WO2014005922A1 - Backup bearing for heavy-duty magnetic bearings in rotating machines - Google Patents

Backup bearing for heavy-duty magnetic bearings in rotating machines Download PDF

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WO2014005922A1
WO2014005922A1 PCT/EP2013/063518 EP2013063518W WO2014005922A1 WO 2014005922 A1 WO2014005922 A1 WO 2014005922A1 EP 2013063518 W EP2013063518 W EP 2013063518W WO 2014005922 A1 WO2014005922 A1 WO 2014005922A1
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shaft
support roller
turbomachine
rotation
force
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PCT/EP2013/063518
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Detlef Haje
Christoph Grund
Helmut Kühn
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/50Other types of ball or roller bearings
    • F16C19/507Other types of ball or roller bearings with rolling elements journaled in one of the moving parts, e.g. stationary rollers to support a rotating part
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    • F16C39/02Relieving load on bearings using mechanical means
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    • F05D2240/50Bearings
    • F05D2240/51Magnetic
    • F05D2240/515Electromagnetic

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine and a method for operating a turbomachine.
  • turbomachines such as in a turbocompressor or in a turbine rotor blades are arranged on a rotatable shaft, which are flowed by a Strömungsme ⁇ dium.
  • the shaft of a turbomachine is rotatably mounted with axial and radial bearings in a bearing housing of the turbomachine.
  • bearings for example, are used in conventional bearings.
  • magnetic bearings are used with which a smooth rotatable mounting of the shaft is possible. Due to magnetic ⁇ forces, the shaft is rotatably mounted in a predetermined axial and / or radial position.
  • Magnetic bearings can be designed as passive magnetic bearings.
  • the bearing force is generated by adjustable electromagnets.
  • the electromagnets may be controlled to produce a desired magnetic force that holds the shaft in a predetermined radial and / or axial position.
  • the shaft has a Axialla- gerusion, which is rotatably held in a réelle ⁇ certain position between two stator elements which are fixed to the bearing housing.
  • the thrust washer is usually integrally formed already during production of the shaft. educated.
  • the axial bearing disc for example, GE rotates with ⁇ ⁇ means of turning or milling of the base body of the shaft.
  • the thrust washer can also be mounted on the shaft.
  • the shaft In active radial magnetic bearings, the shaft is supported by the bearings annular (at least partially) enclosing magnetic bearings.
  • the stator elements of an active magnetic bearing have coils to generate the electromagnetic forces. In order to disturb the electromagnetic flow as little as possible, the stator should as possible have no axial faces on ⁇ .
  • the stator elements then each form a closed stator ring. Between two such stator rings is in the mounted state of the shaft, the thrust washer.
  • rotors of large machines such as, for example, steam and gas turbines, generators or process gas compressors
  • slide bearings A load-bearing lubricating film is used between the stationary and moving parts of the bearings.
  • Magnetic bearings Due to the power loss associated therewith, which is caused by the friction in the lubricating film and the required Plepleis ⁇ tion for the provision of the lubricant, who ⁇ the lower-loss storage techniques preferred, such as the magnetic bearings described above.
  • the advantage of magnetic bearings is that they can be operated as far as possible without lubricating oil. Magnetic bearings can be successfully used, for example, for smaller rotor loads, for example up to two tons. However, for large rotor loads and for high peripheral speeds, which typically occur in the above-mentioned turbomachines, the provision of reliable backup bearings is necessary. A backup bearing catches the rotor in the event of a magnetic bearing failure, causing the shaft to leak.
  • the rolling bearing In a design of the backup bearing as a rolling bearing, which surrounds the shaft, the rolling bearing must have a large shaft diameter. However, rolling bearings with such a large shaft diameter are not available for the required speeds and load capacities.
  • the object is achieved with a turbomachine and a method for driving the fluid machine according to the inde ⁇ dependent claims.
  • a turbomachine includes a housing, a rotatable relative to the housing about a Wel ⁇ lenfitachse mounted shaft and a first Stützrol ⁇ le with a first rotational axis.
  • the support roller is beabs ⁇ tandet arranged to the shaft.
  • the first support roller is arranged fer ⁇ ner such that upon displacement of the shaft, for example in an axial and / or radial displacement of the shaft, a force-transmitting coupling between the first support roller (in particular between a Abroll ⁇ surface of the support roller) and the Wave (especially the Shaft surface) is generated and upon rotation of the shaft (at least during the force-transmitting coupling), the support roller rotates about the first axis of rotation.
  • a turbomachine may, for example, be a turbocompressor, a gas turbine, a steam turbine, a jet engine or another turbine or a compressor of axial or radial design.
  • the shaft of the turbomachine is rotatable with respect to the housing, in particular a bearing housing, the Strömungsma ⁇ machine stored.
  • the shaft of the turbomachine has the shaft rotation axis.
  • a direction parallel to the axis of rotation is defined as the axial direction of the shaft.
  • a direction which passes through the center of the shaft and is oriented perpendicular to the axis of rotation is referred to as the radial direction of the shaft and the turbomachine.
  • the first support roller is rotatable, for example by means of ei ⁇ nes roller bearing, mounted on the housing.
  • the first support roller may have a cylindrical shape, wherein the first support ⁇ roller is mounted at their respective end portions by means of a sliding bearing or a rolling bearing on the housing.
  • the first support roller In a central region between the two end regions, the first support roller may have a cylindrical region which has a larger diameter than the two end regions.
  • the first support roller can in this case be such arranged on the Ge ⁇ housing that, in the case where the turbo machine and the shaft in normal operation are located, there is a gap between the shaft and the central area of the first support roller.
  • the first supporting roller is arranged such that the shaft ⁇ due to the shift in contact with the first support roller comes so that there is a force-transmitting coupling over this contact area.
  • the shaft is as it were on the support ⁇ role in the direction of the shaft.
  • the support roller may have a spherical shape in the contact area with the shaft.
  • the support roller so to speak has a cylindrical rolling area, wherein the outer surface of the cylindrical Abroll Schemes is spherically formed from ⁇ . Due to the convex, curved circumferential surface of the circumferential surface of the shaft at the axial ends of the Kantenberei- che easily respect. Withdrawn and thus Zvi ⁇ rule avoided in Kon ⁇ clock of the supporting roller with the shaft an edge pressure the axial ends of the supporting roller and the shaft.
  • bearing bushes can be provided on the shaft.
  • the first support roller is made for example of hard rubber or a metal such as brass or steel.
  • Example ⁇ the first support roller is made of a metallic body, wherein the contact surfaces are covered with the shaft with a soft coating, for example of rubber or a hard plastic.
  • the material of the first support roller in the contact region with the shaft is softer or more ductile than the corresponding material of the shaft.
  • first support roller is arranged such that it rotates on contact with the shaft about its first axis of rotation.
  • the first axis of rotation is aligned such that the first support roller rotates relative to the shaft such that there is no frictional or sliding connection in the contact region between the shaft and the first support roller but a rolling connection with a low rolling friction.
  • the diameter of the first support roller is smaller than the diameter of the shaft.
  • a bearing journal diameter of the first support roller which is stored for example roller bearings on the housing, smaller than a corresponding shaft bearing or a corresponding shaft journal diameter of the shaft, with which the shaft is rotatably mounted on the housing. Since the bearing ⁇ journal diameter of the first support roller is smaller than that of the shaft, the first support roller, for example at a rate ⁇ a rolling bearing having a high rotational speed, including egg ⁇ ner sufficient capacity.
  • a plurality of further support rollers such as the second and third support rollers described below, can be arranged next to the first support roller.
  • the transmitted forces are split and maintained at the appropriate support rollers at an acceptable level, since the forces are distributed over several support rollers.
  • the first support roller is arranged such that the first rotation axis is parallel to the shaft rotation axis.
  • the first support roller is arranged such that upon displacement of the shaft ent ⁇ long the direction of gravity, the force-transmitting coupling between the first support roller and the shaft can be generated.
  • the first support roller is arranged, for example, under the shaft, wherein the first axis of rotation is aligned parallel to the shaft rotation ⁇ axis. If the shaft example ⁇ because of a defect of the shaft bearing on the first support ⁇ roll, so the shaft rotates together with the first support roller.
  • the shaft rolls on the first support roller. Frictional forces are reduced because the first support roller and the shaft have, so to speak, the same peripheral speeds at their contact point or contact area. Since the first support roller is arranged under the shaft, the first
  • the shaft has a shaft shoulder with a surface whose normal is aligned parallel to the shaft rotation axis.
  • the first support roller has a contact surface which is complementary to the surface in the Wesentli ⁇ chen.
  • the first support roller is further arranged such that upon an axial displacement of the shaft along the shaft rotation axis, a further force-transmitting ⁇ bearing coupling between the contact surface and the surface of the shaft can be generated.
  • a Wel ⁇ le can be collected, which is moved due to a bearing defect along the axial direction.
  • the first rotation axis of the first supporting surface can be aligned, for example, paral lel ⁇ or orthogonal to and spaced from the shaft axis of rotation.
  • the shaft has a further shaft shoulder with a further surface, the normal of which has an angle to the shaft rotational axis.
  • the first support roller has a further contact surface which is complementary to the further surface.
  • the ers ⁇ te support roller is arranged such that when Verschie ⁇ tion of the shaft, a further force-transmitting coupling zwi ⁇ tween the other contact surface and the further surface of the shaft can be generated.
  • the angle may, for example, have a range between 0 ° and 90 °, in particular approximately 45 °.
  • the further Wel ⁇ lenabsatz can sen aufwei- for example, a conical shape so that the other surface along an axial gradient enlarges a distance from the shaft axis of rotation or verklei nert ⁇ .
  • the further contact surface of the first support roller is formed complementary to the further surface of the shaft.
  • the further surface and the further contact surfaces are in ⁇ particular complementary to each other formed Rotationsflä ⁇ Chen, wherein these touch in a contact area to allow a force-transmitting coupling.
  • the first axis of rotation of the first support roller may have an angle to the shaft axis of rotation.
  • the first axis of rotation may not be parallel but, for example, orthogonal to the shaft axis of rotation.
  • the ers ⁇ te rotational axis and the shaft axis of rotation on a point of intersection.
  • the first support roller and the shaft form when contacted on the cone-shaped surfaces, so to speak, a kind of bevel gear, wherein the smaller first support roller as pinion and the larger shaft can be understood as crown gear.
  • the first axis of rotation does not have to be formed parallel to the shaft ⁇ axis of rotation, additional con ⁇ structive freedom of storage of the first support wheel on the housing created. This allows for better and effective ⁇ re construction of the flow machine according to the invention.
  • the first support roller on a rolling bearing.
  • the support roller is mounted on the housing.
  • a rolling bearing is for example a ball bearing or a
  • a rolling bearing generally has an inner ring and an outer ring which are separated by rolling bodies.
  • the outer ring may for example be mounted on the housing and the inner ring on the bearing journal of the first support roller. Between the inner ring, the outer ring and the rolling element (roll, barrel) occur mainly rolling friction.
  • the rolling bearings may be formed, for example, as a spindle bearing (angular contact ⁇ ball bearing).
  • a spindle bearing angular contact ⁇ ball bearing
  • the turbomachine has a lubricant device.
  • Lubricating device is coupled to the rolling bearing such that lubrication of the rolling bearing with a lubricant ⁇ medium can be generated.
  • a Tauchschmie ⁇ tion or Olnebelschmtechnik can be implemented by means of the lubricant-tel worn, to provide sufficient delay for the Schmie ⁇ bearings.
  • the turbomachine further comprises a drive unit for driving the first support roller.
  • the drive unit drives the first support roller in normal operation of the flow shaft, for example, if there is no contact with the rotating shaft.
  • the drive unit may for example be coupled via a belt to the support roller in order to implement a belt drive.
  • the drive unit may also have a
  • the drive unit may also have aerodynamic surfaces, such as wings or spoilers.
  • the aerodynamic surfaces may be located close to the shaft so as to be driven by a drag flow created by rotation of the shaft, thereby rotating the first support roller.
  • a flow drive for the first support roller by means of at ⁇ drive unit is provided in other words.
  • the roller-supported support rollers can run at a certain speed in order to prevent the support rollers from becoming stuck during a long standstill.
  • the shaft is dropped a sudden acceleration from the
  • the drive unit is designed such that when passing the force-transmitting coupling of the first support roller with the shaft, the shaft can be driven by means of the first support roller.
  • the drive unit may be designed sufficiently strong to transmit a torque to the shaft and thus drive the shaft. In case of a defect of the shaft bearing and the resulting resting of the shaft on the first support roller, rotation of the shaft can still be made possible due to the drive unit.
  • an emergency operation of the flow machine can erect Sustainer ⁇ th are, so to speak, since the shaft is the first support roller is trie ⁇ ben.
  • the turbomachine has a braking device which is available ⁇ det to brake the first support roller.
  • the Bremseinrich ⁇ tion for example, have a disc brake to brake the rotation of the support roller.
  • Brake device be integrated in the drive unit, so ⁇ a braking ⁇ effect is achieved, for example by means of an engine braking.
  • the support rollers can be optionally equipped with the braking device to limit the wave outflow time after the shaft is dropped, wherein the braking device can be formed mechanically or electrically acting.
