WO1997045651A1 - Schutz einer turbomaschine gegen lagerschwingungen - Google Patents

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WO1997045651A1
WO1997045651A1 PCT/DE1997/001045 DE9701045W WO9745651A1 WO 1997045651 A1 WO1997045651 A1 WO 1997045651A1 DE 9701045 W DE9701045 W DE 9701045W WO 9745651 A1 WO9745651 A1 WO 9745651A1
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Bernard Becker
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F16C2360/00—Engines or pumps

Definitions

  • the present invention relates to the protection of a turbomachine against damage when bearing vibrations occur in the rotor bearing. It relates in particular to a method and a device which can be used on a rotor mounted at both ends.
  • CH-PS 160 247 describes a turbine with a turbine shaft which is mounted in two main bearings. An auxiliary bearing is provided between these two main bearings, which are relatively far apart. Depending on the speed of the turbine shaft, this auxiliary bearing is placed on the turbine shaft and removed again. When starting up and shutting down, the turbine shaft runs through a critical speed with the risk of developing a resonance. When the critical speed is approached, the auxiliary bearing is switched on; this increases the critical speed, depending solely on the speed of the turbine shaft.
  • the CH-PS 160 247 describes still other ways to set the critical speed to another value, such as changes in the number and the distance between the shaft bearings, change in the elasticity of the turbine shaft and displacement of the bearings to one another.
  • German utility model DE-GM 710 9432 describes a turbomachine with a rotor which is supported on two bearings.
  • An auxiliary bearing which additionally supports the rotor shaft, is continuously connected between the bearings during operation.
  • the auxiliary bearing is arranged at the point at which the maximum fundamental vibration amplitude occurs in a two-point bearing.
  • the critical speed of the rotor is increased, and due to the dynamic support effect of the auxiliary bearing, a new mode of vibration is imposed on the rotor, which corresponds to a higher natural frequency. Vibrations of the rotor, for example caused by an imbalance, are damped due to the compressibility of the lubricant of the auxiliary bearing.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device which offers a turbomachine protection against damage when bearing vibrations occur in the rotor bearing.
  • the invention offers a turbomachine protection against damage when bearing vibrations occur in a rotor bearing that exceed a predetermined limit value, in particular caused by rotor amplitudes. If exceeded of the limit value, a signal is triggered, which generates the pressure build-up of a medium in a device, preferably in an emergency bearing of the rotor, as a result of which the bearing vibrations are damped.
  • the invention is described by way of example with reference to a gas turbine, which represents a turbomachine.
  • the rotor of the gas turbine is supported at the ends by means of a plain bearing.
  • the sliding bearing surfaces are kept at a sufficient distance from the rotor in order to avoid undesired contact. If bearing vibrations occur in one of the two rotor bearings that exceed a predetermined limit value, then according to the invention the rotor movement is limited so that the radial gaps of the blades are not bridged.
  • the pressure builds up suddenly in said device. This is particularly advantageous when the device is an emergency camp, which essentially only takes on a bearing function when the predetermined limit value of the rotor amplitude has been exceeded. Frictional and thus energy losses are largely avoided in such a bearing during normal operation of the rotor.
  • the medium is introduced into the device only after the signal has been triggered.
  • the slide bearing can be gas-filled before the medium is introduced, as a result of which only low friction energies occur in normal operation. So that the medium can be introduced into the device with a sufficiently high pressure, it is particularly favorable to store it under pressure. In connection with a rapidly opening valve, the medium can then be introduced into the device so quickly that high rotor amplitudes are damped practically immediately.
  • the medium in particular a liquid, forms a lubricating film, preferably a hydrodynamic lubricating film, between the rotor and the slide bearing surfaces. This is in able to absorb frictional heat and limit rotor movements so that radial gaps are not bridged.
  • FIG. 1 an application of the invention to a known gas turbine
  • FIG. 2 a constructive embodiment of the part of the invention, which is circled in dashed lines in FIG. 1, with the schematic mode of operation of an emergency store,
  • FIG. 3 a structural design of the emergency camp in longitudinal section
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the emergency camp of the figure
  • FIG. 5 a further development of an emergency camp
  • Figure 6 a further embodiment of an emergency camp
  • FIG. 7 a further advantageous embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a turbomachine 1 in the form of a gas turbine, which is mounted at the ends of its rotor 2 by means of plain bearings 3 (not shown in more detail).
