WO2012097915A1 - Gleitlager für einen turbomaschinenrotor und turbomaschine mit dem gleitlager - Google Patents

Gleitlager für einen turbomaschinenrotor und turbomaschine mit dem gleitlager Download PDF

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    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys

Definitions

  • Process gases are provided. If the process gas is chemically aggressive, the components of the turbocompressor can be used.
  • a crude gas compressor is flowed through in an ethylene plant of raw gas, the
  • Hydrogen sulfide is.
  • an acid gas condition whose definition is determined, for example, according to ISO 15156. If the components operated under the sour gas condition are made of a high-strength steel, there is the danger that stress-corrosion cracking will occur in the high-strength steel.
  • the solid lubricant powder is preferably made of graphite
  • Hydrogen sulfide suitable in sour gas Hydrogen sulfide suitable in sour gas.

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Abstract

Ein Gleitlager für einen Turbomaschinenrotor weist einen Lagerkörper zum Lagern des Turbomaschinenrotors und ein Festschmierstoffpulver zum Schmieren eines Lagerkontakts zwischen dem Lagerkörper und dem Turbomaschinenrotor auf, wobei der Lagerkörper aus einem sauergasbeständigen mischkristallverfestigtem Pulver eines Nickelbasiswerkstoffs oder einem martensitischen, austenitischen oder ferritischaustenitischen nichtrostenden Pulver eines Stahlwerkstoffs und das Festschmierstoffpulver aus einem sauergasbeständigen Material hergestellt sind sowie der Lagerkörper eine Härte von höchstens 40 Rockwellhärte HRC hat.