  • the turbomachine has a second support roller with a second axis of rotation. The second support roller is spaced from the shaft.
  • the second support roller is further arranged in such ⁇ order that upon displacement of the shaft a force transmitting coupling between the first support roller, the second support roller and the shaft is generated and rotates upon rotation of the shaft, the first support roller about the first axis of rotation and the second support roller rotates about the second axis of rotation.
  • the second support roller may be formed according to the first support roller and the same as above, described for the first support roller features and embodiments.
  • the second support roller may also be roller-mounted.
  • the second support roller can be lubricated by means of the lubricant device, be driven by means of the drive unit and / or be braked by the braking device.
  • the second support roller is offset relative to the first support roller along the circumferential direction of the shaft.
  • the turbomachine has a third support roller with a third axis of rotation. The third support roller is spaced from the shaft. The third support roller is angeord ⁇ net, that during a displacement of the shaft against the
  • the third support roller is arranged for example on the shaft be ⁇ abstandet. Due to rotations, further force-transmitting coupling between the third support roller and the shaft may occur so that the shaft can not break up out of the housing or contact the housing. By means of the third support roller, a destruction of the shaft is thus prevented if the shaft bearing fails due to a defect and the shaft threatens to break out at the top.
  • the third support roller may be formed according to the first and / or the second support roller and have the same features and designs described above, for the first and second support roller.
  • the third support roller may also be roller-mounted.
  • the third support roller can be moved by means of the lubricant device. be lubricated, driven by the drive unit ⁇ the and / or be braked by the braking device.
  • the first support roller, the second support roller and the third support roller can be arranged distributed in the circumferential direction of the shaft uniformly around the shaft on the housing.
  • the first and second support rollers can substantially together accommodate the weight of the shaft.
  • the third support roller which is positioned over the shaft, limits a displacement of the shaft upwards.
  • the support rollers may be spaced about the shaft in a 120 ° angle along the shaft circumference and so to speak, on the positio ⁇ ns 4 pm (first support roller), 8 hrs (second support roller) and 12 pm (third supporting roller) along the shaft circumference angeord- net become.
  • the two lower support rollers (first support roller and second support roller) each carry a share of Wel ⁇ lenpreferablyskraft.
  • the turbomachine has a magnetic bearing.
  • the turbomachine here has a first stator ring for generating an electromagnetic bearing force.
  • the first stator ring has a first opening, which is larger than the shaft, so that the shaft is arranged without contact with the first stator ring.
  • the first stator ring is arranged such that by means of the electromagnetic bearing force a constant axial distance or a constant radial distance to the bearing disk is durable.
  • the stator is buildin ⁇ Strengthens example, on the housing of the flow machine.
  • the first stator ring has respective coils, which are arranged in the circumferential direction of the shaft.
  • the first stator ring can generate a controllable electromagnetic force about the circumference around the shaft and thus a radial or axial distance between the respective stator ring and the
  • a backup bearing device in which the weight of the shaft is absorbed by roller-mounted support rollers (in particular first support roller and second support roller). Due to the geometrical and kinematic conditions of the support rollers with respect to the shaft, high rotor dimensions, for example over 100 tons, can be absorbed via the support rollers or their roller bearings or roller bearing arrangements, while the roller-mounted support rollers have a sufficient speed limit and a sufficient speed limit Have load-bearing capacity.
  • the support rollers are arranged so that they have a distance of about 0.05 mm to about 0.5 mm, in particular from about 0.1 mm - about 0.3 mm. Thus, a continuous load entry is prevented in the corresponding support rollers.
  • the support rollers may also be temporarily adjusted for centering and alignment purposes of the shaft so that the rotor is positioned in the desired position and supported for example by means of the support rollers and corresponding adjusting screws or fitting pieces between the support rollers and the shaft.
  • the flow engine can be almost an unlimited number of poles down the shaft, that is, an unlimited number of effects of delay Wellenla ⁇ bear.
  • the wave can litter or after a defect in the shaft bearing can be caught more gently, because there is no sudden and rapid deceleration of the shaft after the ejection, since the shaft rests on the corresponding support rollers and rolls slowly.
  • the roller-bearing support rollers have a long service life. At a rated speed, the life of the support rollers can reach up to 1000 operating hours.
  • the smooth braking of the shaft after it has been dropped on the support rollers makes it possible to naturally and gently brake the shaft.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a turbomachine with a shaft and four support rollers according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a shaft and a support roller according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic view of a shaft with a shaft shoulder and a support roller according to an exemplary embodiment of the present invention
  • Fig. 4 shows a schematic view of a shaft and a support roller with conical contact surfaces according to an example ⁇ embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a turbomachine 100 which has a housing 101 and a shaft 102 rotatably mounted about a shaft rotational axis 103 relative to the housing 101. Furthermore, a first support roller 110 with a first axis of rotation 111 is mounted on the housing 101. The first support roller 110 is beabs ⁇ tandet arranged to the shaft 102. The distance 104 can be at ⁇ play, about 0.1 mm to about 0.3 mm. In particular, during normal operation of the turbomachine 100, the distance 104 is maintained.
  • the first support roller 110 is further arranged such that upon displacement of the shaft 102 (axially or radially), a force-transmitting coupling between the first support roller 110 and the shaft 102 can be generated and upon rotation of the shaft 102, the first support roller 110 around the first Rotary shaft 111 rotates.
  • a second support roller 110 is in Fig. 1, a second
  • Support roller 120 with a second axis of rotation 121, a third support roller 130 with a third axis of rotation 131 and a four ⁇ te support roller 140 with a fourth axis of rotation 141 Darge ⁇ represents.
  • the first support roller 110 and the second support roller 120 are arranged, for example, underneath the shaft 102 (or on the lower shaft half), and the third support roller 130 and the fourth support roller 140 are, for example, uppermost. half of the shaft 102 (or on the upper half shaft) angeord ⁇ net.
  • the shaft 102 is mounted on the housing 101, for example, by means of a magnetic bearing.
  • a magnetic bearing In case of defect of the magnetic bearing ver ⁇ the shaft 102 moves along the direction of gravity, F, to the shaft 102 rests and on the first supporting roller 110 and the two ⁇ th backup roller 120 a force-transmitting Kopp ⁇ development of the weight of the first supporting roller 110 and the second support roller 120 is provided.
  • the shaft 102 rotates around the shaft axis of rotation 103 with a constructivesge ⁇ speed Vw.
  • the support rollers 110, 120, 130, 140 can by means of a drive unit 205 to a réelle ⁇ agreed rotational speed VI also at spaced shaft 102 are brought ,
  • the third support roller 130 and the fourth support roller 140 are, as shown by way of example in FIG. 1, arranged above the shaft 102, so that upon a displacement of the shaft 102 upward, for example due to vibrations, a spacing of the shaft 102 to the housing 101 can be gently ensured.
  • Fig. 2 shows an exemplary view of the first supporting roller 110 and the shaft 102. According to the first supporting ⁇ roll 110, as shown in Fig. 2, also the other support rollers 120, 130, 140 and designed to be stored can.
  • the shaft 102 is shown, which is rotatable about its Wel ⁇ lennavachse 103.
  • the first support roller 110 has a distance 104 from the shaft 102.
  • the first support roller 110 has a cylindrical shape.
  • the first axis of rotation 111 is, for example, parallel to the shaft axis of rotation 103 being ⁇ directed.
  • a cylindrical rolling body is shown, which has a radial contact surface 203.
  • the radial contact surface 203 is in contact with a shaft surface of the shaft 102.
  • Support roller 110 is an end portion of the first support roller 110 formed with a smaller diameter compared to the central region.
  • the end region of the first support roller 110 forms, for example, a bearing journal 202.
  • a roller bearing 201 is arranged on the La ⁇ gerzapfen 202 .
  • the rolling bearing 201 has, for example, an inner ring which is in contact with the journal 202 and an outer ring which is fixed to the housing 101.
  • the roller bearing 201 can splash lubricated with ⁇ means of a lubricating device or mist lubrication oil.
  • a drive unit and / or a brake unit can be coupled to the trunnion 202 to the first support roller 110 in the desired manner to zuand ⁇ or decelerate.
  • a bearing cap 204 may be arranged, which einlager the bearing pin 202 and the rolling bearing 201. Together with corresponding axle seals, a lubricating space can be provided, in which sealing a lubrication of the rolling bearing 201 can be provided.
  • the first support roller 110 can be mounted in the axial direction on one side by a roller bearing 201.
  • the first support roller 110 at one end opposite to the other end another bearing journal 202 ', which by means of another Rolling bearing 201 'is mounted on the housing 101.
  • the further roller bearing 201 'and the further bearing journal 202' can be enclosed by means of a further cover 204 'in order to provide a sealed lubrication region.
  • FIG. 3 shows another exemplary embodiment of the present invention in which the shaft 102 has a shaft shoulder 301. Furthermore, the first support roller 110 is shown schematically. According to the first support roller 110, as shown in FIG. 3, the others can also be used
  • Support rollers 120, 130, 140, which are not shown in Fig. 3, are formed.
  • the shaft Due to the shaft shoulder 301, the shaft has a surface with a normal parallel to the shaft rotation axis 103 and a surface with a normal radial to the shaft rotation axis 103.
  • the first rotation axis 111 is formed parallel to the shaft rotation axis ⁇ 103rd
  • the first support roller 110 further includes the central cylindrical portion, the central cylindrical portion having the radial contact surface 203 and an axial further contact surface 302.
  • the radial Kon ⁇ clock face 203 has a normal that is formed in the contact area with the shaft 102 perpendicular to the shaft axis of rotation 103rd
  • the other contact surface 302 has a normal that is formed in the contact area with the Wel ⁇ le 102 parallel to the shaft axis of rotation 103rd
  • the contact surface 203 and the further contact surface 302 of the first support roller 110 are formed corresponding to the corre ⁇ spective shaft shoulder surfaces.
  • the distance (radial distance) 104 decreases until a force-transmitting coupling between the first support roller 110 and the shaft 102 is established via the radial contact surface 203.
  • an axial displacement of the shaft 102 can also be achieved. long axial direction 304 are caught. With an axial displacement of the shaft 102 along the axial direction 304, there is a force-transmitting coupling between the further contact surface 302 and the shaft 102. The axial distance 303 decreases during axial displacement along the axial direction 304 of the shaft 102.
  • the further contact surface 302 is in particular complementary to the Axialflä ⁇ che (further surface) of the shaft shoulder 301 of the shaft 102 is formed.
  • the first rotation axis 111 is formed parallel to the shaft rotation axis 103 in FIG.
  • the first axis of rotation 111 has an angle (eg between 1 ° and 90 °) to the shaft rotation axis 103, wherein the first support roller 110 can intercept a radial and an axial displacement of the shaft 102 ,
  • the shaft shoulder 301 of the shaft 102 is conical.
  • a normal line of the conical surface of the shaft shoulder Wellenab ⁇ record 301, so to speak has an angle to the shaft axis of rotation 103rd
  • the angle is in particular formed between approximately 1 ° and 89 °.
  • the further contact surface 302 of the first support roller 101 is formed.
  • the further contact ⁇ surface 302 has a more normal, which has a white ⁇ direct angle to the first axis of rotation 111 of the first Stauerrol ⁇ le 110th
  • the angle and the further angle are in particular the same.
  • the further contact surface of the first support roller 110 is designed such that an imaginary extension of the adjoining contact line in the contact region between the further contact surface 302 and the further surface of the shaft shoulder 301 by the axis intersection of the shaft rotation axis 103 and the first axis of rotation 111 first support roller 110 extends.
  • a Bohrreibungsanteil is reduced and increases the allowable force to be transmitted.
  • the imaginary extension of the self-adjusting of contact is sort of a generatrix of the further contact surface 302 of the first support roller 110.
  • the surface line is a line that on the jacket of a rotating body (for example the kegelför ⁇ -shaped supporting roller 110) longitudinally with respect to its rotation axis (first rotation axis 111) runs, ie the links between the imaginary tip and the (edge) points of the base circle of the first support roller 110th
  • a first (in particular conical) support roller 110 can in particular absorb the shaft 102 when the shaft 102 is displaced in the axial direction 304, and a further first (in particular conical) support roller 110 can receive the shaft 102 when the shaft 102 is displaced in the radial direction.
  • “comprehensive” does not exclude any other elements or steps and "one” or “one” does not exclude a large number. Further thereon was hingewie ⁇ sen that features or steps which have been described with reference to one of the above embodiments, also be used in combination with other characteristics or steps of other exemplary embodiments described above Kgs ⁇ NEN. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

Abstract

The invention relates to a turbomachine (100) comprising a housing (101), a shaft (102) which is mounted so as to be rotatable relative to the housing (101) about an axis of rotation (103) of the shaft, and a first support roll (110) that has a first axis of rotation (111). The first support roll (110) is located at a distance from the shaft (102). Furthermore, the first support roll (110) is disposed in such a way that the first support roll (110) and the shaft (102) can be force-transmittingly coupled to one another when the shaft (102) is displaced, and the first support roll (110) revolves about the first axis of rotation (111) when the shaft (102) rotates.

