WO2016015724A1 - Wellenanordnung mit sperrmedium sowie wasserturbine mit der wellenanordnung - Google Patents

Wellenanordnung mit sperrmedium sowie wasserturbine mit der wellenanordnung Download PDF

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shaft
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Jan-Rene Aust
Wolfgang Schmidt-Aursch
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Definitions

  • the invention relates to a shaft assembly with a Welie, with a rolling bearing device, with a surrounding construction, wherein the time is rotatably supported by the rolling bearing device in the surrounding structure, with a DichUings founded, wherein the sealing means between the shaft and the surrounding structure is arranged and an ambient space with a leaking ambient medium from a rolling bearing space with a liquid barrier medium, wherein the sealing means is formed as a promotional sealing means to implement a directed towards the ambient space pumping action upon rotation of the shaft relative to the surrounding structure, so that the barrier medium from the rolling storage room in the surrounding space is conveyed, and with a supply device for supplying the rolling bearing space with the barrier medium. Furthermore, the invention relates to a water turbine with such a shaft arrangement.
  • driven or driving components are constantly in liquids. Examples of these include not only pump wheels or mixer components but also rotors of ships or turbines of generators. The components are usually coupled via shafts via which a torque is transmitted. In such waves, as usual, the problem of storage as well as the boundary condition of the surrounding liquid raises the additional problem of protecting the bearing from the surrounding liquid.
  • the invention has for its object to provide a shaft assembly in particular for a water turbine, which is environmentally friendly to operate. This object is achieved by a Weileran extract with the Merkmaien of claim 1 and by a water turbine with the Merkmaien of claim 10. Preferred or advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the following description and the accompanying drawings.
  • the subject of the invention is a Weileran Aunt, which is particularly designed for use in a water turbine, in particular for rotor bearing of the turbine.
  • the Weiler arrangement is arranged or can be arranged in an ambient space with a liquid surrounding medium.
  • the bearing assembly is used as a bearing for underwater turbines of tidal or flow force value, as a bearing of river water turbines. as a warehouse in industrial pumps, as a warehouse for machines and conveyors of offshore and marine engineering, designed as a warehouse for marine propulsion, etc.
  • the wave arrangement is positioned as the surrounding space below the water surface in the water as the liquid surrounding medium.
  • the shaft assembly has a while. which is rotated during operation of the wise arrangement, in particular rotated.
  • the shaft assembly includes a surrounding structure, which is formed, for example, as a housing.
  • a surrounding structure which is formed, for example, as a housing.
  • the environment construction except for passage openings for the welie - against the liquid environment medium istschiossen and / or formed in particular liquid-tight against ingress of the ambient medium.
  • the spacing arrangement comprises at least one roller bearing device, but it is also possible to provide a plurality of roller bearing directions.
  • the surrounding construction forms a first and the shaft a second bearing partner,
  • the Welienan Aunt has at least one sealing device, but it can also be provided a plurality of sealing devices.
  • the sealing arrangement is designed as a contacting sealing device.
  • the sealing device may be formed in one or more parts.
  • the sealing device is arranged between the shaft and the surrounding construction, so that the shaft and surrounding structure are sealed to one another, in particular the sealing device is arranged stationary on the surrounding construction.
  • the sealing device is designed as a radial seal.
  • the sealing device or one of the sealing devices is realized as an axial seal.
  • the sealing means may be made of polymers (e.g., elastomer, thermoplastic, PRTFW) or a combination of materials (e.g., a woven reinforcement elastomer) or a fabric (e.g., a nonwoven).
  • polymers e.g., elastomer, thermoplastic, PRTFW
  • a combination of materials e.g., a woven reinforcement elastomer
  • a fabric e.g., a nonwoven
  • a roller bearing space is formed, in which the Wetelager noticed is arranged and which is sealed relative to the surrounding space by the sealing device.
  • the surrounding space with the liquid surrounding medium is in particular the river area or the sea area.
  • the Waiziagerraum is compared to the surrounding space in particular completely liquid-tight, in particular statically finished liquid-tight.
  • the rolling bearing space is filled with a liquid barrier medium.
  • the liquid barrier medium can be, for example, freshwater, saltwater, filtered dirty water, process fluid.méfiüsstechnik, hydraulic fluid, LPG, aqueous solutions etc. act.
  • the barrier medium is formed as a polyglycol.
  • the barrier medium is formed with a lubricant effect for the rolling bearing device.
  • the sealing device is designed as a conveying Dirnelnelnraum such that upon rotation of the shaft relative to the surrounding construction directed towards the ambient space pumping action is achieved, so that the barrier medium is conveyed from the rolling bearing space in the surrounding space.
  • the following publications are known: EP 0798 498 A1, EP 1024 318 A2, DE 38 38 896 C2, DE 41 19 324, DE 1000 63 79 A1, DE 38 04 284,
  • the sealing device has a radial shaft sealing lip section.
  • the sealing device can be a radial shaft seal with such a Radiatwelldichtlippenabrough. in particular according to DIN 3761.
  • the radial shaft sealing ring is arranged stationary in the surrounding construction.
  • the radial seal lip portion has a bottom side and a front side. wherein the bottom side and the end face of the Radiaiweliendichtlippenabitess are given by an asymmetric pressure profile at the sealing edge.
  • the bottom angle of the pressure profile is smaller than the frontal angle.
  • the conveying effect described above is achieved, so that a directed flow is given from the bottom side to the front side.
  • the Radialwellend ichtlippenabites faces with the bottom side of the lock chamber, so that the barrier medium from the lock chamber in the direction of the surrounding space is feasible and is particularly promoted.
  • the conveying direction corresponds in particular also to a passage direction of the sealing device.
  • suitable sealing aids selectively on the mating surfaces of Radialweiiendichtlippenabites or on the sealing edge of Radiaiwellendichtlippenabites itself « targeted the delivery rate.
  • surface modifications can lead to changes in the rate of production.
  • changes such as a tilted installation of Radialweilendichtiippenabites or a so-called Wave profile. that is, a serpentine shape in the running direction of the
  • these structural embodiments ensures that during a relative movement between the shaft and the sealing device, a flow of the barrier medium is actively generated, so that the barrier medium is actively conveyed from the lock chamber into the surrounding space. This again underlines that the environment medium is pressed out of the lock chamber by the promotion of the barrier medium. In this way it is achieved that no or only negligible little ambient medium can pass through the sealing device in the lock chamber.
  • the Weilenan Aunt also has a supply device for supplying the lock chamber with the liquid barrier medium.
  • the supply device comprises a tank and / or storage container with the blocking medium.
  • the tank and / or storage container has a volume of more than 20 liters, preferably more than 50 liters.
  • the shaft arrangement has a valve device, wherein the Ventüeinhchtung is fluidly arranged between the supply device and the rolling bearing space.
  • the valve device is embodied as a pressure compensating valve, which-in functional terms-is designed such that the supply pressure applied by the valve device is reduced such that the internal pressure present in the roller bearing chamber corresponds to the particularly adjacent or equal ambient pressure in the ambient space. Thus, it is ensured by the valve device.
