CH381026A - Wärmeschutz eines Lagers - Google Patents

Description

  Wärmeschutz eines Lagers    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum  Wärmeschutz eines Lagers, vorwiegend eines Gasla  gers, einer Turbomaschine mit Hohlwelle, deren  heisses Laufrad nahe an das Lager herangerückt ist.  



  Bei Turbomaschinen, deren Laufräder während  des Betriebes einer hohen Temperatur ausgesetzt sind,  ist es wichtig, die Lager vor ungleichmässiger Wärme  einwirkung zu schützen, vor allem dann, wenn ein  Laufrad nahe an ein Lager herangerückt ist. Stahl  als der gebräuchliche     Werkstoff    für Wellen hat keine  genügend grosse Wärmeleitfähigkeit, um eine ausrei  chend rasche Verteilung der auf einer Seite in die  Welle einfliessenden Wärme zu gewährleisten. Bis zum  Wellenende ergibt sich somit ein beträchtliches Tem  peraturgefälle, das unterschiedliche Wärmedehnun  gen der Welle bewirkt, die schon innerhalb der Lager  breite so gross werden können,     dass    sie     Anlass    zu  Havarien geben.

   Diese Gefahr ist bei Gaslagern be  sonders gross, weil sie grosse Breite und ein Lager  spiel von nur wenigen Tausendstel Millimeter haben.  Die bekannte Gaskühlung einer Hohlwelle durch  Eigenventilation bringt im vorliegenden Falle wegen  der starken einseitigen Erwärmung keine Abhilfe.  



  Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfin  dungsgemäss ein     Wärmeverteil-    und Kühlkörper ver  wendet, der in die Hohlwelle gut anliegend einge  setzt ist und sich angenähert über die Lagerbreite  erstreckt.  



  In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand  beispielsweise dargestellt.     Fig.   <B>1</B> zeigt ein Schema der       Laufradlagerung    mit dem     Kühlgas-Kreislauf    dazu;       Fig.    2 einen     Axialschnitt    durch einen Teil der An  lage nach     Fig.   <B>1;</B> die     Fig.   <B>3,</B> 4 und<B>5</B> sind<B>je</B> ein       Radialschnitt    durch mehrere Ausführungsformen  eines erfindungsgemässen Einzelteiles. In allen Figuren  sind gleiche Teile mit gleichen Hinweiszahlen ver  sehen.

           Fig.   <B>1</B> zeigt das fliegend angeordnete Laufrad<B>1</B>  eines Verdichters zur Förderung heissen Gases, das  von einer Hohlwelle 2 getragen wird, die in den  Lagern<B>3,</B> 4 gelagert ist. Zum Schutze der Anlage,  hauptsächlich des Lagers<B>3</B> vor zu hoher Tempera  tur, ist ein Kühlkreislauf<B>5</B> vorgesehen, bei welchem  das Kühlgas am äusseren Ende der Hohlwelle 2 ein  tritt und zwischen Laufrad<B>1</B> und Lager<B>3,</B> die aus  konstruktiven Gründen nahe aneinander herange  rückt sind, wieder austritt. Für den Kühlkreislauf  ist kein Gebläse nötig, da die Hohlwelle das Kühlgas  selbsttätig ansaugt und wieder nach aussen fördert.  Die so entstehende Druckdifferenz genügt, um die  Leitungswiderstände im wasserdurchströmten Gas  kühler<B>6</B> zu überwinden.  



  Nach     Fig.    2 ist das Laufrad<B>1</B> mit Schrauben  <B>7</B> an der Hohlwelle 2 befestigt. An der Stossstelle  tritt die Wärme vom heissen Laufrad in die Hohl  welle über und breitet sich nach rechts aus. Da sie  nicht genügend rasch abgeführt oder verteilt werden  kann, würde sich ein Wärmestau ergeben, der nun  durch einen     Wärmeverteil-    und Kühlkörper<B>8</B> ver  hindert wird. Er besteht in der einfachsten Ausfüh  rung aus einem Hohlzylinder     (Fig.   <B>3),</B> der in die  Hohlwelle 2     eingepasst    ist und sich angenähert über  die Breite des Lagers<B>3</B> erstreckt.

   Wenn es die Kon  struktion     zulässt,    wird man ihn noch möglichst weit  nach links über das Lager vorziehen     (Fig.    2). Auf  diese Weise kommt er mit dem heissesten Teil der  Hohlwelle in Berührung, die in dieselbe einfliessende  Wärme wird rasch abgeleitet und über den     Wärme-          verteil-    und Kühlkörper gleichmässig verteilt, weil  er aus einem     Werkstoff    bester Wärmeleitfähigkeit  besteht.  



  Wegen der raschen und gleichmässigen Wärme  verteilung über den Kühlkörper<B>8</B> und wegen seiner  thermischen Eigenschaften ist seine Kühlung, gleiche      Bedingungen vorausgesetzt, wirksamer als die be  kannte Kühlung     derHohlwelle.    Wie schon bei     Fig.   <B>1</B>  beschrieben, saugt die Hohlwelle 2 das Kühlgas  selbsttätig an. Dieses durchströmt den Kühlkörper,  wobei es ihm Wärme entzieht, und wird durch die  Kanäle<B>9</B> wie bei einem     Radialverdichter    nach aussen  gefördert, wo es gesammelt und dem Kühler<B>6</B> zur  Rückkühlung zugeführt wird. Zur Verkleinerung  der Strömungswiderstände ist es vorteilhaft, die in  neren Kanten des Kühlkörpers mit einer Abrundung  <B>10</B> zu versehen.

   Selbstverständlich     muss    er auch gegen  axiale Verschiebung gesichert sein.  



