CH344128A - Aus Turbine und von ihr angetriebenem, elektrischem Generator bestehende Maschinengruppe - Google Patents

Description

  Aus Turbine und von ihr angetriebenem, elektrischem Generator bestehende Maschinengruppe    Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Turbine  und von ihr angetriebenem, elektrischem Generator  bestehende Maschinengruppe, mit festem Lager für  die Rotoren beider Maschinen.  



  Bei bekannten Maschinengruppen dieser Art sind  der Turbinenrotor und der     Generatorrotor    auf ge  trennten Wellen angebracht und beide Rotoren sind  miteinander gekuppelt. Es ist auch bereits bekannt,  beide Rotoren auf einer gemeinsamen Welle anzu  bringen, die zwischen Turbine und Generator das  eine Lager besitzt. Schliesslich ist eine Bauart be  kannt, bei der die beiden Rotoren während des Be  triebes vollkommen frei, also ohne Lagerung, in einem  Gasstrom schweben und bei der notwendigerweise  die Rotoren mittels nahe dem Umfang gelegener, ein  zelner Zwischenstreben unter     Freilassung    eines Zwi  schenraumes miteinander verbunden sind.  



  Demgegenüber liegt die Erfindung darin, dass die  Rotoren der beiden     Maschinen    derart zu     einer    bau  lichen Einheit von geschlossener Form vereinigt sind,  dass sie unmittelbar aneinander anschliessen. Die Ro  toren können hierbei aus einem Stück bestehen. Die  neue Maschinengruppe eignet sich besonders für  hohe Drehzahlen der Rotoren, weil die bauliche Ein  heit der beiden Rotoren nicht auf einer langen Welle  angeordnet sein muss, so dass sich ohne weiteres er  reichen lässt, dass die     Betriebsdrehzahl    ausreichend  weit unterhalb der kritischen Drehzahl bleibt, weil  diese entsprechend     hoch    liegt.  



  Bei einer Ausführungsform der Erfindung be  stehen die beiden Rotoren aus einem Stück. Vorteil  haft sind die vereinigten Rotoren auf einer einseitig  gehaltenen Welle gelagert. Bei einer Bauart hat die  Welle in ihrem von den Rotoren freigelassenen Be  reich einen dünnen, als elastisches Zwischenglied  wirksamen Abschnitt. Durch diesen Abschnitt wird  es möglich, dass sich die feststehende Welle während    des Betriebes auf die durch den Schwerpunkt der       Rotoreneinheit    gehende, tatsächliche Drehachse ein  stellt.

      Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit  auf Druckgas gelagerten Rotoren ist die Welle hohl  und hat     Zuführungskanäle    für das     Lagerdruckgas,     die so angeordnet sind, dass die Rotoren in radialer  und axialer Richtung durch das Druckgas gehalten  sind. Diese Bauart eignet sich     besonders    für Kom  pressionskühlanlagen, bei denen das     komprimierte     gasförmige Kältemittel über die Turbine der Maschi  nengruppe entspannt wird.

   Die dabei freiwerdende  Energie wird dabei über den elektrischen Generator  in elektrische Leistung umgewandelt, die sich     in    von  der Maschinengruppe räumlich getrennten Apparaten  verbrauchen lässt, so dass praktisch     keine    aus der frei  werdenden Energie entstehende     Wärme    in den     Kälte-          mittelkreislauf    der     Kühilanlage    gelangen kann.  



  Bei einer     Ausführungsform    ist das das Lager  verlassende Kältemittel über einen ein Drosselorgan  enthaltenden Kanal nach aussen geführt, und die  Öffnung des Drosselorgans ist so bemessen, dass der  Druck des     Lagerkältemittels    gleich dem Druck des  in die Turbine eintretenden Kältemittels ist. Es kann  dann beliebiges Lagergas verwendet werden, auch  solches, das mit dem     Kältemittelkreislauf    nicht oder  nicht an dieser Stelle in     Berührung    kommen darf.  Wegen der Druckregelung kann kein Lagergas in das  Turbinengas oder umgekehrt strömen.

      Bei einer erfindungsgemäss ausgebildeten Maschi  nengruppe für eine Kompressionskühlanlage ist vor  teilhaft als     Lagerdruckgas    dem Kreislauf der Kühl  anlage entnommenes, gasförmiges Kältemittel verwen  det. Das als     Lagerdruckgas    benutzte Kältemittel wirkt  gleichzeitig wärmeisolierend gegen den Kältemittel  kreislauf. Im Generator selbst entsteht nur Wärme      durch die Verluste, und diese Wärme wird durch das  L     agerdruckgas    abgeführt.  



