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EP 3 542 067 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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14.10.2020 Patentblatt 2020/42 |
(22) |
Anmeldetag: 26.10.2017 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2017/077483 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2018/091250 (24.05.2018 Gazette 2018/21) |
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(54) |
TURBOMASCHINE
TURBOMACHINE
TURBOMASCHINE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(30) |
Priorität: |
18.11.2016 DE 102016222786
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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25.09.2019 Patentblatt 2019/39 |
(73) |
Patentinhaber: Siemens Aktiengesellschaft |
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80333 München (DE) |
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Erfinder: |
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- GAUSMANN, Rainer
47058 Duisburg (DE)
- WEI, Chunsheng
47228 Duisburg (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-B1- 0 983 448 US-A- 2 885 963 US-A1- 2016 084 301
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DE-A1- 1 528 754 US-A- 4 586 872
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere Turboverdichter, umfassend
einen Rotor, der zumindest teilweise in einem Gehäuse angeordnet ist und sich entlang
einer Rotationsachse erstreckt, wobei die Turbomaschine mindestens ein Radiallager
aufweist, in dem der Rotor an einer Radiallagerstelle radial gelagert ist, wobei das
Radiallager als ölgeschmiertes Gleitlager ausgebildet ist, wobei der Rotor im Axialbereich
der Radiallagerstelle eine sich ringförmig in einer Umfangsrichtung im Bereich der
äußeren 20% des Durchmessers der Radiallagerstelle des Rotors befindliche Hohlkammer
aufweist, die zwischen einem radial innen befindlichen Kernbereich des Rotors im Bereich
der Radiallagerstelle und dem radial außen befindlichen Bereich des Rotors im Bereich
der Radiallagerstelle thermisch isoliert.
[0002] Aus der
EP 983 448 B1 ist bereits eine Rotorwelle für Turbomaschinen bekannt, bei der eine thermisch isolierende
Hohlkammer im Bereich einer radialen Lagerung vorgesehen ist.
[0003] Es hat sich gezeigt, dass nicht bei allen Turbomaschinen eine derartige Maßnahme
zur Vermeidung des Morten-Effekts gleich sinnvoll ist. Die mit dieser Maßnahme einhergehende
Vergrößerung des Durchmessers im Radiallagerbereich verändert ungewollt die Rotordynamik
ohne im gleichen Maße positive Verbesserungen für die Wellenfestigkeit zu bewirken.
Der zusätzliche Fertigungsaufwand und der größere benötigte Bauraum der Anordnung
sind ebenfalls unerwünscht. Andererseits ist diese Maßnahme in bestimmten Fällen eine
sehr gute Möglichkeit, die Laufruhe der Maschine zu verbessern, Betriebszustände zu
realisieren, die ansonsten nicht möglich wären oder auch Schäden zu vermeiden. Grundsätzlich
hat die Laufruhe der Maschine auch Auswirkungen auf den Spielbedarf an z.B. Wellendichtungen
und damit auch auf deren Dichtigkeit, so dass hier auch Verbesserungen im Wirkungsgrad
erzielt werden können.
[0004] Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, entsprechende Rotoren von Turbomaschinen
mit einer derartigen thermischen Isolierung an der Lagerstelle zu versehen, wenn eine
derartige Maßnahme sinnvoll ist.
[0005] Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung der eingangs definierten Art vorgeschlagen
mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Anspruchs.
Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung.
[0006] Begriffe wie radial, axial, tangential oder Umfangsrichtung sind jeweils auf die
Achse des Rotors bezogen, sofern dies nicht anders angegeben ist. Das Radiallager
nach der Erfindung kann auch als kombiniertes Radial-Axiallager ausgebildet sein und
dient jedenfalls zur Abstützung statischer und dynamischer Radiallagerkräfte.