  • An emergency camp 4 designed as a plain bearing, is preferably provided in the center of the rotor.
  • the emergency camp 4 can also have a stiffening effect, which in the restoration Gel leads to the system being designed as a 3-bearing system running below the first system-critical frequency and a passage of resonance being avoided entirely.
  • the position of the emergency camp 4, which is encircled by dashed lines, can be selected depending on the construction of the turbomachine 1 and is not necessarily predetermined in the geometric center.
  • a device 5 for vibration monitoring can be set in such a way that a signal s is triggered at a predeterminable limit value g of the rotor amplitude r1, r2, which generates a pressure build-up of a medium in the emergency bearing 4 of the rotor 2.
  • the bearing vibrations are damped by the pressure build-up in connection with the medium. This prevents bridging of the radial gaps in the blading and prevents damage to the latter.
  • FIG. 2 shows an enlarged version of the emergency camp 4 encircled in FIG. 1.
  • the emergency camp 4 is a component for damping the bearing vibrations. It is therefore provided to protect the turbomachine 1.
  • the emergency bearing 4 is designed such that it is preferably gas-filled under normal operation (that is, rotor amplitudes that occur are below the predetermined limit value).
  • the emergency storage device 4 then still has no storage function. Only when the limit value is exceeded does a medium 7, indicated by two straight arrows, suddenly enter the slide bearing 4 and under high pressure. It forms a lubricating film 8 between the rotor 2 and the inner surface of the emergency camp 4.
  • the emergency camp 4 has such a configuration that the gas, eg air, located there can escape from the emergency camp 4 when the medium 7 suddenly enters.
  • the Lubricating film 8 is then without interruptions, and influences by the gas are avoided.
  • FIG 3 shows a further embodiment of an emergency camp 4.
  • the view shows the emergency camp 4 in longitudinal section.
  • the pressurized medium 7 acts on a movable component or segment 10 which has a sliding bearing surface 11.
  • a further medium 12 is located between this slide bearing surface 11 and the rotor 2.
  • the distance between the slide bearing surface 11 and the rotor 2 changes.
  • a damping effect therefore becomes one with the medium 12 and the other also with the medium 7.
  • FIG. 4 shows the emergency camp 4 shown in FIG. 3 in cross section.
  • the movable segments 10 are each attached to a point on the housing 13.
  • the upper side 14 of the segment 10 forms a chamber 15 with a corresponding recess in the housing 13.
  • the medium 7 can be introduced into this chamber 15 via a channel 16.
  • the deflection of the segment 10 is dependent on the pressure difference which results from the pressure on the slide bearing surface 11 and from the pressure applied to the upper side 14.
  • FIG. 4 shows two segments 10 in different positions A and B for clarification. While the segment 10 is in position A during normal operation, it becomes when the limit value of the rotor amplitude is exceeded due to the pressurization of the segment 10 deflected into position B by means of the medium 7.
  • the lubricant 12 is introduced between the slide bearing surface 11 and the rotor 2 via its own feeds 17.
  • the lubricant 12 can then advantageously be designed or selected in accordance with the loads occurring in the lubricating film, while the medium 7 is preferably designed with a view to a rapid pressurization is selected.
  • the lubricant 12 can also be the air present, for example in the case of an air bearing, when the gap is greatly narrowed. However, it can also be produced by melting from the material of the slide bearing surfaces or the rotor.
  • the device for damping the bearing vibrations has a lubricant 12 between the slide bearing surface 11 and the rotor 2 before the limit value is exceeded.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the emergency camp 4 for a device for damping the bearing vibrations.
  • This emergency camp 4 is also designed as a plain bearing.
  • the segments 10 are thereby supported by supports 18, e.g. radially acting screws, which are connected to the housing 13.
  • the radial gap between the slide bearing surface 11 and the rotor 2 is set so that it corresponds to the radial gap of the blades. It is then preferably between one and three millimeters.
