DE102011077803A1

DE102011077803A1 - Fluid-flow machine e.g. turbo compressor has bearing ring having axial end at which is greater than fluid pressure less than cooling air pressure is applied to prevent fluid penetration into gap between shaft and bearing ring

Info

Publication number: DE102011077803A1
Application number: DE102011077803A
Authority: DE
Inventors: Christoph Grund; Steffen Proske
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-12-20

Abstract

The fluid-flow machine (100) has a bearing ring (102) whose axial ends (103,104) are opposed along rotation axis (106) of a shaft (101). The shaft is protruded through passage opening of the bearing ring. The circumference of passage opening is greater than that of shaft to form gap (105) between the shaft and bearing ring. The cooling air (110) is supplied from the axial end (103) of bearing ring into the gap. The cooling air pressure (p1) is greater than fluid pressure (p2) applied at the axial end (104) of bearing ring to prevent the fluid penetration into the gap. An independent claim is included for method for cooling and sealing fluid-flow machine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine und ein Verfahren zum Kühlen und Abdichten einer Strömungsmaschine. The present invention relates to a turbomachine and a method for cooling and sealing a turbomachine.

In magnetgelagerten Maschinen, wie beispielsweise in einem Turboverdichter oder in einer Dampfturbine, werden auf einer drehbaren Welle Bauelemente, wie z.B. Rotorblätter, welche von einem Strömungsmedium angeströmt werden, angeordnet. Die Welle z.B. einer Strömungsmaschine wird mit Axial- und Radiallagern in einem Lagergehäuse der Strömungsmaschine drehbar gelagert. In magnetically levitated machines, such as in a turbocompressor or in a steam turbine, on a rotatable shaft, components such as e.g. Rotor blades, which are flowed by a flow medium arranged. The wave e.g. a turbomachine is rotatably mounted with axial and radial bearings in a bearing housing of the turbomachine.

Zur Lagerung der Welle in dem Lagergehäuse werden in herkömmlichen Lagern beispielsweise Gleitlager eingesetzt. Ferner werden Magnetlager eingesetzt, mit welchen eine reibungslose drehbare Lagerung der Welle möglich ist. Aufgrund von Magnetkräften wird die Welle dabei in einer vorbestimmten axialen und/oder radialen Position drehbar gelagert. Magnetlager können als passive Magnetlager ausgebildet werden. Bei passiven Magnetlagern werden beispielsweise diamagnetische Materialien verwendet. Bei aktiven Magnetlagern wird die Lagerkraft durch einstellbare Elektromagneten erzeugt. Die Elektromagneten können gesteuert werden, um eine gewünschte Magnetkraft zu erzeugen, die die Welle in einer vorbestimmten radialen und/oder axialen Position halten. To support the shaft in the bearing housing, bearings, for example, are used in conventional bearings. Furthermore, magnetic bearings are used with which a smooth rotatable mounting of the shaft is possible. Due to magnetic forces, the shaft is thereby rotatably mounted in a predetermined axial and / or radial position. Magnetic bearings can be designed as passive magnetic bearings. In passive magnetic bearings, for example, diamagnetic materials are used. With active magnetic bearings, the bearing force is generated by adjustable electromagnets. The electromagnets may be controlled to produce a desired magnetic force that holds the shaft in a predetermined radial and / or axial position.

Bei aktiven Magnetlagern werden Statorelemente mit Spulen eingesetzt, um die elektromagnetischen Kräfte zu erzeugen. Um den elektromagnetischen Fluss möglichst wenig zu stören, sollen die Statorelemente möglichst keine axialen Teilflächen aufweisen. Die Statorelemente bilden dann jeweils einen geschlossenen Statorring. Zwischen zwei solcher Statorringe befindet sich im montierten Zustand der Welle die Axiallagerscheibe. In active magnetic bearings stator elements are used with coils to generate the electromagnetic forces. In order to disturb the electromagnetic flow as little as possible, the stator should have as possible no axial faces. The stator elements then each form a closed stator ring. Between two such stator rings is in the mounted state of the shaft, the thrust washer.