Description

Beschreibung description
Fanglager für hochbelastete Magnetlager von rotierenden Maschinen Safety bearing for highly loaded magnetic bearings of rotating machinery
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine. The present invention relates to a turbomachine and a method for operating a turbomachine.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
In Strömungsmaschinen, wie beispielsweise in einem Turboverdichter oder in einer Turbine, werden auf einer drehbaren Welle Rotorblätter angeordnet, welche von einem Strömungsme¬ dium angeströmt werden. Die Welle einer Strömungsmaschine wird mit Axial- und Radiallagern in einem Lagergehäuse der Strömungsmaschine drehbar gelagert. Zur Lagerung der Welle in dem Lagergehäuse werden in herkömmlichen Lagern beispielsweise Gleitlager eingesetzt. Ferner werden Magnetlager eingesetzt, mit welchen eine reibungslose drehbare Lagerung der Welle möglich ist. Aufgrund von Magnet¬ kräften wird die Welle dabei in einer vorbestimmten axialen und/oder radialen Position drehbar gelagert. Magnetlager können als passive Magnetlager ausgebildet werden. Bei passiven Magnetlagern werden beispielsweise diamagnetische Materialien verwendet. Bei aktiven Magnetlagern wird die Lagerkraft durch einstellbare Elektromagneten erzeugt. Die Elektromagneten können gesteuert werden, um eine gewünschte Magnetkraft zu erzeugen, die die Welle in einer vorbestimmten radialen und/oder axialen Position halten. In turbomachines, such as in a turbocompressor or in a turbine rotor blades are arranged on a rotatable shaft, which are flowed by a Strömungsme ¬ dium. The shaft of a turbomachine is rotatably mounted with axial and radial bearings in a bearing housing of the turbomachine. To support the shaft in the bearing housing, bearings, for example, are used in conventional bearings. Furthermore, magnetic bearings are used with which a smooth rotatable mounting of the shaft is possible. Due to magnetic ¬ forces, the shaft is rotatably mounted in a predetermined axial and / or radial position. Magnetic bearings can be designed as passive magnetic bearings. In passive magnetic bearings, for example, diamagnetic materials are used. With active magnetic bearings, the bearing force is generated by adjustable electromagnets. The electromagnets may be controlled to produce a desired magnetic force that holds the shaft in a predetermined radial and / or axial position.
Bei aktiven Axialmagnetlagern weist die Welle eine Axialla- gerscheibe auf, welche zwischen zwei Statorelementen, welche an dem Lagergehäuse befestigt sind, drehbar in einer vorbe¬ stimmten Position gehalten wird. Die Axiallagerscheibe wird üblicherweise integral bereits bei Herstellung der Welle aus- gebildet. So wird beispielsweise die Axiallagerscheibe mit¬ tels Drehens oder Fräsens aus dem Grundkörper der Welle ge¬ dreht. Alternativ kann die Axiallagerscheibe auch auf der Welle montiert werden. In active axial magnetic bearings, the shaft has a Axialla- gerscheibe, which is rotatably held in a vorbe ¬ certain position between two stator elements which are fixed to the bearing housing. The thrust washer is usually integrally formed already during production of the shaft. educated. Thus, the axial bearing disc, for example, GE rotates with ¬ ¬ means of turning or milling of the base body of the shaft. Alternatively, the thrust washer can also be mounted on the shaft.
Bei aktiven Radialmagnetlagern wird die Welle durch die Lagerstellen ringförmig (zumindest teilweise) umschließende Magnetlager gelagert. Die Statorelemente eines aktiven Magnetlagers weisen Spulen auf, um die elektromagnetischen Kräfte zu erzeugen. Um den elektromagnetischen Fluss möglichst wenig zu stören, sollen die Statorelemente möglichst keine axialen Teilflächen auf¬ weisen. Die Statorelemente bilden dann jeweils einen ge- schlossenen Statorring. Zwischen zwei solcher Statorringe befindet sich im montierten Zustand der Welle die Axiallagerscheibe . In active radial magnetic bearings, the shaft is supported by the bearings annular (at least partially) enclosing magnetic bearings. The stator elements of an active magnetic bearing have coils to generate the electromagnetic forces. In order to disturb the electromagnetic flow as little as possible, the stator should as possible have no axial faces on ¬ . The stator elements then each form a closed stator ring. Between two such stator rings is in the mounted state of the shaft, the thrust washer.
Alternativ zu den magnetgelagerten Wellen können Rotoren von großen Maschinen, wie zum Beispiel Dampf- und Gasturbinen, Generatoren oder Prozessgasverdichter, mittels Gleitlagern gelagert werden. Dabei kommt ein tragender Schmierfilm zwischen den stehenden und sich bewegenden Teilen der Lager zum Einsatz . As an alternative to the magnetically levitated shafts, rotors of large machines, such as, for example, steam and gas turbines, generators or process gas compressors, can be mounted by means of slide bearings. A load-bearing lubricating film is used between the stationary and moving parts of the bearings.
Aufgrund der hiermit verbundenen Verlustleistung, welche durch die Reibung im Schmierfilm und die benötigte Pumpleis¬ tung für die Bereitstellung des Schmiermediums entsteht, wer¬ den verlustärmere Lagerungstechniken bevorzugt, wie bei- spielsweise die oben beschriebenen Magnetlagerungen. Der Vorteil von Magnetlagerungen ist der, dass diese weitestgehend ohne Schmieröl betrieben werden können. Magnetlagerungen können beispielsweise für kleinere Rotorlasten, zum Beispiel bis zu zwei Tonnen, erfolgreich eingesetzt werden. Für große Ro- torlasten und für hohe Umfangsgeschwindigkeiten, wie sie bei den oben genannten Strömungsmaschinen typischerweise auftreten, ist allerdings die Bereitstellung zuverlässiger Fanglager notwendig. Ein Fanglager fängt den Rotor bei einem Ausfall der Magnetlagerung auf, sodass die Welle auslaufen kann. Bestehende Fang¬ lagerlösungen bieten eine begrenzte Tragfähigkeit oder Ver- schleißbeständigkeit an, da der Rotor bei Ausfall der Magnet¬ lagerung in das Fanglager fällt und im Wesentlichen ohne Schmierung in einem Gleitlager als Fanglager ausläuft. Die dabei auftretenden Reiblasten verlangen eine schnelle Verzögerung der Rotoren und begrenzen die Einsetzbarkeit der Mag- netlager. Due to the power loss associated therewith, which is caused by the friction in the lubricating film and the required Plepleis ¬ tion for the provision of the lubricant, who ¬ the lower-loss storage techniques preferred, such as the magnetic bearings described above. The advantage of magnetic bearings is that they can be operated as far as possible without lubricating oil. Magnetic bearings can be successfully used, for example, for smaller rotor loads, for example up to two tons. However, for large rotor loads and for high peripheral speeds, which typically occur in the above-mentioned turbomachines, the provision of reliable backup bearings is necessary. A backup bearing catches the rotor in the event of a magnetic bearing failure, causing the shaft to leak. Existing fishing ¬ bearing solutions offer a limited load-bearing capacity or encryption to schleißbeständigkeit, since the rotor falls upon failure of the magnetic ¬ storage in the catch bearing and substantially terminates as a catch bearing without lubrication in a sliding bearing. The resulting friction loads require a fast deceleration of the rotors and limit the usability of the magnetic bearings.
Bei einer Ausbildung des Fanglagers als Wälzlager, welches die Welle umgibt, muss das Wälzlager einen großen Wellendurchmesser aufweisen. Wälzlager mit einem solch großen Wel- lendurchmesser sind jedoch nicht für die erforderlichen Drehzahlen und Traglasten verfügbar. In a design of the backup bearing as a rolling bearing, which surrounds the shaft, the rolling bearing must have a large shaft diameter. However, rolling bearings with such a large shaft diameter are not available for the required speeds and load capacities.
Darstellung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine stabile Fanglageranordnung einer Welle für eine Strömungsmaschine be¬ reitzustellen. SUMMARY It is an object of the present invention to provide a stable bearing assembly of a shaft for a turbomachine be ¬ riding determine.
Die Aufgabe wird mit einer Strömungsmaschine und mit einem Verfahren zum Betreiben der Strömungsmaschine gemäß den unab¬ hängigen Ansprüchen gelöst. The object is achieved with a turbomachine and a method for driving the fluid machine according to the inde ¬ dependent claims.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Strömungsmaschine beschrieben. Die Strömungsmaschine weist ein Gehäuse, eine relativ zu dem Gehäuse um eine Wel¬ lendrehachse drehbar gelagerte Welle und eine erste Stützrol¬ le mit einer ersten Drehachse auf. Die Stützrolle ist beabs¬ tandet zu der Welle angeordnet. Die erste Stützrolle ist fer¬ ner derart angeordnet, dass bei einer Verschiebung der Welle, zum Beispiel bei einer axialen und/oder einer radialen Verschiebung der Welle, eine kraftübertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle (insbesondere zwischen einer Abroll¬ oberfläche der Stützrolle) und der Welle (insbesondere der Wellenoberfläche) erzeugbar ist und sich bei einer Drehung der Welle (zumindest während der kraftübertragenden Kopplung) die Stützrolle um die erste Drehachse dreht. Als Strömungsmaschine wird im Rahmen der vorliegenden Anmel¬ dung eine Fluidenergiemaschine bezeichnet, bei der die Ener¬ gieübertragung zwischen Fluid und Maschine durch eine Strömung nach den Gesetzen der Fluiddynamik erfolgt. Eine Strömungsmaschine kann beispielsweise ein Turboverdichter, eine Gasturbine, eine Dampfturbine, ein Strahltriebwerk oder eine andere Turbine oder ein Verdichter in axialer oder radialer Bauart sein. According to a first aspect of the present invention, a turbomachine is described. The turbomachine includes a housing, a rotatable relative to the housing about a Wel ¬ lendrehachse mounted shaft and a first Stützrol ¬ le with a first rotational axis. The support roller is beabs ¬ tandet arranged to the shaft. The first support roller is arranged fer ¬ ner such that upon displacement of the shaft, for example in an axial and / or radial displacement of the shaft, a force-transmitting coupling between the first support roller (in particular between a Abroll ¬ surface of the support roller) and the Wave (especially the Shaft surface) is generated and upon rotation of the shaft (at least during the force-transmitting coupling), the support roller rotates about the first axis of rotation. As a flow machine in the present Appli ¬ dung a fluid energy machine is known, wherein the Ener ¬ gieübertragung between the fluid and machine is carried out by a flow according to the laws of fluid dynamics. A turbomachine may, for example, be a turbocompressor, a gas turbine, a steam turbine, a jet engine or another turbine or a compressor of axial or radial design.
Die Welle der Strömungsmaschine ist drehbar bezüglich des Ge- häuses, insbesondere eines Lagergehäuses, der Strömungsma¬ schine gelagert. Die Welle der Strömungsmaschine weist die Wellendrehachse auf. Eine Richtung parallel zu der Drehachse wird als Axialrichtung der Welle definiert. Eine Richtung, welche durch den Mittelpunkt der Welle verläuft und senkrecht zu der Drehachse ausgerichtet ist, wird als Radialrichtung der Welle und der Strömungsmaschine bezeichnet. The shaft of the turbomachine is rotatable with respect to the housing, in particular a bearing housing, the Strömungsma ¬ machine stored. The shaft of the turbomachine has the shaft rotation axis. A direction parallel to the axis of rotation is defined as the axial direction of the shaft. A direction which passes through the center of the shaft and is oriented perpendicular to the axis of rotation is referred to as the radial direction of the shaft and the turbomachine.
Die erste Stützrolle ist drehbar, beispielsweise mittels ei¬ nes Wälzlagers, an dem Gehäuse gelagert. Die erste Stützrolle kann eine zylindrische Form aufweisen, wobei die erste Stütz¬ rolle an ihren jeweiligen Endbereichen mittels eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers an dem Gehäuse gelagert ist. In einem Zentralbereich zwischen den beiden Endbereichen kann die erste Stützrolle einen zylindrischen Bereich aufweisen, welcher einen größeren Durchmesser als die beiden Endbereiche aufweist. Die erste Stützrolle kann dabei derart an dem Ge¬ häuse angeordnet sein, dass in dem Falle, in dem sich die Strömungsmaschine und die Welle im Normalbetrieb befinden, ein Abstand zwischen der Welle und dem Zentralbereich der ersten Stützrolle besteht. Verschiebt sich die Welle, bei¬ spielsweise aufgrund eines Defekts der Wellenlagerung, ist die erste Stützrolle derart angeordnet, dass die Welle auf¬ grund der Verschiebung in Kontakt mit der ersten Stützrolle kommt, sodass über diesen Berührbereich eine kraftübertragende Kopplung besteht. Die Welle liegt sozusagen auf der Stütz¬ rolle in Verschieberichtung der Welle auf. Zur Vermeidung erhöhter Kantenpressungen kann die Stützrolle eine ballige Form im Kontaktbereich mit der Welle aufweisen. Die Stützrolle weist sozusagen einen zylindrischen Abrollbereich auf, wobei die Mantelfläche des zylindrischen Abrollbereichs ballig aus¬ gebildet ist. Aufgrund der balligen, gewölbten Mantelfläche werden an den axialen Enden der Mantelfläche die Kantenberei- che leicht bzgl. der Welle zurückgenommen und somit bei Kon¬ takt der Stützrolle mit der Welle eine Kantenpressung zwi¬ schen den axialen Enden der Stützrolle und Welle vermieden. The first support roller is rotatable, for example by means of ei ¬ nes roller bearing, mounted on the housing. The first support roller may have a cylindrical shape, wherein the first support ¬ roller is mounted at their respective end portions by means of a sliding bearing or a rolling bearing on the housing. In a central region between the two end regions, the first support roller may have a cylindrical region which has a larger diameter than the two end regions. The first support roller can in this case be such arranged on the Ge ¬ housing that, in the case where the turbo machine and the shaft in normal operation are located, there is a gap between the shaft and the central area of the first support roller. Shifts the shaft, wherein ¬ play, due to a failure of the shaft bearing, the first supporting roller is arranged such that the shaft ¬ due to the shift in contact with the first support roller comes so that there is a force-transmitting coupling over this contact area. The shaft is as it were on the support ¬ role in the direction of the shaft. To avoid increased edge pressures, the support roller may have a spherical shape in the contact area with the shaft. The support roller, so to speak has a cylindrical rolling area, wherein the outer surface of the cylindrical Abrollbereichs is spherically formed from ¬. Due to the convex, curved circumferential surface of the circumferential surface of the shaft at the axial ends of the Kantenberei- che easily respect. Withdrawn and thus Zvi ¬ rule avoided in Kon ¬ clock of the supporting roller with the shaft an edge pressure the axial ends of the supporting roller and the shaft.