  • This solution has the particular advantage of a simple construction. Here too there is
  • FIG. 6 shows a further embodiment of an emergency camp 4.
  • a medium 7 under pressure can be introduced into a chamber 15, which is closed with respect to the rotor 2, via a channel 16.
  • the inner wall 19 of the chamber 15 facing the rotor 2 is designed so flexibly, for example via the choice of material and / or a suitable construction, that when the pressure in the chamber 15 rises and the resulting pressure difference on the inner wall 19 increases bulges inward towards rotor 2.
  • the emergency camp 4 is preferably constructed in such a way that one side 20 of the wall 19 functions like a joint and the other side 21 functions like a spiral spring.
  • the wall 19 has different material thicknesses. Due to the closed chamber 15, it is prevented that the pressure-generating medium O 97/45651 PC17DE97 / 01045
  • FIG. 7 shows an embodiment of a device for protecting a turbomachine against damage when bearing vibrations occur. It has an emergency storage facility 4, a container 22 for holding the medium 7 under high pressure and a lightning-opening valve 23 which is arranged in the line between the container 22 and the emergency storage facility 4. The container 22 is fed with the medium 7 via a pump 24. On the rotor 2 there is a sensor 6 belonging to the device, which is connected to the device 5 for vibration monitoring. The device 5 for vibration monitoring has a connection 25 to the valve 23. Via this connection 25, the signal triggered by the device 5 for vibration monitoring for opening the valve 23 can be passed on when the limit value which can be input via an input 26 is exceeded.
  • the quick-opening valve 23 is in particular a solenoid valve, or it is similar to that in the fuel system of a gas turbine.
  • Turbomachinery is particularly useful when it is integrated into already existing turbomachine designs and concepts.
  • the invention can be used not only in a turbomachine, but especially in any machine with a mounted rotor, that is to say, for example, also in a diesel engine and in a propeller.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz einer Turbomaschine (1) gegen Schäden bei Auftreten von Lagerschwingungen in einer Rotorlagerung (3), die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten. Bei Überschreiten des Grenzwertes wird ein Signal ausgelöst, welches in einer Vorrichtung (4), vorzugsweise in einem Notlager des Rotors (2), einen Druckaufbau eines Mediums (7, 12) erzeugt, wodurch die Lagerschwingungen gedämpft werden.

Description

Beschreibung
Schutz einer Turbomaschine gegen Lagerschwingungen
Die vorliegende Erfindung betrifft den Schutz einer Turboma¬ schine gegen Schäden bei Auftreten von Lagerschwingungen in der Rotorlagerung. Sie bezieht sich insbesondere auf ein Ver¬ fahren sowie eine Einrichtung, welche an einem an den beiden Enden gelagerten Rotor anwendbar sind.
Bei einem Rotor, der über der ersten Systemeigenfrequenz be¬ trieben wird, entstehen beim Durchfahren der Systemeigenfre¬ quenz (Resonanz) hohe Amplituden. Diese treten insbesondere dann auf, wenn eine größere Unwucht vorhanden ist. Die Turbo- maschine weist eine Unwucht beispielsweise dann auf, wenn eine oder mehrere benachbarte Turbinenschaufeln abgebrochen sind. Die dann auftretenden Lagerkräfte können die Lager oder deren Abstützung zerstören. Es besteht dabei die Gefahr, daß die resultierende Läuferverformung zu einer Überbrückung der Radialspalte der Beschaufelung führt, so daß im ungünstigsten
Fall die Schaufeln durch das Anstreifen zerstört werden und daß der Rotor zerbrochen wird.
