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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine, die einen Rotor aufweist,
der in Lagern gelagert ist.
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Die
Lager derartiger Maschinen müssen
geschmiert werden. Besonders kritisch ist die Schmierung bei Gleitlagern.
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Insbesondere
bei elektrischen Großmaschinen
erfolgt die Schmierung im Stand der Technik in der Regel mittels
einer Ölpumpe,
die von einem eigenen Antrieb angetrieben wird. Mittels dieser Ölpumpe kann
insbesondere gewährleistet
werden, dass bereits beim Hochlaufen der Maschine aus dem Stillstand
eine hinreichende Versorgung der Lager mit Schmieröl gegeben
ist.
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Im
Normalbetrieb arbeitet die elektrische Maschine des Standes der
Technik sehr gut. Problematisch ist jedoch der Fall, dass die Ölpumpe ausfällt, beispielsweise
wegen eines Störfalls
der Ölpumpe als
solcher bzw. des Antriebs der Ölpumpe
als solchem oder wegen eines Ausfalls der – elektrischen oder anderweitigen – Energieversorgung
des Antriebs. Die Problematik stellt sich sogar dann, wenn der Antrieb
für die Ölpumpe und
die Maschine aus dem gleichen Stromnetz gespeist werden. Denn auch
in diesem Fall muss die Versorgung der Lager mit Schmieröl bis zum
Auslaufen des Rotors, also bis die Maschine zum Stillstand gekommen
ist, gewährleistet
sein.
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Im
Stand der Technik ist zur Lösung
dieses Problems vorgesehen, eine weitere Ölpumpe zu verwenden, die unabhängig von
der erstgenannten Ölpumpe
angetrieben wird. Es wird also ein kompletter redundanter Ölkreislauf
gebildet, wobei der Antrieb der weiteren Ölpumpe unabhängig vom
Antrieb der erstgenannten Ölpumpe
mit Energie versorgt wird. Beispielsweise kann der Antrieb der erstgenannten Ölpumpe aus
dem allgemei nen Stromnetz gespeist werden, der Antrieb der weiteren Ölpumpe aus
einem Akkumulator oder einem Notstromaggregat.
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Die
Lösung
des Standes der Technik ist kostenintensiv. Dies gilt insbesondere
deshalb, weil nicht nur die oben genannten Komponenten vorhanden sein
müssen,
sondern auch eine korrekte Ansteuerung der weiteren Ölpumpe (bzw.
von deren Antrieb) gewährleistet
sein muss.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Maschine,
die einen in Lagern gelagerten Rotor aufweist, derart weiter zu
entwickeln, dass auf einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise
auch bei einem Ausfall einer externen Energieversorgung eine Versorgung
der Lager mit Schmieröl
gewährleistet
ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende
Merkmale gelöst:
- – Mit
dem Rotor ist eine Ölpumpe
mechanisch verbunden, so dass der Rotor, wenn er rotiert, die Ölpumpe zwangsweise
und kontinuierlich antreibt;
- – die Ölpumpe ist
mit einem Schmierölreservoir und
einem Vorratsbehälter
fließtechnisch
verbunden, so dass von der Ölpumpe
bei rotierendem Rotor Schmieröl
aus dem Schmierölreservoir
in den Vorratsbehälter
gefördert
wird; und
- – der
Vorratsbehälter
ist oberhalb der Lager angeordnet und mit den Lagern fließtechnisch
verbunden, so dass das im Vorratsbehälter befindliche Schmieröl schwerkraftbedingt
den Lagern zufließt.
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Die Ölpumpe ist
derart dimensioniert, dass sie soviel Schmieröl fördert, dass der Vorratsbehälter ständig gefüllt ist,
wenn und solange der Rotor mit einer Drehzahl rotiert, die oberhalb
einer Minimaldrehzahl ist.
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Rein
theoretisch könnte
es geschehen, dass die Versorgung der Lager mit Schmieröl nicht
gewährleistet
ist, nämlich
dann, wenn der Rotor über längere Zeit
mit einer Drehzahl rotiert, die unterhalb der Minimaldrehzahl liegt.
