DE835744C - Einrichtung zum Schubausgleich von Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Schubausgleich von Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen In den meisten Maschinen zur Verdichtung oder Entspannung eines Arbeitsmittels (Turbinen, Pumpen, Gebläsen, Schraubenantrieb für Schiffe usw.) übt das Arbeitsmittel einen Schub auf den Läufer aus, der beträchtliche Werte annehmen kann. Um den Schub zu beherrschen, bestehen zwei Möglichkeiten: Entweder man sieht Baumittel vor, die kräftig genug sind, um den Schub aufzunehmen, oder man führt eine dem Schub entsprechende Gegenkraft ein. Häufig werden beide Maßnahmen gleichzeitig angewendet. Zur Aufnahme des Schubes dienen die bekannten Blocklager mit ihren vielen Bauformen. Der Schubausgleich kann entweder dadurch herbeigeführt werden, daß man betriebsmäßig vom Arbeitsmittel beaufschlagte Flächen gegeneinander schaltet, so daß sich die gegengerichteten Schübe mehr oder weniger ausgleichen, oder man baut zusätzliche Schubausgleichflächen ein, die vom Arbeitsmittel entgegen dem betriebsmäßig auftretenden Schub beaufschlagt werden. Vielfach wird der durch Gegenschaltung oder durch zusätzliche Schubausgleichflächen erzielte Schubausgleich durch Blocklager ergänzt, sei es, um bei Störungen des Schubausgleiches innerhalb der Maschine eine gewisse Sicherheit gegen Maschinenschäden zu schaffen, sei es, um baulich günstigere Verhältnisse herbeizuführen als die, welche man durch die Anwendung nur eines dieser Mittel erreichen könnte.
• Eine dritte Möglichkeit des Schubausgleiches besteht nach einem älteren Vorschlag darin, eine Fremdkraft in Form eines magnetischen Gegenfeldes einzuführen, dessen Größe derart gewählt wird, daß es dem in der Maschine auftretenden Schub das Gleichgewicht hält. Es wird also etwa der in einer Kreiselpumpe durch die Förderflüssigkeit auftretende Schub mit dem Schub eines magnetischen Feldes ins Gleichgewicht gesetzt, so daß die Welle schubfrei ist, ohne daß es eines Blocklagers zur Aufnahme des Schubes oder zusätzlicher beaufschlagten Flächen zum Ausgleich des Schubes bedürfte. Die Erfindung betrifft ebenfalls diese Art des Schubausgleiches.
• Nach dem älteren Vorschlag besteht die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Gegenfeldes aus zwei gleichachsigen Körpern, von denen der eine den anderen umgibt und zwischen denen das magnetische Feld verläuft. In erster Linie ist dabei daran gedacht, den Läufer des Antriebsmotors gegenüber dem Ständer in Achsrichtung verschoben anzuordnen, so daß er beim Einschalten des Stromes in den Ständer hineingezogen wird und hierbei eine Schubkraft erzeugt, die dem Schub innerhalb der Pumpe entgegengesetzt ist. Es ist dies eine Möglichkeit der baulichen Ausführung des magnetischen Schubausgleiches, die aber nur so lange ausreicht, wie die zu beherrschenden Kräfte nicht sehr groß sind. Bei Kreiselmaschinen mit großen Schubkräften, etwa bei Dampfturbinen, wäre dieser Weg nicht gangbar. Für solche Fälle wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, das magnetische Gegenfeld durch mindestens ein Paar scheibenförmiger, in Achsrichtung aufeinanderfolgender Körper zu bilden, von denen der eine im Raum feststeht und der andere auf der Welle befestigt ist.
• Wie die Berechnung zeigt, läßt sich beispielsweise bei zwei Paaren von Scheiben mit einem Durchmesser von etwa 6o cm und einer Erregerleistung von etwa 500 Watt ein Schub in der Größenordnung von 20 t erzeugen, wobei, was besonders bedeutungsvoll ist, der bauliche Aufwand sehr gering ist, jedenfalls wesentlich geringer als bei einem der üblichen Blocklager, ganz abgesehen davon, daß die sorgfältige Überwachung und Pflege des Blocklagers, die zu seiner Betriebssicherheit unbedingt erforderlich ist, hier in Fortfall kommt. Es würde naturgemäß nichts im Wege stehen, das Magnetsystem so durchzubilden, daß es im Notfall für kurze Zeit als Blocklager arbeiten könnte, wenn etwa der magnetische Ausgleich infolge einer Störung entfallen sollte.
• Ein besonderer Vorteil des elektromagnetischen Schubausgleiches liegt in seiner Regelbarkeit, die bei anderen Arten des Ausgleiches in diesem Maße nicht oder nur sehr schwierig möglich wäre. Man kann nämlich die Größe des magnetischen Schubes ohne weiteres durch einen einfachen Regler von irgendwelcher kennzeichnenden Größe der Kreiselmaschine abhängig machen. Bei einer Kreiselpumpe kann man etwa eine Abhängigkeit des magnetischen Schubes von der Fördermenge oder von dem Förderdruck herstellen, bei einer Dampfturbine von der Belastung, bei einem Gebläse ebenfalls von der Fördermenge oder dem Förderdruck, bei Maschinen mit einem Blocklager von der Lagertemperatur oder der Ü1-temperatur usw. Welche Betriebsgröße man zur Schubregelung heranziehen will, wird man von Fall zu Fall nach den Betriebsbedingungen zu entscheiden haben.
