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.