EP2279351A1 - Fluidenergiemaschine - Google Patents

Fluidenergiemaschine

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Publication number
EP2279351A1
EP2279351A1 EP09738169A EP09738169A EP2279351A1 EP 2279351 A1 EP2279351 A1 EP 2279351A1 EP 09738169 A EP09738169 A EP 09738169A EP 09738169 A EP09738169 A EP 09738169A EP 2279351 A1 EP2279351 A1 EP 2279351A1
Authority
EP
European Patent Office
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bearing
machine
fluid energy
rotor
radial
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09738169A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Theo Nijhuis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2279351A1 publication Critical patent/EP2279351A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/09Structural association with bearings with magnetic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
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    • F04D25/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D25/0686Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven specially adapted for submerged use
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    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the invention relates to a fluid energy machine for increasing the pressure of a process fluid, in particular a pump or a compressor, with a flow machine that increases the pressure of the process fluid, with a drive that drives the Stromungsmaschine, the Stromungsmaschine has a rotor, the rotating Stromungsleitiata the Stromungsmaschine carries, with at least one thrust bearing, which is designed as a magnetic bearing and by means of which the rotor is mounted, with at least two radial bearings, a first radial bearing and a second radial bearing, as
  • Magnetic bearings are formed and by means of which the rotor is mounted and between which the flow machine is arranged.
  • a special field of application for such machines is the compression of natural gas, which is no longer required by means of a platform from maritime occurrences, but is compressed directly undersea at the seabed and is preferably directed by means of a pipeline to a land station.
  • This application is of particular economic attractiveness, since conventional platforms can be saved, and accordingly their immense operating costs.
  • Process medium and the surrounding medium and not take place between other working fluids and the surrounding medium.
  • a particular challenge is the storage of a rotor of such a Fluidenergymaschme, which preferably should not need working fluid, since any treatment or replacement with a land station were too expensive.
  • the invention has for its object to provide a Fluidenergymaschme of the type mentioned, which is equipped with a storage, with low maintenance and special high availability even at high dynamic stress reliable operation at the same time
  • auxiliary bearings according to the invention has the particular advantage that for the exclusively radial bearing a robust sliding bearing is selected, which can be selected in the support surface such that only a lower surface load arises.
  • a radial bearing clearance of preferably 25/100 mm to 3/10 mm, the machine is sufficiently dirt-resistant and the rotor remains at the location of the auxiliary bearing enough space for the resulting vibrations during operation or that the auxiliary bearing is taken.
  • the rolling bearing is able to absorb axial forces as well as the resulting radial forces, so that a more compact machine results at this point for the more complex bearing task.
  • the inner diameter of the rolling bearing is preferred to the rotor with a radial clearance of about 25/100 mm up to
  • roller bearing For nondestructive absorption of the resulting bearing loads even with savings of any lubricant, it is expedient to form the roller bearing as a ball bearing that is able to accommodate both the axial and the radial bearing loads.
  • a preferred embodiment of the plain bearing provides that this is made of steel and is therefore not damaged, in particular by the exposure to the chemically aggressive media.
  • the slide bearing is not damaged in case of emergency stop or trip the machine by example, high vibrations, it is expedient to the sliding surface of the Sliding bearing segmented form and resiliently store the individual segments.
  • the drive of the Fluidenergymaschme is preferably designed as an electric motor, so that in particular a
  • such an electric motor is located on a shaft with the flow machine and forms together with this a single rotor.
  • Such an arrangement is particularly compact.
  • This arrangement also has a positive effect on the dimensioning of the radial auxiliary bearing, which even with an outlet of, for example, 12,000 revolutions per
  • the vertical arrangement unfolds particular advantages when a radial bearing and the axial bearing at the upper end of the rotor and a radial bearing at the lower end of the rotor is arranged and at the same time designed as a slide bearing auxiliary bearing at the lower end of the rotor and trained as a rolling bearing auxiliary bearing on Upper end of the rotor is provided.
  • the slide bearing located at the bottom is exposed to a greater dirt load than the rolling bearing located at the top, the slide bearing being better suited for these adverse operating conditions.
  • auxiliary bearings are preferably arranged further out on the rotor than the radial bearings designed as magnetic bearings and the axial bearing. This in particular because this results in a better rotor dynamics, in particular results in better vibration in normal operation.