• Für den Schubausgleich selbst bestehen zwei Grundmöglichkeiten: Entweder man setzt dem in der Maschine auftretenden Schub einen entgegengesetzten magnetischen Zug entgegen, oder man führt einen magnetischen Schub als Gegenschub ein. Auch hier wird sich die Wahl einer der beiden Möglichkeiten nach den baulichen Gegebenheiten zu richten haben. In vielen Fällen wird der magnetische Zug zum Ausgleich vorzusehen sein, da man mit nur einem Erregersystem auskommt und der zweite Körper des Paares wicklungsfrei bleiben kann. Bei dem magnetischen Schub müssen beide Körper des Paares magnetisch gleichpolig sein, um sich abzustoßen. Das erfordert aber die Erregung beider Körper eines Paares.
• Im ersten Fall wird es im allgemeinen das günstigste sein, die Erregerwicklung in den feststehenden Körper des Paares einzusetzen, um Schleifringe zu sparen, obgleich auch die andere Möglichkeit (Unterbringung der Erregung im umlaufenden Körper) nicht ausgeschlossen ist.
• Bei der Gleichstromerregung wird die Wicklung in eine Kreiselnut eingesetzt, um in der rotierenden Scheibe Verluste zu vermeiden. Ob man nur eine Wicklung verwendet oder mehrere konzentrische Wicklungen, hängt von den baulichen Möglichkeiten ab, Bei nur einer Wicklung werden die Verluste am kleinsten, die Scheibe wird aber am dicksten. Bei mehreren Wicklungen wird die Scheibe entsprechend dünner, aber die Verluste steigen an. Die Erregerwicklungen sind so anzuordnen, daß die Luftinduktion nach Möglichkeit an allen Stellen gleich ist.
• Bei Drehstromerregung liegt die Wicklung als Phasenwicklung in Radialnuten entsprechend den elektrischen Maschinen mit Scheibenläufern. Um Verluste zu vermeiden, muß das Drehfeld mit der Drehgeschwindigkeit des Maschinenläufers umlaufen. Außerdem muß die die Wicklung tragende Scheibe lamelliert werden.
• Ob man mit einem Parallelkörper auskommt oder mehrere derartige Paare hintereinanderschalten muß, hängt von der Größe des auszugleichenden Schubes ab.
• Ein schematisches Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt. Es handelt sich darum, den auf die Welle i ausgeübten Schub auszugleichen, der in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles wirkt. Die Welle i trägt in diesem Fall zwei Scheibenpaare 2 mit je einer feststehenden Scheibe 3 und je einer auf der Welle i befestigten umlaufenden Scheibe 4. Als Erregung ist Gleichstromerregung angenommen, wobei zwei konzentrische Wicklungen in Kreisnuten 5 und 6 der feststehenden Scheiben 3 untergebracht sind. Die Nuten sind durch Ringe 7 überdeckt, die zweckmäßigerweise aus dem gleichen Baustoff wie die Scheiben 3 bestehen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Schubausgleich von Kreiselmaschinen, insbesondere Dampfturbinen, durch die Kraft eines magnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld durch mindestens ein Paar scheibenförmiger, in Achsrichtung aufeinanderfolgender Körper (3, 4) gebildet wird, von denen der eine (3) im Raum feststeht und der andere (4) auf der Welle (i) befestigt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubausgleich durch den magnetischen Zug zwischen dem feststehenden (3) und dem umlaufenden (4) Körper des Scheibenpaares herbeigeführt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubausgleich durch den magnetischen Druck zweier gleichpoliger magnetischer Scheiben (3, 4) herbeigeführt wird.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die im Raum feststehende Scheibe mindestens eine Erregerwicklung eingefügt ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die umlaufende Scheibe des Paares mindestens eine Erregerwicklung eingesetzt ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in den feststehenden wie in den umlaufenden Körper des Scheibenpaares mindestens je eine Erregerwicklung eingesetzt ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 6 mit Gleichstromerregung, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen in zur Maschinenachse zentrischen Ringnuten (5, 6) untergebracht sind. B. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 6 mit Drehstromerregung, dadurch gekennzeichnet; daß die Erregerwicklungen als Phasenwicklungen ausgeführt sind, die in Radialnuten untergebracht sind. g. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehfeld der Erregung synchron zu der Drehzahl der Magnetscheiben umläuft. io. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wicklungen enthaltenden Scheiben lamelliert sind. ii. Einrichtung nach einem der Voransprüche, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung für die Erregung des magnetischen Schubausgleichsystems zur Anpassung des Schubes an eine oder mehrere Betriebsgrößen (Leistung, Durchsatzmenge, Druck, Temperatur usw.).