An den Kontaktbereichen der Stützrollen mit der Welle können auf der Welle aufgeschrumpfte Lagerbuchsen vorgesehen werden. At the contact areas of the support rollers with the shaft shrunk bearing bushes can be provided on the shaft.
Die erste Stützrolle ist beispielsweise aus Hartgummi oder aus einem Metall wie Messing bzw. Stahl gefertigt. Beispiels¬ weise ist die erste Stützrolle aus einem metallischen Körper gefertigt, wobei die Berührflächen mit der Welle mit einem weichen Überzug z.B. aus Gummi oder einem Hartkunststoff überdeckt sind. Insbesondere ist das Material der ersten Stützrolle im Berührbereich mit der Welle weicher bzw. duktiler als das entsprechende Material der Welle. The first support roller is made for example of hard rubber or a metal such as brass or steel. Example ¬, the first support roller is made of a metallic body, wherein the contact surfaces are covered with the shaft with a soft coating, for example of rubber or a hard plastic. In particular, the material of the first support roller in the contact region with the shaft is softer or more ductile than the corresponding material of the shaft.
Ferner ist die erste Stützrolle derart angeordnet, dass diese bei Kontakt mit der Welle um ihre erste Drehachse rotiert. Die erste Drehachse ist dabei derart ausgerichtet, dass die erste Stützrolle relativ zu der Welle derart rotiert, dass im Berührbereich zwischen der Welle und der ersten Stützrolle keine Reib- bzw. Gleitverbindung sondern eine abrollende Verbindung mit einer geringen Abrollreibung besteht. Further, the first support roller is arranged such that it rotates on contact with the shaft about its first axis of rotation. The first axis of rotation is aligned such that the first support roller rotates relative to the shaft such that there is no frictional or sliding connection in the contact region between the shaft and the first support roller but a rolling connection with a low rolling friction.
Der Durchmesser der ersten Stützrolle, und insbesondere der Durchmesser des zentralen zylindrischen Bereichs der ersten Stützrolle, ist kleiner als der Durchmesser der Welle. Somit ist auch ein Lagerzapfendurchmesser der ersten Stützrolle, welcher beispielsweise wälzgelagert am Gehäuse gelagert ist, kleiner als ein entsprechendes Wellenlager bzw. ein entsprechender Wellenlagerzapfendurchmesser der Welle, mit welchem die Welle an dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Da der Lager¬ zapfendurchmesser der ersten Stützrolle kleiner ist als der der Welle, kann die erste Stützrolle, zum Beispiel bei Ein¬ satz eines Wälzlagers, eine hohe Drehzahl einschließlich ei¬ ner ausreichende Tragfähigkeit aufweisen. The diameter of the first support roller, and in particular the diameter of the central cylindrical portion of the first support roller, is smaller than the diameter of the shaft. Thus, a bearing journal diameter of the first support roller, which is stored for example roller bearings on the housing, smaller than a corresponding shaft bearing or a corresponding shaft journal diameter of the shaft, with which the shaft is rotatably mounted on the housing. Since the bearing ¬ journal diameter of the first support roller is smaller than that of the shaft, the first support roller, for example at a rate ¬ a rolling bearing having a high rotational speed, including egg ¬ ner sufficient capacity.
Um die zu übertragenden Kräfte von der Welle auf ein erfin- dungsgemäßes Fanglager besser zu verteilen, können neben der ersten Stützrolle eine Vielzahl von weiteren Stützrollen, wie beispielsweise die weiter unten beschriebenen zweiten und dritten Stützrollen, angeordnet werden. Somit werden die übertragenen Kräfte aufgeteilt und auf die entsprechenden Stützrollen auf einem zulässigen Niveau gehalten, da die Kräfte auf mehrere Stützrollen verteilt sind. In order to better distribute the forces to be transmitted from the shaft to a catch bearing according to the invention, a plurality of further support rollers, such as the second and third support rollers described below, can be arranged next to the first support roller. Thus, the transmitted forces are split and maintained at the appropriate support rollers at an acceptable level, since the forces are distributed over several support rollers.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die erste Stützrolle derart angeordnet, dass die erste Drehachse parallel zu der Wellendrehachse ist. Die erste Stützrolle ist derart angeordnet, dass bei einer Verschiebung der Welle ent¬ lang der Schwerkraftrichtung die kraftübertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle und der Welle erzeugbar ist. Die erste Stützrolle ist beispielsweise unter der Welle ange- ordnet, wobei die erste Drehachse parallel zu der Wellendreh¬ achse ausgerichtet ist. Fällt die Welle beispielsweise auf¬ grund eines Defekts der Wellenlagerung auf die erste Stütz¬ rolle, so dreht die Welle zusammen mit der ersten Stützrolle. Aufgrund der Drehung der ersten Stützrolle um die erste Dreh- achse und der Drehung der Welle um die Wellendrehachse kommt es zu einem Abrollen der Welle auf der ersten Stützrolle. Reibungskräfte werden reduziert, da die erste Stützrolle und die Welle sozusagen dieselben Umfangsgeschwindigkeiten an ihrem Berührpunkt bzw. Berührbereich aufweisen. Da die erste Stützrolle unter der Welle angeordnet ist, kann die ersteAccording to a further exemplary embodiment, the first support roller is arranged such that the first rotation axis is parallel to the shaft rotation axis. The first support roller is arranged such that upon displacement of the shaft ent ¬ long the direction of gravity, the force-transmitting coupling between the first support roller and the shaft can be generated. The first support roller is arranged, for example, under the shaft, wherein the first axis of rotation is aligned parallel to the shaft rotation ¬ axis. If the shaft example ¬ because of a defect of the shaft bearing on the first support ¬ roll, so the shaft rotates together with the first support roller. Due to the rotation of the first support roller about the first axis of rotation and the rotation of the shaft about the shaft axis of rotation, the shaft rolls on the first support roller. Frictional forces are reduced because the first support roller and the shaft have, so to speak, the same peripheral speeds at their contact point or contact area. Since the first support roller is arranged under the shaft, the first
Stützrolle die Gewichtskraft der Welle aufnehmen und die Wel¬ le tragen. Somit wird äußerst schonend die Welle aufgefangen, ohne dass Verspannungen oder Abrieb in den Berührbereich der Welle und der ersten Stützrolle verursacht werden. Ein Defekt der Welle aufgrund des Abwurfes auf das Fanglager bzw. die erste Stützrolle kann somit reduziert werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Welle einen Wellenabsatz mit einer Fläche auf, deren Normale parallel zur Wellendrehachse ausgerichtet ist. Die erste Stützrolle weist eine Kontaktfläche auf, welche im Wesentli¬ chen komplementär zu der Fläche ist. Die erste Stützrolle ist ferner derart angeordnet, dass bei einer axialen Verschiebung der Welle entlang der Wellendrehachse eine weitere kraftüber¬ tragende Kopplung zwischen der Kontaktfläche und der Fläche der Welle erzeugbar ist. Mit dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann eine Wel¬ le aufgefangen werden, welche aufgrund eines Lagerdefekts entlang der axialen Richtung verschoben wird. Die erste Drehachse der ersten Stützfläche kann dabei beispielsweise paral¬ lel oder orthogonal und beabstandet zu der Wellendrehachse ausgerichtet sein. Support role record the weight of the shaft and the Wel ¬ le wear. Thus, the shaft is very gently collected without tensions or abrasion in the contact area of the Wave and the first support roller are caused. A defect of the shaft due to the dropping on the fishing camp or the first support roller can thus be reduced. According to a further exemplary embodiment, the shaft has a shaft shoulder with a surface whose normal is aligned parallel to the shaft rotation axis. The first support roller has a contact surface which is complementary to the surface in the Wesentli ¬ chen. The first support roller is further arranged such that upon an axial displacement of the shaft along the shaft rotation axis, a further force-transmitting ¬ bearing coupling between the contact surface and the surface of the shaft can be generated. With the embodiment described above, a Wel ¬ le can be collected, which is moved due to a bearing defect along the axial direction. The first rotation axis of the first supporting surface can be aligned, for example, paral lel ¬ or orthogonal to and spaced from the shaft axis of rotation.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Welle einen weiteren Wellenabsatz mit einer weiteren Fläche auf, deren Normale einen Winkel zu der Wellendrehachse auf- weist. Die erste Stützrolle weist eine weitere Kontaktfläche auf, welche komplementär zu der weiteren Fläche ist. Die ers¬ te Stützrolle ist derart angeordnet, dass bei der Verschie¬ bung der Welle eine weitere kraftübertragende Kopplung zwi¬ schen der weiteren Kontaktfläche und der weiteren Fläche der Welle erzeugbar ist. According to a further exemplary embodiment, the shaft has a further shaft shoulder with a further surface, the normal of which has an angle to the shaft rotational axis. The first support roller has a further contact surface which is complementary to the further surface. The ers ¬ te support roller is arranged such that when Verschie ¬ tion of the shaft, a further force-transmitting coupling zwi ¬ tween the other contact surface and the further surface of the shaft can be generated.
Der Winkel kann beispielsweise einen Bereich zwischen 0° und 90°, insbesondere ungefähr 45°, aufweisen. Der weitere Wel¬ lenabsatz kann beispielsweise eine konusförmige Form aufwei- sen, sodass die weitere Fläche entlang eines axialen Verlaufs einen Abstand zur Wellendrehachse vergrößert oder verklei¬ nert. Die weitere Kontaktfläche der ersten Stützrolle ist komplementär zu der weiteren Fläche der Welle ausgebildet. Die weitere Fläche und die weiteren Kontaktflächen sind ins¬ besondere komplementär zueinander ausgebildete Rotationsflä¬ chen, wobei sich diese in einem Berührbereich berühren, um eine kraftübertragende Kopplung zu ermöglichen. Insbesondere kann die erste Drehachse der ersten Stützrolle einen Winkel zu der Wellendrehachse aufweisen. Beispielsweise kann die erste Drehachse nicht parallel sondern z.B. orthogonal zur Wellendrehachse ausgebildet sein. Insbesondere weist die ers¬ te Drehachse und die Wellendrehachse einen Schnittpunkt auf. Die erste Stützrolle und die Welle bilden bei Kontakt über die konusförmigen Flächen sozusagen eine Art Kegelradgetriebe aus, wobei die kleinere erste Stützrolle als Ritzel und die größere Welle als Tellerrad verstanden werden kann. Da somit die erste Drehachse nicht parallel zu der Wellen¬ drehachse ausgebildet werden muss, werden zusätzliche kon¬ struktive Freiheiten der Lagerung des ersten Stützrads am Gehäuse geschaffen. Dies ermöglicht eine bessere und effektive¬ re Konstruktion der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine. The angle may, for example, have a range between 0 ° and 90 °, in particular approximately 45 °. The further Wel ¬ lenabsatz can sen aufwei- for example, a conical shape so that the other surface along an axial gradient enlarges a distance from the shaft axis of rotation or verklei nert ¬. The further contact surface of the first support roller is formed complementary to the further surface of the shaft. The further surface and the further contact surfaces are in ¬ particular complementary to each other formed Rotationsflä ¬ Chen, wherein these touch in a contact area to allow a force-transmitting coupling. In particular, the first axis of rotation of the first support roller may have an angle to the shaft axis of rotation. For example, the first axis of rotation may not be parallel but, for example, orthogonal to the shaft axis of rotation. In particular, the ers ¬ te rotational axis and the shaft axis of rotation on a point of intersection. The first support roller and the shaft form when contacted on the cone-shaped surfaces, so to speak, a kind of bevel gear, wherein the smaller first support roller as pinion and the larger shaft can be understood as crown gear. Thus, since the first axis of rotation does not have to be formed parallel to the shaft ¬ axis of rotation, additional con ¬ structive freedom of storage of the first support wheel on the housing created. This allows for better and effective ¬ re construction of the flow machine according to the invention.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die erste Stützrolle ein Wälzlager auf. Mittels des Wälzlagers wird die Stützrolle an dem Gehäuse gelagert. Ein Wälzlager ist beispielsweise ein Kugellager oder einAccording to a further exemplary embodiment, the first support roller on a rolling bearing. By means of the rolling bearing, the support roller is mounted on the housing. A rolling bearing is for example a ball bearing or a
Schrägkugellager. Ein Wälzlager weist im Allgemeinen einen Innenring sowie einen Außenring auf, welche durch rollende Körper getrennt sind. Der Außenring kann beispielsweise am Gehäuse gelagert sein und der Innenring an dem Lagerzapfen der ersten Stützrolle. Zwischen dem Innenring, dem Außenring und dem Wälzkörper (Rolle, Tonne) treten hauptsächlich Rollreibungen auf. Angular contact ball bearings. A rolling bearing generally has an inner ring and an outer ring which are separated by rolling bodies. The outer ring may for example be mounted on the housing and the inner ring on the bearing journal of the first support roller. Between the inner ring, the outer ring and the rolling element (roll, barrel) occur mainly rolling friction.