  Bei einer andern Bauart ist das das Lager verlas  sende Kältemittel über einen die Turbine umgehen  den Kanal hinter der Turbine, also auf der Austritts  seite der Turbine, wieder dem Kreislauf zugeführt.  Das das Lager des     Generatorrotors    verlassende Kälte  mittel, das wegen der Lagerreibung und den Genera  torverlusten etwas wärmer ist als vor Zuführung in  das Lager, wird dann nicht in die Turbine geleitet, so  dass der zwischen dem Lager und der Austrittsseite  der Turbine vorhandene Druckunterschied dahin aus  gewertet wird, dass das Lagergas ohne weiteres in den       Kältemittelkreislauf    zurückgeführt wird.

   Der Tur  binenrotor ist zweckmässig auf der der Schaufelseite  abgekehrten Rückseite ebenfalls dem auf der Schau  felseite herrschenden Druck ausgesetzt, so     dass    die  Rückseite eine Gegenfläche bildet,     Vorder-    und  Rückfläche also nach Art eines     Ausgleichs-Druck-          kolbens    wirken. Bei einer Ausführungsform ist der  den Rotor umgebende Kältemittel führende Raum  gegen den den Rotor des Generators umgebenden       Lagerdruckgas    führenden Raum durch eine     Laby-          rinthdichtung    abgedichtet.

   Durch sie wird vermieden,  dass Kältemittel aus der Turbine in das Lager des       Generatorrotors    oder     Lagerkältemittel    auf umgekehr  tem Weg in die Turbine gelangt.  



  Bei einer abgewandelten Ausführungsform der  Erfindung sind die beiden Rotoren im     Stator    des  Generators gelagert. Statt in ihrem Innern sind die  Rotoren also nunmehr aussen gelagert. Als Genera  torrotor lässt sich zum Beispiel ein     Klotzrotor    oder  ein gewöhnlicher, lamellierter Rotor mit Kupfer  stäben verwenden.  



  In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise  veranschaulicht.  



       Fig.    1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäss  ausgebildete     Maschinengruppe,          Fig.2    ein Schnitt durch eine abgewandelte Bau  art der beiden Rotoren,       Fig.3    ein Schnitt durch einen Teil eines dritten  Ausführungsbeispiels in grösserem Massstab und       Fig.4    ein Schnitt durch eine vierte Bauart.  



  In einem Maschinengehäuse 1, das einen Tur  bine und Generator aufweisenden     topfförmigen    Un  terteil besitzt und das in dem in     Fig.    1 obern Teil  bei 47 erweitert ist und dort die eine     Hälfte    eines       Turbinenringkanals    2 bildet, der durch einen ring  förmigen, aufgeschweissten Deckel 3 abgeschlossen  ist, sind ein Rotor 4 einer Turbine und ein Rotor 5  eines elektrischen Generators untergebracht.

   Zu der  Turbine gehört ausser den Teilen 2 bis 4 der zwischen  dem Raum 2 und dem Rotor 4 eingebaute,     Leitschau-          feln    51 aufweisende Leitapparat 6, zu dem elektri  schen Generator ausser Rotor 5 ein     Stator    7 mit       Wicklungsköpfen    B. Die Turbine 2, 3, 4, 6 liegt im  Kreislauf einer Kompressionskühlanlage; das in  Raum 2 eingeführte, über Kanal 9 in den     Leitappa-          rat    6 und durch den Rotor 4 geführte, gasförmige  Kältemittel wird nach Entspannung über einen in    einem auf das Gehäuse 1 mittels Schrauben 10 auf  geschraubten Deckel 46 angebrachten Auslaufstut  zen 11 in eine zu dem Kühlgut führende Leitung ge  leitet.

   Bei der Entspannung freiwerdende Energie wird  von dem Generator 5, 7 in elektrische Energie um  gewandelt, welche in von der Maschinengruppe und  der Kühlanlage räumlich entfernt angeordneten,  nicht gezeichneten, elektrischen Heizwiderständen  vernichtet wird. Der topfförmige Gehäuseunterteil  hat oben den den Raum 2 enthaltenden Ringansatz.  