       Zweckmässigerweise    sind die Kanäle<B>9</B> als     Aus-          nehmungen    an der Stirnseite der Hohlwelle aus  geführt, wodurch deren Auflagefläche am heissen  Laufrad wesentlich verkleinert wird. Die Kanäle wir  ken als Wärmedrossel, und die in die Hohlwelle  einströmende Wärmemenge wird somit verringert.  Zur weiteren Wärmedämmung kann auch eine Iso  lierschicht zwischen Laufrad und Hohlwelle vor  gesehen werden. Da eine Kühlung des Laufrades  durch das     vorbeiströmende    Kühlgas unerwünscht ist,  wird es innerhalb der Hohlwelle mit einer Isolierung  <B>11</B> abgedeckt.  



  Um die Kühlfläche und damit die Wirkung des       Wärmeverteil-    und Kühlkörpers<B>8</B> zu erhöhen, kön  nen an seiner Innenseite Kühlrippen 12 angebracht  werden     (Fig.    4), die entweder achsparallel oder spira  lig verlaufen.  



  Der     Wärmeverteil-    und Kühlkörper besteht aus  einem gegenüber Stahl     hochwärmeleitfähigen    Werk  stoff, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder  Silber. Diese Werkstoffe haben einen höheren     Wär-          meausdehnungskoeffizienten    als Stahl. Der Kühl  körper wird sich daher stärker ausdehnen als die Hohl  welle, die ihn wie ein Schrumpfring umgibt und da  durch Spannungen in ihr verursachen. Es wäre nun  möglich, zwischen Kühlkörper und Hohlwelle ein be  stimmtes Durchmesserspiel vorzusehen, das sich dann  bei der Erwärmung ausgleicht, doch erforderte dies  eine sehr genaue Bearbeitung beider Stücke, was  die Herstellungskosten erhöhen würde.

   Ausserdem  wäre beim Anlaufen, wenn der Kühlkörper nur we  nig an der Hohlwelle anliegt, die Wärmeablei  tung     und-verteilung    schlecht, so     dass    das Lager ge  fährdet wäre.  



  Zur Beseitigung dieser Mängel wird ein radialer  Schlitz<B>13</B> im Kühlkörper<B>8</B> angebracht, der über  dessen ganze Länge reicht und entweder achsparallel  verläuft oder sich dem Lauf der Kühlrippen     anpasst.     Der sonst starre Kühlkörper wird dadurch in radia  ler Richtung nachgiebig und elastisch. Er kann nun  gut passend oder mit einem kleinen     übermass    des  Durchmessers hergestellt und durch     Zusammendrük-          ken    federnd in die Hohlwelle eingesetzt werden.

    Dadurch liegt er schon beim Anlaufen der Ma-         schine    gut wärmeleitend an der Hohlwelle an und  wird während des Betriebes unter der Einwirkung  der Fliehkraft noch fester     angepresst.    Unterschied  liche Wärmedehnungen verursachen keine Spannun  gen mehr in der Hohlwelle, da sie vom Schlitz<B>13</B>  ausgeglichen werden. Da das Durchmessermass nicht  genau eingehalten werden     muss,    kann mit weiten To  leranzen gearbeitet werden, was sich bei den Her  stellungskosten verbilligend auswirkt.  



  Eine Weiterentwicklung des     Wärmeverteil-    und  Kühlkörpers zeigt     Fig.   <B>5.</B> Es ist nicht nur ein  einziger Schlitz<B>13</B> vorhanden, sondern mehrere  Schlitze 14, die an     ddr    Aussenseite des Kühl  körpers<B>8</B> beginnen, über dessen ganze Länge sich  erstrecken, radial verlaufen und in die Kühlrippen  12 hineinreichen.

   Diese Ausführung hat den Vor  teil,     dass    sie elastischer ist als jene nach     Fig.    4, weil  der Kühlkörper durch die grössere Anzahl Schlitze  in einzelne Abschnitte<B>15</B> unterteilt ist, die eine ge  wisse Bewegungsfreiheit gegeneinander haben und  sich dadurch während des Betriebes besser und     ver-          lässlicher    an die Hohlwelle anlegen. Auch ist dieser  Kühlkörper leichter     zusammendrückbar,    was für die  Montage günstig ist.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Einrichtung zum Wärmeschutz eines Lagers, vor wiegend eines Gaslagers einer Turbomaschine mit Hohlwelle, deren heisses Laufrad nahe an das Lager herangerückt ist, gekennzeichnet durch einen Wärme- verteil- und Kühlkörper<B>(8),</B> der in die Hohlwelle (2) gut anliegend eingesetzt ist und sich angenähert über die Lagerbreite erstreckt. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Einrichtung nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch Kühlrippen<B>(1</B>2) an der Innenseite des Wärmeverteil- und Kühlkörpers<B>(8).</B> 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch oder Unter anspruch<B>1,</B> gekennzeichnet durch einen über die ganze Länge des Wärmeverteil- und Kühlkörpers <B>(8)</B> reichenden Schlitz<B>(13).</B> <B>3.</B> Einrichtung nach Patentanspruch und Unter anspruch<B>1,</B> gekennzeichnet durch an der Aussen seite des Wärmeverteil- und Kühlkörpers<B>(8) be-</B> ginnende, über dessen ganze Länge sich erstreckende, radial verlaufende Schlitze (14), die in die Kühl rippen (12) hineinreichen. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen<B>1</B> bis<B>3,</B> dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverteil- und Kühlkörper<B>(8)</B> aus einem gegenüber Stahl hochwärmeleitfähigen Werkstoff be steht, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder Silber.