[0007] Da nach der Erfindung ein erstes Wellenende des Rotors von der axialen Mitte der
Radiallagerstelle aus um einen Überhang über die Radiallagerstelle hinaus ragt, wobei
ein erster Quotient aus Überhang zu einer Gesamtlänge des Rotors QLO=OVH/TLE > 0,15
beträgt, ist der Quotient QLO naturgemäß stets kleiner als 1, weil der Überhang OVH
nicht größer sein kann als die Gesamtlänge TLE der Rotors. Insofern handelt es sich
nicht um ein einseitig offenes Intervall sondern um ein zumindest logisch technisch
mittels einer oberen Schranke von 1 begrenztes Intervall. In der Praxis ist es im
Sinne einer zweckmäßigen Weiterbildung sinnvoll von 0,5 > QLO=OVH/TLE > 0,15 auszugehen.
[0008] Der von der Erfindung benutzte Begriff "Kernbereich des Rotors" bezieht sich auf
denjenigen Bereich, der sich radial innen von der erfindungsgemäßen Hohlkammer zur
thermischen Isolierung befindet. Der Kernbereich ist hierbei der für die Aufnahme
von statischen und dynamischen Kräften wesentliche Bestandteil des Rotors im Bereich
der Radiallagerstelle. Die Hohlkammer in dem Bereich der Radiallagerstelle schwächt
den Rotorquerschnitt, so dass die wesentlichen Festigkeitseigenschaften durch den
Kernbereich bestimmt werden.
[0009] Eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit der Hohlkammer besteht darin, dass eine Hülse
im Bereich der Radiallagerstelle auf den Rotor aufgebracht wird, die mit einer radial
innen befindlichen Oberfläche die Hohlkammer nach radial außen hin definiert. Diese
Hülse kann auf der radial innen befindlichen Oberfläche eine Aussparung aufweisen
und/oder über eine entsprechende Aussparung an dem Rotor in dem Bereich der Radiallagerstelle
positioniert werden, so dass die Hohlkammer sich radial in den Bereich der Hülse hinein
erstreckt und/oder den Kernbereich des Rotors radial dezimiert.
[0010] Eine entscheidende Erkenntnis der Erfindung liegt darin begründet, dass eine Turbomaschine
besonders vorteilhaft mit einer derartigen thermischen Isolierung im Bereich der Radiallagerstelle
ausgestattet werden sollte, wenn ein erstes Wellenende des Rotors von der axialen
Mitte der Radiallagerstelle aus um einen Überhang über die Radiallagerstelle hinausragt,
wobei ein erster Quotient aus diesem axialen Überhang zu einer Gesamtlänge des Rotors
größer als 0,15 ist. Diese Formulierung geht davon aus, dass auf einer Seite der Radiallagerstelle
die Hauptmasse des Rotors angeordnet ist und auf der axial anderen Seite der Radiallagerstelle
ein Überhang über die Radiallagerstelle hinaus ragt. Auf der Seite, auf der sich der
größere Massenanteil des Rotors befindet, ist in einem gewissen Lagerabstand auch
eine zweite Radiallagerstelle bzw. ein zweites Radiallager vorgesehen. In einer Gleichung
lässt sich der obige Sachverhalt hinsichtlich der Längenverhältnismäßigkeit von Gesamtlänge
zu Überhang derart ausdrücken:
wobei
- QLO:
- 1. Quotient
- OVH
- Überhang (in Längeneinheit, z. B. mm)
- TLE:
- Gesamtlänge (Längeneinheit, z. B. mm).
[0011] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die axiale Erstreckung
des Überhangs des Rotors eine Überhangmasse aufweist und der gesamte Rotor eine Gesamtmasse
aufweist, wobei ein Quotient aus Überhangmasse zu Gesamtmasse > 0,06 ist. In einer
Gleichung lässt sich dieser Sachverhalt wie folgt ausdrücken:
wobei
- QUT:
- 2. Quotient
- OVM:
- Überhangmasse (in kg)
- TMS:
- Gesamtmasse (in kg).
[0012] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Radiallager
derart ausgebildet ist, so dass eine statische Lagerpressung größer 6bar ist. Es hat
sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung besonders zu der Ausbildung des Morten-Effekts
neigt.