  • the previously described bearing concept if no additional radial bearing is provided between the engine and the Stromungsmaschine or the engine and the flow machine are located between the two radial bearings.
  • An alternative storage results when both the flow machine and the engine each have two own radial bearings and the rotor between the two located between the engine and the engine radial bearings has a limp area, which essentially transmits the torsional moments (also referred to as Quillschaft ).
  • the Fluidenergymaschme comprises a control unit which communicates with at least one axial and / or radial position and / or vibration measuring point on the rotor and / or a current and / or voltage measuring point on at least one magnetic bearing and is configured such that at least one measured value of the measuring point, which differs from the normal operation by a certain amount, the power supply to the motor changed such that the engine decelerates the rotor.
  • the braking effect can be caused by eddy currents or by a magnetic field counteracting the current rotation. In this way, it is possible to brake a rotor weighing several tons from a speed of about 12,000 revolutions per minute to standstill within less than 10 seconds.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a
  • the figure shows a fluid energy machine 1 according to the invention with a flow machine 2 and a drive 3, which is designed as an electric motor 4.
  • the drive 3 and the flow machine 2 have a common rotor 5 and a common shaft 6, which rotates about a vertical axis of rotation 7.
  • the shaft 6 carries in the region of the flow machine 2 Stromungsleiticide 8, as
  • Laufrader a centrifugal compressor are formed.
  • a lower first radial bearing 11 and an upper, second radial bearing 12 and a thrust bearing 13 also arranged at the top are provided.
  • the two radial bearings 11, 12 and the thrust bearing 13 are encapsulated magnetic bearings.
  • auxiliary bearings 15, 16 which are respectively positioned in the further outward region relative to the magnetic bearings 11, 12, 13 on the shaft 6.
  • first auxiliary bearing 15 for radial support
  • second auxiliary bearing 16 for radial and axial support. Accordingly, the bearing distance of the auxiliary bearings 15, 16 is greater than that of the magnetic bearings 11, 12, 13.
  • the arranged on the vertical shaft 6 below the first auxiliary bearing 15 is designed as a plain bearing with a radial wave play of about 25/100 mm, so that in Normal operation, the rotor 5 can rotate freely in the plain bearing without any contact.
  • the same bearing clearance has the second auxiliary bearing 16 located at the upper end of the vertical shaft 6, which is designed as a rolling bearing 22 or ball bearing.
  • the rolling bearing 22 has radial 25/100 mm game.
  • Axial is a sum game of about 5/10 mm to 6/10 mm provided.
  • the bearings 15, 16, 21, 11, 12, 13, 22, the flow machine 2 and the drive 3 are located in a gas-tight housing 30 which has an inlet 31 and an outlet 32 for process fluid 33 to be compressed.
  • the magnetic bearings 11, 12, 13, the first auxiliary bearing 15 and a gap between the stator 36 and the rotating member 37 of the electric motor 4 are cooled by means of the process fluid 33, which consists of an overflow line 40 between a first stage 41 and a second stage 42 of taken as a compressor 45 running machine 2 is taken. From this tap 46, the process fluid 33 is supplied to the bearings 15, 11, 12, 13 and the gap 38, wherein it then again enters the first stage 41 of the compressor 45.
  • the stator 36 still has its own cooling circuit 55.
  • a control to the control unit CU supplies the radial bearings 11, 12 and the thrust bearing 13 each with an operating current IB and the drive 3 with an operating current IM.
  • the axial shaft position X is detected by means of a sensor 61 and the vibration amount Y by means of a sensor 62 and evaluated in the crizungsemheit CU. If the axial position X has an excessive deviation from the normal value or the vibration amplitude Y exceeds specified limit values, the machine is stopped
  • the control unit CU modulates the current to the motor IM in such a way that the rotation of the rotor 5 is braked. In this way, the rotor 5 can be brought to a standstill of a speed of 12,000 revolutions per minute in about 10 seconds. If one or more magnetic bearings 11, 12, 13 have failed, take over the auxiliary bearing 15 storage Although the auxiliary bearings 15 have no lubrication or no separate supply of a lubricant, they can take over the bearing task without damage during the short time of the trip.
