DE872136C - Lagerung fuer ein- und mehrstufige Stroemungsmaschinen mit stehend, etwa senkrecht angeordneter Laeuferwelle - Google Patents

Description

• Lagerung für ein- und mehrstufige Strömungsmaschinen mit stehend, etwa senkrecht angeordneter Läuferwelle Strömu ngsmaschinen, z. B. Turboverdichter, Kreiselpumpen, Dampfturbinen, Gasturbinen, Wasserturbinen u. d!gl., mit Wellen in horizontaler Anordnung haben die Nachteile, daß die mitunter sehr beträchtlichen Läufergewichte durch Radiallager aufgenommen werden müssen, die dadurch einer hohen, Beanspruchung ausgesetzt werden und häufig :die Lebensdauer einer Maschine bestimmen. Ferner :erzeugen die unter gewissen! Bedingungen durch das Eigengewicht der horizontalen Läufer hervorgerufenen kritischen Störungen zweiter Ordnung unruhigen Lauf und! starke Lagerabnutzung.
• Diese Nachteile fallen bei Strömungsmaschinen mit aufrecht stehender, insbesondere senkrechter Anordnung der Welle fort. Die Schwierigkeit jedoch, d'as ganze Läufergewicht durch eineinziges Spurlager mit hoher spezifischer Belastung aufnehmen zu müssen, ließ im allgemeinen die Entscheidung zugunsten der horizontalen Anordnung ausfallen. Wegen! der 'hohen spezifischen Lagerbelastungen wurde daher die senkrechte Anordnung bisher nur bei leichteren Maschinen gewählt.
• Es wurde nun gefunden, ,daß. ein- zum Ausgleich des Axialschubes in Strömungsmaschinen eingebauter Entlastungskolben imstande ist, bei stehender, insbesondere senkrechter Anordnung der Welle das Gewicht des Läufers einer Strömungsmaschine einschließlich des Gewichtes ,*des Läufers einer antreibenden oder angetriebenen Maschine sowohl auf ,einem flüssigen als auch- auf einem gasförmigen Förde-- oder Arbeitsmittel schwimmend zu tragen., wenn der Entlastungskolben in einen -großem und kleinen- Kolben unterteilt ist und auf diesen, Kolben sowie auf den. entsprechenden -Hülsen gegenseitig versetzte Eindrehungen angeordnet sinid, so daß die Spaltöffnung am großen Kolben am weitesten offen ist; wenn, die Spaltöffnung am kleinen Kolben am engsten ist und umgekehrt.
• Als Förde-- bzw. Arbeitsmittel kommen, hierbei flüssige, insbesondere aber gas- bzw. .dampffärmi;ge Stoffe; wie z. B. Wasser, Wasserdampf, für Synthesen geeignete Gasgemische, wie u. a. in, Betracht.
• Ein derartiger selbsttätiger -Entlastungskolben und seine Wirkungsweise sei an Hand( der Abbildungen i a und' i b näher .erläutert, wobei Abb. i a die obere und Abb. i b die untere Endstellung des Kolbens widergzbt: Über einen auf der Welle 8 befestigten Stufenkolben, der aus einem Kolben großen Durchmessers i und aus eignem mit diesem fest verbundenen Kolben kleineren Durchmessers 2 besteht, kann ein kleiner Teil des Förde-- oder Arbeitsmittels von der Druckseite D über den. mittleren Raum M nach der Saugseite S abströmen. Auf -der Druckseite des gro-ß!en Kolbens lastet der Druck PD, während auf der gegenüberliegenden Saugseite,des, kleineren Kolbens der Druck PS liegt: In dem mittleren Raum M kann, sich je nach der Lage des Entlastungskolbens ein variabler, . zwischen PD und PS liegender Druck PM einstellen, der das Einspielern des, Läufers in,die Mittelstellung -bewirkt. Dies geschieht in Bier Weise, daß die auf dem ,großen und kleinen Kolben sowie den entsprechenden Hülsen 3 und 4 angebrachten, im Schnitt als Verzahnung erscheinenden Eindrehungen 5 so angeordnet sind, däß die Spaltöffnung 6 am großen. Kolben i