Als Wälzlager können schnell laufende Lagertypen eingesetzt werden, um die auftretenden Drehzahlen schadlos zu ertragen. Die Wälzlager können beispielsweise als Spindellager (Schräg¬ kugellager) ausgebildet sein. Für hohe Belastungen ist eine paarweise Anordnung von Wälzlagern zur Lagerung der ersten Stützrolle hilfreich. As a rolling bearing fast running bearing types can be used to withstand the occurring speeds harmless. The rolling bearings may be formed, for example, as a spindle bearing (angular contact ¬ ball bearing). For high loads is one Paired bearings of bearings for supporting the first support role helpful.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine eine Schmiermitteleinrichtung auf. DieAccording to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a lubricant device. The
Schmiermitteleinrichtung ist mit dem Wälzlager derart gekoppelt, dass eine Schmierung des Wälzlagers mit einem Schmier¬ mittel generierbar ist. Beispielsweise kann eine Tauchschmie¬ rung oder eine Olnebelschmierung mittels der Schmiermit- teleinrichtung umgesetzt werden, um eine ausreichende Schmie¬ rung für das Wälzlager bereitzustellen. Lubricating device is coupled to the rolling bearing such that lubrication of the rolling bearing with a lubricant ¬ medium can be generated. For example, a Tauchschmie ¬ tion or Olnebelschmierung can be implemented by means of the lubricant-teleinrichtung, to provide sufficient delay for the Schmie ¬ bearings.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine ferner eine Antriebseinheit zum Antreiben der ersten Stützrolle auf. Die Antriebseinheit treibt die erste Stützrolle auch im Normalbetrieb der Strömungswelle an, wenn beispielsweise kein Kontakt mit der rotierenden Welle besteht. Die Antriebseinheit kann beispielsweise über einen Riemen mit der Stützrolle gekoppelt sein, um einen Riemenan- trieb umzusetzen. Die Antriebseinheit kann ferner einen According to a further exemplary embodiment, the turbomachine further comprises a drive unit for driving the first support roller. The drive unit drives the first support roller in normal operation of the flow shaft, for example, if there is no contact with the rotating shaft. The drive unit may for example be coupled via a belt to the support roller in order to implement a belt drive. The drive unit may also have a
Elektromotor aufweisen, welcher direkt oder indirekt über ein Getriebe das Drehmoment auf die Welle überträgt.  Have electric motor, which transmits the torque to the shaft directly or indirectly via a transmission.
Die Antriebseinheit kann ferner aerodynamische Flächen, wie beispielsweise Flügel bzw. Spoiler aufweisen. Die aerodynamischen Flächen können nahe an der Welle angeordnet sein, sodass aufgrund einer Schleppströmung, welche durch Rotation der Welle entsteht, angetrieben werden und dadurch die erste Stützrolle in Rotation bringen. Somit wird mit anderen Worten ein Strömungsantrieb für die erste Stützrolle mittels der An¬ triebseinheit bereitgestellt. The drive unit may also have aerodynamic surfaces, such as wings or spoilers. The aerodynamic surfaces may be located close to the shaft so as to be driven by a drag flow created by rotation of the shaft, thereby rotating the first support roller. Thus, a flow drive for the first support roller by means of at ¬ drive unit is provided in other words.
Die wälzgelagerten Stützrollen können im normalen Betrieb (also bei ordnungsgemäßer Funktion der Wellenlager) mit einer gewissen Drehzahl mitlaufen, um ein Festsetzen der Stützrollen bei längerem Stillstand zu vermeiden. Zudem wird bei Ab- wurf der Welle eine schlagartige Beschleunigung aus dem In normal operation (ie with proper functioning of the shaft bearings), the roller-supported support rollers can run at a certain speed in order to prevent the support rollers from becoming stuck during a long standstill. In addition, when the shaft is dropped a sudden acceleration from the
Stillstand der Stützrollen vermieden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Antriebseinheit derart ausgebildet, dass bei Bestehen der kraftübertragenden Kopplung der ersten Stützrolle mit der Welle die Welle mittels der ersten Stützrolle antreibbar ist. Beispielsweise kann die Antriebseinheit ausreichend stark ausgelegt sein, um ein Drehmoment auf die Welle zu übertragen und die Welle somit anzutreiben. Bei einem Defekt der Wellenlagerung und bei daraus resultierendem Aufliegen der Welle auf der ersten Stützrolle kann aufgrund der Antriebseinheit dennoch eine Rotation der Welle ermöglicht werden. Somit kann sozusagen ein Notbetrieb der Strömungsmaschine aufrechterhal¬ ten werden, da die Welle durch die erste Stützrolle angetrie¬ ben wird. Standstill of the support rollers avoided. According to a further exemplary embodiment, the drive unit is designed such that when passing the force-transmitting coupling of the first support roller with the shaft, the shaft can be driven by means of the first support roller. For example, the drive unit may be designed sufficiently strong to transmit a torque to the shaft and thus drive the shaft. In case of a defect of the shaft bearing and the resulting resting of the shaft on the first support roller, rotation of the shaft can still be made possible due to the drive unit. Thus, an emergency operation of the flow machine can erect Sustainer ¬ th are, so to speak, since the shaft is the first support roller is trie ¬ ben.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine eine Bremseinrichtung auf, welche ausgebil¬ det ist, die erste Stützrolle zu bremsen. Die Bremseinrich¬ tung kann beispielsweise eine Scheibenbremse aufweisen, um die Rotation der Stützrolle zu bremsen. Ferner kann die According to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a braking device which is ausgebil ¬ det to brake the first support roller. The Bremseinrich ¬ tion, for example, have a disc brake to brake the rotation of the support roller. Furthermore, the
Bremseinrichtung in der Antriebseinheit integriert sein, so¬ dass beispielsweise mittels einer Motorbremsung eine Brems¬ wirkung erzielt wird. Die Stützrollen können zur Begrenzung der Wellenauslaufzeit nach Abwurf der Welle optional mit der Bremseinrichtung ausgestattet werden, wobei die Bremseinrichtung mechanisch oder elektrisch wirkend ausgebildet sein kann. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine eine zweite Stützrolle mit einer zweiten Drehachse auf. Die zweite Stützrolle ist beabstandet zu der Welle angeordnet. Die zweite Stützrolle ist ferner derart an¬ geordnet, dass bei der Verschiebung der Welle eine kraftüber- tragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle, der zweiten Stützrolle und der Welle erzeugbar ist und sich bei Drehung der Welle die erste Stützrolle um die erste Drehachse dreht und sich die zweite Stützrolle um die zweite Drehachse dreht. Die zweite Stützrolle kann entsprechend der ersten Stützrolle ausgebildet sein und dieselben oben, für die erste Stützrolle beschriebenen Merkmale und Ausführungen wie aufweisen. Bei- spielsweise kann die zweite Stützrolle auch wälzgelagert sein. Darüber hinaus kann die zweite Stützrolle mittels der Schmiermitteleinrichtung geschmiert werden, mittels der Antriebseinheit angetrieben werden und/oder durch die Bremseinrichtung gebremst werden. Brake device be integrated in the drive unit, so ¬ a braking ¬ effect is achieved, for example by means of an engine braking. The support rollers can be optionally equipped with the braking device to limit the wave outflow time after the shaft is dropped, wherein the braking device can be formed mechanically or electrically acting. According to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a second support roller with a second axis of rotation. The second support roller is spaced from the shaft. The second support roller is further arranged in such ¬ order that upon displacement of the shaft a force transmitting coupling between the first support roller, the second support roller and the shaft is generated and rotates upon rotation of the shaft, the first support roller about the first axis of rotation and the second support roller rotates about the second axis of rotation. The second support roller may be formed according to the first support roller and the same as above, described for the first support roller features and embodiments. For example, the second support roller may also be roller-mounted. In addition, the second support roller can be lubricated by means of the lubricant device, be driven by means of the drive unit and / or be braked by the braking device.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die zweite Stützrolle relativ zu der ersten Stützrolle entlang der Umfangsrichtung der Welle versetzt angeordnet. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine eine dritte Stützrolle mit einer dritten Drehachse auf. Die dritte Stützrolle ist beabstandet zu der Welle angeordnet. Die dritte Stützrolle ist derart angeord¬ net, dass bei einer Verschiebung der Welle entgegen der According to another exemplary embodiment, the second support roller is offset relative to the first support roller along the circumferential direction of the shaft. According to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a third support roller with a third axis of rotation. The third support roller is spaced from the shaft. The third support roller is angeord ¬ net, that during a displacement of the shaft against the
Schwerkraftrichtung eine weitere kraftübertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle und der Welle erzeugbar ist. Die dritte Stützrolle ist beispielsweise über der Welle be¬ abstandet angeordnet. Aufgrund von Rotationen kann es zu der weiteren kraftübertragenden Kopplung zwischen der dritten Stützrolle und der Welle kommen, sodass die Welle nicht aus dem Gehäuse nach oben ausbrechen kann bzw. nicht mit dem Gehäuse in Kontakt treten kann. Mittels der dritten Stützrolle wird somit eine Zerstörung der Welle verhindert, falls die Wellenlagerung aufgrund eines Defekts versagt und die Welle nach oben hin auszubrechen droht. Gravity direction, a further force-transmitting coupling between the first support roller and the shaft can be generated. The third support roller is arranged for example on the shaft be ¬ abstandet. Due to rotations, further force-transmitting coupling between the third support roller and the shaft may occur so that the shaft can not break up out of the housing or contact the housing. By means of the third support roller, a destruction of the shaft is thus prevented if the shaft bearing fails due to a defect and the shaft threatens to break out at the top.
Die dritte Stützrolle kann entsprechend der ersten und/oder der zweiten Stützrolle ausgebildet sein und dieselben oben, für die erste und zweite Stützrolle beschriebenen Merkmale und Ausführungen aufweisen. Beispielsweise kann die dritte Stützrolle auch wälzgelagert sein. Darüber hinaus kann die dritte Stützrolle mittels der Schmiermitteleinrichtung ge- schmiert werden, mittels der Antriebseinheit angetrieben wer¬ den und/oder durch die Bremseinrichtung gebremst werden. The third support roller may be formed according to the first and / or the second support roller and have the same features and designs described above, for the first and second support roller. For example, the third support roller may also be roller-mounted. In addition, the third support roller can be moved by means of the lubricant device. be lubricated, driven by the drive unit ¬ the and / or be braked by the braking device.