  • the lower mounted auxiliary bearing or plain bearing 21 is particularly insensitive to contamination with a radial bearing clearance of 25/100 mm, so that a function is guaranteed despite the settling by gravity dirt particles in the lower machine area.
  • Roller bearing 22 combines the radial bearing with the axial bearing and is exposed due to the arrangement at the upper end of the shaft 6 a less severe contamination.
  • the plain bearing 21 know resilient segments 27 which are designed resilient so that it does not come to a destruction of the steel treads of the bearing at too high a bearing load.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine (1), insbesondere einen Verdichter (45), der einen mittels Magnetlagern (11, 12, 13) gelagerten gemeinsamen Rotor (5) für die Strömungsmaschine (2) und den Antrieb (3) aufweist. Neben den Magnetlagern (11, 12, 13) sind Hilfslager (15) vorgesehen, wobei am unteren Teil des vertikal ausgerichteten Rotors (5) ein Gleitlager (21) vorgesehen ist und am oberen Ende ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager (22), das sowohl radial als auch axial lagert.

Description

Beschreibung
Fluidenergiemaschine
Die Erfindung betrifft eine Fluidenergiemaschine zur Erhöhung des Drucks eines Prozessfluids, insbesondere eine Pumpe oder einen Verdichter, mit einer Stromungsmaschine, die den Druck des Prozessfluids erhöht, mit einem Antrieb, der die Stromungsmaschine antreibt, wobei die Stromungsmaschine einen Rotor aufweist, der rotierende Stromungsleitelemente der Stromungsmaschine tragt, mit mindestens einem Axiallager, das als Magnetlager ausgebildet ist und mittels dessen der Rotor gelagert ist, mit mindestens zwei Radiallagern, einem ersten Radiallager und einem zweiten Radiallager, die als
Magnetlager ausgebildet sind und mittels dessen der Rotor gelagert ist und zwischen denen die Stromungsmaschine angeordnet ist.
Eine derartige Fluidenergiemaschine ist bereits aus der
PCT/EP2007/051393 bekannt. Ein besonderes Anwendungsfeld für derartige Maschinen ist die Verdichtung von Erdgas, das nicht mehr mittels einer Plattform aus maritimen Vorkommen gefordert wird, sondern unmittelbar am Meeresboden unterseeisch verdichtet wird und mittels einer entsprechenden Pipeline vorzugsweise an eine Landstation geleitet wird. Dieser Anwendungsfall ist von besonderer wirtschaftlicher Attraktivität, da herkömmliche Plattformen eingespart werden können, dementsprechend auch deren immense Betriebskosten.
Aufwendige Entwicklungsprojekte suchen zurzeit nach einer Losung für eine Verdichtungseinheit, die den rauen Bedingungen der unterseeischen Verdichtung gewachsen ist. Neben der Schwierigkeit des unter einem kontinuierlich abnehmenden, schwankenden Druck stehenden verunreinigten und chemisch aggressiven Prozessfluids, dass es zu verdichten gilt, liegt dieses teilweise flussig und teilweise gasformig vor, und der Zugang zu der Verdichtereinheit ist naturgemäß äußerst schwierig, so dass die Einheit vorzugsweise wartungsfrei oder mit einer 100-prozentigen Verfügbarkeit auszubilden ist. Daneben ist das Prozessmedium chemisch aggressiv, ebenso, wie das Umgebungsmedium und aus Gründen des Umweltschutzes darf kein Austausch zwischen dem
Prozessmedium und dem Umgebungsmedium und auch nicht zwischen sonstigen Arbeitsfluiden und dem Umgebungsmedium stattfinden.
Eine besondere Herausforderung stellt die Lagerung eines Rotors einer solchen Fluidenergiemaschme dar, welche vorzugsweise kein Arbeitsfluid benotigen sollte, da eine etwaige Aufbereitung oder ein Austausch mit einer Landstation zu aufwendig waren.
