NL1006177C2 - Rotoras voor een roterende machine en roterende machine voorzien van een dergelijke rotoras. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Rotoras voor een roterende machine en roterende machine voorzien van een dergelijke rotoras.

De uitvinding heeft betrekking op een rotoras voor een roterende machine, welke rotoras lagerdelen heeft die na montage in de machine zijn opgenomen in met olie gesmeerde glijlagers.

5 Dergelijke rotorassen zijn bekend bij roterende machi nes zoals stoomturbines, gasturbines, centrifugaalpompen, ketelvoedingspompen, axiaalcompressoren en centrifugaal- compressoren. Dergelijke roterende machines werken vaak bij hoge toerentallen, die bijvoorbeeld bij centrifugaalcom-10 pressoren kunnen liggen tussen 3.000 en 18.000 omwentelingen per minuut.

Een probleem dat zich bij roterende machines, waarbij de rotoras met dergelijke hoge toerentallen ronddraait, kan voordoen, is synchrone instabiliteit van de rotoras en 15 dientengevolge trillingen van de machine. De oorzaak van deze synchrone instabiliteit van de rotoras is dat bij hogere toerentallen van de rotoras er ter plaatse van de lagers diametraal over de as gezien een temperatuurverschil ontstaat. Door een dergelijk temperatuurverschil gaat de 20 rotoras enigszins buigen ter plaatse van het lager, waardoor onbalans ontstaat en dientengevolge trillingen. Dit proces kan zichzelf versterken, waardoor synchrone rotor-instabiliteit kan ontstaan.

Dit verschijnsel is onderzocht door F.M. de Jongh en 25 P.G. Morton en beschreven in ASME-artikel 94-GT-35: "The synchronous instability of a compressor rotor due to bearing journal differential heating".

De uitvinding heeft tot doel het probleem van de tempe-ratuur-geïnduceerde instabiliteit en de daaruit voortvloei-30 ende trillingen van de rotoras bij roterende machines te ondervangen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de rotoras in het gebied van tenminste één lagerdeel is voor- 1006177 2 zien van een buitenmantel die een thermische isolatielaag vormt tussen het buitenoppervlak van de rotoras en het binnen de buitenmantel gelegen asdeel, welke buitenmantel bestaat uit een afzonderlijke, op het binnen de buiten-5 mantel gelegen asdeel aangebrachte cilindrische bus die een cilindrisch buitenoppervlak heeft dat in het gebied van het lagerdeel het buitenoppervlak van de rotoras vormt.

Deze maatregel blijkt het probleem van de tempera-10 tuur-geïnduceerde buiging van de rotoras te elimineren, waardoor het probleem van temperatuur-geïnduceerde instabiliteit van de rotoras niet meer optreedt.

Op zich is het bekend een rotoras ter plaatse van een lager te voorzien van een thermische isolatielaag 15 (zie bijvoorbeeld DE-U-8706954 en DE-A-3734524). Deze constructies zijn echter veelal ingewikkeld en hebben bovendien een geheel ander doel dan de constructie volgens de uitvinding.

Voorkeursuitvoeringsvormen van de rotoras volgens de 20 uitvinding zijn vastgelegd in de afhankelijke conclusies.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een roterende machine voorzien van een rotoras volgens de uitvinding.

De uitvinding zal in de hiernavolgende beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld worden toegelicht aan de hand van 25 de tekening, waarin in de enige figuur schematisch een gedeelte van een voorkeursuitvoeringsvorm van een rotoras volgens de uitvinding is weergegeven in het gebied van een lager.

In de figuur is schematisch een gedeelte van een ro-30 toras 1 van een roterende machine weergegeven. In dit geval betreft het een eindgedeelte van de rotoras 1, ook wel astap genoemd. Dit eindgedeelte van de rotoras 1 omvat een lagerdeel dat door middel van een schematisch aangegeven glijlager 2 is gelagerd in het eveneens schematisch aange-35 geven lagerhuis 3 van de roterende machine. Het lager 2 is gesmeerd met olie, die zich als een dunne film 4 tussen het binnenoppervlak van het lager 2 en het buitenoppervlak van 1006177 3 de as bevindt. In het gebied van het lager 2 is de rotoras 1, d.w.z. het lagerdeel, voorzien van een buitenmantel 5 die een thermische isolatielaag vormt tussen het buitenoppervlak 6 van de buitenmantel 5 en het binnen de buitenman-5 tel 5 gelegen asdeel 7. Door deze buitenmantel wordt voorkomen dat het probleem van temperatuur-geïnduceerde instabiliteit, zoals beschreven in het eerdergenoemde artikel van De Jongh en Morton, optreedt.