In der CH-PS 160 247 ist eine Turbine mit einer Turbinenwelle beschrieben, die in zwei Hauptlagern gelagert ist. Zwischen diesen beiden Hauptlagern, welche verhältnismäßig weit aus¬ einander liegen, ist ein Hilfslager vorgesehen. Dieses Hilfs- lager wird in Abhängigkeit von der Drehzahl der Turbinenwelle an die Turbinenwelle angelegt sowie wieder entfernt. Beim An- fahren sowie beim Abfahren durchläuft die Turbinenwelle eine kritische Drehzahl mit der Gefahr der Ausbildung einer Reso¬ nanz. Bei Annäherung an die kritische Drehzahl wird das Hilfslager eingeschaltet; dadurch wird die kritische Dreh¬ zahl, und zwar allein in Abhängigkeit der Drehzahl der Turbi- nenwelle erhöht. Die CH-PS 160 247 beschreibt noch weitere Möglichkeiten, die kritsche Drehzahl auf einen anderen Wert einzustellen, wie beispielsweise Veränderungen der Anzahl und des Abstandes der Wellenlager, Veränderung der Elastizität der Turbinenwelle und Verschiebung der Lager zueinander.
In dem Deutschen Gebrauchsmuster DE-GM 710 9432 ist eine Tur- bomaschine mit einem Rotor beschrieben, der auf zwei Lagern abgestützt ist. Zwischen den Lagern ist ein die Rotorwelle zusätzlich abstützendes Hilfslager während des Betriebes ständig zugeschaltet. Das Hilfslager ist an der Stelle ange¬ ordnet, an der bei einer Zweipunktlagerung die maximale Grundschwingungsamplitude auftritt. Dadurch wird die Eigen¬ frequenz des Rotors angehoben und die Voraussetzung für eine permanent wirkende günstige Beeinflussung der Laufruhe ist geschaffen. Lediglich im Ruhezustand der Turbomaschine, in dem kein Schmiermittel unter Druck dem Hilfslager zugeführt wird, sind die Gleitflächen der Lagerschuhe des Hilfslagers vom Rotor beabstandet. Mit dem Hilfslager wird die kritische Drehzahl des Rotors erhöht, und durch die dynamische Stütz- Wirkung des Hilfslagers dem Rotor eine neue Schwingungsform aufgezwungen, die einer höheren Eigenfrequenz entspricht. Schwingungen des Rotors, beispielsweise hervorgerufen durch eine Unwucht, werden infolge der Kompressibilität des Schmiermittels des Hilfslagerε gedämpft.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung anzugeben, die einer Turbomaschine Schutz gegen Schäden bei Auftreten von Lagerschwingungen in der Ro¬ torlagerung bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung bietet einer Turbomaschine Schutz gegenüber Schäden bei Auftreten von Lagerschwingungen in einer Rotorla¬ gerung, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, ins¬ besondere verursacht durch Rotoramplituden. Bei Überschreiten des Grenzwertes wird ein Signal ausgelöst, welches in einer Vorrichtung, vorzugsweise in einem Notlager des Rotors, den Druckaufbau eines Mediums erzeugt, wodurch die Lagerschwin¬ gungen gedämpft werden.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Gasturbine, die stellvertretend für eine Turbomaschine steht, beschrieben. Der Rotor der Gasturbine ist jeweils an den Enden mittels ei¬ nes Gleitlagers gelagert. Solange der Rotor ruhig läuft, wer- den zur Vermeidung von ungewollten Berührungen die Gleitla¬ gerflächen auf ausreichendem Abstand zum Rotor gehalten. Tre¬ ten nun Lagerschwingungen in einer der beiden Rotorlagerungen auf, die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, so wird erfindungsgemäß die Rotorbewegung so begrenzt, daß die Ra- dialspalte der Schaufeln nicht überbrückt werden. Dazu er¬ folgt der Druckaufbau in der besagten Vorrichtung schlagar¬ tig. Dieses ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vor¬ richtung ein Notlager ist, welches im wesentlichen erst dann eine lagernde Funktion übernimmt, wenn der vorgegebene Grenz- wert der Rotoramplitude überschritten worden ist. Reib- und damit Energieverluste werden bei einem derartigen Lager bei Normalbetrieb des Rotors weitestgehend vermieden.