[0013] Besonders zweckmäßig ist die Ausstattung einer Turbomaschine mit der definierten
thermischen Isolierung, wenn die Anordnung aus Rotor und Radiallager eine relative
Exzentrizität von mindestens 0,1 aufweist.
[0014] Hierbei meint der Begriff "relative Exzentrizität" den Abstand zwischen der radialen
Mittelachse des Radiallagers und der Rotorachse an der Lagerstelle normiert auf das
Radialspiel zwischen Rotor und Gleitlagerfläche des Radiallagers. Die Zusammenhänge
sind aus der Figur 4 erkennbar und im Folgenden im Einzelnen erläutert.
wobei:
- RAJ =
- Radius des Rotors an dem Lager (gemittelt über die Axialerstreckung)
- RAB =
- Radius des Lagers bezogen auf die Gleitflächen(gemittelt über die Axialerstreckung)
- Cb =
- Radiales Spiel zwischen Rotor und Lager = RAB-RAJ
- h =
- Radiales Spiel als Funktion der Umfangsposition an der das Spiel gemessen wird
- hmin = MOFT =
- Minimales Öl-Film-Spiel
- e =
- Exzentrizität - der radiale Abstand zwischen der radialen Mitte des Lagers und der
radialen Mitte der Rotors
- ecb = e/Cb =
- relative Exzentrizität - falls Null, ist der Rotor in dem Lager zentriert; falls ecb
den Wert 1 erreicht, berührt der Rotor das Lager, so dass der Schwerpunkt des Rotors
zu der Rotorachse exzentrisch liegt und dementsprechend eine Unwucht ausbildet.
[0015] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Turbomaschine für einen
Nennbetriebszustand mit einer Umfangsgeschwindigkeit >60m/s am äußersten Umfang des
Lagerzapfens (Abschnitt der Welle bzw. des Rotors im Bereich des Radiallagers) ausgebildet
ist. Hierbei bezeichnet der Nennbetriebszustand das Vorliegen derjenigen Betriebsparameter
der Maschine, mit denen der Betrieb die meiste Zeit stattfindet.
[0016] Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung des Radiallagers als eine isentrope Lagerung.
[0017] Mit besonderem Vorteil kommt die Erfindung zum Einsatz, wenn das überstehende erste
Wellenende eine Kupplung aufweist, wobei die Masse der Kupplung mindestens 2% der
Gesamtmasse des Rotors beträgt. Für eine derartige Anordnung ist eine Maßnahme gegen
den Morten-Effekt äußerst zweckmäßig.
[0018] Besonders bevorzugt ist der Einsatz der Erfindung, wenn die Gewichtskraft der Überhangmasse
mindestens 12% der Lagerlast des Radiallagers beträgt. Weiterhin ist der Einsatz der
Erfindung besonders zweckmäßig, wenn der Überhang einen Massenschwerpunkt aufweist,
der sich näher am axialen Ende des Rotors als am axialen Mittelpunkt des Radiallagers
befindet.
[0019] Desweiteren ist der Einsatz der Erfindung besonders sinnvoll, wenn der Rotor für
den Nennbetrieb derart ausgelegt ist, dass bei Nenndrehzahl eine Unwuchtfliehkraft
des Überhangs bei 1° Biegung am Radiallager mindestens 60% der statischen Lagerkraft
im Radiallager beträgt.
[0020] Erfindungsgemäß ist eine radiale Höhe der Hohlkammer kleiner als 10%, bevorzugt kleiner
als 5% des Rotordurchmessers an der Radiallagerposition.
[0021] Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf Zeichnungen näher verdeutlicht. Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische stark vereinfachte Darstellung eines Turboverdichters nach der Erfindung
- Figur 2
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hohlkammer im Längsschnitt,
- Figur 3
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Turbomaschine mit einer Biegung
von 1% im Bereich des Radiallagers des Rotors.
- Figur 4
- eine schematische Darstellung der geometrischen Zusammenhänge an der Radiallagerstelle
in einem Axialschnitt.