Description

Beschreibung
Gleitlager für einen Turbomaschinenrotor und Turbomaschine mit dem Gleitlager
Die Erfindung betrifft ein Gleitlager für einen
Turbomaschinenrotor und eine Turbomaschine, die das
Gleitlager aufweist. Eine Turbomaschine weist prinzipiell einen Rotor auf. Die Turbomaschine ist beispielsweise ein Einwellenverdichter, dessen Rotor eine Welle aufweist, auf der Laufräder
aufgefädelt sind. Der Rotor ist an den Längsendbereichen der Welle mittels Lager gelagert. Die Lager sind eingerichtet Radialkräfte und/oder Axialkräfte, die auf den Rotor
einwirken, aufzunehmen. Die Lager können Gleitlager
insbesondere mit selbstschmierenden Eigenschaften sein. Die Gleitlager weisen einen Lagerkörper in Form einer Buchse auf, in der der Rotor gelagert ist. Es ist bekannt die Buchse aus einem Metallpulver in einem Sintervorgang und einem
Pressvorgang herzustellen, wobei insbesondere Eisenpulver für das Metallpulver Anwendung findet.
In Anlagen der chemischen Industrie wird Prozessgas
verarbeitet, wobei Turboverdichter zum Aufzudrücken des
Prozessgases vorgesehen sind. Ist das Prozessgas chemisch aggressiv, können die Bauteile des Turboverdichters
beeinträchtigt werden, die mit dem Prozessgas in Kontakt treten. Beispielsweise wird ein Rohgasverdichter in einer Ethylen-Anlage von Rohgas durchströmt, das
schwefelwasserstoffhaltig ist. Bei einem derartigen Betrieb des Rohgasverdichters herrscht eine Sauergasbedingung, deren Definition beispielsweise gemäß ISO 15156 festgelegt ist. Sind die unter der Sauergasbedingung betriebenen Bauteile aus einem hochfesten Stahl gefertigt, so besteht die Gefahr, dass in dem hochfesten Stahl Spannungsrisskorrosion auftritt.
Unter dem Einfluss einer mechanischen Belastung beim Betrieb des Turboverdichters kann die Spannungsrisskorrosion eine Beschädigung oder Zerstörung der betroffenen Bauteile zur Folge haben. Dadurch kann in dem Rohgasverdichter ein
kapitaler Schaden entstehen. Insbesondere davon betroffen ist das Gleitlager, da das Eisenpulver nicht sauergasbeständig ist .
Abhilfe schaffen könnte statt des Eisenpulvers einen
polymeren Werkstoff zu wählen. Dadurch wird zwar erreicht, dass das Gleitlager geeignet für Sauergasanwendungen ist, jedoch hat dieses mit dem polymeren Werkstoff ausgestattete Gleitlager eine deutlich geringere Tragfähigkeit verglichen mit der metallischen, aber sauergasunbeständigen Ausführung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gleitlager für einen
Turbomaschinenrotor und eine das Gleitlager aufweisende
Turbomaschine zu schaffen, wobei die Turbomaschine für eine Sauergasanwendung geeignet ist, obwohl das Gleitlager eine hohe Tragfähigkeit und Lebensdauer hat. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Gleitlager für den Turbomaschinenrotor weist einen Lagerkörper zum Lagern des Turbomaschinenrotors und ein Festschmierstoffpulver zum Schmieren eines
Lagerkontakts zwischen dem Lagerkörper und dem
Turbomaschinenrotor auf, wobei der Lagerkörper aus einem sauergasbeständigen mischkristallverfestigtem Pulver eines Nickelbasiswerkstoffs oder einem martensitischen,
austenitischen oder ferritisch-austenitischen nichtrostenden Pulver eines Stahlwerkstoffs und das Festschmierstoffpulver aus einem sauergasbeständigen Material hergestellt sind sowie der Lagerkörper eine Härte von höchstens 40 Rockwellhärte HRC hat. Bevorzugt ist es, dass der Werkstoff eine
Mischkristalllegierung auf Nickelbasis ist. Der Werkstoff des Lagerkörpers weist bevorzugt mindestens 19,0 Gew.% Chrom, mindestens 29,5 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 2,5 Gew.% Molybdän auf und ist bevorzugt
lösungsgeglüht oder geglüht. Alternativ ist es bevorzugt, dass der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 14,5 Gew.% Chrom, mindestens 52 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 12 Gew.% Molybdän aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist. Ferner alternativ bevorzugt ist es, dass der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19,5 Gew.% Chrom, mindestens 29,5 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 2,5 Gew.% Molybdän aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist und durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von höchstens 1034 MPa hat. Außerdem alternativ bevorzugt ist es, dass der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19 Gew.% Chrom, mindestens 45 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 6 Gew.% Molybdän und Wolfram aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist und durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von höchstens 1034 MPa hat. Bevorzugtermaßen alternativ weist der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 14,5 Gew.% Chrom, mindestens 52 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 12 Gew.% Molybdän auf und ist bevorzugt lösungsgeglüht oder geglüht und hat durch