Die erste Stützrolle, die zweite Stützrolle und die dritte Stützrolle können in Umfangsrichtung der Welle gleichmäßig um die Welle verteilt am Gehäuse angeordnet sein. Die erste und die zweite Stützrolle können im Wesentlichen gemeinsam die Gewichtskraft der Welle aufnehmen. Die dritte Stützrolle, welche über der Welle positioniert ist, begrenzt eine Ver- Schiebung der Welle nach oben. Beispielsweise können die Stützrollen um die Welle in einem 120° Winkel entlang des Wellenumfangs beabstandet sein und sozusagen auf den Positio¬ nen 4 Uhr (erste Stützrolle), 8 Uhr (zweite Stützrolle) und 12 Uhr (dritte Stützrolle) entlang des Wellenumfangs angeord- net werden. Die beiden unteren Stützrollen (erste Stützrolle und zweite Stützrolle) tragen jeweils einen Anteil der Wel¬ lengewichtskraft. Ferner ist es auch möglich, vier Stützrol¬ len anzuordnen, welche jeweils mit symmetrischen Abständen entlang der Umfangsrichtung um die Welle angeordnet sind, zum Beispiel jeweils 90°. The first support roller, the second support roller and the third support roller can be arranged distributed in the circumferential direction of the shaft uniformly around the shaft on the housing. The first and second support rollers can substantially together accommodate the weight of the shaft. The third support roller, which is positioned over the shaft, limits a displacement of the shaft upwards. For example, the support rollers may be spaced about the shaft in a 120 ° angle along the shaft circumference and so to speak, on the positio ¬ ns 4 pm (first support roller), 8 hrs (second support roller) and 12 pm (third supporting roller) along the shaft circumference angeord- net become. The two lower support rollers (first support roller and second support roller) each carry a share of Wel ¬ lengewichtskraft. Furthermore, it is also possible to arrange four Stützrol ¬ len, which are each arranged at symmetrical intervals along the circumferential direction around the shaft, for example, each 90 °.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine eine Magnetlagerung auf. Insbesondere weist die Strömungsmaschine hierbei einen ersten Statorring zum Er- zeugen einer elektromagnetischen Lagerkraft auf. Der erste Statorring weist eine erste Öffnung auf, welche größer als die Welle ist, so dass die Welle kontaktfrei zu dem ersten Statorring angeordnet ist. Der erste Statorring ist derart angeordnet, dass mittels der elektromagnetischen Lagerkraft ein konstanter axialer Abstand oder ein konstanter radialer Abstand zu der Lagerscheibe haltbar ist. Der Statorring ist beispielsweise an dem Gehäuse der Strömungsmaschine befes¬ tigt. Mittels der elektromagnetischen Lagerkraft des Statorrings wird ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Statorring und der Lagerscheibe konstant gehalten, wobei dennoch die La¬ gerscheibe mit der Welle rotierbar gegenüber dem ersten Statorring ist. Der erste Statorring weist jeweils Spulen auf, welche in Um- fangsrichtung der Welle angeordnet sind. Somit kann der erste Statorring eine regelbare elektromagnetische Kraft über den Umfang um die Welle erzeugen und somit einen radialen oder axialen Abstand zwischen dem jeweiligen Statorring und derAccording to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a magnetic bearing. In particular, the turbomachine here has a first stator ring for generating an electromagnetic bearing force. The first stator ring has a first opening, which is larger than the shaft, so that the shaft is arranged without contact with the first stator ring. The first stator ring is arranged such that by means of the electromagnetic bearing force a constant axial distance or a constant radial distance to the bearing disk is durable. The stator is buildin ¬ Strengthens example, on the housing of the flow machine. By means of the electromagnetic bearing force of the stator, a predetermined distance between the stator and the bearing plate is kept constant, yet the La ¬ gerscheibe with the shaft is rotatable relative to the first stator ring. The first stator ring has respective coils, which are arranged in the circumferential direction of the shaft. Thus, the first stator ring can generate a controllable electromagnetic force about the circumference around the shaft and thus a radial or axial distance between the respective stator ring and the
Lagerscheibe/Lagerstelle konstant halten. Somit wird eine be¬ rührungslose Lagerung der Lagerscheibe/Lagerstelle und somit der Welle ermöglicht. Mit der oben beschriebenen Erfindung wird eine Fanglagereinrichtung bereitgestellt, bei welcher die Gewichtskraft der Welle durch wälzgelagerte Stützrollen (insbesondere erste Stützrolle und zweite Stützrolle) aufgenommen wird. Aufgrund der geometrischen und kinematischen Verhältnisse der Stütz- rollen bezüglich der Welle können hierbei auch hohe Rotormaßen, zum Beispiel über 100 Tonnen, über die Stützrollen bzw. deren Wälzlager bzw. über Wälzlageranordnungen aufgefangen werden, wobei gleichzeitig die wälzgelagerten Stützrollen eine ausreichende Drehzahlgrenze und eine ausreichende Tragfä- higkeit aufweisen. Keep bearing disc / bearing point constant. Thus, be ¬ touchless storage of the bearing disc / bearing and allows the shaft. With the invention described above, a backup bearing device is provided in which the weight of the shaft is absorbed by roller-mounted support rollers (in particular first support roller and second support roller). Due to the geometrical and kinematic conditions of the support rollers with respect to the shaft, high rotor dimensions, for example over 100 tons, can be absorbed via the support rollers or their roller bearings or roller bearing arrangements, while the roller-mounted support rollers have a sufficient speed limit and a sufficient speed limit Have load-bearing capacity.
Im Normalbetrieb der Strömungsmaschine sind die Stützrollen derart angeordnet, dass diese einen Abstand von ungefähr 0,05 mm bis ungefähr 0,5 mm, insbesondere von ungefähr 0,1 mm - ungefähr 0,3 mm aufweisen. Somit wird ein fortwährender Lasteintrag in die entsprechenden Stützrollen verhindert. In normal operation of the turbomachine, the support rollers are arranged so that they have a distance of about 0.05 mm to about 0.5 mm, in particular from about 0.1 mm - about 0.3 mm. Thus, a continuous load entry is prevented in the corresponding support rollers.
Die Stützrollen können ferner für Zentrierungs- und Ausrichtungszwecke der Welle vorübergehend so eingestellt werden, dass der Rotor in der gewünschten Lage positioniert wird und beispielsweise mittels der Stützrollen und entsprechenden Einstellschrauben oder Passstücken zwischen den Stützrollen und der Welle gehaltert wird. Mit der oben beschriebenen Erfindung kann die Strömungsmaschine nahezu eine unbegrenzte Anzahl von Abwürfen der Welle, das heißt eine unbegrenzte Anzahl von Effekten der Wellenla¬ gerung, ertragen werden. Ferner kann die Welle nach einem Ab- wurf bzw. nach einem Defekt der Wellenlagerung schonender aufgefangen werden, da es nicht zu einer abrupten und schnellen Abbremsung der Welle nach dem Abwurf kommt, da die Welle auf den entsprechenden Stützrollen aufliegt und langsam aus- rollt. Insbesondere die wälzgelagerten Stützrollen weisen eine hohe Lebensdauer auf. Bei einer Nenndrehzahl kann die Lebensdauer der Stützrollen bis zu 1000 Betriebsstunden erreichen. Durch das sanfte Abbremsen der Welle nach dem Abwurf auf die Stützrollen ist ein natürlicher und schonend abge- bremster Auslauf der Welle möglich. The support rollers may also be temporarily adjusted for centering and alignment purposes of the shaft so that the rotor is positioned in the desired position and supported for example by means of the support rollers and corresponding adjusting screws or fitting pieces between the support rollers and the shaft. With the above invention, the flow engine can be almost an unlimited number of poles down the shaft, that is, an unlimited number of effects of delay Wellenla ¬ bear. Furthermore, the wave can litter or after a defect in the shaft bearing can be caught more gently, because there is no sudden and rapid deceleration of the shaft after the ejection, since the shaft rests on the corresponding support rollers and rolls slowly. In particular, the roller-bearing support rollers have a long service life. At a rated speed, the life of the support rollers can reach up to 1000 operating hours. The smooth braking of the shaft after it has been dropped on the support rollers makes it possible to naturally and gently brake the shaft.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. It should be understood that the embodiments described herein are merely a limited selection of possible embodiments of the invention. Thus, it is possible to combine the features of individual embodiments in a suitable manner with one another, so that a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed to the person skilled in the art with the variants of embodiment that are explicit here.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben . In the following, for further explanation and for a better understanding of the present invention, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying figures.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Strömungsmaschine mit einer Welle und vier Stützrollen gemäß einer beispielhaf- ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 shows a sectional view of a turbomachine with a shaft and four support rollers according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Welle und einer Stützrolle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; FIG. 2 is a schematic view of a shaft and a support roller according to an exemplary embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Welle mit einem Wellenabsatz und einer Stützrolle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht einer Welle und einer Stützrolle mit konischen Berührflächen gemäß einer beispiel¬ haften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic view of a shaft with a shaft shoulder and a support roller according to an exemplary embodiment of the present invention; and Fig. 4 shows a schematic view of a shaft and a support roller with conical contact surfaces according to an example ¬ embodiment of the present invention.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsfor¬ men Detailed description of exemplary Ausführungsfor ¬ men
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. The same or similar components are provided in the figures with the same reference numerals. The illustrations in the figures are schematic and not to scale.
Fig. 1 zeigt eine Strömungsmaschine 100, welche ein Gehäuse 101 und eine relativ zu dem Gehäuse 101 um eine Wellendreh- achse 103 drehbar gelagerte Welle 102 aufweist. Ferner ist an dem Gehäuse 101 eine erste Stützrolle 110 mit einer ersten Drehachse 111 gelagert. Die erste Stützrolle 110 ist beabs¬ tandet zu der Welle 102 angeordnet. Der Abstand 104 kann bei¬ spielsweise ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,3 mm betragen. Insbesondere bei Normalbetrieb der Strömungsmaschine 100 wird der Abstand 104 eingehalten. 1 shows a turbomachine 100 which has a housing 101 and a shaft 102 rotatably mounted about a shaft rotational axis 103 relative to the housing 101. Furthermore, a first support roller 110 with a first axis of rotation 111 is mounted on the housing 101. The first support roller 110 is beabs ¬ tandet arranged to the shaft 102. The distance 104 can be at ¬ play, about 0.1 mm to about 0.3 mm. In particular, during normal operation of the turbomachine 100, the distance 104 is maintained.
Die erste Stützrolle 110 ist ferner derart angeordnet, dass bei einer Verschiebung der Welle 102 (axial oder radial) eine kraftübertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle 110 und der Welle 102 erzeugbar ist und sich bei einer Drehung der Welle 102 die erste Stützrolle 110 um die erste Drehachse 111 dreht. Neben der ersten Stützrolle 110 ist in Fig. 1 eine zweiteThe first support roller 110 is further arranged such that upon displacement of the shaft 102 (axially or radially), a force-transmitting coupling between the first support roller 110 and the shaft 102 can be generated and upon rotation of the shaft 102, the first support roller 110 around the first Rotary shaft 111 rotates. In addition to the first support roller 110 is in Fig. 1, a second
Stützrolle 120 mit einer zweiten Drehachse 121, eine dritte Stützrolle 130 mit einer dritten Drehachse 131 und eine vier¬ te Stützrolle 140 mit einer vierten Drehachse 141 darge¬ stellt. Die erste Stützrolle 110 und die zweite Stützrolle 120 sind beispielsweise unterhalb der Welle 102 (bzw. an der unteren Wellenhälfte) angeordnet und die dritte Stützrolle 130 und die vierte Stützrolle 140 sind beispielsweise ober- halb der Welle 102 (bzw. an der oberen Wellenhälfte) angeord¬ net . Support roller 120 with a second axis of rotation 121, a third support roller 130 with a third axis of rotation 131 and a four ¬ te support roller 140 with a fourth axis of rotation 141 Darge ¬ represents. The first support roller 110 and the second support roller 120 are arranged, for example, underneath the shaft 102 (or on the lower shaft half), and the third support roller 130 and the fourth support roller 140 are, for example, uppermost. half of the shaft 102 (or on the upper half shaft) angeord ¬ net.
Die Welle 102 ist beispielsweise mittels eines Magnetlagers an dem Gehäuse 101 gelagert. Bei Defekt des Magnetlagers ver¬ schiebt sich die Welle 102 entlang der Schwerkraftrichtung F, bis die Welle 102 auf der ersten Stützrolle 110 und der zwei¬ ten Stützrolle 120 aufliegt und eine kraftübertragende Kopp¬ lung der Gewichtskraft auf die erste Stützrolle 110 und die zweite Stützrolle 120 bereitgestellt wird. Die Welle 102 dreht sich um die Wellendrehachse 103 mit einer Umfangsge¬ schwindigkeit Vw. Bei Kontakt der Welle 102 mit der entspre¬ chenden ersten Stützrolle 110 und der zweiten Stützrolle 120 drehen sich die entsprechenden Stützrollen 110, 120 ebenfalls mit einer Umfangsgeschwindigkeit VI entsprechend der Umfangs¬ geschwindigkeit Vw der Welle 102. Die Kontaktflächen bzw. Berührflächen der Stützrollen 110, 120 rollen sozusagen an der Oberfläche der Welle 102 ab, sodass es kaum zu keinem Abrieb bzw. zu einer geringen Abrollreibung zwischen der Welle 102 und den entsprechenden Stützrollen 110, 120 kommt. The shaft 102 is mounted on the housing 101, for example, by means of a magnetic bearing. In case of defect of the magnetic bearing ver ¬ the shaft 102 moves along the direction of gravity, F, to the shaft 102 rests and on the first supporting roller 110 and the two ¬ th backup roller 120 a force-transmitting Kopp ¬ development of the weight of the first supporting roller 110 and the second support roller 120 is provided. The shaft 102 rotates around the shaft axis of rotation 103 with a Umfangsge ¬ speed Vw. Upon contact of the shaft 102 with the entspre ¬ sponding first supporting roller 110 and the second support roller 120 to rotate the respective support rollers 110, 120 is also at a peripheral speed VI in accordance with the scope ¬ speed Vw of the shaft 102. the contact surfaces or contact surfaces of the support rollers 110, 120 roll so to speak, from the surface of the shaft 102 so that it hardly no abrasion or to a low Abrollreibung between the shaft 102 and the respective supporting rollers 110, 120 comes.