am weitesten offen ist (vgl. Abb. r b), wenn die Spaltöffnung 7 am kleinen Kolben 2 am weitesten geschlossen ist bzw. umgekehrt (vgl. Abb. i a). Bei der oberen Endeeflung des Läufers nach Abb. i a wird der Spaltquerschnitt am großen Kolben am kleinsten und am kleinen Kolben am größten. Dadurch wird -,die- Zuluß zwischent D und M ;gedrosselt, während der Abfluß zwischen M und S beschleunigt: wird." Der Druck PM wird gegenüber PD abgebaut, d. h. der auf Schub in Richtung D wirkende Druck PM wird vermindert und -der Kolben unter der Wirkung von PD aus seiner äußersten- Stellung in Richtung nach S gedrückt. Bei der unteren Endstellung des Läufers nach- Abb. i b ist der Spaltquerschnitt am kleinen Kolben. am kleinsten und am großen Kolben, am größten, mit der Wirkung, daß nunmehr der Zufluß von D nach M gefördert und,der Abfuß von 1T nach S gehemmt wird. Die Folge davon ist Ansteigen von, PM, was wiederum einen Schub in Richtung D erzeugt. Unter dem Einfluß -dieses Wechselspiels der Kräfte pendelt der Entlastungskolben und mit ihm die Läuferwelle schließlich im. eine Mittelstellung zwischen den beiden Endlagen, ein. Durch entsprechende Bemessung des Kolbens ist dafür zu sorgen, daß er auch unter Gewichtsbelastung annähernd in der Mittellage läuft. Bei einem hohen Druckgefälle (PD-PS) können die Läufergewichte schwer sein. Diese Tatsache entspricht auch den naturgegebenen Verhältnissen, indem nämlich zu hohen Druckgefällen mehrstufige und daher echwerere Läufer gehören. Bei kleinerem Druckgefälle ist die tragende Kolbenquerschnittsfläc'he entsprechend größer zu gestalten. Die tragende Kolbenquerschniittefläche und mit ihr der größte Kolbendurchmesiser wird trotz dieser Vergrößerung -niemals bestimmend für dien Durchmesser der gesamten Maschine, weil infolge gesetzmäßiger Abhängigkeit des Kolbendurchmessers vom Laufraddurchmesser der Kolbendurchmesser stets kleiner bleibt als der größte Laufraddurchmesser.
• Für die nach Sekunden zählende Anlaufzeit der Maschine vom Stillstand bis zur Betriebsdrehzahl, d. h. bis das erforderliche Druckgefälle in der Maschirre hergestellt ist, um den Läufer auf dem Förder- bzw. Arbeitsmittelschwimmen zu lassen, wird das Gewicht dies Läufers, durch -ein wegen der kurzen Belastungszeit klein zu haltendes Blundlager übernommen. Dasselbe gilt für den, Teil der Auslaufzeit, indem infolge abfallender Drehzahl oder Abstellens@ des Arbeitsmittels das Druckgefälle zur Übernahme der Läufergewichte nicht mehr ausreicht.
• Der Entlastungskolben kann, entweder über oder unter der Strömungsmaschine angeordnet wenden derart, daß die Gewichte der Läufer an bzw. auf dem Polster diese Förde-- bzw. Arbeitsniittels schwimmenden Entlastungskolben hängen bzw. stehen, wobei der Läufer der antreibenden bzw. getriebenen Maschine, mit derWelle der Strömungsmaschinie fest verbunden ist, oder auf einer mit der Strömungsmaschine gemeinsamen Welle ebenfalls an dem Entlastungskolben hängt bzw. sich auf diesem abs stützt.
• In Abb. o ist ein Gesamttaggregat schematisch dargestellt: 8 ist die Welle, auf,der ,der Läufer der treibenden Maschine i z, z. B. ein Elektromotor, und der Läufer der. getriebenen Maschine 1z, z. B. eine Pumpe, sitzt. Bei einer Turbinenanlage wäre die -Lage der treibenden Maschine (Turbine) und die der getriebenen Maschine (Elektrogenerator) umgekehrt. i, 2 istt,derEnt'l'astungskolben und g, io d'as untere bzw.,dias obere Lager.