  Die beiden Rotoren 4, 5 bestehen bei dem Aus  führungsbeispiel nach     Fig.1    aus einem Stück und  sind fliegend auf einer einseitig gehaltenen Welle 12  gelagert. Sie hat eine Bohrung 13, in die über eine  Zuführungsleitung 14 und einen in Gehäuse 1 an  gebrachten Kanal 15 gasförmiges Kältemittel, das  gegebenenfalls ausser der normalen Kompression einer  zusätzlichen Kompression unterworfen ist, eingeleitet  wird. Das Kältemittel wird über Zuführungskanäle 16  in in der Welle 12 angebrachte Kammern 17 weiter  geführt, von hier zwischen Welle 12 und Rotor 5  hindurch in Auslaufkanal 18, einem Ringraum 19  und einem gestrichelt eingezeichneten Umgehungs  kanal 20 zugeführt, durch den die Turbine 2 bis 6  umgangen wird. Hinter Kanal 20 gelangt das Lager  kältemittel durch Raum 21 in den Austrittsstutzen 11.

    Das in dieser Weise geleitete Kältemittel dient zur  radialen Lagerung der beiden Rotoren 4, 5. Sie sind  jedoch auch in     axialer    Richtung auf Kältemittel ge  lagert; Welle 12 enthält nämlich ausser den Kanälen  16 auch einen Kanal 22, der in auf der untern Stirn  seite der     Rotoreneinheit    4, 5 liegende Räume 23 mün  det. Von hier aus gelangt das     Axialdruck    ausübende  Kältemittel über einen Kanal 24 in den zwischen  Rotor 5 und     Stator    7 gebildeten Ringraum 19 und  weiter, wie oben beschrieben, in den Auslaufstut  zen 11.  



  Auf der den Turbinenschaufeln 25 des Rotors 4  abgekehrten Seite hat der Rotor 4 eine konische Flä  che 26, die unter gleichem Druck wie die Schaufel  fläche steht, so dass beide Flächen zusammen nach  Art eines     Differentiald'ruckkolbens    wirken, der axiale  Lagerdruck also gering ist. In Leitapparat 6 sind  gegenüber der     Fläche    26 Labyrinthe 27 angebracht,  durch die verhindert wird, dass     Lagerkältemittel    aus  dem den Rotor des Generators umgebenden Raum 19  in die     Einlaufseite    der Turbine, d. h. in den den Ro  tor der Turbine umgebenden Raum 50 oder um  gekehrt     Kältemittel    von dort in das Lager der     Roto-          reneinheit    4, 5 gelangt.

   Der zwischen dem Lagerkälte  mittel und der Austrittsseite der Turbine herrschende  Druckunterschied verursacht ein natürliches Abströ  men des in Raum 19 ankommenden     Lagerkältemittels     durch den Umgehungskanal 20.  



  Durch die Bauart des Gehäuses 1 wird das Zu  sammenbauen der Teile erleichtert. Das Gehäuse be  steht im wesentlichen aus den beiden zusammen  geschweissten Teilen 1 und 3 und dem darauf auf  geschraubten Deckel 46. Beim Einbau werden bei  abgenommenem Deckel sämtliche innern Teile ein,      fach von oben eingeschoben; begonnen wird     mit     Welle 12, es folgen     Stator    7, der untere     Teil    des     Leit-          apparates    6,     Rotoreinheit    4, 5 und oberer Teil des  Leitapparates 6. Darauf wird der Deckel aufge  schraubt. Der den Ringkanal 2 der Turbine enthal  tende obere Ansatz 47 von Gehäuse 1 ist als Flansch  ausgebildet.  



  Wie ersichtlich, sind die beiden Rotoren zu einer  baulichen Einheit von geschlossener Form vereinigt,  derart, dass sie unmittelbar aneinander anschliessen.  



  Bei der Bauart nach     Fig.    2 ist die     Rotoreinheit    4a,  5a zweiteilig. Der     Generatorrotor    5a enthält elektri  sche Verbindungselemente 8a, auf deren obere Enden  unmittelbar der Turbinenrotor 4a aufgeschoben ist,  die Rotoren 4a, 5a sind damit unter     Formschluss     kompakt aneinandergefügt. Die in Welle 12a und  Rotor 5a angebrachten     Lagermittel-Leitkanäle    sind  in     Fig.2    der Einfachheit halber weggelassen.  



  Bei dem Beispiel nach     Fig.    3 besitzt die Welle 12  in der Figur unten einen dünnen Abschnitt 31, der  als elastisches Zwischenglied wirkt. Die bei vollkom  men starrer Welle 12 möglicherweise von deren  Achse infolge von Bearbeitungsungenauigkeiten etwas  abweichende, durch den tatsächlichen Schwerpunkt  der     Rotoreneinheit    4, 5 gehende Achse wird dann mit  der Achse der Welle auf jeden Fall identisch, weil  sich die Wellenachse in die Schwerpunktachse der       Rotoreneinheit    stellen kann.  