Kaltverfestigung eine Streckgrenze von höchstens 1240 MPa.
Das Festschmierstoffpulver ist bevorzugt aus Graphit,
Molybdändisulfid oder hexagonalem Bornitrid. Ferner weist bevorzugt das Gleitlager eine Lagerbuchse auf, die den
Lagerkörper bildet.
Die erfindungsgemäße Turbomaschine weist das Gleitlager auf, wobei die Turbomaschine zum Verarbeiten von Sauergas geeignet ist. Bevorzugt ist es, dass die Turbomaschine ein
Turboverdichter zum Verdichten von mit Schwefelwasserstoff kontaminiertem Prozessgas, insbesondere Sauergas, ist. Das erfindungsgemäße Gleitlager ist mit dem
sauergasbeständigen Festschmierstoffpulver als
selbstschmierend ausgeführt, wobei für den Lagerkörper das Pulver aus der mischkristallverfestigten Nickelbasislegierung oder das sauergasbeständige martensitsche, austenitische oder ferritisch-austenitische nichtrostende Pulver des
Stahlerkstoffs vorgesehen ist, wobei der Werkstoff eine Härte von höchstens 40 Rockwellhärte HRC hat. Dadurch ist das erfindungsgemäße Gleitlager geeignet für die Turbomaschine eingesetzt zu sein, die zum Verarbeiten von Sauergas
vorgesehen ist. Dadurch, dass der Werkstoff für den
Lagerkörper als auch das Festschmierstoffpulver
sauergasbeständig sind, sind sie für das Gleitlager in der Turbomaschine einzusetzen. Der Werkstoff hat vorteilhaft eine hohe Festigkeit, wodurch das Gleitlager eine hohe Tragkraft hat .
Herkömmlich wären beispielsweise für eine Gleitlagerbuchse, die in der mit Sauergas beaufschlagten Turbomaschine
eingebaut ist, Buntmetalllegierungen und polymere Werkstoffe vorgesehen. Verglichen mit diesen Werkstoffen hat der
erfindungsgemäß vorgesehene Nickelbasis- oder Stahlwerkstoff für den Lagerkörper eine höhere Festigkeit, wodurch das erfindungsgemäße Gleitlager eine höhere Lebensdauer
verglichen mit dem herkömmlichen Gleitlager hat.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird im Folgenden die
Erfindung näher erläutet.
Ein Gleitlager für einen Turbomaschinenrotor weist einen Lagerkörper zum Lagern des Turbomaschinenrotors und ein
Festschmierstoffpulver zum Schmieren eines Lagerkontakts zwischen dem Lagerkörper und dem Turbomaschinenrotor auf. Der Lagerkörper ist aus einem sauergasbeständigen,
mischkristallverfestigten Nickelbasiswerkstoff oder einem martensitischen, austenitischen oder ferritisch- austenitischen nichtrostenden Pulver eines Stahlwerkstoffs hergestellt, wobei der Lagerkörper eine Härte von höchstens 40 Rockwellhärte HRC hat. Das Festschmierstoffpulver ist aus einem sauergasbeständigen Material wie beispielsweise
Graphit, Molybdändisulfid oder hexagonalem Bornitrid
hergestellt . In einem ersten Ausführungsbeispiel weist der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19,0 Gew.% Chrom, mindestens 29,5 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 2,5 Gew.% Molybdän auf und ist lösungsgeglüht oder geglüht. In einem zweiten
Ausführungsbeispiel weist der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 14,5 Gew.% Chrom, mindestens 52 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 12 Gew.% Molybdän auf und ist
lösungsgeglüht oder geglüht.
Ist das Gleitlager mit dem Lagerkörper ausgestattet, der aus dem Werkstoff gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder dem Werkstoff gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hergestellt ist, so ist das Gleitlager für jede denkbare
Sauergasanwendung in der Turbomaschine geeignet.
In einem dritten Ausführungsbeispiel weist der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19,5 Gew.% Chrom, mindestens 29,5 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 2,5 Gew.% Molybdän auf. Der Werkstoff ist ferner lösungsgeglüht oder geglüht und hat durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von höchstens 1034 MPa. In einem vierten Ausführungsbeispiel weist der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19 Gew.% Chrom, mindestens 45 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 6 Gew.% Molybdän und Wolfram auf. Der Werkstoff ist lösungsgeglüht oder geglüht und hat durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von höchstens 1034 MPa. In einem fünften Ausführungsbeispiel weist der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 14,5 Gew.% Chrom, mindestens 52 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 12 Gew.% Molybdän auf. Der Werkstoff ist ferner
lösungsgeglüht oder geglüht und hat durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von höchstens 1240 MPa.
