bevor er in Betrieb gesetzt wird. Typisch sind bei einem Betrieb der Turbomaschine alle kritischen Größen starrer Körper überwunden, wenn die Maschine auf über 40 000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt hat. Diese überwundenen kritischen Größen sind typisch gut gedämpft. Es müssen keine die Biegesteifigkeit betreffenden kritischen Größen überwunden werden, wenn die Betriebsdrehzahl 96 000 Umdrehungen pro Minute ist, wobei die erste Geschwindigkeit, die für die Biegefestigkeit kritisch ist, über 200 000 Umdrehungen pro Minute liegt. Dies ermöglicht, dass der Betriebsbereich mit Ausnahme der Startsequenz frei von kritischen Größen ist.
Die Verbundwelle der vorliegenden Erfindung sorgt für ein Einstellen oder Verschieben der für den starren Körper des Rotors und die Biegesteifigkeit kritischen Frequenzen. Dies verschafft Flexibilität bei der Auswahl des Betriebsgeschwindigkeitsbereiches der Turbomaschinenwelle. In den meisten Fällen ist ein weiter Betriebsbereich wünschenswert, über dem keine kritischen Größen bezüglich starrer Körper oder der Biegesteifigkeit vorhanden sein sollten, die während des normalen Betriebs überwunden werden müssen. Diese Spanne wird durch Herabsetzen der für starre Körper kritischen Frequenzen und Erhöhen der ersten biegekritischen Frequenz erreicht. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die sich auf die für starre Körper kritischen Frequenzen und die Frequenz der ersten kritischen Größe hinsichtlich der Biegesteifigkeit auswirken können. Beispielsweise können die Länge der Hohlwelle zwischen den biegsamen Scheibenelementen und die Dicke der biegsamen Scheibe die Frequenz der ersten die Biegesteifigkeit betreffenden kritischen Größe signifikant beeinflussen: Je kürzer die Hohlwelle ist, desto höher ist die Frequenz.
Das doppelte Verformungselement sorgt für einen zusätzlichen Freiheitsgrad, indem es eine Scherungsentkopplung der zwei starren Wellen ermöglicht. Das entkoppelte System ist gegenüber einer Wellenfluchtabweichung und gegenüber Unwucht weniger empfindlich. Der Betriebsgeschwindigkeitsbereich ist frei von für den Rotor kritischen Größen. Das Drehmoment und die Axialbelastungen werden übertragen, trotzdem eine Fluchtabweichung zugelassen ist.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, versteht sich, dass diese nur als Beispiele geliefert worden sind. Obwohl die Verbundwelle insbesondere zur Verwendung in einem Permanentmagnet-Turbogenerator beschrieben worden ist, sollte zu erkennen sein, dass die Verbundwelle der vorliegenden Erfindung auf jede Turbomaschine oder drehende elektrische Maschine anwendbar ist, die eine Verbundwelle benutzen kann oder erfordert. Die Erfindung ist nicht als hierauf beschränkt auszulegen, sondern nur anhand des eigentlichen Geltungsbereiches der folgenden Ansprüche.

Claims

Verbundwelle mit einer ersten starren Welle (28); einer Verbindungsbolzenwelle (34), die an einem Ende ein im Allgemeinen topfförmiges Element (45) aufweist; und einer zweiten starren Welle (66, 36, 67), die an der Verbindungsbolzenwelle (34) abnehmbar angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass: eine biegsame Scheibenwelle (40) ein Paar biegsamer Scheiben (47, 48; 91; 94; 97) und eine Hohlwelle (50), die zwischen den zwei biegsamen Scheiben angeordnet ist und diese miteinander verbindet, aufweist; eine der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) einen Pressverband mit der ersten starren Welle (28) bildet und die andere der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) einen Pressverband mit dem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) der Verbindungsbolzenwelle (34) bildet.
Verbundwelle nach Anspruch 1, bei der die erste starre Welle (28) an einem ihrer Enden eine hohle Übergangsmuffe (16) aufweist und eine der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) im Presssitz über der hohlen Übergangsmuffe (16) der ersten starren Welle (28) ist, während die andere der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) in einen Presssitz in dem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) der Verbindungsbolzenwelle (34) gelangt.
Verbundwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) im Allgemeinen topfförmig sind.
Verbundwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke jeder der zwei biegsamen Scheiben (91; 94; 97) der biegsamen Scheibenwelle (40) im Allgemeinen radial nach außen abnimmt.
Verbundwelle nach Anspruch 4, bei der die sich radial erstreckende Oberfläche (92) jeder der zwei biegsamen Scheiben (91) der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) zugewandt ist, in radialer Richtung eben ist, und die sich radial erstreckende Oberfläche (93) jeder der biegsamen Scheiben (91) der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) abgewandt ist, in radialer Richtung konisch zulaufend ist, um die allgemein radial nach außen abnehmende Dicke jeder der biegsamen Scheiben (91) zu erzeugen.
Verbundwelle nach Anspruch 4, bei der die sich radial erstreckende Oberfläche (96) jeder der zwei biegsamen Scheiben (94) der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) abgewandt ist, in radialer Richtung eben ist, und die sich radial erstreckende Oberfläche (95) jeder der biegsamen Scheiben (94) der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) zugewandt ist, in radialer Richtung konisch zulaufend ist, um die allgemein radial nach außen abnehmende Dicke jeder der biegsamen Scheiben (94) zu erzeugen.
Verbundwelle nach Anspruch 4, bei der die sich radial erstreckende Oberfläche (98) jeder der zwei biegsamen Scheiben (97) der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) zugewandt ist, in radialer Richtung konisch zulaufend ist, und die sich radial erstreckende Oberfläche (99) jeder der biegsamen Scheiben (97) der biegsamen Scheibenwelle (40), die von der Hohlwelle (50) abgewandt ist, in radialer Richtung konisch zulaufend ist, um die allgemein radial nach außen abnehmende Dicke jeder der biegsamen Scheiben (97) zu erzeugen.
Verbundwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Dicke jeder der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) im Allgemeinen in radialer Richtung gleich bleibend ist.
Verbundwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbundwelle für einen Permanentmagnet-Turbogenerator ist und die erste starre Welle eine zylindrische Übergangsmuffe (16) ist, die einen Permanentmagneten (17) des Permanentmagnet-Turbogenerators umschließt.
Verbundwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verbundwelle für einen Permanentmagnet-Turbogenerator ist und die zweite starre Welle (66, 36, 67) eine Antriebskopfwelle des Turbogenerators ist, der auf der Verbindungsbolzenwelle (34) befestigt ist.
Verbundwelle nach Anspruch 10, bei der die Antriebskopfwelle eine Verdichternabe (65), einen auflagernden Rotor (36) und eine Turbinennabe (67) umfasst, die alle Teile des Turbogenerators sind.
Permanentmagnet-Turbogenerator, der eine Verbundwelle nach den Ansprüchen 9, 10 und 11 enthält, bei dem: die Verbindungsbolzenwelle (34) einen Verbindungsbolzen (43) mit einem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) an einem Ende davon und mit einem Mittel (44) für die Aufnahme einer mit einem Schraubengewinde versehenden Mutter am anderen Ende davon umfasst; die zylindrische Übergangsmuffe (16) mittels eines Paares zueinander beabstandet angeordneter Achslager (19, 20) im Inneren eines Stators (18) drehbar gelagert ist, wobei die Antriebskopfwelle, die eine Verdichternabe (66), einen aufgelagerter Rotor (36) und eine Turbinennabe (67) enthält, mittels eines einzigen Radiallagers (38) und eines bidirektionalen Axiallagers im Inneren eines Verdichter- und Turbinengehäuses drehbar gelagert ist und der Antriebskopf mittels Pressung auf dem Verbindungsbolzen (43) zwischen dem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) und dem Mittel (44) für die Aufnahme einer mit einem Schraubengewinde versehenden Mutter abnehmbar angebracht ist; und eines der zwei biegsamen Scheibenelemente (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) einen Pressverband mit einem Ende der zylindrischen Übergangsmuffe (16) bildet und das andere der zwei biegsamen Scheibenelemente (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) einen Pressverband mit dem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) der Verbindungsbolzenwelle (34) bildet.