In de weergegeven uitvoeringsvorm bestaat de mantel 5 10 uit een afzonderlijke, op de rotoras 1 aangebrachte cilindrische bus 5. De bus 5 heeft aan de binnenzijde in het axiale middengebied een grotere diameter dan nabij de einden, zodat tussen de bus 5 en het asdeel 7 een kamer 8 ontstaat. De in deze kamer 8 aanwezige lucht vormt een 15 isolatielaag tussen de bus 5 en het asdeel 7. Een ander isolerend medium kan bijvoorbeeld olie zijn. Hierdoor heeft een eventueel optredend diametraal temperatuurverschil ter plaatse van het lager 2 geen invloed op de vorm van de rotoras 1.

20 Bij voorkeur is de bus 5 nabij de einden op de rotoras 1 gekrompen, waarbij doelmatig de krimpverbinding 9 aan het ene einde strakker is dan de krimpverbinding 10 aan het andere einde, teneinde vrijheid voor temperatuurdilatatie te verschaffen.

25 Het is voordelig de bus 5 uit hetzelfde materiaal (staal) te maken als de rotoras. De loopeigenschappen van het materiaal van de bus in de olie-omgeving in het lager zijn dan bekend en voorspelbaar.

Het is ook mogelijk tussen de bus en het daarbinnen 30 gelegen asdeel een kamer te vormen door de as binnen de bus ter plaatse van het axiale middengebied van de bus een kleinere diameter te geven dan nabij de einden van de bus.

Het is verder mogelijk de bus te vervaardigen uit een isolerend materiaal. Ook dan kan de invloed van diametrale 35 temperatuurverschillen ter plaatse van het lager op de vorm van de rotoras 1 teniet worden gedaan. In dat geval hoeft de bus niet voorzien te zijn van een uitsparing, zoals de in de tekening weergegeven bus 5.

1006177 4

Nog een andere mogelijkheid is de bus te vervaardigen uit een materiaal dat niet uitzet bij temperatuurverhoging, zoals bijvoorbeeld "Invar".

Een rotorlagering volgens het hierboven beschreven 5 uitvoeringsvoorbeeld van de figuur is toegepast in een centrifugaalcompressor.

Eerst werd de machine getest met een conventionele rotoras, zonder bus, en dus zonder thermische isolatielaag. In deze machine traden bij 7.000 omwentelingen per minuut 10 zodanige temperstuur-geInduceerde instabiliteiten op, dat het machinetoerental verlaagd moest worden.

Hierna werd de machine-lagering voorzien van een bus 5 volgens de uitvinding. Daarmee haalde de machine zijn gespecificeerde maximale toerental van 10.400 omwentelin-15 gen per minuut zonder dat temperatuur-geïnduceerde insta-biliteiten optraden. Hogere toerentallen werden hier niet getest, doch de conclusie lijkt gerechtvaardigd dat temperatuur-geïnduceerde trillingen en instabiliteiten in een roterende machine volgens de uitvinding bij alle 20 toerentallen volledig uitgesloten zijn.

1006177

Claims (10)

1. Rotoras voor een roterende machine, welke rotoras lagerdelen heeft die na montage in de machine zijn opgenomen in met olie gesmeerde glijlagers, met het kenmerk, 5 dat de rotoras (1) in het gebied van tenminste één lager-deel is voorzien van een buitenmantel (5) die een thermische isolatielaag vormt tussen het buitenoppervlak van de rotoras (1) en het binnen de buitenmantel (5) gelegen asdeel (7), welke buitenmantel (5) bestaat uit een afzon-10 derlijke, op het binnen de buitenmantel gelegen asdeel aangebrachte cilindrische bus (5) die een cilindrisch buitenoppervlak (6) heeft dat in het gebied van het la-gerdeel het buitenoppervlak van de rotoras (1) vormt.

2. Rotoras volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 15 cilindrische bus (5) met het daarbinnen gelegen asdeel (7) een constructieve eenheid vormt.

3. Rotoras volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bus (5) aan de binnenzijde in het axiale middengebied een grotere diameter heeft dan nabij de einden. 2 0

4. Rotoras volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het binnen de bus gelegen asdeel ter plaatse van het axiale middengebied van de bus een kleinere diameter heeft dan nabij de einden van de bus.

5. Rotoras volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, 25 dat de bus (5) nabij de einden op het daarbinnen gelegen asdeel (7) is gekrompen.

6. Rotoras volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de krimpverbinding (9, resp. 10) aan het ene einde van de bus (5) strakker is dan de krimpverbinding (10, resp. 9) 30 aan het andere einde. 1006177

7. Rotoras volgens een van de conclusies 1-6, met het kenmerk,, dat de bus (5) is vervaardigd uit hetzelfde materiaal als de rotoras (1).

8. Rotoras volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 5 bus is vervaardigd uit een isolerend materiaal.

9. Rotoras volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bus is vervaardigd uit een materiaal dat niet uitzet bij temperatuurverhoging.

10. Roterende machine voorzien van een rotoras volgens 10 één der voorgaande conclusies. 1006177