Um ein schonenderes Auffangen der Welle 102 mit den entspre¬ chenden Stützrollen 110, 120, 130, 140 bereitzustellen, können die Stützrollen 110, 120, 130, 140 auch bei beabstandeter Welle 102 mittels einer Antriebseinheit 205 auf eine vorbe¬ stimmte Rotationsgeschwindigkeit VI gebracht werden. In order to provide a more gentle collection of the shaft 102 with the entspre ¬ sponding support rollers 110, 120, 130, 140, the support rollers 110, 120, 130, 140 can by means of a drive unit 205 to a vorbe ¬ agreed rotational speed VI also at spaced shaft 102 are brought ,
Die dritte Stützrolle 130 und die vierte Stützrolle 140 sind, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, oberhalb der Welle 102 angeordnet, sodass bei einer Verschiebung der Welle 102 nach oben, beispielsweise aufgrund von Vibrationen, eine Be- abstandung der Welle 102 zu dem Gehäuse 101 schonend sichergestellt werden kann. Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Darstellung der ersten Stützrolle 110 und der Welle 102. Entsprechend der ersten Stütz¬ rolle 110, wie in Fig. 2 dargestellt, können auch die anderen Stützrollen 120, 130, 140 gelagert und ausgebildet werden. In Fig. 2 wird die Welle 102 dargestellt, welche um ihre Wel¬ lendrehachse 103 drehbar ist. Die erste Stützrolle 110 weist einen Abstand 104 von der Welle 102 auf. Die erste Stützrolle 110 weist eine zylindrische Form auf. Die erste Drehachse 111 ist beispielsweise parallel zu der Wellendrehachse 103 ausge¬ richtet. In einem Zentralbereich der ersten Stützrolle 110 ist ein zylindrischer Abwälzkörper abgebildet, welcher eine radiale Kontaktfläche 203 aufweist. Im Falle des Abwurfes der Welle 102 ist die radiale Kontaktfläche 203 in Kontakt mit einer Wellenoberfläche der Welle 102. The third support roller 130 and the fourth support roller 140 are, as shown by way of example in FIG. 1, arranged above the shaft 102, so that upon a displacement of the shaft 102 upward, for example due to vibrations, a spacing of the shaft 102 to the housing 101 can be gently ensured. Fig. 2 shows an exemplary view of the first supporting roller 110 and the shaft 102. According to the first supporting ¬ roll 110, as shown in Fig. 2, also the other support rollers 120, 130, 140 and designed to be stored can. In Fig. 2, the shaft 102 is shown, which is rotatable about its Wel ¬ lendrehachse 103. The first support roller 110 has a distance 104 from the shaft 102. The first support roller 110 has a cylindrical shape. The first axis of rotation 111 is, for example, parallel to the shaft axis of rotation 103 being ¬ directed. In a central region of the first support roller 110, a cylindrical rolling body is shown, which has a radial contact surface 203. In the case of the shedding of the shaft 102, the radial contact surface 203 is in contact with a shaft surface of the shaft 102.
An einem axialen Ende des zentralen Bereichs der ersten At an axial end of the central region of the first
Stützrolle 110 ist ein Endbereich der ersten Stützrolle 110 mit einem kleineren Durchmesser im Vergleich zu dem Zentralbereich ausgebildet. Der Endbereich der ersten Stützrolle 110 bildet beispielsweise einen Lagerzapfen 202 aus. Auf dem La¬ gerzapfen 202 ist ein Wälzlager 201 angeordnet. Das Wälzlager 201 weist beispielsweise einen Innenring, welcher in Kontakt mit dem Lagerzapfen 202 ist, und einen Außenring auf, welcher an dem Gehäuse 101 befestigt ist. Das Wälzlager 201 kann mit¬ tels einer Schmiermitteleinrichtung tauchgeschmiert oder öl- nebelgeschmiert werden. Ferner kann an dem Lagerzapfen 202 eine Antriebseinheit und/oder eine Bremseinheit angekoppelt werden, um die erste Stützrolle 110 in gewünschter Weise an¬ zutreiben oder abzubremsen. Support roller 110 is an end portion of the first support roller 110 formed with a smaller diameter compared to the central region. The end region of the first support roller 110 forms, for example, a bearing journal 202. On the La ¬ gerzapfen 202 a roller bearing 201 is arranged. The rolling bearing 201 has, for example, an inner ring which is in contact with the journal 202 and an outer ring which is fixed to the housing 101. The roller bearing 201 can splash lubricated with ¬ means of a lubricating device or mist lubrication oil. Furthermore, a drive unit and / or a brake unit can be coupled to the trunnion 202 to the first support roller 110 in the desired manner to zutreiben ¬ or decelerate.
Ferner kann ein Lagerdeckel 204 angeordnet werden, welcher den Lagerzapfen 202 und das Wälzlager 201 einhaust. Zusammen mit entsprechenden Achsdichtungen kann ein Schmierraum bereitgestellt werden, in welchem dichtend eine Schmierung des Wälzlagers 201 bereitstellbar ist. Further, a bearing cap 204 may be arranged, which einlager the bearing pin 202 and the rolling bearing 201. Together with corresponding axle seals, a lubricating space can be provided, in which sealing a lubrication of the rolling bearing 201 can be provided.
Die erste Stützrolle 110 kann in Axialrichtung einseitig durch ein Wälzlager 201 gelagert werden. Zusätzlich kann, wie in Fig. 2 dargestellt, die erste Stützrolle 110 an einem zu dem Ende gegenüberliegenden weiteren Ende einen weiteren Lagerzapfen 202' aufweisen, welcher mittels eines weiteren Wälzlagers 201' an dem Gehäuse 101 gelagert wird. Das weitere Wälzlager 201' und der weitere Lagerzapfen 202' können mittels eines weiteren Deckels 204' eingehaust werden, um einen abgedichteten Schmierungsbereich bereitzustellen. The first support roller 110 can be mounted in the axial direction on one side by a roller bearing 201. In addition, as shown in Fig. 2, the first support roller 110 at one end opposite to the other end another bearing journal 202 ', which by means of another Rolling bearing 201 'is mounted on the housing 101. The further roller bearing 201 'and the further bearing journal 202' can be enclosed by means of a further cover 204 'in order to provide a sealed lubrication region.
Fig. 3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Welle 102 einen Wellenabsatz 301 aufweist. Ferner ist schematisch die erste Stützrolle 110 dargestellt. Entsprechend der ersten Stützrol- le 110, wie in Fig. 3 dargestellt, können auch die weiterenFIG. 3 shows another exemplary embodiment of the present invention in which the shaft 102 has a shaft shoulder 301. Furthermore, the first support roller 110 is shown schematically. According to the first support roller 110, as shown in FIG. 3, the others can also be used
Stützrollen 120, 130, 140, welche in Fig. 3 nicht dargestellt werden, ausgebildet werden. Support rollers 120, 130, 140, which are not shown in Fig. 3, are formed.
Aufgrund des Wellenabsatzes 301 weist die Welle eine Fläche mit einer Normalen parallel zu der Wellendrehachse 103 und eine Fläche mit einer Normalen radial zur Wellendrehachse 103 auf. Die erste Drehachse 111 ist parallel zu der Wellendreh¬ achse 103 ausgebildet. Die erste Stützrolle 110 weist ferner den zentralen zylindrischen Bereich auf, wobei der zentrale zylindrische Bereich die radiale Kontaktfläche 203 und eine axiale weitere Kontaktfläche 302 aufweist. Die radiale Kon¬ taktfläche 203 weist insbesondere eine Normale auf, welche im Kontaktbereich mit der Welle 102 senkrecht zu der Wellendrehachse 103 ausgebildet ist. Die weitere Kontaktfläche 302 weist eine Normale auf, welche im Kontaktbereich mit der Wel¬ le 102 parallel zu der Wellendrehachse 103 ausgebildet ist. Mit anderen Worten sind die Kontaktfläche 203 und die weitere Kontaktfläche 302 der ersten Stützrolle 110 zu den entspre¬ chenden Wellenabsatzflächen korrespondierend ausgebildet. Due to the shaft shoulder 301, the shaft has a surface with a normal parallel to the shaft rotation axis 103 and a surface with a normal radial to the shaft rotation axis 103. The first rotation axis 111 is formed parallel to the shaft rotation axis ¬ 103rd The first support roller 110 further includes the central cylindrical portion, the central cylindrical portion having the radial contact surface 203 and an axial further contact surface 302. In particular, the radial Kon ¬ clock face 203 has a normal that is formed in the contact area with the shaft 102 perpendicular to the shaft axis of rotation 103rd The other contact surface 302 has a normal that is formed in the contact area with the Wel ¬ le 102 parallel to the shaft axis of rotation 103rd In other words, the contact surface 203 and the further contact surface 302 of the first support roller 110 are formed corresponding to the corre ¬ spective shaft shoulder surfaces.
Bei einer Verschiebung der Welle 102 entlang der Schwerkraftrichtung F verkleinert sich der Abstand (radialer Abstand) 104, bis eine kraftübertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle 110 und der Welle 102 über die radiale Kontaktflä- che 203 hergestellt wird. When the shaft 102 is displaced along the direction of gravity F, the distance (radial distance) 104 decreases until a force-transmitting coupling between the first support roller 110 and the shaft 102 is established via the radial contact surface 203.
Ferner kann mit der Anordnung der ersten Stützrolle 110 in Fig. 3 ebenfalls eine axiale Verschiebung der Welle 102 ent- lang einer Axialrichtung 304 aufgefangen werden. Bei einer axialen Verschiebung der Welle 102 entlang der Axialrichtung 304 kommt es zu einer kraftübertragenden Kopplung zwischen der weiteren Kontaktfläche 302 und der Welle 102. Der axiale Abstand 303 verringert sich dabei bei axialer Verschiebung entlang der Axialrichtung 304 der Welle 102. Die weitere Kontaktfläche 302 ist insbesondere komplementär zu der Axialflä¬ che (weitere Fläche) des Wellenabsatzes 301 der Welle 102 ausgebildet. Die erste Drehachse 111 ist in Fig. 3 parallel zu der Wellendrehachse 103 ausgebildet. Bei axialer Verschie¬ bung der Welle 102 entlang der Axialrichtung 304 und bei Kontakt der weiteren Kontaktfläche 302 mit der Welle 102 rollen die Welle 102 und die erste Stützrolle 110 mit einer minima¬ len Reibung (Abrollreibung) zueinander ab. Furthermore, with the arrangement of the first support roller 110 in FIG. 3, an axial displacement of the shaft 102 can also be achieved. long axial direction 304 are caught. With an axial displacement of the shaft 102 along the axial direction 304, there is a force-transmitting coupling between the further contact surface 302 and the shaft 102. The axial distance 303 decreases during axial displacement along the axial direction 304 of the shaft 102. The further contact surface 302 is in particular complementary to the Axialflä ¬ che (further surface) of the shaft shoulder 301 of the shaft 102 is formed. The first rotation axis 111 is formed parallel to the shaft rotation axis 103 in FIG. With axial displacement of the bung ¬ shaft 102 along the axial direction 304 and in contact with the further contact surface 302 with the shaft 102 from the shaft 102 and the first support roller 110 rolls or minima ¬ len friction (Abrollreibung) to each other.
Fig. 4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, bei welcher die erste Drehachse 111 einen Winkel (z.B. zwischen 1° und 90°) zu der Wellendrehachse 103 aufweist, wobei die erste Stützrolle 110 eine radiale und eine axiale Verschie- bung der Welle 102 abfangen kann. Entsprechend der ersten Stützrolle 110, wie in Fig. 4 dargestellt, können auch die weiteren Stützrollen 120, 130, 140, welche in Fig. 4 nicht dargestellt werden, ausgebildet werden. Der Wellenabsatz 301 der Welle 102 ist konisch ausgebildet. Eine Normale der konischen Wellenabsatzfläche des Wellenab¬ satzes 301 weist sozusagen einen Winkel zu der Wellendrehachse 103 auf. Der Winkel ist insbesondere zwischen ungefähr 1° und 89° ausgebildet. Entsprechend komplementär zu der koni- sehen Wellenabsatzfläche ist die weitere Kontaktfläche 302 der ersten Stützrolle 101 ausgebildet. Die weitere Kontakt¬ fläche 302 weist eine weitere Normale auf, welche einen wei¬ teren Winkel zu der ersten Drehachse 111 der ersten Stützrol¬ le 110 aufweist. Der Winkel und der weitere Winkel stimmen insbesondere überein. 4 shows a further exemplary embodiment, in which the first axis of rotation 111 has an angle (eg between 1 ° and 90 °) to the shaft rotation axis 103, wherein the first support roller 110 can intercept a radial and an axial displacement of the shaft 102 , According to the first support roller 110, as shown in Fig. 4, and the other support rollers 120, 130, 140, which are not shown in Fig. 4, can be formed. The shaft shoulder 301 of the shaft 102 is conical. A normal line of the conical surface of the shaft shoulder Wellenab ¬ record 301, so to speak has an angle to the shaft axis of rotation 103rd The angle is in particular formed between approximately 1 ° and 89 °. Correspondingly complementary to the conical shaft shoulder surface, the further contact surface 302 of the first support roller 101 is formed. The further contact ¬ surface 302 has a more normal, which has a white ¬ direct angle to the first axis of rotation 111 of the first Stützrol ¬ le 110th The angle and the further angle are in particular the same.