Permanentmagnet-Turbogenerator nach Anspruch 12, bei dem eines der zwei biegsamen Scheibenelemente (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) einen Pressverband über einem Ende der Permanentmagnet-Übergangsmuffe (16) bildet und das andere der zwei biegsamen Scheibenelemente (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) in einem Presssitz in dem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) der Verbindungsbolzenwelle (34) ist.
Permanentmagnet-Turbogenerator nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Radiallager (19, 20, 38) Axiallager mit einer nachgiebigen Schicht aus einem hydrodynamischen Fluidfilm sind.
Permanentmagnet-Turbogenerator nach Anspruch 12 oder 13 oder 14, bei dem das bidirektionale Axiallager ein Axiallager mit einer nachgiebigen Schicht aus einem hydrodynamischen Fluidfilm ist.
Verfahren zum Kuppeln einer ersten starren Welle (28) mit einer zweiten starren Welle (66, 36, 67) unter Verwendung einer Verbindungsbolzenwelle (34), auf welcher die zweite starre Welle (66, 36, 67) lösbar angebracht ist, gekennzeichnet durch Versehen der Verbindungsbolzenwelle (34) mit einem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) an einem Ende davon und einem Mittel (44) für die Aufnahme einer mit einem Schraubengewinde versehenden Mutter am anderen Ende; Vorsehen einer biegsamen Scheibenwelle (40) zwischen der ersten starren Welle (28) und der Verbindungsbolzenwelle (34), wobei die biegsame Scheibenwelle (40) ein Paar biegsamer Scheiben (47, 48) und eine dazwischen angeordnete Hohlwelle (50) aufweist, die die zwei biegsamen Scheiben (47, 48) miteinander verbindet; Pressverbinden einer der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) direkt mit der ersten starren Welle (28); Pressverbinden der anderen der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) direkt im Inneren des topfförmigen Elements (40) der Verbindungsbolzenwelle (34), und Anbringen der zweiten starren Welle (66, 36, 67) auf der Verbindungsbolzenwelle (34) zwischen dem im Allgemeinen topfförmigen Element (45) und dem die Mutter mit Gewinde aufnehmenden Mittel (44) durch Zusammenpressen, um den Verbindungsbolzen (43) zu strecken und den direkten Pressverband zwischen der anderen der zwei biegsamen Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) und dem topfförmigen Element (45) der Verbindungsbolzenwelle (34) zu verstärken.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Paar biegsamer Scheiben (47, 48) der biegsamen Scheibenwelle (40) im Allgemeinen topfförmige Elemente mit geraden Seiten umfasst und das im Allgemeinen topfförmige Element (45) der Verbindungsbolzenwelle (34) im Allgemeinen gerade Seiten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Dicke der sich radial erstreckenden Oberfläche jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (47, 48) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40) im Allgemeinen gleichmäßig ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Dicke der sich radial erstreckenden Oberfläche jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (91, 94, 97) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40) im Allgemeinen radial nach außen abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die sich radial erstreckende Oberfläche (92) jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (91) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) zugewandt ist, in radialer Richtung eben ist, und die sich radial erstreckende Oberfläche (93) jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (91) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40), die von der Hohlwelle (50) abgewandt ist, in radialer Richtung konisch zulaufend ist, um die allgemein radial nach außen abnehmende Dicke jedes der im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (91) mit geraden Seiten zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 19, bei der die sich radial erstreckende Oberfläche (96) jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (94) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40), die von der Hohlwelle (50) abgewandt ist, in radialer Richtung eben ist, und die sich radial erstreckende Oberfläche jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (94) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) zugewandt ist, radial konisch zulaufend ist, um die allgemein radial nach außen abnehmende Dicke jedes der im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (94) mit geraden Seiten zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die sich radial erstreckende Oberfläche (98) jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (97) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40), die der Hohlwelle (50) zugewandt ist, in radialer Richtung konisch zulaufend ist, und die sich radial erstreckende Oberfläche jedes der zwei im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (97) mit geraden Seiten der biegsamen Scheibenwelle (40), die von der Hohlwelle (50) abgewandt ist, in radialer Richtung konisch zulaufend ist, um die allgemein radial nach außen abnehmende Dicke jedes der im Allgemeinen topfförmigen biegsamen Scheibenelemente (97) mit geraden Seiten zu erzeugen.