  • the pressure compensation valve may be formed, for example, as a diaphragm system with spring, wherein the spring is tuned to the ambient pressure and the membrane opens and closes in response to the supply pressure.
  • the valve device is achieved that the internal pressure in the rolling bearing space is always equal to the ambient pressure in the ambient space, so contamination of the rolling bearing space is excluded by the liquid surrounding medium, but promoted as little barrier medium as possible, starting from the lock space in the surrounding space becomes.
  • the consumption of barrier medium is thus reduced, thereby making the shaft arrangement more economical and more environmentally friendly, while at the same time preserving the service characteristics of the shaft arrangement.
  • the supply pressure to the valve device is formed higher than the ambient pressure in the ambient space.
  • the valve device is always realized as a pressure reducer.
  • the valve device is arranged on a connecting line between the supply device and the Wälz stressesraum.
  • the valve device is freely positionable and can be installed in a simple Welse in the shaft assembly.
  • the valve structure is integrated in the surrounding structure. For example, it may be screwed into the housing as the surrounding structure.
  • the supply device is arranged in the surrounding space with respect to a diving depth, in particular a geodetic depth, deeper than the rolling bearing space. This measure supports the approach that the supply pressure is greater than the ambient pressure in the region of the at least one sealing device.
  • the barrier medium has a lower specific gravity than the surrounding medium.
  • the supply device has a membrane tank with a membrane, wherein the membrane separates the surrounding medium from the barrier medium. Above the membrane can thus be applied to the barrier medium of the surrounding medium with a pressure.
  • the membrane tank is designed as a membrane bubble, for example made of butyl.
  • the membrane tank is designed as a roll membrane tank.
  • the supply device in particular the Membrane tank, with a protective device, such as the Beispie! an enclosing grid, for example made of stainless steel, or be protected by a grid box.
  • the supply device has a pressure device for acting on the blocking medium at a pressure.
  • the pressure device can be designed mechanically, hydraulically or pneumatically : In this way it can also be ensured that the applied supply pressure is greater than the ambient pressure
  • the shaft arrangement in particular the surrounding construction, a vent valve for venting the rolling bearing space.
  • the vent valve is in particular designed to pass gas, in particular air, and to lock liquids against it.
  • the vent valve is used on the one hand in the Ersibeheilung the shaft assembly with the barrier medium.
  • the vent valve is arranged at the highest point of the rolling bearing space in relation to the immersion depth, so that any air bubbles produced during operation can likewise be removed by the venting valve.
  • the shaft arrangement has at least two sealing devices, as described above, and optionally additionally at least two roller bearing devices.
  • the sealing devices bM & n by their intermediate space and by the surrounding structure, in particular the housing, the rolling bearing space, oils at least one, preferably two rolling bearing devices are arranged in the Wäiziagerraum.
  • the shaft assembly, in particular the rolling bearing space, in axiaier direction to the shaft is protected on both sides against contamination from the surrounding space.
  • the supply of the blocking medium takes place between the two rolling bearing devices. This ensures that the barrier medium flows through the rolling bearing devices in the direction of the sealing means and thereby flushes.
  • Another object of the invention relates to a water turbine for use in a river or in the sea, in particular, the water turbine is designed to generate energy, in particular, the water turbine can be coupled or coupled to a generator.
  • the water turbine has a rotor as a turbine insert, wherein the rotor is arranged in the water and operated by the water flow, in particular is set in rotation. It is envisaged that the rotor, in particular the rotor shaft, is mounted via the world arrangement, as described above or according to one of the preceding claims.
  • Figure 1 is a schematic overview view of a water turbine as a firstforsbeispiei of the invention
  • Figure 2 shows a first embodiment of the shaft assembly in a schematic longitudinal sectional view, as it can be used in the water turbine in Figure 1;
  • Figure 3 shows an alternative embodiment of the shaft arrangement in Figure 2 ais a second,sbeispiei of the invention
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the invention, wherein the sealing means and the rolling bearing devices are shown in more detail. Detailed description of the drawings
  • the water turbine 1 shows a highly schematic representation of a water turbine 1 for converting kinetic energy from a flow of water into electrical energy via a generator, not shown.
  • the water turbine 1 is in an environmental space 2, e.g. in a Huss or in the sea, in a surrounding medium 3, which is formed in this example as water.
  • the surrounding space 2 designates in particular the environment to the water turbine 1.
  • the water turbine 1 has a rotor 4, which is set in rotation by the water flow.
  • the rotor 4 is rotatable about a shaft assembly 5, in particular rotatable stored.
  • Belonging to the shaft arrangement 5 is a supply device 6, which is fluidically connected via a connecting line 7 to a surrounding structure 8 of the shaft arrangement 6.
  • the shaft arrangement 5 with a main axis H which is defined by the axis of rotation of the rotor 4, a few meters, in this example! three meters, below the water surface W is arranged.
  • the supply device 6 is positioned with respect to the immersion depth T below the main axis H. In this example, the supply device 6 is located in a depth T of five meters. Looking at the Druckverhit. For example, an overpressure of 0.5 bar is applied to the supply device 6 and an ambient pressure of 0.3 bar is applied to the main axis H and / or to the surrounding structure 8.
  • FIG. 2 shows the weaving arrangement 5 in a schematic longitudinal section. It can be seen that a welie 9 of the Weileran extract 5 is arranged coaxially to the main axis H or forms these.
  • the shaft S carries the rotor 4 and is rotatably connected thereto.
  • the surrounding structure 8 is formed as a housing and surrounds the shaft 9 in the circumferential direction. At the axial ends with respect to the main axis H, the surrounding structure 8, in particular the housing, is opened with respect to the surrounding space 2 with the liquid surrounding medium 3. So it is up to you the axial end portions of the surrounding structure 8 of the ambient pressure PO with example 0.3 bar.
  • the shaft 9 is rotatably mounted relative to the surrounding structure 8 via two rolling bearing devices 10a, b, which are designed as radial bearing devices. Clamping to the Wälziager Anlagenen 10 a, b sealing means 11 a, b are arranged, which act between the surrounding structure 8 and the time 9.
  • the sealing means 11 a, b define in the axial direction of a rolling bearing space 12, which is formed as an annular space around the shaft 9. and in which the rolling bearing devices 10a, b are arranged.
  • the sealing means 11a, b are formed as radial seals, which are arranged stationary on the surrounding structure 6, wherein the shaft 9 rotates relative to the stationarily arranged sealing means 11a, b.
  • a gap 13 is arranged, between the sealing means 11a, b and the Wälzager noticeden 10a, b adjacent thereto is in each case a side space 14a. b arranged.
  • the side chambers 14a, b are fluidically connected by the rolling bearing devices 10a, b through to the intermediate space 13.