  Im Gegensatz zu der Bauart nach     Fig.1,    wo die       Rotoreneinheit    4, 5 innen gelagert ist, ist die     Roto-          reneinheit    4b, 5b bei der Ausführungsform nach       Fig.4    aussen gelagert, und der     Stator    7b ist selbst als  Lager verwendet. Das Gehäuse     1b    enthält eine Boh  rung 15b, durch die das     Lagerkältemittel    zugeführt  wird und an die sich     Verteilkanäle    16b anschliessen.  Sie münden in Ringräume 17b, von denen das Kälte  mittel in radial stehende, in     Fig.4    gestrichelt ein  gezeichnete Kanäle 35 und in Kammern 36 gelangt.

    Von hier wird das     Lagerkältemittel    zwischen dem  Innenumfang des     Stators    76 und dem Rotor 5b hin  durch entweder unmittelbar über den Abschnitt 37  oder über Ringraum 38 und einen Schrägkanal 39  oder schliesslich über Abschnitt 40 und einen in dem       Stator    7b angebrachten Auslaufkanal 41 in einen  zwischen Turbine und     Stator    gebildeten Auslauf  raum 42 geleitet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Aus Turbine und von ihr angetriebenem, elektri schem Generator bestehende Maschinengruppe, mit festem Lager für die Rotoren beider Maschinen, da durch gekennzeichnet, dass die Rotoren der beiden Maschinen derart zu einer baulichen Einheit von ge schlossener Form vereinigt sind, dass sie unmittelbar aneinander anschliessen. UNTERANSPRÜCHE 1. Maschinengruppe nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die beiden Rotoren aus einem Stück bestehen. 2. Maschinengruppe nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die vereinigten Rotoren auf einer einseitig gehaltenen Welle gelagert sind. 3. Maschinengruppe nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass die Welle in ihrem von den Rotoren freigelassenen Bereich einen dünnen, als elastisches Zwischenglied wirksamen Abschnitt hat. 4.

   Maschinengruppe nach Unteranspruch 2, mit auf Druckgas gelagerten Rotoren, dadurch gekenn zeichnet, dass die Welle hohl ist und Zuführungs kanäle für das Lagerdruckgas hat, die so angeordnet sind, dass die Rotoren in radialer und axialer Richtung durch das Druckgas gehalten sind. 5. Maschinengruppe nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass das das Lager verlassende Kältemittel über einen ein Drosselorgan enthaltenden Kanal nach aussen geführt ist und dass die öffnung des Drosselorgans so bemessen ist, dass der Druck des Lagerkältemittels gleich dem Druck des in die Turbine eintretenden Kältemittels ist. 6.

   Maschinengruppe nach Unteranspruch 4, für eine Kompressionskühlanlage, dadurch gekennzeich net, dass als Lagerdruckgas dem Kreislauf der Kühl anlage entnommenes gasförmiges Kältemittel verwen det ist. 7. Maschinengruppe nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass das das Lager verlassende Kältemittel über einen die Turbine umgehenden Ka nal hinter der Turbine, also auf der Austrittsseite der Turbine wieder dem Kreislauf zugeführt ist. B. Maschinengruppe nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass der den Rotor der Tur bine umgebende Kältemittel führende Raum gegen den den Rotor des Generators umgebenden Lager druckgas führenden Raum durch Labyrinthe ab gedichtet ist. 9.

   Maschinengruppe nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass der Rotor des Generators Leitkanäle zum Durchleiten des über die Hohlwelle zugeführten Lagerkältemittels zu dem Umgehungs kanal besitzt. 10. Maschinengruppe nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die beiden Rotoren im Stator des Generators gelagert sind. 11. Maschinengruppe nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das die Turbine und den Generator aufnehmende Gehäuse einen topfförmigen Unterteil besitzt, in den Generator und Turbine ein gesetzt sind und der mit einem den Auslaufstutzen der Turbine enthaltenden Deckel verschlossen ist. 12.

   Maschinengruppe nach Unteranspruch 11, da durch gekennzeichnet, dass der topfförmige Unterteil an seinem - vor dem Zusammenbau - offenen Ende einen Ringansatz hat, der den ringförmigen Zu führungsraum der Turbine enthält und zugleich Flansch zum Befestigen des Gehäusedeckels ist.