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Verfahrens sieht vor, daß das Medium erst nach Auslösung des Signales in die Vor¬ richtung eingebracht wird. So kann das Gleitlager vor Ein¬ bringung des Mediums beispielsweise gasgefüllt sein, wodurch im Normalbetrieb nur geringe Reibenergien auftreten. Damit das Medium mit einem ausreichend hohen Druck in die Vorrich- tung eingebracht werden kann, ist eine Bevorratung desselben unter Druck besonders günstig. In Verbindung mit einem sich schnell öffnenden Ventil ist das Medium dann derartig zügig in die Vorrichtung einbringbar, daß hohe Rotoramplituden praktisch sofort gedämpft werden. Vorteilhaft ist es, wenn das Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, zwischen dem Rotor und den Gleitlagerflächen einen Schmierfilm, vorzugsweise ei¬ nen hydrodynamischen Schmierfilm, ausbildet. Dieser ist in der Lage, Reibwärme aufzunehmen und Rotorbewegungen so zu be¬ grenzen, daß Radialspalte nicht überbrückt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich durch die in den Unteransprüchen offenbarten Merkmale. Wei¬ tere Vorteile und Merkmale von Ausführungsformen der Erfin¬ dung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: eine Anwendungsmöglichkeit der Erfindung an einer bekannten Gasturbine,
Figur 2: eine konstruktive Ausgestaltung des Teiles der Er¬ findung, der in Figur 1 gestrichelt umkreist ist, mit der schematischen Wirkungsweise eines Notla- gers,
Figur 3 : eine konstruktive Ausgestaltung des Notlagers im Längsschnitt,
Figur 4: eine Ansicht im Querschnitt des Notlagers der Figur
3,
Figur 5: eine Weiterbildung eines Notlagers,
Figur 6: eine weitere Ausgestaltung eines Notlagers und
Figur 7: eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin¬ dung.
Figur 1 zeigt eine Turbomaschine 1 in der Form einer Gastur¬ bine, welche an den Enden ihres Rotors 2 mittels (nicht näher dargestellter) Gleitlager 3 gelagert ist. Ein Notlager 4, ausgebildet als Gleitlager, wird bevorzugt in der Rotormitte vorgesehen. Je nach Auslegung der Turbomaschine 1 besteht dort die größte Gefahr, daß aufgrund der dort größten Läufer¬ amplituden ein Anstreifen zuerst auftritt. Das Notlager 4 kann auch eine versteifende Wirkung aufweisen, die in der Re- gel dazu führt, daß das als 3-Lager-System ausgebildete Sy¬ stem unterhalb der ersten systemkritischen Frequenz läuft und ein Resonanzdurchgang gänzlich vermieden wird. Die Position des Notlagers 4, welche gestrichelt umkreist ist, ist, je nach Konstruktion der Turbomaschine 1 wählbar und nicht zwin¬ gend in der geometrischen Mitte vorgegeben.
Zur Feststellung der Lagerschwingungen in den Rotorlagerungen 3 ist jeweils eine Überwachung derselben vorgesehen. An den mit Pfeilen gekennzeichneten Stellen liegen bevorzugt Senso¬ ren 6, welche die Lagerschwingungen oder Rotoramplitude rl, r2 aufnehmen und an eine Einrichtung 5 zur Schwingungsüberwa¬ chung weiterleiten. Die Einrichtung 5 zur Schwingungsüberwa¬ chung ist so einstellbar, daß bei einem vorgebbaren Grenzwert g der Rotoramplitude rl, r2 ein Signal s ausgelöst wird, wel¬ ches im Notlager 4 des Rotors 2 einen Druckaufbau eines Medi¬ ums erzeugt. Durch den Druckaufbau in Verbindung mit dem Me¬ dium werden die Lagerschwingungen gedämpft. Dieses verhindert ein Überbrücken der Radialspalte der Beschaufelung und ver- meidet Beschädigungen derselben.