Daneben muss die Lagerung des Rotors auch höchsten
Anforderungen an die Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit und Notlaufeigenschaften genügen. Bei einem Gewicht von mehreren Tonnen des Rotors und einer Drehzahl von bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute werden an eine derartige Lagerung erhebliche Anforderungen gestellt, so dass an dieser Stelle sowohl für die radiale Lagerung als auch für die axiale Lagerung Magnetlager bevorzugt sind. Em weiterer Vorteil der Magnetlagerung liegt in der Möglichkeit der Kapselung, so dass die Aggregate auch von dem Prozessfluid umspult werden können. Danben benotigen die Magnetlager kein Arbeitsfluid, welches das Umgebungsmedium oder das Prozessfluid kontaminieren konnte.
Ausgehend von den geschilderten Anforderungen und Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fluidenergiemaschme der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche mit einer Lagerung ausgestattet ist, die bei nur geringem Wartungsaufwand und besonderes hoher Verfügbarkeit selbst bei hoher dynamischer Beanspruchung einen zuverlässigen Betrieb bei gleichzeitig langer
Lebensdauer und hervorragenden Notlaufeigenschaften bereit stellt. Die Aufgabe wird gelost durch eine Fluidenergiemaschine der eingangs genannten Art, die die in dem Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale aufweist.
Die Anordnung von Hilfslagern gemäß der Erfindung weist den besonderen Vorteil auf, dass für die ausschließlich radiale Lagerung ein robustes Gleitlager gewählt wird, das in der Auflageflache derart gewählt werden kann, dass eine nur niedrigere Flachenlast entsteht. Mit einem Radial-Lagerspiel von vorzugsweise 25/100 mm bis 3/10 mm ist die Maschine hinreichend schmutzunempfindlich und dem Rotor bleibt an der Stelle des Hilfslagers genügend Raum für die entstehenden Schwingungen im Betrieb oder, dass das Hilfslager mitgenommen wird.
Das Walzlager vermag neben den anfallenden Radialkraften auch Axialkrafte aufzunehmen, so dass sich an dieser Stelle für die komplexere Lageraufgabe eine kompaktere Maschine ergibt. Hierbei ist der Innendurchmesser des Walzlagers bevorzugt zu dem Rotor mit einem Radial-Spiel von etwa 25/100 mm bis zu
3/10 mm versehen. In axialer Richtung ist ein Summenspiel von etwa 5/10 mm bis 6/10 mm zweckmäßig.
Zur zerstörungsfreien Aufnahme der anfallenden Lagerlasten auch bei Einsparungen jeglichen Schmiermittels ist es zweckmäßig das Walzlager als Kugellager auszubilden, dass sowohl die axialen als auch die radialen Lagerlasten aufzunehmen vermag.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des Gleitlagers sieht vor, dass dieses aus Stahl gefertigt ist und dementsprechend insbesondere durch die Exponation gegenüber den chemisch aggressiven Medien nicht beschädigt wird.
Damit das Gleitlager im Fall eines Notstopps bzw. Trips der Maschine durch beispielsweise hohe Schwingungen nicht beschädigt wird, ist es zweckmäßig, die Gleitflache des Gleitlagers segmentiert auszubilden und die einzelnen Segmente federnd zu lagern.
Der Antrieb der Fluidenergiemaschme ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet, so dass insbesondere ein
Unterwasserbetrieb möglich wird. Bevorzugt befindet sich ein derartiger Elektromotor auf einer Welle mit der Stromungsmaschine und bildet gemeinsam mit dieser einen einzigen Rotor. Eine derartige Anordnung ist besonders kompakt.
Signifikante Vorteile bringt eine vertikale Anordnung einer gemeinsamen Drehachse des Motors und der Stromungsmaschine, so dass die Lagerlasten insbesondere der Radiallager auf ein Minimum abgesenkt werden können, da keine Gewichtskrafte des Rotors mehr aufgenommen werden müssen.
Diese Anordnung wirkt sich auch positiv auf die Dimensionierung der radialen Hilfslager aus, die selbst bei einem Auslauf aus beispielsweise 12.000 Umdrehungen pro
Minute nicht zerstört werden sondern in der Lage sind, diese Belastung mehrfach zu ertragen, ohne jegliches Schmiermittel.