• Es hat sich fernerhin ggezeigt, daß die Nachschmierung der Lager bei der Anordnung gemäß vorliegender Erfindung sich in - äußerst vorteilhafter Weise bewirken läßt. Wie aus Abb. 2 zu ersehen ist, kann das Schmieröl durch in der Welle 8 angebrachte schräge Bohrungen 13, 14 durch die Zentrifwgalbeschleuni,gung der rotierenden Welle aus einem Sammelgefäß- 15 am Fuß der Welle zu den Lagerstellen 16, 17 selbsttätig gefördert und mach Schmierung der Lager in eine Fangvorrichtung rg geschleudert werden, aus der das Öl durch Leitung i2o in dias Sammelgefäß 15 zurückläuft.
• Die vorliegende Erfindung .ergibt folgende Vorteile: Durch dieMöglichkeit,größte Läufergewichte durch ein Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitspolster während- des Betriebes ohne besondere Spurlager aufnehmen zu können, wird eine praktisch reiben gslose Lagerung erreicht, und man erhält entlastete Raidialla:ger. Infolge Fortfalls des Einflusses des Eigengewichtes erhält man eine biegungsfrele Welle, und; kritische Störungen zweiter Ordnung sind auf alle Fälle ausgeschaltet. Die Ölschmierung erfolgt selbsttätig.
• Es ist zwart bekannt, mehrstufige, mit einem Stufenausgleichkalben versehene Strömungsmaschinen horizontal anzuordnen. Hierbei' ist aber zu beachten, daß bei dieser Anordnung das Läufergewicht in, axialer Richtung überhaupt nicht zur Wirkung kommt. Es war keineswegs vorauszusehen, daß sowohl der in der Strömungsmaschine entstehende Axialschub als auch das @Gewi@ht des Läufers der Strömungsmaschine und des antreibenden Motors durch die beanspruchte Anordnung ausgeglichen werden könnten.
• Man hat ferner auch schon bei senkrecht angeordneten Strömungsmaschinen nicht stufenförmig ausgebildete, sogenannhe Ausglieichsscheiben, verwendet. Hierbei kann aber ein Axialschub nur in einer Axialrichtung aufgenommen werden, während' bei der vorliegenden Anordnung der Schub in beiden Axialrichtungen aufgenommen wird.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Lagerung für ein- und mehrstufige Strömungsmaschinen mit stehend, etwa senkrecht angeordneter,Läuferwelle mit einem an, ihr befestigten Entlastungskolben, der das Gewicht dies Läufers der Strömungsmaschine und des Läufers einer Kraftmaschine trägt und während des Betriebes auf einem Polster des, Förder-oder Arbeitsmediums schwimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskolben (1, 2) in an, sieh bekannter Weise in einen großen (i) und einen kleinen (2) Kolben unterteilt ist und da,ß. auf diesen. Kolben sowie auf den: entsprechenden Hülsen (3, 4) gegenseitig versetzte Eindrehungen (5) angeordnet sind, so daß die Spaltöffnung (6) am großen Kolben (i) am weitesten offen ist, wenn die Spaltöffnung (7) am kleinen Kolben (2) am engsten ist und umgekehrt.
2. 2. Lagerung für ein- und mehrstufige Strömungsmaschinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch Leitungen (14) innerhalb oder außerhalb der Welle (8) das Schmieröl durch die Zentrifugalbeschleunigung der rotierenden. Welle aus einem Sammelgefäß (15) am Fuß der Welle zu den oberhalb liegenden Lagerstellen (16, 17) selbsttätig gefördert und nach Schmierung der Lager in eine Fangvorrichtung (i9) geschleudert wird, aus der es in das Sammelgefäß (15) zurückläuft. Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr.i85 504; C. Pfl,ei@d,er,er, »Die Kreselpumpen«, Verlag Julius Springer, Berlin, 19321, S.340,341, 346,347; Loschge-Schnabig, »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau«, Verlag Julius Springer, Berlin, 193$, S. 3'4; W. Keil, »Ultra-Zentrifugen« in..der VDI-Zeitschrift 19-38; Heft 5, S. 1.1.7.