In der Praxis tritt dieser Fall jedoch nicht auf. Insbesondere wird
im Falle der Ausgestaltung der Lager als Gleitlager die Maschine stets
nur mit Drehzahlen betrieben, die oberhalb einer konstruktiv bedingten
Mindestdrehzahl liegen. Es ist daher ohne weiteres möglich, die Ölpumpe derart zu
dimensionieren, dass die Minimaldrehzahl (ab der eine hinreichende
Versorgung der Lager mit Schmieröl
gewährleistet
ist) kleiner als die Mindestdrehzahl ist (mit der der Rotor der
elektrischen Maschine – mit
Ausnahme des Hochlauf- und des Stillsetzvorgangs – mindestens
rotiert).
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Der
Vorratsbehälter
kann relativ klein dimensioniert sein, da das Schmieröl durch
die Ölpumpe kontinuierlich
nachgefördert
wird. Es reicht daher aus, wenn der Vorratsbehälter derart dimensioniert ist,
dass die von ihm aufnehmbare Menge an Schmieröl ausreicht, um die Lager der
elektrischen Maschine für
einen Zeitraum mit Schmieröl
zu versorgen, in welcher der Rotor von der Minimaldrehzahl bis zum
Stillstand ausläuft.
Das Auslaufen kann hierbei – je
nach Lage des Einzelfalls – ein
Auslaufen mit oder ohne elektrisches oder mechanisches Bremsen des
Rotors sein. Vorzugsweise ist der Vorratsbehälter jedoch derart dimensioniert,
dass die von ihm aufnehmbare Menge an Schmieröl ausreicht, um die Lager der
elektrischen Maschine für
einen Zeitraum mit Schmieröl
zu versorgen, in welcher der Rotor von seiner Mindestdrehzahl – vorzugsweise
sogar von seiner maximalen Betriebsdrehzahl – bis zum Stillstand ausläuft.
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Das
Schmierölreservoir
ist in der Regel unterhalb der Lager angeordnet. Es kann sich bei
dem Schmierölreservoir
alternativ um einen Ölsumpf
in der Nähe
der Lager oder um einen Öltank
handeln.
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Es
ist möglich,
dass der Rotor in beide Drehrichtungen rotierbar ist. In diesem
Fall ist die Ölpumpe
vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Schmieröl von ihr
bei rotierendem Rotor unabhängig von
der Drehrichtung des Rotors aus dem Schmierölreservoir in den Vorratsbehälter gefördert wird.
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Vorzugsweise
ist der Vorratsbehälter
mit einer Auffangvorrichtung versehen. Die Auffangvorrichtung ist
in diesem Fall mit dem Schmierölreservoir und/oder
mit einem weiteren Schmierölreservoir fließtechnisch
derart verbunden, dass in die Auffangvorrichtung überlaufendes
Schmieröl
schwerkraftbedingt dem Schmierölreservoir
und/oder dem weiteren Schmierölreservoir
zufließt.
Der Zufluss zum Schmierölreservoir
bzw. zum weiteren Schmierölreservoir
kann hierbei alternativ direkt oder indirekt (beispielsweise über die
Lager) erfolgen.
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In
der Regel weist die Maschine eine weitere Ölpumpe auf, die mechanisch
unabhängig
vom Rotor betreibbar ist. Die weitere Ölpumpe ist mit dem Schmierölreservoir
oder mit einem weiteren Schmierölreservoir
fließtechnisch
verbunden. Vorzugsweise ist die weitere Ölpumpe auch mit dem Vorratsbehälter fließtechnisch
verbunden und derart ansteuerbar, dass von ihr vor dem Rotieren
des Rotors Schmieröl
aus dem Schmierölreservoir
bzw. dem weiteren Schmierölreservoir
in den Vorratsbehälter gefördert wird.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik kann die weitere Ölpumpe klein
dimensioniert werden. Denn sie muss nur einmal vorab den Vorratsbehälter füllen und
im Übrigen
die Versorgung der Lager mit Schmieröl beim Hochlaufen der Maschine
gewährleisten.
Im laufenden Betrieb der Maschine ist die Versorgung der Lager mit
Schmieröl
hingegen durch die erstgenannte Ölpumpe,
die mit dem Rotor mechanisch verbunden ist, gewährleistet.