In der zu lagernden Welle und damit in dem Statorelement können hohe Temperaturen auftreten. Dadurch ist es notwendig, Kühlluft zwischen dem Spalt zwischen dem Statorring und der Welle einzuspeisen, um dadurch die Elemente zu kühlen. Ferner ist es gerade bei einer magnetgelagerten Dampfturbine notwendig, Dichtungen mittels Sperrdampf auszuführen. Der Sperrdampf wird einer Wellendichtung mit einem geringen Überdruck zugeführt. Im Betrieb versorgt man das Sperrdampfsystem mit Dampf aus einem Dampfkessel mit entsprechendem Druck und einer entsprechenden Temperatur. Der Sperrdampf weist eine Sperrrichtung auf, welche entgegen dem ausströmenden Dampf ausgerichtet ist. In the shaft to be supported and thus in the stator high temperatures can occur. Thereby, it is necessary to supply cooling air between the gap between the stator ring and the shaft to thereby cool the elements. Furthermore, it is just necessary for a magnetic bearing steam turbine to perform seals by means of sealing vapor. The sealing steam is fed to a shaft seal with a slight overpressure. In operation, the vaporisation system is supplied with steam from a steam boiler at the appropriate pressure and temperature. The sealing steam has a reverse direction, which is aligned against the outflowing vapor.

In Strömungsmaschinen und insbesondere in Dampfturbinen sind komplexe Systeme notwendig, da ein Kühlluftversorgungssystem integriert werden muss und zugleich ein Sperrluftsystem integriert werden muss. Dies führt zu einer hohen Designkomplexität und somit zu hohen Kosten. Complex systems are necessary in turbomachines and especially in steam turbines, since a cooling air supply system must be integrated and at the same time a barrier air system must be integrated. This leads to a high design complexity and thus to high costs.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungsmaschine zu schaffen, welche ein einfaches Kühl- und Sperrluftsystem bereitstellt. It is an object of the present invention to provide a turbomachine that provides a simple cooling and barrier air system.

Die Aufgabe wird durch eine Strömungsmaschine und durch ein Verfahren zum Kühlen einer Strömungsmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. The object is achieved by a turbomachine and by a method for cooling a turbomachine according to the independent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Strömungsmaschine mit einem Gehäuse, einer relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagerte Welle, einem Lagerring zum Erzeugen einer magnetischen Lagerkraft und einer Einrichtung zum Zuführen einer Kühlluft beschrieben. Mit der magnetischen Lagerkraft ist die Welle relativ zu dem Lagerring lagerbar. Der Lagerring weist ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf, wobei das erste axiale Ende dem zweiten axialen Ende entlang der Drehachse der Welle gegenüberliegt. Der Lagerring weist eine Durchgangsöffnung auf, wobei die Welle durch die Durchgangsöffnung hindurch ragt und wobei die Durchgangsöffnung größer als ein Umfang der Welle ist, so dass die Welle kontaktfrei zu dem Lagerring angeordnet ist und sich ein Spalt zwischen der Welle und dem Lagerring ausbildet. Die Kühlluft ist mittels der Einrichtung derart zuführbar, dass die Kühlluft von dem ersten axialen Ende des Lagerrings durch den Spalt entlang einer ersten Richtung strömt, so dass die Kühlluft in dem Spalt den Lagerring und die Welle kühlt. Die Einrichtung führt die Kühlluft mit einem ersten Druck zu, wobei der erste Druck der Kühlluft größer ist als ein zweiter Druck eines Fluides, welches an dem zweiten axialen Ende des Lagerrings anliegt, so dass ein Eindringen des Fluids in den Spalt verhinderbar ist. According to a first aspect of the present invention, there is described a turbomachine comprising a housing, a shaft rotatably supported about a rotation axis relative to the housing, a bearing ring for generating a magnetic bearing force and a device for supplying a cooling air. With the magnetic bearing force, the shaft is storable relative to the bearing ring. The bearing ring has a first axial end and a second axial end, the first axial end facing the second axial end along the axis of rotation of the shaft. The bearing ring has a passage opening, wherein the shaft protrudes through the passage opening and wherein the passage opening is larger than a circumference of the shaft, so that the shaft is arranged without contact with the bearing ring and forms a gap between the shaft and the bearing ring. The cooling air can be supplied by means of the device such that the cooling air flows from the first axial end of the bearing ring through the gap along a first direction, so that the cooling air in the gap cools the bearing ring and the shaft. The device supplies the cooling air with a first pressure, wherein the first pressure of the cooling air is greater than a second pressure of a fluid, which rests against the second axial end of the bearing ring, so that penetration of the fluid into the gap can be prevented.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Kühlen einer Strömungsmaschine beschrieben. Die Strömungsmaschine weist ein Gehäuse, eine relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagerte Welle und einen Lagerring zum Erzeugen einer magnetischen Lagerkraft, in welcher die Welle relativ zu dem Lagerring lagerbar ist, auf. Der Lagerring weist ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf, wobei das erste axiale Ende dem zweiten axialen Ende entlang der Drehachse der Welle gegenüberliegt. Der Lagerring weist eine Durchgangsöffnung auf, wobei die Welle durch die Durchgangsöffnung hindurch ragt, und wobei die Durchgangsöffnung größer als ein Umfang der Welle ist, so dass die Welle kontaktfrei zu dem Lagerring angeordnet ist und sich ein Spalt zwischen der Welle und dem Lagerring ausbildet. According to a further aspect, a method for cooling a turbomachine is described. The turbomachine comprises a housing, a shaft rotatably mounted relative to the housing about a rotation axis, and a bearing ring for generating a magnetic bearing force in which the shaft is storable relative to the bearing ring. The bearing ring has a first axial end and a second axial end, the first axial end facing the second axial end along the axis of rotation of the shaft. The bearing ring has a through opening, wherein the shaft protrudes through the through opening, and wherein the through opening is larger than a circumference of the shaft, so that the shaft is arranged without contact with the bearing ring and forms a gap between the shaft and the bearing ring.