  • the sealing devices 11a, b are designed such that upon a rotation of the shaft 9 relative to the sealing devices 11a, b, a conveying effect is created so that fluid is transported away from the side space 14a, b as part of the Wäiz stressesraums 12 in the surrounding space 2.
  • the supply device 6 is designed as a pressure-compensating Rolimembrantank with a liquid barrier medium 18 and arranged in a lattice box 15 at a greater depth T than the rolling bearing space 12.
  • the supply device 6 is fluidly connected to the rolling bearing space 12.
  • the liquid barrier medium 18 is located in the roll membrane tank and in the rolling bearing space 12, in particular in the intermediate space 13 and the side rooms 14a, b.
  • the volume of the Rolimembrantanks is for example 80 liters, this volume is tuned to a barrier medium supply for one year.
  • the Ent Kunststoffungsventil 17 can be used on the one hand in the Clearbeheliung to bring air from the rolling bearing chamber 12. Furthermore, it can be used in operation to vent any resulting air bubbles.
  • the barrier medium 18 is lighter in terms of specific gravity than the liquid surrounding medium 3, so that the barrier medium 18 is promoted with an overpressure in the rolling bearing space 12 in the surrounding space 2 compared to the prevailing at the same height to the rolling bearing space 12 ambient pressure.
  • the internal pressure of the Wäizlagerraums 12 would be greater than the ambient pressure in the height of the WälzMechraums 12 formed in the surrounding medium 3. Together with the conveying action of the sealing devices 11a. This would lead to a high consumption of the blocking medium 18, since this is conveyed from the rolling bearing space 2 into the surrounding space 2.
  • the shaft assembly 5 has a valve device 19, which is arranged fluidically between the supply device 6 and the rolling bearing chamber 12 and controls the inflow of the barrier medium 18 in the rolling bearing space 12.
  • the valve device 19 is designed in this way; in that the supply pressure applied by the supply device 6 is reduced in such a way that the pressure applied to the outlet of the valve device 19 and thus the internal pressure of the rolling bearing space 12 is set equal to the ambient pressure in the ambient space 2 at the geodesic height of the main axis H or the storage space 12 ,
  • valve device 19 By the valve device 19 is thus achieved that the barrier medium 18 is not pushed out with overpressure relative to the ambient pressure and thus consumed excessively. Instead, it is achieved by the pressure equalization that only the proportion, which is promoted by the conveying action of the sealing device 11a, b, the rolling bearing chamber 12 laused by the provision of the valve device 19 is thus achieved on the one hand, that the consumption of the barrier medium is reduced, which Cost savings leads, and implemented on the other hand, a higher environmental impact because the barrier medium 18 is not pumped into the surrounding space 2.
  • FIG. 3 shows a structural difference from FIG. 2, wherein the valve device 19 is not integrated in the surrounding construction 8, in particular in the housing, as in FIG. 2, but in the connection line 7 between the supply device 8 and the surrounding structure 8, in particular the housing is arranged.
  • FIG. 4 shows a more detailed representation of the shaft arrangement 5 in FIG. 3, wherein the reference symbols in each case designate the same components or regions as in FIG. 3 or in FIG. Thus, for the explanation of the correspondences, reference is made to the preceding description.
  • the roller bearing devices 10a, b are designed as single-row ball bearings.
  • the sealing devices 11a, b are realized as contacting lip seals in the form of a radial white sealing ring, wherein each of the radial shaft sealing rings has a bottom side B and a front side S.
  • the bottom side B or front side S of the radial oil seals is replaced by the Anstellwinke!
  • a Radialweliendichtiippenabitess 20 defines, wherein on the bottom side, a smaller angle between the shaft 9 and the radial shaft seal is provided as on the front side S.
  • the angles alpha and beta were only indicated on the first radial shaft sealing ring.
  • the radiating-white sealing rings are arranged such that the bottom sides B face inward and the end face S face outward.
  • a peculiarity of the radial shaft seals is that they "develop" during operation of the shaft 9 a Forder Angel of the lock chamber 13 into the surrounding space 2 of the Bodenselte B to the front side S.
  • the conveying effect is due to the different angles alpha and beta of bottom side B and end face S of the sealing lip 20.
  • an active barrier medium flow from the lock space 14 implemented in the direction of the surrounding space 2.
  • a "leakage of the barrier medium 18 from the lock chamber 14 into the surrounding space 2 is thus not only consciously accepted, but actively supported by the choice and orientation of the radial shaft seals, but at the same time the valve device 19 achieves that desired" leakage ". not too big.

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Abstract

Es wird eine Wellenanordnung (5) mit einer Welle (9), mit einer Wälzlagereinrichtung (10a, 10b), mit einer Umgebungskonstruktion (8), wobei die Welle über die Wälzlagereinrichtung in der Umgebungskonstruktion drehbar gelagert ist, mit einer Dichtungseinrichtung (11a, 11b), wobei die Dichtungseinrichtung zwischen der Welle und der Umgebungskonstruktion angeordnet ist und einen Umgebungsraum (2) mit einem flüssigen Umgebungsmedium (3) von einem Wälzlagerraum (12) mit einem flüssigen Sperrmedium (18) trennt, wobei die Dichtungseinrichtung als eine fördernde Dichtungseinrichtung ausgebildet ist, um bei einer Rotation der Welle relativ zu der Umgebungskonstruktion eine in Richtung des Umgebungsraums gerichtete Pumpwirkung umzusetzen, so dass das Sperrmedium von dem Wälzlagerraum in den Umgebungsraum förderbar ist, und mit einer Versorgungseinrichtung (6) zur Versorgung des Wälzlagerraums mit dem Sperrmedium und mit einer Ventileinrichtung (19) vorgeschlagen, wobei die Ventileinrichtung strömungstechnisch zwischen der Versorgungseinrichtung und dem Wälzlagerraum angeordnet ist und wobei die Ventileinrichtung als ein Druckausgleichsventil ausgebildet ist, welche den von der Versorgungseinrichtung anliegenden Versorgungsdruck so reduziert, dass der in dem Wälzlagerraum anliegende Innendruck dem Umgebungsdruck in dem Umgebungsraum entspricht.

Description

WeHenanordnunp mit Sperrmodium sowie Wasserturbine mit der
Wellenanordnunq
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wellenanordnung mit einer Welie, mit einer Wälzlagereinrichtung, mit einer Umgebungskonstruktion, wobei die Weile über die Walzlagereinrichtung in der Umgebungskonstruktion drehbar gelagert ist, mit einer DichUingseinrichtung , wobei die Dichtungseinrichtung zwischen der Welle und der Umgebungskonstruktion angeordnet ist und einen Umgebungsraum mit einem flössigen Umgebungsmedium von einem Wälzlagerraum mit einem flüssigen Sperrmedium trennt, wobei die Dichtungseinrichtung als eine fördernde Dichtungseinrichtung ausgebildet ist, um bei einer Rotation der Welle relativ zu der Umgebungskonstruktion eine in Richtung des Umgebungsraums gerichtete Pumpwirkung umzusetzen, so dass das Sperrmedium von dem Walzlagerraum in den Umgebungsraum förderbar ist, und mit einer Versorgungseinrichtung zur Versorgung des Walzlagerraums mit dem Sperrmedium. Femer betrifft die Erfindung eine Wasserturbine mit einer derartigen Wellenanordnung.