Die vertikale Anordnung entfaltet besondere Vorteile, wenn eine radiale Lagerung und die axiale Lagerung am oberen Ende des Rotors und eine radiale Lagerung am unteren Ende des Rotors angeordnet ist und gleichzeitig das als Gleitlager ausgebildete Hilfslager am unteren Ende des Rotors und das als Walzlager ausgebildete Hilfslager am oberen Ende des Rotors vorgesehen ist. Naturgemäß ist das unten befindlich Gleitlager einer stärkeren Schmutzbelastung ausgesetzt, als das oben befindliche Walzlager, wobei das Gleitlager besser für diese widrigen Betriebsbedingungen geeignet ist.
Bevorzugt sind außerdem die Hilfslager weiter außen auf dem Rotor angeordnet als die als Magnetlager ausgeführten Radiallager und das Axiallager. Dies insbesondere deshalb, weil sich dadurch eine bessere Rotordynamik, insbesondere bessere Schwingungsdampfung im Normalbetrieb ergibt. Von besonderem Vorteil ist das bisher beschriebene Lagerkonzept, wenn zwischen dem Motor und der Stromungsmaschine kein zusätzliches Radiallager vorgesehen ist bzw. sich der Motor und die Stromungsmaschine zwischen den beiden Radiallagern befinden. Eine alternative Lagerung ergibt sich, wenn sowohl die Stromungsmaschine als auch der Motor jeweils zwei eigene Radiallager aufweisen und der Rotor zwischen den beiden sich zwischen der Stromungsmaschine und dem Motor befindlichen Radiallagern einen biegeschlaffen Bereich aufweist, der im Wesentlichen die Torsionsmomente übertragt (auch als Quillschaft bezeichnet) .
Insbesondere für den Unterwasserbetrieb aber auch für den Betrieb mit toxischen Gasen oder in explosionsgefahrdeter
Umgebung ist ein gasdichtes gemeinsames Gehäuse zweckmäßig, das die Lager, die Stromungsmaschine und den Motor umgibt.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, dass die Fluidenergiemaschme eine Steuereinheit umfasst, die mit mindestens einer axialen und/oder radialen Positions- und/oder Vibrationsmessstelle an dem Rotor und/oder einer Strom- und/oder Spannungsmessstelle an mindestens einem Magnetlager in Verbindung steht und derart ausgebildet ist, dass bei mindestens einem Messwert der Messstelle, der von dem Normalbetrieb um eine bestimmtes Ausmaß abweicht, die Energiezufuhr zu dem Motor derart verändert, dass der Motor den Rotor abbremst. Der Bremseffekt kann durch Wirbelstrome oder durch ein der gegenwartigen Rotation entgegenwirkendes Magnetfeld verursacht werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen Rotor mit einem Gewicht von mehreren Tonnen aus einer Drehzahl von ca. 12.000 Umdrehungen pro Minute innerhalb weniger als 10 Sekunden auf Stillstand abzubremsen. Dies begrenzt im Fall des Ausfalls der Magnetlager oder im Fall besonders hoher Schwingungen die Wärmeentwicklung m den Hilfslagern, die dadurch weitestgehend beschadigungsfrei bleiben . Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung naher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines
Längsschnitts durch eine erfindungsgemaße Fluidenergiemaschme .
Die Figur zeigt eine Fluidenergiemaschine 1 gemäß der Erfindung mit einer Stromungsmaschine 2 und einem Antrieb 3, der als Elektromotor 4 ausgebildet ist. Der Antrieb 3 und die Stromungsmaschine 2 weisen einen gemeinsamen Rotor 5 bzw. eine gemeinsame Welle 6 auf, die sich um eine vertikale Drehachse 7 dreht. Die Welle 6 tragt im Bereich der Stromungsmaschine 2 Stromungsleitelemente 8, die als
Laufrader eines Zentrifugalkompressors ausgebildet sind. Zur Lagerung des Rotors 6 sind ein unteres erstes Radiallager 11 und ein oberes, zweites Radiallager 12 sowie ein ebenfalls oben angeordnetes Axiallager 13 vorgesehen. Die beiden Radiallager 11, 12 und das Axiallager 13 sind gekapselte Magnetlager .