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Die
Maschine kann prinzipiell beliebiger Natur sein. Beispielsweise
kann sie als elektrische Maschine ausgebildet sein.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt in Prinzipdarstellung:
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1 eine
Maschine.
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Gemäß 1 weist
eine Maschine 1 einen Rotor 2 auf. Der Rotor 2 ist über eine
Rotorwelle 2' in Lagern 3 drehbar
gelagert. Die Lager 3 sind in der Regel als Gleitlager
ausgebildet. Auf Grund der Lagerung der Rotorwelle 2' in den Lagern 3 ist
der Rotor 2 um eine Achse 4 rotierbar.
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Es
ist möglich,
dass der Rotor 2, wenn er rotiert, stets in einer ersten
Drehrichtung 5 rotiert. Alternativ ist es möglich, dass
der Rotor 2, wenn er rotiert, alternativ in einer von zwei
Drehrichtungen 5, 5' rotiert.
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Die
Lager 3 müssen
während
des Rotierens des Rotors 2 mit Schmieröl 6 versorgt werden.
Die Versorgung der Lager 3 mit Schmieröl 6 wird nachfolgend
anhand eines der Lager 3 erläutert. Die nachfolgenden Ausführungen
gelten jedoch für
alle Lager 3.
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Um
die Lager 3 mit Schmieröl 6 zu
versorgen, ist eine Ölpumpe 7 vorhanden.
Die Ölpumpe 7 ist
mit dem Rotor 2 mechanisch verbunden. Beispielsweise kann
sie direkt an den Rotor 2 (bzw. die Rotorwelle 2') angeflanscht
sein. Unabhängig
von der Art der mechanischen Verbindung der Ölpumpe 7 mit dem Rotor 2 treibt
der Rotor 2, wenn er rotiert, die Ölpumpe 7 zwangsweise
und kontinuierlich an. Die Ölpumpe 7 ist
mit einem Schmierölreservoir 8, 9 und
einem Vorratsbehälter 10 fließtechnisch
verbunden. Dadurch wird von der Ölpumpe 7 bei
rotierendem Rotor 2 Schmieröl 6 aus dem Schmierölreservoir 8, 9 in
den Vorratsbehälter 10 gefördert.
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Bei
dem Schmierölreservoir 8, 9 kann
es sich beispielsweise um einen Lagersumpf 8 des jeweiligen
Lagers 3 handeln. Alternativ kann es sich bei dem Schmierölreservoir 8, 9 um
einen Schmieröltank 9 handeln.
Wenn als Schmierölreservoir 8, 9 der Schmieröltank 9 herangezogen
wird, ist der Schmieröltank 9 in
der Regel unterhalb der Lager 3 angeordnet, so dass das Schmieröl 6,
wenn es sich im Lagersumpf 8 befindet, schwerkraftbedingt
zum Schmieröltank 9 fließt.
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Wenn
der Rotor 2 in beide Drehrichtungen 5, 5' rotierbar ist,
ist die Ölpumpe 7 vorzugsweise
derart ausgebildet, dass das Schmieröl 6 von ihr bei rotierendem
Rotor 2 unabhängig
von der Drehrichtung 5, 5' des Rotors 2 aus dem
Schmierölreservoir 8, 9 in den
Vorratsbehälter 10 gefördert wird.
Dieser Sachverhalt ist in 1 dadurch
angedeutet, dass zwar beide Drehrichtungen 5, 5' eingezeichnet
sind, die Richtung 11 des Schmierölflusses von der Ölpumpe 7 jedoch
unabhängig
von der Drehrichtung 5, 5' stets auf den Vorratsbehälter 10 zu
gerichtet ist.
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Der
Vorratsbehälter 10 ist
oberhalb der Lager 3 angeordnet und mit den Lagern 3 fließtechnisch verbunden.