Hintergrund der Erfindung
Bei einer Vielzahl von Anlagenarten befinden sich angetriebene oder antreibende Komponenten ständig in Flüssigkeiten. Beispiele hierfür sind neben Pumpenrädern oder Mixerkomponenten auch Rotoren von Schiffen oder Turbinen von Generatoren. Die Komponenten werden üblicherweise über Wellen angekoppelt über die ein Drehmoment übertragen wird. Bei derartigen Wellen stellt sich wie üblich das Problem der Lagerung sowie aus der Randbedingung der umgebenden Flüssigkeit heraus das zusätzliche Problem, die Lagerung gegenüber der umgebenden Flüssigkeit zu schützen. in diesem Zusammenhang wird in der nachveroffentiichten Druckschrift DE 10 2013 220 200.8, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet« eine Lageranordnung für eine Welte vorgeschlagen, wobei ein Wäizlagerraum der Lageranordnung mittels Dichtungsringen gegenüber einer Umgebung abdichtet ist, wobei der Wälzlagerraum mit einem flüssigen Sperrmedium gefüllt ist und wobei die Dichtungsabschnitte so ausgebildet sind, dass diese das Sperrmedium im Betrieb aus dem Wäizlagerraum In die Umgebung fördern. Durch die Förderung des Sperrmediums in die Umgebung wird erreicht« dass in der Gegenrichtung keine oder nur wenig Flüssigkeit aus der Umgebung in den Wäizlagerraum eintreten kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenanordnung insbesondere für eine Wasserturbine vorzuschlagen, weiche umweltschonend zu betreiben ist. Diese Aufgabe wird durch eine Weilenanordnung mit den Merkmaien des Anspruchs 1 sowie durch eine Wasserturbine mit den Merkmaien des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Der Gegenstand der Erfindung ist eine Weilenanordnung, welche insbesondere zum Einsatz bei einer Wasserturbine, im Speziellen zur Rotorlagerung der Turbine, ausgebildet ist. Die Weilenanordnung ist in einem Umgebungsraum mit einem flüssigen Umgebungsmedium angeordnet oder anordenbar. Die Lageranordnung ist beispielsweise als Lager für Unterwasserturbinen von Gezeiten- oder Strömungskraftwertoen, als Lager von Fluss-Wasserturbinen. als Lager in Industriepumpen, als Lager für Maschinen und Fördergeräte der Offshore- und Marinetechnik, als Lager für Schiffsantriebe etc. ausgebildet. Insbesondere ist die Wellenanordnung im Betrieb in einem Fluss oder im Meer als Umgebungsraum unterhalb der Wasseroberfläche in dem Wasser als das flüssige Umgebungsmedium positioniert. Die Wellenanordnung weist eine Weile auf. welche im Betrieb der Weisenanordnung gedreht, insbesondere rotiert wird.
Die Wellenanordnung umfasst eine Umgebungskonstruktion, welche beispielsweise als ein Gehäuse ausgebildet ist. Insbesondere ist die Umgebungskonstruktion - bis auf Durchlassöffnungen für die Welie - gegenüber dem flüssigen Umgebungemedium abgeschiossen und/oder insbesondere gegen ein Eindringen des Umgebungsmediums flüssigkeitsdicht ausgebildet.
Die Weilenanordnung umfasst mindestens eine Wälzlagereinrichtung, es können jedoch auch mehrere Walzlagerelnrichtungen vorgesehen sein. Die Weile ist über die Walzlagereinrichtung in der Umgebungskonstruktion drehbar, insbesondere rotierbar, gelagert. Somit bildet die Umgebungskonstruktion einen ersten und die Welle einen zweiten Lagerpartner,
Die Welienanordnung weist mindestens eine Dichtungseinrichtung auf, es können jedoch auch mehrere Dichtungseinrichtungen vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist die Dichtungsanordnung als eine berührende Dichtungseinrichtung ausgebildet. Die Dichtungseinrichtung kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Dichtungseinrichtung ist zwischen der Welle und der Umgebungskonstruktion angeordnet, sodass Welle und Umgebungskonstruktion zueinander abgedichtet sind, insbesondere ist die Dichtungseinrichtung stationär an der Umgebungskonstruktion angeordnet. Bevorzugt ist die Dichtungseinrichtung als eine Radialdichtung ausgebildet. Sei alternativen Ausgestaltungen ist die Dichtungseinrichtung oder eine der Dichtungseinrichtungen als eine Axialdichtung realisiert. Die Dichtungseinrichtung kann aus Polymeren (z.B. Elastomer, Thermoplast, PRTFW) oder einer Werkstoffkombination (z.B. Elastomer mit Gewebeverstärkung) oder einem Gewebe (z.B Vließ) bestehen.
In der Wellenanordnung wird ein Walzlagerraum ausgebildet, in dem die Wätelagereinrichtung angeordnet ist und welcher gegenüber dem Umgebungsraum durch die Dichtungseinrichtung abgedichtet Ist. Bei dem Umgebungsraum mit dem flüssigen Umgebungsmedium handelt es sich insbesondere um den Flussbereich oder den Meeresbereich. Der Waiziagerraum ist gegenüber dem Umgebungsraum insbesondere vollumfanglich fiüssigkeitsdicht, insbesondere statisch flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Der Wälzlagerraum ist mit einem flüssigen Sperrmedium gefüllt. Bei dem flüssigen Sperrmedium kann es sich z.B, um Süßwasser, Salzwasser, gefiltertes Schmutzwasser, Prozessflüssigkeit. Kühlfiüssigkeit, Hydraulikflüssigkeit, Flüssiggas, wässrige Lösungen etc. handeln. Insbesondere Ist das Sperrmedium als Polyglykol ausgebildet. Insbesondere ist das Sperrmedium mit einer Schmiermittelwirkung für die Wälzlagereinrichtung ausgebildet.