Ist das Gleitlager mit dem Lagerkörper ausgestattet, der aus dem Werkstoff gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel oder dem Werkstoff gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel hergestellt ist, so ist das Gleitlager in der Turbomaschine für eine Sauergasanwendung geeignet, bei der beispielsweise bei 232 °C Sauergastemperatur ein Partialdruck von Schwefelwasserstoff im Sauergas von maximal 200 kPa, oder bei 218 °C
Sauergastemperatur ein Partialdruck von Schwefelwasserstoff im Sauergas von maximal 700 kPa, oder bei 204 °C
Sauergastemperatur ein Partialdruck von Schwefelwasserstoff im Sauergas von maximal 1000 kPa, oder bei 177 °C
Sauergastemperatur ein Partialdruck von Schwefelwasserstoff im Sauergas von maximal 1400 kPa herrscht. Bis zu einer Sauergastemperatur von 132 °C ist dieses Gleitlager für jeden denkbaren Partialdruck von Schwefelwasserstoff im Sauergas geeignet .
Ist das Gleitlager mit dem Lagerkörper ausgestattet, der aus dem Werkstoff gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel oder dem Werkstoff gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel hergestellt ist, so ist das Gleitlager in der Turbomaschine für eine Sauergasanwendung geeignet, bei der beispielsweise bei 218 °C Sauergastemperatur ein Partialdruck von Schwefelwasserstoff im Sauergas von maximal 2000 kPa herrscht. Bis zu einer Sauergastemperatur von 149 °C ist dieses Gleitlager für jeden denkbaren Partialdruck von Schwefelwasserstoff im Sauergas geeignet .
Ist das Gleitlager mit dem Lagerkörper ausgestattet, der aus dem Werkstoff gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
hergestellt ist, so ist das Gleitlager in der Turbomaschine für eine Sauergasanwendung geeignet, bei der beispielsweise bei 232 °C Sauergastemperatur ein Partialdruck von
Schwefelwasserstoff im Sauergas von maximal 7000 kPa
herrscht. Bis zu einer Sauergastemperatur von 204 °C ist dieses Gleitlager für jeden denkbaren Partialdruck von
Schwefelwasserstoff im Sauergas geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Gleitlager für einen Turbomaschinenrotor, mit einem
Lagerkörper zum Lagern des Turbomaschinenrotors und einem Festschmierstoffpulver zum Schmieren eines Lagerkontakts zwischen dem Lagerkörper und dem Turbomaschinenrotor, wobei der Lagerkörper aus einem sauergasbeständigen
mischkristallverfestigtem Pulver eines Nickelbasiswerkstoffs oder einem martensitischen, austenitischen oder ferritisch- austenitischen nichtrostenden Pulver eines Stahlwerkstoffs und das Festschmierstoffpulver aus einem sauergasbeständigen Material hergestellt sind sowie der Lagerkörper eine Härte von höchstens 40 Rockwellhärte HRC hat.
2. Gleitlager gemäß Anspruch 1,
wobei der Werkstoff eine Mischkristalllegierung auf
Nickelbasis ist.
3. Gleitlager gemäß Anspruch 2,
wobei der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19,0 Gew.%
Chrom, mindestens 29,5 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 2,5 Gew.% Molybdän aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist .
4. Gleitlager gemäß Anspruch 2,
wobei der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 14,5 Gew.% Chrom, mindestens 52 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 12 Gew.% Molybdän aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist .
5. Gleitlager gemäß Anspruch 2,
wobei der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19,5 Gew.% Chrom, mindestens 29,5 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 2,5 Gew.% Molybdän aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist und durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von
höchstens 1034 MPa hat.
6. Gleitlager gemäß Anspruch 2,
wobei der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 19 Gew.% Chrom, mindestens 45 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 6 Gew.% Molybdän und Wolfram aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist und durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von höchstens 1034 MPa hat.
7. Gleitlager gemäß Anspruch 2,
wobei der Werkstoff des Lagerkörpers mindestens 14,5 Gew.% Chrom, mindestens 52 Gew.% Nickel und Kobalt und mindestens 12 Gew.% Molybdän aufweist sowie lösungsgeglüht oder geglüht ist und durch Kaltverfestigung eine Streckgrenze von
höchstens 1240 MPa hat.
8. Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei das Festschmierstoffpulver aus Graphit,
Molybdändisulfid oder hexagonalem Bornitrid ist.
9. Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei das Gleitlager eine Lagerbuchse aufweist, die den
Lagerkörper bildet.
10. Turbomaschine mit einem Gleitlager gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 9,
wobei die Turbomaschine zum Verarbeiten von Sauergas geeignet ist .
11. Turbomaschine gemäß Anspruch 10,
wobei die Turbomaschine ein Turboverdichter zum Verdichten von mit Schwefelwasserstoff kontaminiertem Prozessgas, insbesondere Sauergas, ist.
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