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung des in Figur 1 gestrichelt umkreisten Notlagers 4 in Vergrößerung. Das Notlager 4 stellt einen Bestandteil zur Dämpfung der Lagerschwingungen dar. Es ist somit zum Schutz der Turbomaschine 1 vorgesehen. Das Not¬ lager 4 ist so ausgebildet, daß es unter Normalbetrieb (das heißt: auftretende Rotoramplituden liegen unterhalb des vor¬ gegebenen Grenzwertes) vorzugweise gasgefüllt ist. Das Notla¬ ger 4 weist dann noch keine lagernde Funktion auf. Erst bei Überschreiten des Grenzwertes tritt schlagartig und unter ho¬ hem Druck ein Medium 7, angedeutet durch zwei gerade Pfeile, in das Gleitlager 4 ein. Es bildet einen Schmierfilm 8 zwi¬ schen dem Rotor 2 und der Innenfläche des Notlagers 4. Das Notlager 4 besitzt eine derartige Ausgestaltung, daß das dort befindliche Gas, z.B. Luft, bei dem schlagartigen Eintritt des Mediums 7 aus dem Notlager 4 entweichen kann. Der Schmierfilm 8 ist dann ohne Unterbrechungen, und Einflüsse durch das Gas werden vermieden.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Notlagers 4. Die Ansicht zeigt das Notlager 4 im Längsschnitt. Das unter Druck stehende Medium 7 beaufschlagt ein bewegliches Bauteil oder Segment 10, welches eine Gleitlagerfläche 11 aufweist. Zwischen dieser Gleitlagerfläche 11 und dem Rotor 2 befindet sich eine weiteres Medium 12. Je nachdem, welchen Druck das Medium 7 auf das Segment 10 ausübt, verändert sich der Ab¬ stand zwischen der Gleitlagerfläche 11 und dem Rotor 2. Eine dämpfende Wirkung wird daher zum einen mit dem Medium 12 und zum anderen auch mit dem Medium 7 bewirkt.
Figur 4 zeigt das in Figur 3 dargestellte Notlager 4 im Quer¬ schnitt. Die bewegbaren Segmente 10 sind jeweils an einem Punkt des Gehäuses 13 angelagert. Die Oberseite 14 des Seg¬ ments 10 bildet jeweils mit einer entsprechenden Aussparung des Gehäuses 13 eine Kammer 15. In diese Kammmer 15 kann über einen Kanal 16 das Medium 7 eingebracht werden. Die Auslen¬ kung des Segments 10 ist abhängig von der Druckdifferenz, die sich aus dem an der Gleitlagerfläche 11 und aus dem an der Oberseite 14 anliegenden Druck ergibt. Figur 4 zeigt zur Ver¬ deutlichung zwei Segmente 10 in jeweils unterschiedlicher Stellung A bzw. B. Während sich das Segment 10 unter Normal- betrieb in der Stellung A befindet, wird es bei Übersteigen des Grenzwertes der Rotoramplitude aufgrund der Druckbeauf¬ schlagung des Segments 10 mittels des Mediums 7 in die Posi¬ tion B ausgelenkt. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform wird das Schmiermittel 12 zwischen der Gleitlagerfläche 11 und dem Rotor 2 über eigene Zuführungen 17 eingebracht. So ist es im Unterschied zu der in Figur 2 dargestellten Lösung möglich, zwei unterschiedliche, mit jeweils verschiedenem Druck behaftete Medien 7 und 12 einzusetzen. Das Schmiermit- tel 12 kann dann vorteilhafterweise entsprechend den auftre¬ tenden Belastungen im Schmierfilm ausgelegt oder ausgewählt sein, während das Medium 7 vorzugsweise im Hinblick auf eine schnelle Druckbeaufschlagung ausgewählt ist. Das Schmiermit¬ tel 12 kann bei stark verengtem Spalt auch die vorhandene Luft sein, z.B. bei einem Luftlager. Es kann aber auch durch Aufschmelzen aus dem Material der Gleitlagerflächen oder des Rotors erzeugt werden. Bei der in Figur 4 gezeigten Lösung besteht ebenfalls die Möglichkeit, daß die Vorrichtung zur Dämpfung der Lagerschwingungen schon vor Überschreiten des Grenzwertes ein Schmiermittel 12 zwischen der Gleitlagerflä¬ che 11 und dem Rotor 2 aufweist.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Notlagers 4 für eine Vorrichtung zur Dämpfung der Lagerschwingungen. Dieses Notlager 4 ist ebenfalls als Gleitlager ausgebildet. Die Seg¬ mente 10 werden dabei über AbStützungen 18, z.B. radial wir- kende Schrauben, angestellt, die mit dem Gehäuse 13 verbunden sind. Der Radialεpalt zwischen der Gleitlagerfläche 11 und dem Rotor 2 wird so eingestellt, daß er dem Radialspalt der Schaufeln entspricht. Er beträgt dann vorzugweise zwischen einem und drei Millimetern. Diese Lösung hat den besonderen Vorteil einer einfachen Konstruktion. Auch hier besteht die