Bei Verschiebung der Welle 102 entlang ihrer Radialrichtung bzw. entlang der Schwerkraftrichtung F oder bei Verschiebung der Welle 102 in Axialrichtung 304 kommt es zu einem Kontakt der konischen Wellenabsatzfläche und der konischen weiteren Kontaktfläche 302 der ersten Stützrolle 110. Entsprechend nach Art eines Kegelradgetriebes rollen die ent¬ sprechenden Flächen (weitere Kontaktfläche 302 und Wellenab¬ satzfläche) zueinander ab, sodass nur eine geringe Abrollrei- bung entsteht. Somit kann ein schonendes Abfangen der Welle 102 mittels der ersten Stützrolle 110 umgesetzt werden, wobei insbesondere eine Verschiebung der Welle 102 in mehrere Rich¬ tungen (radial, axial) aufgefangen werden kann. Upon displacement of the shaft 102 along its radial direction or along the direction of gravity F or during displacement the shaft 102 in the axial direction 304 there is a contact of the conical shaft shoulder surface and the conical further contact surface 302 of the first support roller 110. Accordingly, in the manner of a bevel gear, the ent ¬ speaking surfaces roll (more contact surface 302 and Wellenab ¬ flow area) to each other from, so that only a slight rolling friction occurs. Thus, a gentle interception of the shaft 102 can be implemented by means of the first support roller 110, wherein in particular a displacement of the shaft 102 in multiple Rich ¬ tions (radial, axial) can be collected.
Vorteilhaft ist die weitere Kontaktfläche der ersten Stütz¬ rolle 110 derart ausgebildet, dass eine imaginäre Verlänge- rung der sich einstellenden Berührlinie im Kontaktbereich zwischen der weiteren Kontaktfläche 302 und der weiteren Fläche des Wellenabsatzes 301 durch den Achsenschnittpunkt der Wellendrehachse 103 und der ersten Drehachse 111 der ersten Stützrolle 110 verläuft. Dadurch wird ein Bohrreibungsanteil vermindert und die zulässige zu übertragende Kraft erhöht. Advantageously, the further contact surface of the first support roller 110 is designed such that an imaginary extension of the adjoining contact line in the contact region between the further contact surface 302 and the further surface of the shaft shoulder 301 by the axis intersection of the shaft rotation axis 103 and the first axis of rotation 111 first support roller 110 extends. As a result, a Bohrreibungsanteil is reduced and increases the allowable force to be transmitted.
Die imaginäre Verlängerung der sich einstellenden Berührlinie ist sozusagen eine Mantellinie der weiteren Kontaktfläche 302 der ersten Stützrolle 110. Die Mantellinie ist eine Linie, die auf dem Mantel eines Rotationskörpers (z.B. die kegelför¬ mige Stützrolle 110) längs zu seiner Rotationsachse (erste Drehachse 111) verläuft, also die Verbindungsstrecken zwischen der imaginären Spitze und den (Rand- ) Punkten des Grundkreises der ersten Stützrolle 110. The imaginary extension of the self-adjusting of contact is sort of a generatrix of the further contact surface 302 of the first support roller 110. The surface line is a line that on the jacket of a rotating body (for example the kegelför ¬-shaped supporting roller 110) longitudinally with respect to its rotation axis (first rotation axis 111) runs, ie the links between the imaginary tip and the (edge) points of the base circle of the first support roller 110th
Eine erste (insbesondere kegelförmige) Stützrolle 110 kann dabei insbesondere die Welle 102 bei einer Verschiebung der Welle 102 in Axialrichtung 304 aufnehmen und eine weitere erste (insbesondere kegelförmige) Stützrolle 110 kann die Welle 102 bei einer Verschiebung der Welle 102 in Radialrichtung aufnehmen. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine an¬ deren Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewie¬ sen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden kön¬ nen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. A first (in particular conical) support roller 110 can in particular absorb the shaft 102 when the shaft 102 is displaced in the axial direction 304, and a further first (in particular conical) support roller 110 can receive the shaft 102 when the shaft 102 is displaced in the radial direction. In addition, it should be pointed out that "comprehensive" does not exclude any other elements or steps and "one" or "one" does not exclude a large number. Further thereon was hingewie ¬ sen that features or steps which have been described with reference to one of the above embodiments, also be used in combination with other characteristics or steps of other exemplary embodiments described above Kgs ¬ NEN. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

Claims

Patentansprüche claims
1. Strömungsmaschine (100), aufweisend 1. Turbomachine (100), comprising
ein Gehäuse (101),  a housing (101),
eine relativ zu dem Gehäuse (101) um eine Wellendrehachse (103) drehbar gelagerte Welle (102), und  a shaft (102) rotatably mounted about a shaft rotation axis (103) relative to the housing (101), and
eine erste Stützrolle (110) mit einer ersten Drehachse (111) ,  a first support roller (110) having a first axis of rotation (111),
wobei die erste Stützrolle (110) beabstandet zu der Welle (102) angeordnet ist, und wherein the first support roller (110) is spaced from the shaft (102), and
wobei die erste Stützrolle (110) ferner derart angeordnet ist, dass bei einer Verschiebung der Welle (102) eine kraft¬ übertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle (110) und der Welle (102) erzeugbar ist und sich bei einer Drehung der Welle (102) die erste Stützrolle (110) um die erste Dreh¬ achse (111) dreht. wherein the first support roller (110) is further arranged such that, during a displacement of the shaft (102) a force ¬ transmitting coupling between the first support roller (110) and the shaft (102) is generated and (102 upon rotation of the shaft ) rotates the first support roller (110) about the first rotation ¬ axis (111).
2. Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 1, 2. Turbomachine (100) according to claim 1,
wobei die erste Stützrolle (110) derart angeordnet ist, dass die erste Drehachse (111) parallel zu der Wellendrehachse (103) ist, und wherein the first support roller (110) is arranged such that the first rotation axis (111) is parallel to the shaft rotation axis (103), and
wobei die erste Stützrolle (110) derart angeordnet ist, dass bei einer Verschiebung der Welle (102) entlang der Schwer- kraftrichtung die kraftübertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle (110) und der Welle (102) erzeugbar ist. wherein the first support roller (110) is arranged such that upon displacement of the shaft (102) along the gravitational force direction, the force-transmitting coupling between the first support roller (110) and the shaft (102) can be generated.
3. Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, 3. turbomachine (100) according to claim 1 or 2,
wobei die Welle (102) einen Wellenabsatz (301) mit einer Fläche aufweist, deren Normale parallel zur Wellendrehachse (103) ausgerichtet ist, wherein the shaft (102) has a shaft shoulder (301) with a surface whose normal is aligned parallel to the shaft rotation axis (103),
wobei die erste Stützrolle (110) eine Kontaktfläche (203) aufweist, welche komplementär zu der Fläche ist, wherein the first support roller (110) has a contact surface (203) which is complementary to the surface,
wobei die erste Stützrolle (110) ferner derart angeordnet ist, dass bei einer axialen Verschiebung der Welle (102) ent- lang der Wellendrehachse (103) eine weitere kraftübertragende Kopplung zwischen der Kontaktfläche (203) und der Fläche der Welle (102) erzeugbar ist. wherein the first support roller (110) is further arranged such that upon an axial displacement of the shaft (102) along the shaft rotation axis (103), a further force-transmitting coupling between the contact surface (203) and the surface of the shaft (102) can be generated ,
4. Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, 4. turbomachine (100) according to claim 1 or 2,
wobei die Welle (102) einen weiteren Wellenabsatz (301) mit einer weiteren Fläche aufweist, deren Normale einen Winkel zur Wellendrehachse (103) aufweist, wherein the shaft (102) has a further shaft shoulder (301) with a further surface, the normal of which has an angle to the shaft rotation axis (103),
wobei die erste Stützrolle (110) eine weitere Kontaktfläche (302) aufweist, welche komplementär zu der weiteren Fläche ist, und wherein the first support roller (110) has a further contact surface (302) which is complementary to the further surface, and
wobei die erste Stützrolle (110) derart angeordnet ist, dass bei der Verschiebung der Welle (102) eine weitere kraftüber- tragende Kopplung zwischen der weiteren Kontaktfläche (302) und der weiteren Fläche der Welle (102) erzeugbar ist. wherein the first support roller (110) is arranged such that upon displacement of the shaft (102) a further force-transmitting coupling between the further contact surface (302) and the further surface of the shaft (102) can be generated.
5. Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. turbomachine (100) according to one of claims 1 to 4,
wobei die erste Stützrolle (110) ein Wälzlager aufweist, mit¬ tels welchem die erste Stützrolle (110) an dem Gehäuse (101) gelagert ist. wherein the first support roller (110) comprises a rolling bearing, ¬ with which the first support roller (110) is mounted on the housing (101).
6. Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 5, ferner aufwei- send 6. turbomachine (100) according to claim 5, further aufwei- send
eine Schmiermitteleinrichtung,  a lubricant device,
wobei die Schmiermitteleinrichtung mit dem Wälzlager (201) derart gekoppelt ist, dass eine Schmierung des Wälzlagers (201) mit einem Schmiermittel generierbar ist. wherein the lubricant means is coupled to the rolling bearing (201) such that lubrication of the rolling bearing (201) can be generated with a lubricant.
7. Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend 7. Turbomachine (100) according to one of claims 1 to 6, further comprising
eine Antriebseinheit (205) zum Antreiben der ersten Stützrolle (110) .  a drive unit (205) for driving the first support roller (110).
8. Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 7, 8. Turbomachine (100) according to claim 7,
wobei die Antriebseinheit (205) derart ausgebildet ist, dass bei Bestehen der kraftübertragenden Kopplung der ersten Stützrolle (110) mit der Welle (102) die Welle (102) mittels der ersten Stützrolle (110) antreibbar ist.  wherein the drive unit (205) is designed such that when passing the force-transmitting coupling of the first support roller (110) with the shaft (102), the shaft (102) by means of the first support roller (110) is drivable.
9. Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine Bremseinrichtung, welche ausgebildet ist, die erste Stützrolle (110) zu bremsen. 9. Turbomachine (100) according to one of claims 1 to 8, further comprising a braking device configured to brake the first support roller (110).
10. Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend 10. Turbomachine (100) according to one of claims 1 to 9, further comprising
eine zweite Stützrolle (120) mit einer zweiten Drehach¬ se, a second support roller (120) having a second Drehach ¬ se,
wobei die zweite Stützrolle (120) beabstandet zu der Welle (102) angeordnet ist, und wherein the second support roller (120) is spaced from the shaft (102), and
wobei die zweite Stützrolle (120) ferner derart angeordnet ist, dass bei der Verschiebung der Welle (102) eine kraft¬ übertragende Kopplung zwischen der ersten Stützrolle (110), der zweiten Stützrolle (120) und der Welle (102) erzeugbar ist und sich bei Drehung der Welle (102) die erste Stützrolle (110) um die erste Drehachse (111) dreht und sich die zweite Stützrolle (120) um die zweite Drehachse (121) dreht. wherein the second support roller (120) is further arranged such that during the displacement of the shaft (102) a force ¬ transmitting coupling between the first support roller (110), the second support roller (120) and the shaft (102) can be generated and upon rotation of the shaft (102), the first support roller (110) rotates about the first rotation axis (111) and the second support roller (120) rotates about the second rotation axis (121).
11. Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 10, 11. Turbomachine (100) according to claim 10,
wobei die zweite Stützrolle (120) relativ zu der ersten Stützrolle (110) entlang Umfangsrichtung der Welle (102) versetzt angeordnet ist.  wherein the second support roller (120) is offset relative to the first support roller (110) along the circumferential direction of the shaft (102).
12. Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis12. Turbomachine (100) according to one of claims 1 to
11, ferner aufweisend 11, further comprising
eine dritte Stützrolle (130) mit einer dritten Drehachse a third support roller (130) having a third axis of rotation
(131) , (131),
wobei die dritte Stützrolle (130) beabstandet zu der Welle (102) angeordnet ist, und  wherein the third support roller (130) is spaced from the shaft (102), and
wobei die dritte Stützrolle (130) derart angeordnet ist, dass bei einer Verschiebung der Welle (102) entgegen der Schwer- kraftrichtung eine weitere kraftübertragende Kopplung zwi¬ schen der dritten Stützrolle (130) und der Welle (102) erzeugbar ist. wherein the third support roller (130) is arranged such that upon displacement of the shaft (102) against the gravitational force direction, a further force-transmitting coupling zwi ¬ tween the third support roller (130) and the shaft (102) can be generated.
13. Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis13. Turbomachine (100) according to one of claims 1 to
12, ferner aufweisend 12, further comprising
einen ersten Statorring zum Erzeugen einer elektromagnetischen Lagerkraft, wobei der erste Statorring eine erste Öffnung aufweist, welche größer als die Welle (102) ist, sodass die Welle (102) kontaktfrei zu dem ersten Statorring drehbar angeordnet ist, und a first stator ring for generating an electromagnetic bearing force, wherein the first stator ring has a first opening which is larger than the shaft (102) so that the shaft (102) is arranged rotatably without contact with the first stator ring, and
wobei der erste Statorring derart angeordnet ist, dass mittels der elektromagnetischen Lagerkraft ein konstanter axialer Abstand oder ein konstanter radialer Abstand zu der Welle (102) haltbar ist.  wherein the first stator ring is arranged such that by means of the electromagnetic bearing force a constant axial distance or a constant radial distance to the shaft (102) is durable.
14. Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13. 14. A method for operating a turbomachine (100) according to one of claims 1 to 13.
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