[0022] Figur 1 zeigt eine schematische Wiedergabe einer erfindungsgemäßen Turbomaschine,
nämlich eines Turboverdichters TCO. Stark simplifiziert ist der Längsschnitt als einfache
Strichzeichnung wiedergegeben, mit einem Rotor R und einem Gehäuse CAS, das den Rotor
R teilweise umgibt. Der Rotor R trägt in diesem Beispiel drei rotierende Impeller,
nämlich ein erstes Laufrad IMP1, ein zweites Laufrad IMP2 und ein drittes Laufrad
IMP3.
[0023] Die Begriffe "rechts" und "links" werden hier nur mit Bezug auf die Zeichnungen verwendet.
Tatsächlich kann die Anordnung auch umgekehrt sein, so dass links nur eine erste Seite
und rechts die andere zweite Seite der Anordnung bezeichnen.
[0024] Der Rotor R erstreckt sich entlang einer Rotorachse X und ist radial mittels zweier
Radiallager RB gelagert. Das links angeordnete Radiallager RB ist als Festlager ausgebildet
und weist dementsprechend ein angeschlossenes Axiallager auf, das nicht im weiteren
Detail dargestellt ist. Dieses Radiallager lagert den Rotor R zwischen einem ersten
Wellenende RN1 und dem Rest des Rotors R. Das rechts angeordnete Radiallager RB teilt
den Rotor mittels dieser Radiallagerstelle in ein zweites Wellenende RN2 und den Rest
des Rotors R. Die Radiallagerstelle RBP des linksseitigen Radiallagers RB ist rechtsseitig
von dem ersten Laufrad IMP1 angeordnet, so, dass das erste Laufrad IMP1 als Überhang
und dementsprechend als Bestandteil eines Überhangs OVH des Rotors R ausgebildet ist.
Am Ende des ersten Wellenendes RN1 befindet sich noch eine Kupplung CP zur Ankupplung
an andere Rotationsmaschinen, beispielsweise einen Antrieb. Alternativ kann eine Kupplung
CP' (hier optional ausgeführt) auch an dem zweiten Wellenende RN2 vorgesehen sein.
Der Rotor R hat die Gesamtlänge TLE und der Überhang OVH weist eine Überhanglänge
OVL auf. Der Überhang OVH weist darüber hinaus eine Überhangmasse OVM auf, die in
einem bestimmten Verhältnis der Gesamtmasse TMS des Rotors R steht. Beispielhaft an
dem linken Radiallager RB ist eine Lagerlast BLO eingezeichnet und eine statische
Lagerpressung SBP resultierend aus der Lagerlast BLU. An dem ersten Impeller IMP1
ist ebenfalls schematisch der äußerste Umfang CMX des Rotors R eingetragen, an dem
sich die maximale Umfangsgeschwindigkeit RSP in Umfangsrichtung CDR in einem Nennbetrieb
ergibt.
[0025] Figur 2 zeigt Einzelheiten zu der Ausbildung eines thermisch isolierenden Hohlraums
an der Radiallagerstelle RBP des linken Radiallagers RB in der Figur 1. Die Hohlkammer
CAV wird hier mittels einer Hülse SLV ausgebildet, die auf das erste Wellenende RN1
im Bereich der Radiallagerstelle RBP aufgeschrumpft ist. Zwischen zwei Schrumpfsitzen
der Hülse SLV befindet sich axial auf der radialen Innenseite der Hülse SLV eine radiale
Ausnehmung mit der radialen Höhe RHT. Im Bereich der Radiallagerstelle RBP hat der
Rotor R einen Rotordurchmesser RDM, wobei die radiale Höhe RHT der Hohlkammer kleiner
als 10%, bevorzugt kleiner als 5% des Rotordurchmessers RDM ist. Auf diese Weise wird
der gewünschte thermische Isoliereffekt erreicht.