Das im Vorratsbehälter 10 befindliche Schmieröl 6 fließt daher
schwerkraftbedingt den Lagern 3 zu. In einer bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Vorratsbehälter 10 mit einer
Auffangvorrichtung 12 versehen. Die Auffangvorrichtung 12 ist
mit mindestens einem der Schmierölreservoire 8, 9 fließtechnisch
verbunden. Das in die Auffangvorrichtung 12 überlaufende Schmieröl 6 fließt daher
schwerkraftbedingt einem der Schmierölreservoire 8, 9 zu.
Gegebenenfalls kann hierbei der Zufluss zum Schmierölreservoir 8, 9 über die
Lager 3 erfolgen. Es kann alternativ oder zusätzlich jedoch
auch ein direkter Rückfluss
gegeben sein.
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Die
Auffangvorrichtung 12 kann beispielsweise – siehe 1 – als Auffangbehälter ausgebildet
sein, der den Vorratsbehälter 10 umgibt.
Alternativ kann die Auffangvorrichtung 12 als im Inneren
des Vorratsbehälters 10 angeordnetes
Ablaufrohr ausgebildet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Maschine eine
weitere Ölpumpe 7' auf. Die weitere Ölpumpe 7' ist mechanisch
unabhängig
vom Rotor 2 betreibbar. Beispielsweise kann sie einen eigenen
(elektrischen oder anderen) Antrieb 13 aufweisen. Die weitere Ölpumpe 7' ist ebenfalls
mit mindestens einem der Schmierölreservoire 8, 9 (gemäß 1 dem
Schmieröltank 9)
fließtechnisch
verbunden.
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Die
weitere Ölpumpe 7' (bzw. deren
Antrieb 13) wird von einer Steuereinrichtung 14 angesteuert. Die
Ansteuerung erfolgt insbesondere derart, dass die weitere Ölpumpe 7' bereits vor
dem Rotieren des Rotors 2 Schmieröl 6 zu den Lagern 3 fördert. Dadurch
ist gewährleistet,
dass bereits beim Hochlaufen der Maschine 1 (also beim
Start aus der Drehzahl Null heraus) eine Schmierung der Lager 3 gegeben ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die
weitere Ölpumpe 7' auch mit dem
Vorratsbehälter 10 fließtechnisch
verbunden. In diesem Fall ist es insbesondere möglich, dass die weitere Ölpumpe 7' bereits vor
dem Rotieren des Rotors 2 Schmieröl 6 aus dem Lagersumpf 8 bzw. dem
Schmieröltank 9 in
den Vorratsbehälter 10 fördert. Durch
diese Maßnahme
ist gewährleistet,
dass die Lager 3 auch in dem äußerst unwahrscheinlichen Fall,
dass während
des Hochlaufens des Rotors 2 die weitere Ölpumpe 7' ausfällt, die
Versorgung der Lager 3 mit Schmieröl 6 gewährleistet
ist. Ein Hochlaufvorgang kann in diesem Fall aufrecht erhalten bleiben,
wenn der Vorratsbehälter 10 derart
dimensioniert ist, dass das von ihm aufgenommene Schmieröl 6 ausreicht,
um die Versorgung der Lager 3 mit Schmieröl 6 für einen
Zeitraum zu gewährleisten,
der erforderlich ist, um den Rotor 2 aus dem Stillstand
auf eine minimale Betriebsdrehzahl zu bringen.
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Die
Maschine 1 kann als beliebige Maschine ausgebildet sein,
beispielsweise als Wasser-, Dampf- oder Gasturbine. Bevorzugt ist
sie als elektrische Maschine ausgebildet.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Maschine 1 weist eine Anzahl von Vorteilen auf. Insbesondere
ist konstruktionsbedingt die Versorgung der Lager 3 mit
Schmieröl 6 unabhängig von
aktiv ergriffenen Überwachungsmaßnahmen
gewährleistet. Als
positiver Nebeneffekt ergibt sich, dass der Vorratsbehäl ter 10 kontinuierlich
von dem Schmieröl 6 durchflossen
wird und daher das momentan im Vorratsbehälter 10 befindliche
Schmieröl 6 stets
die erforderliche Betriebstemperatur und die damit verbundenen Fließ- und Schmiereigenschaften
aufweist.
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Die
obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
soll hingegen ausschließlich
durch die beigefügten
Ansprüche bestimmt
sein.