Möglichkeit, über besondere Zuführungen 17 das Schmiermittel 12 zuzuführen.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Notlagers 4. In eine gegenüber dem Rotor 2 hier geschlossene Kammer 15 ist über einen Kanal 16 jeweils ein Medium 7 unter Druck ein¬ bringbar. Die dem Rotor 2 zugewandte innenliegende Wand 19 der Kammer 15 ist so flexibel gestaltet, beispielsweise über die Wahl des Materials und/oder eine geeignete Konstruktion, daß bei einem Druckanstieg in der Kammer 15 und entsprechen¬ der resultierender Druckdifferenz an der innenliegenden Wand 19 diese sich zum Rotor 2 einwärts wölbt. Nach Figur 6 ist das Notlager 4 bevorzugt derart konstruiert, daß die eine Seite 20 der Wand 19 wie ein Gelenk und die andere Seite 21 wie eine Biegefeder funktioniert. Dazu weist die Wand 19 un¬ terschiedliche Materialεtärken auf. Aufgrund der abgeschlos¬ senen Kammer 15 wird verhindert, daß das druckerzeugende Me- O 97/45651 PC17DE97/01045
8 dium 7 an beispielsweise undichten Stellen einer Dichtung zum Rotor 2 hin austreten kann. Der Spalt zwischen der Wand 19 und dem Rotor 2 kann so gering gehalten werden, daß das Schmier- und auch Kühlmittel bei Kontakt zwischen dem Rotor 2 und der Wand 19 durch Materialabtrag des Rotors 2 und/oder der Wand 15 entsteht. Bei Normalbetrieb ist das Notlager 4 mit Druckluft gefüllt.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform einer Einrichtung zum Schutz einer Turbomaschine gegen Schäden bei Auftreten von LagerSchwingungen. Sie weist ein Notlager 4, einen Behälter 22 zur Bereithaltung des Mediums 7 unter hohem Druck und ein blitzartig öffnendes Ventil 23, welches in der Leitung zwi¬ schen dem Behälter 22 und dem Notlager 4 angeordnet ist, auf. Der Behälter 22 wird über eine Pumpe 24 mit dem Medium 7 ge¬ speist. Am Rotor 2 befindet sich ein zur Einrichtung gehören¬ der Sensor 6, der mit der Einrichtung 5 zur Schwingungsüber¬ wachung verbunden ist. Die Einrichtung 5 zur Schwingungsüber¬ wachung besitzt eine Verbindung 25 zum Ventil 23. Über diese Verbindung 25 kann das von der Einrichtung 5 zur Schwingungs- überwachung ausgelöste Signal zum Öffnen des Ventils 23 bei Überschreitung des über eine Eingabe 26 eingebbaren Grenzwer¬ tes weitergeleitet werden. Das schnell öffnende Ventil 23 ist insbesondere ein Magnetventil, oder es ist demjenigen im BrennstoffSystem einer Gasturbine ähnlich.
Weitere vorteilhafte Konstruktionen und Weiterbildungen der Einrichtung ergeben sich aufgrund der Auslegung der Vorrich¬ tung zur Dämpfung der Lagerschwingungen. Bei beispielsweiser Trennung von Schmiermittel 12 und druckübertragendem Medium 7 sind zwei verschiedene Bevorratungssysteme konstruierbar. Weiterhin besteht die Möglichkeit, eines oder beide dieser Systeme mit schon bestehenden Stoffkreisläufen an einer Tur¬ bomaschine zu verbinden. Als Medium 7 ist dann ein für Gleit- lager verwendetes Schmiermittel, Wasser oder Druckluft ein¬ setzbar. Die Erfindung stellt ein vorteilhaftes Verfahren sowie eine vorteilhafte Einrichtung zur Vermeidung von großen Schäden an Turbomaschinen bei Auftreten von Rotoramplituden oberhalb ei¬ nes Grenzwertes zur Verfügung. Aufgrund der vielseitigen Aus- legungsmoglichkeiten der Erfindung und ihres Einsatzes an
Turbomaschinen ist insbesondere eine Integration in schon be¬ stehende Turbomaschinen-Konstruktionen und -Konzepte von be¬ sonderem Nutzen.