[0026] Figur 3 zeigt schematisch eine Biegung des ersten Wellenendes RN1 um einen Winkel
α im Bereich der Radiallagerstelle RBP, so dass der Massenschwerpunkt MSPOV des Überhangs
OV (zu unterscheiden von dem Massenschwerpunkt MSP des gesamten Rotors R und die Exzentrizität
EXT des Massenschwerpunkt MSP zu der Rotorachse X) sich exzentrisch um eine Exzentrizität
EXT2 verlagert. In Folge der Exzentrizität des ersten Wellenendes RN1 ergibt sich
eine Zentrifugalkraft CFF aufgrund der resultierenden Unwucht.
[0027] In den Figuren 1 und 3 ragt das erste Wellenende RN1 des Rotors R von der axialen
Mitte der Radiallagerstelle RBP aus um den Überhang OVH über die Radiallagerstelle
RBP hinaus, wobei ein erster Quotient QLO aus Überhang OVH zu einer Gesamtlänge TLE
des Rotors R QLO=OVH/TLE > 0,15 beträgt.
[0028] Die axiale Erstreckung des Überhangs OVH des Rotors R weist eine Überhangmasse OVM
auf und der gesamte Rotor R weist eine Gesamtmasse TMS auf, wobei ein zweiter Quotient
QOT aus Überhangmasse OVM zu Gesamtmasse TMS QOT=OVM/TMS > 0,06 beträgt
[0029] Das Radiallager RB ist derart ausgebildet, dass eine statische Lagerpressung SBP
> 6bar beträgt.
[0030] Die Turbomaschine ist für einen Nennbetriebszustand mit einer Umfangsgeschwindigkeit
RSP RSP > 60m/s am äußersten Umfang CMX des Rotors R ausgebildet. Das Radiallager
RB ist für eine isentrope Lagerung ausgebildet. Das überstehende erste Wellenende
RN1 weist eine Kupplung CP auf, wobei die Masse der Kupplung CP mindestens 2% der
Gesamtmasse TMS des Rotors R beträgt.
[0031] Die Gewichtskraft der Überhangmasse OVM beträgt mindestens 12% der Lagerlast BLO
des Radiallagers RB.
[0032] Der Überhang weist einen Massenschwerpunkt auf, wobei der Massenschwerpunkt des Überhangs
sich näher am axialen Ende des Rotors R als am axialen Mittelpunkt des Radiallagers
RB befindet.
[0033] Der Rotor R ist für den Nennbetrieb derart ausgelegt, dass bei Nenndrehzahl NN eine
Unwucht-Fliehkraft des Überhangs bei 1° Biegung am Radiallager RB mindestens 60% der
statischen Lagerkraft im Radiallager RB beträgt.
[0034] In Figur 2 ist eine radiale Höhe RHT der Hohlkammer CAV kleiner als 10%, bevorzugt
kleiner als 5% des Rotordurchmessers RDM an der Radiallagerposition RBP.
[0035] Das Lager RB weist eine relative Exzentrizität EXT von EXT < 0,1 auf.
[0036] Figur 4 zeigt eine schematische axiale Schnittdarstellung des Rotors R bzw. der Welle
des Rotors R im Bereich des linken Axiallagers RB. Der Rotor R ist in der Figur 4
in einer Rotation ROT gegenüber dem stehenden Radiallager RB dargestellt. Der Rotor
R erstreckt sich axial in Richtung der Rotorachse X. Das Radiallager RB weist einen
radialen Mittelpunkt X' auf. Die Darstellung der Figur 4 zeigt einen spezifischen
Axialschnitt, der geometrische Parameter wiedergibt, die in Axialrichtung über die
Länge des Radiallagers RB gemittelt sind. Das Radiallager RB weist hinsichtlich der
inneren Oberfläche der Gleitflächen einen Radiallagerradius RAB auf. Der Rotor R weist
einen Radius RAJ auf. Der Radius des Rotors RAJ ist geringer ausgebildet als der Radius
des Lagers RAB. Infolge der Rotation ROT positioniert sich der Rotor R in dem Radiallager
RB in einer bestimmten Radiallage. In dieser Radiallage befinden sich die Rotationsachse
X und der radiale Mittelpunkt X' des Radiallagers RB auf einer Achse der Achsen LOC.