Gemäß dem Verfahren wird eine Kühlluft mittels einer Einrichtung der Strömungsmaschine derart zugeführt, dass die Kühlluft von dem ersten axialen Ende des Lagerrings durch den Spalt entlang einer ersten Richtung strömt, so dass die Kühlluft in dem Spalt den Lagerring und die Welle kühlt. Die Kühlluft wird mittels der Einrichtung mit einem ersten Druck zugeführt und der erste Druck der Kühlluft ist größer als ein zweiter Druck eines Fluides, welches an dem zweiten axialen Ende des Lagerrings anliegt, so dass ein Eindringen des Fluides in den Spalt verhindert wird. According to the method, a cooling air is supplied by means of the turbomachine such that the cooling air flows from the first axial end of the bearing ring through the gap along a first direction, so that the cooling air in the gap cools the bearing ring and the shaft. The cooling air is supplied by means of the device at a first pressure and the first pressure of the cooling air is greater than a second pressure of a fluid which rests against the second axial end of the bearing ring, so that penetration of the fluid into the gap is prevented.

Als Strömungsmaschine wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Maschine verstanden, welche eine drehbare Welle aufweist. Die Strömungsmaschine ist eine Fluidenergiemaschine, bei der die Energieübertragung zwischen Fluid und Maschine durch eine Strömung nach den Gesetzen der Fluiddynamik erfolgt. Die Energieübertragung erfolgt an rotierenden Rotorblättern, welche drehfest auf der drehbaren Welle angeordnet sind. Ist die Strömungsmaschine ein Verdichter, so wird die drehbare Welle angetrieben und die Rotorblätter verdichten das an den Rotorblättern durchströmende Fluid. Ist die Strömungsmaschine eine Turbine, so strömt ein energiereiches Fluid gegen die Rotorblätter und treibt diese und somit die drehbare Welle an. Eine Strömungsmaschine kann beispielsweise ein Turboverdichter, eine Gasturbine, eine Dampfturbine, ein Strahltriebwerk oder eine andere Turbine oder ein Verdichter in axialer oder radialer Bauart sein. As turbomachine is understood in the context of the present application, a machine having a rotatable shaft. The turbomachine is a fluid energy machine in which the transfer of energy between the fluid and the machine by a flow according to the laws of fluid dynamics. The energy is transmitted to rotating rotor blades, which are arranged rotationally fixed on the rotatable shaft. If the turbomachine is a compressor, the rotatable shaft is driven and the rotor blades compact the fluid flowing through the rotor blades. If the turbomachine is a turbine, then a high-energy fluid flows against the rotor blades and drives them and thus the rotatable shaft. A turbomachine may, for example, be a turbocompressor, a gas turbine, a steam turbine, a jet engine or another turbine or a compressor of axial or radial design.