Sollten die Magnetlager 11, 12, 13 ausfallen, wird der Rotor 5 mittels Hilfslagern 15, 16 gelagert, die jeweils in dem weiter außen gelegenen Bereich bezogen auf die Magnetlager 11, 12, 13 an der Welle 6 positioniert sind. Es ist ein erstes Hilfslager 15 zur radialen Lagerung und ein zweites Hilfslager 16 zur radialen und axialen Lagerung vorgesehen. Dementsprechend ist der Lagerabstand der Hilfslager 15, 16 großer, als derjenige der Magnetlager 11, 12, 13. Das an der vertikalen Welle 6 unten angeordnete erste Hilfslager 15 ist als Gleitlager mit einem radialen Wellenspiel von etwa 25/100 mm ausgebildet, so dass im Normalbetrieb der Rotor 5 frei in dem Gleitlager ohne jeglichen Kontakt drehen kann. Das gleiche Lagerspiel weist das am oberen Ende der vertikalen Welle 6 befindliche zweite Hilfslager 16, das als Walzlager 22 bzw. Kugellager ausgebildet ist. Das Walzlager 22 hat radial 25/100 mm Spiel. Axial ist ein Summenspiel von etwa 5/10 mm bis 6/10 mm vorgesehen.
Die Lagerung 15, 16, 21, 11, 12, 13, 22, die Stromungsmaschine 2 und der Antrieb 3 befinden sich in einem gasdichten Gehäuse 30, welches einen Einlass 31 und einen Auslass 32 für zu verdichtendes bzw. verdichtetes Prozessfluid 33 aufweist.
Die Magnetlager 11, 12, 13, das erste Hilfslager 15 und ein Spalt zwischen dem Stator 36 und dem rotierenden Element 37 des Elektromotors 4 werden mittels des Prozessfluids 33 gekühlt, das aus einer Überströmleitung 40 zwischen einer ersten Stufe 41 und einer zweiten Stufe 42 der als Kompressor 45 ausgeführten Stromungsmaschine 2 entnommen wird. Aus dieser Anzapfung 46 wird das Prozessfluid 33 den Lagern 15, 11, 12, 13 und dem Spalt 38 zugeführt, wobei es anschließend wieder in die erste Stufe 41 des Kompressors 45 eintritt. Der Stator 36 weist noch einen eigenen Kuhlkreislauf 55 auf.
Eine Regelung zur Steuereinheit CU versorgt die Radiallager 11, 12 und das Axiallager 13 jeweils mit einem Betriebsstrom IB und den Antrieb 3 mit einem Betriebsstrom IM. Daneben wird die axiale Wellenposition X mittels eines Sensors 61 und das Schwingungsaufkommen Y mittels eines Sensors 62 erfasst und in der Regelungsemheit CU ausgewertet. Sollte die Axialposition X eine zu starke Abweichung vom Normalwert aufweisen oder das Schwingungsaufkommen Y vorgegebene Grenzwerte Überschreiten, wird die Maschine angehalten
(Trip) . Gleiches gilt, wenn mindestens ein Lagerstrom IB auf eine zu hohe Lagerlast schließen lasst. Im Falle des Trips moduliert die Steuereinheit CU den Strom zum Motor IM derart, dass die Rotation des Rotors 5 gebremst wird. Auf diese Weise kann der Rotor 5 von einer Drehzahl von 12.000 Umdrehungen pro Minute in etwa 10 Sekunden zum Stillstand gebracht werden. Sollten eine oder mehrere Magnetlager 11, 12, 13 ausgefallen sein, übernehmen die Hilfslager 15 die Lagerung des Rotors 5. Obwohl die Hilfslager 15 keine Schmierung bzw. keine gesonderte Zufuhr eines Schmiermittels aufweisen, können sie wahrend der kurzen Zeit des Trips die Lageraufgabe beschadigungsfrei übernehmen.
Das unten angeordnete Hilfslager bzw. Gleitlager 21 ist mit einem Radial-Lagerspiel von 25/100 mm besonders unempfindlich gegenüber Verschmutzung, so dass eine Funktion trotz der sich durch die Schwerkraft absetzenden Schmutzpartikel im unteren Maschinenbereich gewährleistet ist. Das oben befindliche
Walzlager 22 kombiniert die radiale Lagerung mit der axialen Lagerung und ist in Folge der Anordnung am oberen Ende der Welle 6 einer weniger starken Verschmutzung ausgesetzt.