In Verlängerung der Achse der Achsen LOC befindet sich in diesem Betriebszustand ein
minimales Radialspiel zwischen der Oberfläche des Rotors R und der Gleitfläche des
Radiallagers RB. Das minimale Radialspiel HMIN ist hier auch als OFT bezeichnet. Im
Allgemeinen ist das Radialspiel zwischen der Oberfläche des Rotors R und der Gleitfläche
des Radiallagers RB als H bezeichnet mit einer Funktion der Umfangsposition AAG (die
hier als Winkel angegeben ist). Der Abstand zwischen der Rotorachse X und der radialen
Mitte X' des Radiallagers RB ist die Exzentrizität E. Hieraus errechnet sich in Kombination
mit dem theoretischen Radialspiel (Differenz zwischen Radius des Lagers RAB und Radius
des Rotors RAJ) die relative Exzentrizität.
1. Turbomaschine,
insbesondere Turboverdichter (TCO),
umfassend einen Rotor (R), der zumindest teilweise in einem Gehäuse (CAS) angeordnet
ist und sich entlang einer Rotationsachse (X) erstreckt, wobei die Turbomaschine mindestens
ein Radiallager (RB) aufweist, in dem der Rotor (R) an einer Radiallagerstelle (RBP)
radial gelagert ist, wobei das Radiallager (RB) als ölgeschmiertes Gleitlager ausgebildet
ist, wobei der Rotor (R) im Axialbereich der Radiallagerstelle (RBP) eine sich ringförmig
in einer Umfangsrichtung (CDR) im Bereich der äußeren 20% des Durchmessers der Radiallagerstelle
(RBP) des Rotors (R) befindliche Hohlkammer (CAV) aufweist, die zwischen einem radial
innen befindlichen Kernbereich (COR) des Rotors (R) im Bereich der Radiallagerstelle
(RBP) und dem radial außen befindlichen Bereich des Rotors (R) im Bereich der Radiallagerstelle
(RBP) thermisch isoliert,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erstes Wellenende (RN1) des Rotors (R) von der axialen Mitte der Radiallagerstelle
(RBP) aus um einen Überhang (OVH) über die Radiallagerstelle (RBP) hinaus ragt, wobei
ein erster Quotient (QLO) aus Überhang (OVH) zu einer Gesamtlänge (TLE) des Rotors
(R) QLO=OVH/TLE > 0,15 beträgt,
wobei eine radiale Höhe (RHT) der Hohlkammer (CAV) kleiner als 10% des Rotordurchmessers
(RDM) an der Radiallagerposition (RBP) ist.
2. Turbomaschine nach Anspruch 1,
wobei die axiale Erstreckung des Überhangs (OVH) des Rotors (R) eine Überhangmasse
(OVM) aufweist und der gesamte Rotor (R) eine Gesamtmasse (TMS) aufweist, wobei ein
zweiter Quotient (QOT) aus Überhangmasse (OVM) zu Gesamtmasse (TMS) QOT=OVM/TMS >
0,06 beträgt.
3. Turbomaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2,
wobei das Radiallager (RB) derart ausgebildet ist, dass eine statische Lagerpressung
(SBP) SBP > 6bar beträgt.
4. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
wobei der Rotor (R) eine Exzentrizität (EXT) von EXT < 0,1 aufweist.
5. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Turbomaschine für einen Nennbetriebszustand mit einer Umfangsgeschwindigkeit
(RSP) RSP > 60m/s am äußersten Umfang (CMX) des Rotors (R) ausgebildet ist.
6. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
wobei das Radiallager (RB) für eine isentrope Lagerung ausgebildet ist.
7. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6,
wobei das überstehende erste Wellenende (RN1) eine Kupplung (CP) aufweist, wobei die
Masse der Kupplung (CP) mindestens 2% der Gesamtmasse (TMS) des Rotors (R) beträgt.
8. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Gewichtskraft der Überhangmasse (OVM) mindestens 12% der Lagerlast (BLO)
des Radiallagers (RB) beträgt.
9. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
wobei der Überhang einen Massenschwerpunkt aufweist, wobei der Massenschwerpunkt des
Überhangs sich näher am axialen Ende des Rotors (R) als am axialen Mittelpunkt des
Radiallagers (RB) befindet.
10. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9,
wobei der Rotor (R) für den Nennbetrieb derart ausgelegt ist, dass bei Nenndrehzahl
(NN) eine Unwucht-Fliehkraft des Überhangs bei 1° Biegung am Radiallager (RB) mindestens
60% der statischen Lagerkraft im Radiallager (RB) beträgt.
11. Turbomaschine nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10,
wobei eine radiale Höhe (RHT) der Hohlkammer (CAV) kleiner als 5% des Rotordurchmessers
(RDM) an der Radiallagerposition (RBP) ist.
1. Turbomachine,
in particular a turbocompressor (TCO),
comprising a rotor (R) which is at least partly arranged in a casing (CAS) and extends
along a rotational axis (X), wherein the turbomachine has at least one radial bearing
(RB) in which the rotor (R) is radially mounted at a radial bearing point (RBP), wherein
the radial bearing (RB) is designed as an oil-lubricated slide bearing, wherein in
the axial region of the radial bearing point (RBP), the rotor (R) has a cavity (CAV)
which is annularly located in a circumferential direction (CDR) in the region of the
outer 20% of the diameter of the radial bearing point (RBP) of the rotor (R) and which
provides thermal insulation between a radially inner core region (COR) of the rotor
(R) in the region of the radial bearing point (RBP) and the radially outer region
of the rotor (R) in the region of the radial bearing point (RBP),
characterized in that
a first shaft end (RN1) of the rotor (R) protrudes from the axial center of the radial
bearing point (RBP) by an overhang (OVH) over the radial bearing point (RBP), wherein
a first quotient (QLO) of the overhang (OVH) to a total length (TLE) of the rotor
(R) is QLO=OVH/TLE > 0.15,
wherein a radial height (RHT) of the cavity (CAV) is less than 10% of the rotor diameter
(RDM) at the radial bearing position (RBP).
2. Turbomachine according to Claim 1,
wherein the axial extent of the overhang (OVH) of the rotor (R) has an overhang mass
(OVM), and the complete rotor (R) has a total mass (TMS), wherein a second quotient
(QOT) of the overhang mass (OVM) to the total mass (TMS) is QOT=OVM/TMS > 0.06.
3. Turbomachine according to at least one of Claims 1 or 2,
wherein the radial bearing (RB) is configured such that a static bearing pressure
(SBP) is SBP > 6 bar.
4. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 3,
wherein the rotor (R) has an eccentricity (EXT) of EXT < 0.1.
5. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 4,
wherein the turbomachine is configured for a nominal operating state with a circumferential
speed (RSP) of RSP > 60m/s at the outermost circumference (CMX) of the rotor (R).
6. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 5,
wherein the radial bearing (RB) is configured for an isentropic mounting.
7. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 6,
wherein the protruding first shaft end (RN1) has a coupling (CP), wherein the mass
of the coupling (CP) is at least 2% of the total mass (TMS) of the rotor (R).
8. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 7,
wherein the weight force of the overhang mass (OVM) is at least 12% of the bearing
load (BLO) of the radial bearing (RB).
9. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 8,
wherein the overhang has a center of gravity, wherein the center of gravity of the
overhang is situated closer to the axial end of the rotor (R) than to the axial center
point of the radial bearing (RB).
10. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 9,
wherein the rotor (R) is configured for nominal operation such that, at nominal rotation
speed (NN), an imbalance centrifugal force of the overhang at 1° bend on the radial
bearing (RB) amounts to at least 60% of the static bearing force in the radial bearing
(RB).