Die Erfindung läßt sich nicht nur bei einer Turbomaschine, sondern gerade bei einer jeden Maschine mit gelagertem Rotor einsetzen, also beispielsweise auch bei einer Dieselmaschine und bei einer Schiffsschraube.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Schutz einer Turbomaschine (1) gegen Schäden bei Auftreten von Lagerschwingungen in einer Rotorlagerung (3) , die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei Über¬ schreiten des Grenzwertes ein Signal ausgelöst wird, welches in einer Vorrichtung (4) , vorzugsweise in einem Notlager des Rotors (2), einen Druckaufbau eines Mediums (7, 12) erzeugt, wodurch die Lagerschwingungen gedämpft werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Druck - auf bau schlagartig erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e g e k e n n z e i c h n e t, daß das Medium (7, 12) erst nach Auslösung des Signals in die Vor¬ richtung (4) eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Notla¬ ger (4) im wesentlichen erst dann eine lagernde Funktion übernimmt, wenn der Grenzwert überschritten wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Medium (7, 12) in einem Behälter (22) unter Druck bereitgehalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Medium (7; 12) einen Schmierfilm (8) ausbildet, der vorzugsweise hy¬ drodynamisch ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Gas, vorzugsweise Luft, oder eine Flüssigkeit als Medium (7,12) eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein durch das Signal ausgelöster Überdruck in Bezug zum Druck des Schmierfilms (8) auf ein Segment (10) der Vorrichtung (4) wirkt, insbesondere auf eine Gleitlagerfläche (11) , welche den Schmierfilm (8) beeinflußt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Schmierfilm (8) durch Aufschmelzen erzeugt wird, insbesondere der Gleitlagerflächen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- daß mindestens ein Sensor (6) die Lagerschwingungen auf¬ nimmt, - daß bei Überschreiten des Grenzwertes das Signal ausgelöst wird, welches ein Ventil (23) öffnet, wodurch das unter Druck stehende Medium (7) schlagartig in das Notlager (4) gelangt, und
- daß sich im Notlager (4) ein Schmierfilm (8) aufbaut, der die Lagerschwingungen dämpft.
11. Einrichtung zum Schutz einer Turbomaschine (1) gegen Schäden bei Auftreten von Lagerschwingungen in einer Rotorla¬ gerung (3), die einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie Mit¬ tel zur Dämpfung der Lagerschwingungen aufweist, die ein Me¬ dium (7, 12) zu einem Druckaufbau nach Überschreiten des Grenzwertes sowie eine Vorrichtung (4) zur Dämpfung der La¬ gerschwingungen enthalten.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vor- richtung (4) ein Notlager ist, das vorzugsweise als Gleitla¬ ger ausgebildet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei einer Lagerung des Rotors (2) durch mindestens zwei, die Hauptlast aufnehmende Lager (3) die Vorrichtung (4) in etwa mittig zwi¬ schen diesen Lagern (3) angebracht ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Notla¬ ger (4) mindestens eine Gleitlagerfläche (11) aufweist, ins¬ besondere mindestens eine durch Druck bewegbare Gleitlager¬ fläche (11) , deren Abstand zum Rotor (2) veränderbar, vor- zugsweise einstellbar veränderbar ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie eine Einrichtung (5) zur Schwingungsüberwachung, vorzugsweise mit einer Überwachung der Rotorlagerung (3) durch einen Sensor (6) , aufweist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie einen Behälter (22) zur Bevorratung des Mediums (7, 12) unter Druck sowie ein mit dem Behälter (22) und der Vorrichtung (4) ver¬ bundenes, schlagartig öffnendes Ventil (23) aufweist.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Medium (7, 12) ein Schmiermittel, ein Gas, vorzugsweise Luft, oder Wasser ist, und insbesondere aus einem Stoffkreislauf der Turbomaschine stammt.
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