Die Dichtungseinrichtung ist jedoch als eine fördernde Dlchtungselnrichtung derart ausgebildet, dass bei einer Rotation der Welle relativ zu der Umgebungskonstruktion eine in Richtung des Umgebungsraums gerichtete Pumpwirkung erreicht wird, sodass das Sperrmedium von dem Wälzlagerraum in den Umgebungsraum gefördert wird. Für die Umsetzung derartiger fördernder, insbesondere selbstfördemder Dichtungseinrichtungen sind unter anderem die folgenden Druckschriften bekannt: EP 0798 498 A1 , EP 1024 318 A2, DE 38 38 896 C2, DE 41 19 324, DE 1000 63 79 A1 , DE 38 04 284,
Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung einen Radialwellend ichtlippenabschnitt aufweist. Beispielsweise kann die Dichtungseinrichtung einen Radialwellendichtring mit einem derartigen Radiatwellendichtlippenabschnitt. insbesondere gemäß der DIN 3761, aufweisen. Der Radialwellendichtring ist stationär in der Umgebungskonstruktion angeordnet. Der Radialweliendichtlippenabschnitt weist eine Bodenseite und eine Stirnseite auf. wobei die Bodenseite und die Stirnseite des Radiaiweliendichtlippenabschnitts durch ein asymmetrisches Pressungsprofil an der Dichtkante gegeben sind. Insbesondere gemäß der Definition der DIN 3761 ist der bodenseitige Winkel des Pressungsprofils kleiner als der stirnseitige Winkel. Durch die unterschiedlichen Winkel wird die zuvor beschriebene Förderwirkung erreicht, sodass ein gerichteter Förderstrom von der Bodenseite zur Stirnseite gegeben ist. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Radialwellend ichtlippenabschnitt mit der Bodenseite dem Sperrraum zugewandt ist, sodass das Sperrmedium aus dem Sperrraum in Richtung des Umgebungsraums führbar ist und insbesondere gefördert wird. Die Förderrichtung entspricht insbesondere auch einer Durchlassrichtung des Dichtungseinrichtung. Optionai ergänzend kann mittels geeigneter Dichthilfen, wahlweise auf den Gegenlaufflächen des Radialweiiendichtlippenabschnitts oder an der Dichtkante des Radiaiwellendichtlippenabschnitts selbst« gezielt die Förderrate eingestellt werden. Hierbei können beispielsweise öberflächenmodifikationen zu Änderungen der Hörderrate fuhren. Auch Änderungen wie ein verkippter Einbau des Radialweilendichtiippenabschnitts oder ein sogenanntes Wave-Profil. also ein in ümlaufrichtung schlangenlinienförmigef Verlauf des
Radiaiwellendichtlippenabschnitts, sind im Rahmen der Erfindung möglich,
Insbesondere in diesen konstruktiven Ausgestaltungen wird sichergestellt, dass bei einer Relativbewegung zwischen der Welle und der Dichtungseinrichtung ein Förderstrom des Sperrmediums aktiv erzeugt wird, sodass das Sperrmedium aktiv von dem Sperrraum in den Umgebungsraum gefördert wird. Damit wird nochmals unterstrichen, dass durch die Förderung des Sperrmediums das Umgebungsmedium aus dem Sperrraum hinaus gedrückt wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass kein oder nur vernachlässigbar wenig Umgebungsmedium durch die Dichtungseinrichtung in den Sperrraum gelangen kann.
Die Weilenanordnung weist zudem eine Versorgungseinrichtung zur Versorgung des Sperrraums mit dem flüssigen Sperrmedium auf. insbesondere umfassi die Versorgungseinrichtung einen Tank und/oder Vorratsbehälter mit dem Sperrmedium. Der Tank und/oder Vorratsbehäiter weist eine Volumen von mehr als 20 Liter, vorzugsweise mehr als 50 Liter auf. im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Wellenanordnung eine Ventileinrichtung aufweist, wobei die Ventüeinhchtung strömungstechnisch zwischen der Versorgungseinrichtung und dem Wälzlagerraum angeordnet ist. Die Ventileinrichtung ist als ein Druckausgieichsventii ausgebildet, welches - funktional betrachtet - so ausgelegt ist, dass der von der Ventileinrichtung anliegende Versorgungsdruck so reduziert wird, dass der in dem Wälzlagerraum anliegende Innendruck dem in besondere angrenzenden oder gleichtiefen Umgebungsdruck in dem Umgebungsraum entspricht. Somit wird durch die Ventileinrichtung sichergestellt. dass zwischen dem Umgebungsraum: insbesondere unmittelbar angrenzend an die Dichtungseinrichtung, und dem Walzlagerraum stets ein Druckgleichgewicht ausgebildet ist. Das Druckausgleichsventil kann z.B. als ein Membransystem mit Feder ausgebildet sein, wobei die Feder auf den Umgebungsdruck abgestimmt ist und die Membran in Abhängigkeit des Versorgungsdrucks öffnet und schließt.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass bei einem Überdruck in dem Wälzlagerraum als Innendruck gegenüber dem Umgebungsdruck in dem Umgebungsraum eine große Menge an dem Sperrmedium aus dem Walzlagerraum in den Umgebungsraum transportiert wird. Dies führt zum einen zu einem Verlust und damit Verbrauch des Sperrmediums und zum anderen zu einer Verunreinigung des flüssigen Umgebungsmediums mit dem flüssigen Sperrmedium. Wird dagegen der Innendruck in dem Wälzlagerraum unterhalb von dem Umgebungsdruck des Umgebungsraums gesetzt, so wird flüssiges Umgebungsmedium durch die Dichtungseinrichtung in den Wälzlagerraum gedrückt und kann diesen verunreinigen. Derartige Verunreinigungen können z.B. die Lebensdauer der Walzlagereinrichtung reduzieren. Durch die Ventileinrichtung wird erreicht, dass der Innendruck in dem Wälzlagerraum stets gleich zu dem Umgebungsdruck in dem Umgebungsraum ist, sodass eine Verunreinigung des Wälzlagerraums durch das flüssige Umgebungsmedium zwar ausgeschlossen ist, jedoch so wenig Sperrmedium wie nur möglich ausgehend von dem Sperrraum in den Umgebungsraum gefördert wird. Durch die Ausgestaltung wird somit der Verbrauch an Sperrmedium verringert und dadurch die Wellenanordnung zum einen sparsamer und zum anderen umweltgerechter ausgelegt, wobei zugleich die Gebrauchseigenschaften der Wellenanordnung erhalten bleiben. in einer möglichen, konkreten Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass der Versorgungsdruck an der Ventiieinrichtung höher als der Umgebungsdruck in dem Umgebungsraum ausgebildet ist. Insbesondere ist die Ventileinrichtung stets als ein Druckminderer realisiert. Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventileinrichtung an einer Verbindungsleitung zwischen der Versorgungseinrichtung und dem Wälzkörperraum angeordnet. Damit ist die Ventileinrichtung frei positionierbar und kann in einfacher Welse in die Wellenanordnung eingebaut werden. Alternativ hierzu ist die Ventdeinnchtung in der Umgebungskonstruktion integriert. Beispielsweise kann diese in das Gehäuse als die Umgebungskonstruktion eingeschraubt sein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Versorgungseinrichtung in dem Umgebungsraum in Bezug auf eine Tauchtiefe, insbesondere eine geodätische Tiefe, tiefer als der Wälzlagerraum angeordnet ist. Diese Maßnahme unterstützt den Ansatz, dass der Versorgungsdruck größer als der Umgebungsdruck in dem Bereich der mindestens einen Dichtungeeinrichtung ausgebildet ist.
Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Sperrmedium eine niedrigere spezifische Dichte wie das Umgebungsmedium aufweist. Durch die Positionierung der Versorgungseinrichtung in Bezug auf die Tauchtiefe unter dem Wälzlagerraum und der niedrigeren spezifischen Dichte des Sperrmediums wird das Sperrmedium mit einer Auftriebskraft beaufschlagt, sodass durch diese Auftriebskraft erreicht wird, dass der Versorgungsdruck an der Ventileinrichtung höher als der Umgebungsdruck ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung wird somit erreicht, dass die Wellenanordnung mit Bezug auf die Sperrmediumversorgung energieunabhängig arbeiten kann, da der notwendige Versorgungsdruck durch die Auftriebskraft bereitgestellt wird.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Versorgungseinrichtung einen Membrantank mit einer Membran auf wobei die Membran das Umgebungsmedium von dem Sperrmedium trennt. Ober die Membran kann damit das Sperrmedium von dem Umgebungsmedium mit einem Druck beaufschlagt werden. Besonders bevorzugt ist der Membrantank als eine Membranblase, zum Beispiel aus Buthyl, ausgebildet. Beispielsweise ist der Membrantank als ein Rollmembrantank ausgebildet. Optional kann die Versorgungseinrichtung , insbesondere der Membrantank, durch eine Schutzeinrichtung, wie zum Beispie! ein umschließendes Gitter, zum Beispiel aus Edelstahl, oder durch eine Gitterbox geschützt werden.
Alternativ oder ergänzend zu der Positionierung der Versorgungseinrichtung in Bezug auf die I auchtfete unter dem Wälzlagerraum kann auch vorgesehen sein, dass die Versorgungseinrichtung eine Druckeinrichtung zur Beaufschlagung des Sperrmediums mit einem Druck aufweist. Beispielsweise kann die Druckeinrichtung mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet seln: Auf diese Weise kann auch sichergestellt werden, dass der anliegende Versorgungsdruck größer ais der Umgebungsdruck ist
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weist die Wellenanordnung, insbesondere die Umgebungskonstruktion, ein Entlüftungsventil zur Entlüftung des Wälzlagerraums auf. Das Entlüftungsventil ist insbesondere ausgebildet, Gas, insbesondere Luft, durchzulassen und dagegen Flüssigkeiten zu sperren. Das Entlüftungsventil wird zum einen bei der Ersibefüilung der Wellenanordnung mit dem Sperrmedium verwendet. Besonders bevorzugt ist das Entlüftungsventil an dem in Bezug auf die Tauchtiefe höchsten Punkt des Wälzlagerraums angeordnet, sodass etwaige im Betrieb entstehende Luftblasen ebenfalls durch das Entlüftungsventii abtransportiert werden können.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Wellenanordnung mindestens zwei Dichtungseinrichtungen auf, wie diese zuvor beschrieben wurden, sowie optional ergänzend mindestens zwei Wälzlagereinrichtungen. Die Dichtungseinrichtungen bM&n durch ihren Zwischenraum sowie durch die Umgebungskonstruktion, insbesondere das Gehäuse, den Wälzlagerraum, öle mindestens eine, vorzugsweise zwei Wälzlagereinrichtungen sind in dem Wäiziagerraum angeordnet. In dieser Ausgestaltung ist die Wellenanordnung, insbesondere der Wälzlagerraum, in axiaier Richtung zu der Welle beidseitig gegen Verschmutzungen aus dem Umgebungsraum geschützt. Sei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung erfolgt die Zuführung des Sperrmediums zwischen den zwei Wälzlagereinrichtungen. Dadurch wird erreicht, dass das Sperrmedium in Richtung der Dichtungseinrichtungen die Wälzlagereinrichtungen durchfließt und dadurch spült.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Wasserturbine zum Einsatz in einem Fluss oder in dem Meer, insbesondere ist die Wasserturbine zur Energieerzeugung ausgebildet, im Speziellen ist die Wasserturbine mit einem Generator koppelbar oder gekoppelt. Die Wasserturbine weist einen Rotor ais Turbineneinsatz auf, wobei der Rotor in dem Wasser angeordnet und durch die Wasserströmung betrieben, insbesondere in Rotation versetzt wird. Es ist vorgesehen, dass der Rotor, insbesondere die Rotorwelle, Uber die Weltenanordnung, wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelagert ist.
Kurz* Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersichtsansicht einer Wasserturbine als ein erstes Ausführungsbeispiei der Erfindung;
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Wellenanordnung in einer schematischen Längsschnittdarstellung, wie diese in der Wasserturbine in der Figur 1 eingesetzt werden kann;
Figur 3 eine alternative Ausgestaltung der Wellenanordnung in der Figur 2 ais ein zweites Ausführungsbeispiei der Erfindung;
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiei der Erfindung, wobei die Dichtungseinrichtungen und die Wälzlagereinrichtungen detaillierter dargestellt sind. Detailiierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Figur 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Wasserturbine 1 zur Umsetzung von kinetischer Energie aus einer Wasserströmung in elektrische Energie über einen nicht dargestellten Generator. Die Wasserturbine 1 ist in einem Umgebungsraum 2. z.B. in einem Huss oder im Meer, in einem Umgebungsmedium 3, welches in diesem Beispiel als Wasser ausgebildet ist, angeordnet. Der Umgebungsraum 2 bezeichnet insbesondere die Umgebung zu der Wasserturbine 1.
Die Wasserturbine 1 weist einen Rotor 4 auf, weicher durch die Wasserströmung in Rotation versetzt wird. Der Rotor 4 ist über eine Wellenanordnung 5 drehbar, insbesondere rotierbar, gelagert. Zu der Wellenanordnung 5 gehört eine Versorgungseinrichtung 6« weiche über eine Verbindungsleitung 7 mit einer Umgebungskonstruktion 8 der Weilenanordnung 6 strömungstechnisch verbunden ist.
Mit Bezug auf eine Tauchtiefe T oder Wassertiefe ist zu erkennen, dass die Wellenanordnung 5 mit einer Hauptachse H, weiche durch die Drehachse des Rotors 4 definiert ist, einige Meter, in diesem Beispie! drei Meter, unterhalb der Wasseroberfläche W angeordnet ist. Die Versorgungseinrichtung 6 ist in Bezug auf die Tauchtiefe T unterhalb der Hauptachse H positioniert. In diesem Beispiel befindet sich die Versorgungseinrichtung 6 in einer Tauchtiefe T von fünf Metern. Betrachtet man die Druckverhäitnisse . so liegt an der Versorgungseinrichtung 6 zum Beispiel ein Überdruck von 0,5 Bar und an der Hauptachse H und/oder an der Umgebungskonstruktion 8 ein Umgebungsdruck von 0,3 Bar an.