Das Gleitlager 21 weißt federnde Segmente 27 auf, die nachgiebig gestaltet sind, so dass es bei einer zu hohen Lagerlast nicht zu einer Zerstörung der stählernen Laufflachen des Lagers kommt.

Claims

Patentansprüche
1. Fluidenergiemaschine (1) zur Erhöhung des Drucks eines Prozessfluids (33), insbesondere Pumpe oder Verdichter (45), mit einer Stromungsmaschine (2), die den Druck des Prozessfluids (33) erhöht, mit einem Antrieb (3), der die Stromungsmaschine (2) antreibt, wobei die Stromungsmaschine (2) einen Rotor (5) aufweist, der rotierende Stromungsleitelemente (8) der Stromungsmaschine (2) tragt, mit mindestens einem Axiallager (13), das als Magnetlager ausgebildet ist und mittels dessen der Rotor (5) gelagert ist, - mit mindestens zwei Radiallagern (11, 12), einem ersten Radiallager (11) und einem zweiten Radiallager (12), die als Magnetlager ausgebildet sind und mittels denen der Rotor (5) gelagert ist, zwischen denen die Stromungsmaschine (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite der Stromungsmaschine (2) , wo das erste Radiallager (11) angeordnet ist, ein Hilfslager (15) vorgesehen ist, das als Gleitlager (21) ausgebildet ist und auf der Seite, auf der das zweite Radiallager (12) angeordnet ist, ein Hilfslager (15) vorgesehen ist, das als Walzlager (22) ausgebildet ist, wobei das Walzlager (22) sich auf derjenigen Seite der Stromungsmaschine (2) befindet, auf der auch das Axiallager (13) angeordnet ist.
2. Fluidenergiemaschine (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Walzlager (22) als Kugellager ausgebildet ist.
3. Fluidenergiemaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Gleitlager (21) Gleitflachen aus Stahl aufweist .
4. Fluidenergiemaschine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der keine gesonderte Zufuhrung eines Schmierfluids zu den Hilfslagern (15) vorgesehen ist.
5. Fluidenergiemaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei dem mindestens eine Gleitflache des Gleitlagers (21) segmentiert ist und die Segmente federnd ausgebildet sind.
6. Fluidenergiemaschine (1), bei der zwischen dem Rotor (5) und den Hilfslagern (15) ein Spiel zwischen einem 1/10 mm und 4/10 mm vorgesehen ist, so dass sich die Hilfslager (15) im Normalbetrieb nicht mitdrehen.
7. Fluidenergiemaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Antrieb (3) als Elektromotor (4) ausgebildet ist.
8. Fluidenergiemaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Elektromotor (4) auf einer Welle (6) mit der Stromungsmaschine (2) angeordnet ist.
9. Fluidenergiemaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Drehachse (7) des Rotors (5) vertikal ausgerichtet ist.
10. Fluidenergiemaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich die Stromungsmaschine (2) und der Antrieb (3) zwischen dem ersten Radiallager (11) und dem zweiten Radiallager (12) befinden.
11. Fluidenergiemaschine (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen 8 bis 10, ber der das erste Radiallager (11) mrt dem Glertlager (21) unten und das zweite Radiallager (12) mit dem Axiallager (13) und dem Walzlager (22) oben angeordnet sind.
12. Fluidenergiemaschine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Stromungsmaschine
(2), der Antrieb (3) und die Lager (11, 12, 13, 15, 21, 22) in einem gemeinsamen gasdichten Gehäuse (51) angeordnet sind, welches mindestens einen Eingang (31) und einen Ausgang (32) für das Prozessfluid (33) aufweist.
13. Fluidenergiemaschine (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Steuereinheit (CU) aufweist, die mit mindestens einer axialen und/oder radialen Positions- und/oder Vibrationsmessstelle (61, 62) an dem Rotor (5) und/oder mindestens einer Strom- und/oder Spannungsmessstelle (10) an mindestens einem Magnetlager (11, 12, 13) in Verbindung steht und derart ausgebildet ist, dass bei mindestens einem Messwert, der von Messwerten im Normalbetrieb um ein bestimmtes Ausmaß abweicht, die Energiezufuhr zu dem Antrieb (3) derart verändert, dass der Antrieb (3) den Rotor abbremst.
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