Die Welle der Strömungsmaschine ist drehbar bezüglich des Gehäuses, insbesondere eines Lagergehäuses der Strömungsmaschine, gelagert. Die Welle der Strömungsmaschine weist die Drehachse auf. Eine Richtung parallel zu der Drehachse wird als Axialrichtung der Welle definiert. Eine Richtung, welche durch den Mittelpunkt der Welle verläuft und senkrecht zu der Drehachse ausgerichtet ist, wird als Radialrichtung der Welle und der Strömungsmaschine bezeichnet. The shaft of the turbomachine is rotatable with respect to the housing, in particular a bearing housing of the turbomachine, stored. The shaft of the turbomachine has the axis of rotation. A direction parallel to the axis of rotation is defined as the axial direction of the shaft. A direction which passes through the center of the shaft and is oriented perpendicular to the axis of rotation is referred to as the radial direction of the shaft and the turbomachine.

Unter dem Begriff „Lagerring“ wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Bauteil verstanden, welches ein Teil einer Wellenlagerung ist, die ortsfest am Gehäuse befestigt ist. Der Lagerring besteht beispielsweise aus einem Permanentmagneten oder aus Elementen eines Elektromagneten, so dass die magnetische Lagerkraft erzeugbar ist, mit welcher die Welle relativ zu dem Lagerring lagerbar ist. Der Lagerring umhüllt die Welle. An seinem radialen Ende, welches der Welle gegenüberliegt, bildet der Lagerring zur Welle den Spalt. Der Lagerring bildet insbesondere ein Radiallager aus, da die Lagerkraft die Größe des Spalts zwischen Welle und Lagerring konstant hält. Somit kann beispielsweise die Welle eine axiale Verschiebung relativ zu dem Lagerring aufweisen, jedoch keine radiale Verschiebung. Der Lagerring kann einteilig ausgebildet sein oder aus mehreren Teilen bestehen. Ferner kann der Lagerring einen geschlossenen Ring um die Welle bilden oder einen offenen Ring mit einem weiteren Spalt aufweisen. The term "bearing ring" is understood in the context of this application, a component which is part of a shaft bearing which is fixedly secured to the housing. The bearing ring consists for example of a permanent magnet or of elements of an electromagnet, so that the magnetic bearing force can be generated, with which the shaft is storable relative to the bearing ring. The bearing ring envelops the shaft. At its radial end, which is opposite to the shaft, the bearing ring to the shaft forms the gap. The bearing ring in particular forms a radial bearing, since the bearing force keeps the size of the gap between the shaft and bearing ring constant. Thus, for example, the shaft may have an axial displacement relative to the bearing ring, but no radial displacement. The bearing ring may be formed in one piece or consist of several parts. Furthermore, the bearing ring can form a closed ring around the shaft or have an open ring with a further gap.

In der zu lagernden Welle kann eine hohe Temperatur vorherrschen, so dass mittels der Einrichtung eine Kühlluft in den Spalt eingespeist wird. Die Einrichtung weist beispielsweise ein Gebläse und ein Rohrleitungssystem auf, sodass die Kühlluft an dem ersten axialen Ende des Lagerrings mit einem ersten Druck bereitstellbar ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Lagerring derart eingerichtet, dass an dem ersten axialen Ende die Kühlluft in den Spalt eingespeist wird und in Richtung seines axial gegenüberliegenden zweiten axialen Endes durch den Spalt strömt. An dem zweiten axialen Ende des Lagerrings liegt ein Fluid an. Der erste Druck der Kühlluft ist durch die Einrichtung größer eingestellt als ein zweiter Druck des Fluides. Aufgrund der Strömungsrichtung der Kühlluft entlang der ersten Richtung von dem ersten axialen Ende zu dem zweiten axialen Ende wird ein Eindringen des Fluides von dem zweiten axialen Ende in Richtung ersten axialen Ende in den Spalt verhindert. Somit dient die Kühlluft gleichzeitig als Sperrluft, da die Kühlluft aufgrund der Strömungsrichtung in dem Spalt entlang der ersten Richtung neben einer Kühlwirkung auch eine Sperrluftwirkung aufweist. Somit kann auf eine weitere Einrichtung zum Bereitstellen einer Sperrluft verzichtet werden. Mit anderen Worten ist keine separate Sperrluftversorgung notwendig. Somit wird ein einfaches und kostengünstiges System zur Kühlung und zur Dichtung aufgrund der Sperrluft bereitgestellt. Die Strömungsmaschine weist somit einfachere Systeme und weniger Komponenten auf, so dass die Strömungsmaschine zuverlässiger und zugleich kostengünstiger ist. In the shaft to be stored, a high temperature prevail, so that by means of the device, a cooling air is fed into the gap. The device has, for example, a blower and a pipeline system, so that the cooling air at the first axial end of the bearing ring can be provided with a first pressure. According to the present invention, the bearing ring is arranged such that at the first axial end, the cooling air is fed into the gap and flows toward its axially opposite second axial end through the gap. At the second axial end of the bearing ring is a fluid. The first pressure of the cooling air is set by the device greater than a second pressure of the fluid. Due to the flow direction of the cooling air along the first direction from the first axial end to the second axial end, penetration of the fluid from the second axial end toward the first axial end into the gap is prevented. Thus, the cooling air also serves as sealing air, since the cooling air due to the flow direction in the gap along the first direction in addition to a cooling effect also has a blocking air effect. Thus, a further device for providing a sealing air can be dispensed with. In other words, no separate sealing air supply is necessary. Thus, a simple and inexpensive system for cooling and sealing due to the sealing air is provided. The turbomachine thus has simpler systems and fewer components, so that the turbomachine is more reliable and at the same time less expensive.