Die Figur 2 zeigt die Weilenanordnung 5 in einer schematischen Längsschnittdarstellung. Es ist dabei zu erkennen, dass eine Welie 9 der Weilenanordnung 5 koaxial zu der Hauptachse H angeordnet ist bzw. diese bildet. Die Welle S trägt den Rotor 4 beziehungsweise ist mit diesem drehfest verbunden. Die Umgebungskonstruktion 8 ist als ein Gehäuse ausgebildet und umschließt die Welle 9 in Umlaufrichtung. An den axialen Enden in Bezug auf die Hauptachse H ist die Umgebungskonstruktion 8, insbesondere das Gehäuse, gegenüber dem Umgebungsraum 2 mit dem flüssigen Umgebungsmedium 3 geöffnet. Somit liegt an den axialen Endbereichen der Umgebungskonstruktion 8 der Umgebungsdruck PO mit beispielhaft 0,3 Bar an.
Die Welle 9 ist über zwei Wälzlagereinrichtungen 10a, b, welche als Radiallagereinrichtungen ausgebildet sind, gegenüber der Umgebungskonstruktion 8 rotierbar gelagert. Klammerartig zu den Wälziagereinrichtungen 10a, b sind Dichtungseinrichtungen 11a, b angeordnet, welche zwischen der Umgebungskonstruktion 8 und der Weile 9 wirken, Die Dichtungseinrichtungen 11a, b definieren in axialer Richtung einen Wälzlagerraum 12, welcher als ein Ringraum um die Welle 9 ausgebildet ist. und in dem die Wälzlagereinrichtungen 10a, b angeordnet sind. Die Dichtungseinrichtungen 11a, b sind als Radialdichtungen ausgebildet, welche stationär an der Umgebungskonstruktion 6 angeordnet sind, wobei sich die Welle 9 relativ zu den stationär angeordneten Dichtungseinrichtungen 11a, b dreht.
Zwischen den Wälziagereinrichtungen 10a, b ist ein Zwischenraum 13 angeordnet, zwischen den Dichtungseinrichtungen 11a, b und den dazu benachbarten Wälziagereinrichtungen 10a, b ist jeweils ein Seitenraum 14a. b angeordnet. Die Seitenräume 14a, b sind durch die Wälzlagereinrichtungen 10a, b hindurch mit dem Zwischenraum 13 strömungstechnisch verbunden.
Die Dichtungseinrichtungen 11a, b sind so ausgeführt, dass bei einer Drehung der Welle 9 relativ zu den Dichtungseinrichtungen 11a, b eine Förderwirkung entsteht, sodass Fluid aus dem Seitenraum 14a, b als Teil des Wäizkörperraums 12 in den Umgebungsraum 2 abtransportiert wird.
Die Versorgungseinrichtung 6 ist als ein druckausgleichender Rolimembrantank mit einem flüssigen Sperrmedium 18 ausgebildet und in einer Gitterbox 15 in einer größeren Tauchtiefe T als der Wälzlagerraum 12 angeordnet. Über die Verbindungsleitung 7 und eine Durchgangsöffnung 16, z B ausgeführt als Bohrung, in der Umgebungskonstruktion 8 ist die Versorgungseinrichtung 6 strömungstechnisch mit dem Wälzlagerraum 12 verbunden. Das flüssige Sperrmedium 18 liegt in dem Rollmembrantank und in dem Wälzlagerraum 12, insbesondere in dem Zwischenraum 13 und den Seitenräumen 14a, b vor. Das Volumen des Rolimembrantanks beträgt z.B. 80 Liter, wobei dieses Volumen auf eine Sperrmediumversorgung für ein Jahr abgestimmt ist.
Für eine Erstbefüliung oder für den Betrieb weist die Wellenanordnung 5 an der Oberseite ein Entlüftungaventil 17 auf, weiches es ermöglicht, Luft aus dem Wälzlagerraum 12 entweichen zu lassen und zugleich das Sperrmedium 18 in dem Wälzlagerraum 12 zurückzuhalten. Das Entluftungsventil 17 kann zum einen bei der Erstbefüliung genutzt werden, um Luft aus dem Wälzlagerraum 12 zu bringen. Ferner kann es im Betrieb genutzt werden, um etwaig entstehende Luftblasen abzulassen.
Das Sperrmedium 18 ist hinsichtlich der spezifischen Dichte leichter als das flüssige Umgebungsmedium 3, sodass das Sperrmedium 18 mit einem Überdruck in den Wälzlagerraum 12 im Vergleich zu dem in gleicher Höhe zu dem Wälzlagerraum 12 herrschenden Umgebungsdruck in den Umgebungsraum 2 gefördert wird. Somit würde ohne weitere Vorkehrungen der Innendruck des Wäizlagerraums 12 größer als der Umgebungsdruck in der Höhe des Wälzkörperraums 12 in dem Umgebungsmedium 3 ausgebildet sein. Zusammen mit der Förderwirkung der Dichtungseinrichtungen 11a. b würde dies zu einem hohen Verbrauch des Sperrmediums 18 führen, da dieses aus dem Wälzlagerraum 2 in den Umgebungsraum 2 gefördert wird.
Die Wellenanordnung 5 weist eine Ventileinrichtung 19 auf, weiche strömungstechnisch zwischen der Versorgungseinrichtung 6 und dem Wälzlagerraum 12 angeordnet ist und den Zufluss des Sperrmediums 18 in den Wälzlagerraum 12 steuert. Die Ventileinrichtung 19 ist so ausgebildet; dass die den durch die Versorgungseinrichtung 6 anliegenden Versorgungsdruck derart reduziert, dass der am Ausgang der Ventileinrichtung 19 anliegende Druck und damit der Innendruck des Wälzlagerraums 12. gleich zu dem Umgebungsdruck in dem Umgebungsraum 2 in der geodätischen Höhe der Hauptachse H oder des Wäizlagerraums 12 gewählt ist. Damit herrscht prinzipiell ein Druckgleichgewicht zwischen dem Wälzlagerraum 12 vor den Dichtungseinrichtungen 11a, b und dem Umgebungsmedium 3 unmittelbar hinter den Dichtungseinrichtungen 11a, b. Durch die Ventileinrichtung 19 wird somit erreicht, dass das Sperrmedium 18 nicht mit Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck herausgedrückt wird und damit über Maßen verbraucht wird. Stattdessen wird durch die Druckangleichung erreicht, dass nur der Anteil, der durch die Förderwirkung der Dichtungseinrichtung 11a, b gefördert wird, den Wälzlagerraum 12 verlaust Durch das Vorsehen der Ventileinrichtung 19 wird somit zum einen erreicht, dass der Verbrauch des Sperrmediums reduziert wird, was zu Kostenersparnissen fuhrt, und zum anderen eine höhere Umweltverträglichkeit umgesetzt da das Sperrmedium 18 nicht in den Umgebungsraum 2 gepumpt wird.
Die Figur 3 zeigt einen konstruktiven Unterschied zu der Figur 2. wobei die Ventileinrichtung 19 nicht wie in der Figur 2 in der Umgebungskonstruktion 8. insbesondere in dem Gehäuse« integriert ist, sondern in der Verbindungsieitung 7 zwischen der Versorgungseinrichtung 8 und der Umgebungskonstruktion 8, insbesondere dem Gehäuse, angeordnet ist.