11. Turbomachine according to at least one of the preceding Claims 1 to 10,
wherein a radial height (RHT) of the cavity (CAV) is less than 5% of the rotor diameter
(RDM) at the radial bearing position (RBP).
1. Turbomachine,
notamment turbocompresseur (TCO),
comprenant un rotor (R), qui est disposé, au moins en partie, dans un carter (CAS)
et qui s'étend suivant un axe (X) de rotation, la turbomachine ayant au moins un palier
(RB) radial, dans lequel le rotor (R) est monté radialement sur un point (RBP) de
palier radial, le palier (RB) radial étant constitué sous la forme d'un palier lisse,
lubrifié à l'huile, le rotor (R) ayant, dans la partie axiale du point (RBP) de palier
radial, une cavité (CAV) se trouvant annulairement dans une direction (CDR) de pourtour
dans la partie des 20% extérieurs du diamètre du point (RBP) de palier radial du rotor
(R), cavité qui est isolée thermiquement entre une partie (COR) de noyau se trouvant
à l'intérieur radialement du rotor (R) dans la partie du point (RBP) de palier radial
et la partie se trouvant à l'extérieur radialement du rotor (R) dans la partie du
point (RBP) de palier radial,
caractérisé en ce que
un premier bout (RN1) d'arbre du rotor (R), à partir du milieu axial du point (RBP)
de palier radial, dépasse du point (RPB) de palier radial d'un porte-à-faux (OVH),
un premier quotient (QLO) du porte-à-faux (OVH) à une longueur (TLE) totale du rotor
(R) QLO=OVH/FLE étant > 0,15,
dans laquelle une hauteur (RHT) radiale de la cavité (CAV) est plus petite que 10%
du diamètre (RDM) du rotor, en la position (RBP) de palier radial.
2. Turbomachine suivant la revendication 1,
dans laquelle l'étendue axiale du porte-à-faux (OVH) du rotor (R) a une masse (OVM)
de porte-à-faux et le rotor (R) total a une masse (TMS) totale, un deuxième quotient
(QUOT) de la masse (OVM) du porte-à-faux à la masse (TMS) totale QOT=OVM/TMS > 0,06.
3. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1, 2,
dans laquelle le palier (RB) radial est constitué de manière à ce qu'une pression
(SBP) statique de palier soit SBP > 6bar.
4. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 3 précédentes,
dans laquelle le rotor (R) a une excentricité (EXT) de EXT < 0,1.
5. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 4 précédentes,
dans laquelle la turbomachine est constitué pour un état de fonctionnement nominal
à une vitesse (RSP) périphérique RSP > 60m/s au pourtour (CMX) le plus extérieur du
rotor (R).
6. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 5 précédentes,
dans laquelle le palier (RB) radial est constitué pour un montage isentrope.
7. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 6 précédentes,
dans laquelle le premier bout (RN1) d'arbre, qui dépasse, a un accouplement (CP),
la masse de l'accouplement (CP) représentant au moins 2% de la masse (TMS) totale
du rotor (R).
8. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 7 précédentes,
dans laquelle la force pondérale de la masse (OVM) du porte-à-faux représente au moins
12% de la charge (BLO) du palier (RB) radial.
9. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 8 précédentes,
dans laquelle le porte-à-faux a un centre de gravité, le centre de gravité du porte-à-faux
étant plus près de l'extrémité axiale du rotor (R) que du centre axial du palier (RB)
radial.
10. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 9 précédentes,
dans laquelle le rotor (R) est conçu pour un fonctionnement nominal, en ce qu'à une
vitesse (NN) de rotation nominale, une force centrifuge de balourd du porte-à-faux,
pour une flexion de 1° du palier (RB) radial, représente au moins 60% de la force
statique au palier (RB) radial.
11. Turbomachine suivant au moins l'une des revendications 1 à 10 précédentes,
dans laquelle une hauteur (RHT) radiale de la cavité (CAV) est plus petite que 5%
du diamètre (RDM) du rotor en la position (RBP) du palier radial.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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