In der Figur 4 ist eine detailliertere Darstellung der Wellenanordnung 5 in der Figur 3 gezeigt, wobei die Bezugszeichen jeweils die gleichen Komponenten oder Bereiche wie in der Figur 3 oder in der Figur 2 bezeichnen. Somit wird für die Erläuterungen der Übereinstimmungen auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. In der detaillierten Darstellung in der Figur 4 ist zu erkennen, dass die Wälzlagereinrichtungen 10a, b als einreihige Kugellager ausgebildet sind. Ferner ist zu erkennen, dass die Dichtungseinrichtungen 11a, b als berührende Lippendichtungen in Form eines Radialweiiendichtrings realisiert sind, wobei jeder der Radialweliendichtringe eine Bodenseite B und eine Stirnseite S aufweist. Die Bodenseite B beziehungsweise Stirnseite S der Radialweliendichtringe wird durch den Anstellwinke! eines Radialweliendichtiippenabschnitts 20 definiert, wobei auf der Bodenseite ein kleinerer Winkel zwischen der Welle 9 und dem Radialwellendichtring vorgesehen ist als auf der Stirnseite S. Insbesondere ist ein bodenseitiger Winke! alpha der Dichtlippe des Radialweiiendichtrings gegenüber der Welle 9 kleiner als der stirnseitige Winke! beta. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die Winkel alpha und beta nur an dem ersten Radialwellendichtring kenntlich gemacht. In Bezug auf Sperraum 13 sind die Radiatweiiendichtringe derart angeordnet sodass die Bodenseiten B nach innen und die Stirnseite S nach außen weisen. Eine Besonderheit der Radialwellendichtringe ist es« dass diese im Betrieb der Welle 9 eine Forderwirkung von dem Sperrraum 13 In den Umgebungsraum 2 von der Bodenselte B zur Stirnseite S entwickeln. Die Förderwirkung entsteht durch die unterschiedlichen Winkel alpha und Beta von Bodenseite B und Stirnseite S der Dichtiippe 20. in dieser Ausgestaltung wird durch die Relativbewegung von Weile 9 zu der Umgebungskonstruktion 8 bzw. zu den Dichtabschnitten Dichtungseinrichtungen 11 a, b ein aktiver Sperrmediumstrom von dem Sperrraum 14 in Richtung des Umgebungsraums 2 umgesetzt. Eine "Leckage des Sperrmediums 18 aus dem Sperrraum 14 in den Umgebungsraum 2 wird somit nicht nur bewusst in Kauf genommen, sondern durch die Wahl und die Orientierung der Radialwellendichtringe aktiv unterstützt. Zugleich wird jedoch durch die Ventiieinrichtung 19 erreicht« dass diese gewollte "Leckage" nicht zu groß.
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Claims

Patentansprüche
1. Weiienanordnung (5) mit einer Welie (9), mit einer Wälzlagereinrichtung (10 a, b), mit einer Umgebungskonstruktion (8)s wobei die Welie (9) über die Wäizlagereinrichtung (10 a, b) in der Umgebungskonstruktion (8) drehbar gelagert ist, mit einer Dichtungseinrichtung (11a, b), wobei die Dichtungseinrichtung (11a, b) zwischen der Welle (9) und der Umgebungskonstruktion (8) angeordnet ist und einen Umgebungsraum (2) mit einem flüssigen Umgebungsmedium (3) von einem Wälzlagerraum (12) mit einem flüssigen Sperrmedium (18) trennt, wobei die Oichtungseinrichtung (11a,b) als eine fördernde Dichtungseinrichtung (11a,b) ausgebildet ist, um bei einer Rotation der Weile (9) relativ zu der Umgebungskonstruktion (8) eine in Richtung des Umgebungsraums (2) gerichtete Pumpwirkung umzusetzen, so dass das Sperrmedium (18) von dem Walzlagerraum (12) in den Umgebungsraum (2) förderbar ist, mit einer Versorgungseinrichtung (8) zur Versorgung des Wälzlagerraums (12) mit dem Sperrmedium (18): gekennzeichnet durch eine Ventiieinrichtung (19), wobei die Ventileinrichtung (19) strömungstechnisch zwischen der Versorgungseinrichtung (6) und dem Wälzlagerraum (12) angeordnet ist und wobei die Ventileinrichtung (19) als ein Druckausgleichsventil ausgebildet ist, welche den von der Versorgungseinrichtung (8) anliegenden Versorgungsdruck so reduziert, dass der in dem Wälziagerraum (12) anliegende Innendruck dem Umgebungsdruck in dem Umgebungsraum (2) entspricht.
2. Weilenanordnung (5) nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (19) an einer Verbindungsieitung (?) zwischen der
Versorgungseinrichtung (6) und dem Wälzkörperraum (12) angeordnet ist oder in der Umgebungskonstruktion (8) integriert ist.
3. Wellenanordnung (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Versorgungseinrichtung (6) in dem Umgebungsraum (2) in Bezug auf eine
Tauchtiefe (T) tiefer als der Wälzlagerraum (12) angeordnet ist,
4. Weilenanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrmedium {18} eine niedrigere spezifische Dichte wie das Umgebungsmedium (3) aufweist.
5. Wellenanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung (6) einen Membrantank mit einer Membran aufweist, wobei die Membran das Umgebungsmedium (2) von dem Sperrmedium ( 18} trennt,
6. Weilenanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Versorgungseinrichtung (8) eine Druckeinrichtung zur Beaufschlagung des Sperrmediums mit einem Druck aufweist,
7. Wellenanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenanordnung (5) ein Entlüftungsventil (17) zur Entlüftung des Wäizlagerraums (12) aufweist.
8, Weilenanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens zwei Dichtungseinrichtungen (11 a, b) sowie mindestens zwei Wöfzlagereinrichtungen (10 a, b) aufweist, wobei die zwei Dichtungseinrichtungen (11 a, b) durch ihren Zwischenraum den Wälzlagerraum (12) bilden und wobei die zwei Wälzlagereinrichtungen (10 a, b) in dem Wälzlagerraum angeordnet sind.
9, Weilenanordnung (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführung (16) des Sperrmediums (18) zwischen den zwei Wälziagereinrichtungen (10 a, b) angeordnet ist.
10. Wasserturbine (1) zum Einsatz in einem Fluss oder in dem Meer mit einem Rotor (4), wobei der Rotor (4) in dem Wasser angeordnet und durch die Wasserströmung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) über einen Wellenanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelagert Ist.
PCT/DE2015/200367 2014-07-31 2015-06-12 Wellenanordnung mit sperrmedium sowie wasserturbine mit der wellenanordnung Ceased WO2016015724A1 (de)

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DE102014215120.1 2014-07-31
DE102014215120.1A DE102014215120B3 (de) 2014-07-31 2014-07-31 Wellenanordnung mit Sperrmedium sowie Wasserturbine mit der Wellenanordnung

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