Gemäß eine weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine ferner einen Arbeitsraum auf, in welchem ein Arbeitsfluid zum Betreiben der Strömungsmaschine bereitstellbar ist. Der Lagerring ist derart angeordnet, dass das erste axiale Ende in Richtung des Arbeitsraumes gerichtet ist und das zweite axiale Ende in Richtung einer den Arbeitsraum umgebenden Umgebung gerichtet ist. Das Fluid ist eine Umgebungsluft der Umgebung. According to a further exemplary embodiment, the turbomachine further has a working space in which a working fluid for operating the turbomachine can be provided. The bearing ring is arranged such that the first axial end is directed in the direction of the working space and the second axial end is directed in the direction of an environment surrounding the working space. The fluid is an ambient air of the environment.

Der Arbeitsraum bezeichnet den Strömungsraum der Strömungsmaschine, in welcher das Arbeitsfluid, wie beispielsweise Gas oder Dampf, entlang strömt. The working space designates the flow space of the turbomachine, in which the working fluid, such as gas or steam, flows along.

Die Umgebung bildet einen Raum, welche den Arbeitsraum umgibt und von diesem, beispielsweise mittels einer Gehäusewand, getrennt ist. In der Umgebung liegt beispielsweise herkömmliche Umgebungsluft vor. The environment forms a space which surrounds the working space and is separated therefrom, for example by means of a housing wall. For example, conventional ambient air is present in the environment.

Gemäß der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform strömt die Kühlluft von dem ersten axialen Ende in Richtung des zweiten axialen Endes, so dass die Kühlluft mit anderen Worten von dem Arbeitsraum in Richtung Umgebung strömt. Somit strömt die Kühlluft durch den Spalt gegen eine mögliche Eindringrichtung der Umgebungsluft aus der Umgebung in den Spalt. Da der Druck der Kühlluft höher ist als der Druck der Umgebungsluft in der Umgebung, wird ein Eindringen der Umgebungsluft in den Spalt verhindert. According to the above-described exemplary embodiment, the cooling air flows from the first axial end toward the second axial end, so that the cooling air in other words flows from the working space toward the surroundings. Thus, the cooling air flows through the gap against a possible direction of penetration of the ambient air from the environment into the gap. Since the pressure of the cooling air is higher than the pressure of the ambient air in the environment, penetration of the ambient air into the gap is prevented.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine den oben beschriebenen Arbeitsraum auf, in welchem ein Arbeitsfluid zum Betreiben der Strömungsmaschine bereitstellbar ist. Der Lagerring oder alternativ hierzu ein zu dem oben beschriebenen Lagerring zusätzlicher weiterer Lagerring ist derart angeordnet, dass das zweite axiale Ende in Richtung des Arbeitsraums gerichtet ist und das erste axiale Ende in Richtung einer den Arbeitsraum umgebenden Umgebung gerichtet ist. According to a further exemplary embodiment, the turbomachine has the above-described working space in which a working fluid for operating the turbomachine can be provided. The bearing ring or, alternatively, an additional bearing ring to the bearing ring described above is arranged such that the second axial end is directed in the direction of the working space and the first axial end is directed towards an environment surrounding the working space.

Gemäß der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform strömt die Kühlluft von dem ersten axialen Ende in Richtung des zweiten axialen Endes, so dass die Kühlluft mit anderen Worten von der Umgebung in Richtung Arbeitsraum strömt. Somit strömt die Kühlluft durch den Spalt gegen eine mögliche Eindringrichtung des Arbeitsfluides aus dem Arbeitsraum in den Spalt. Da der Druck der Kühlluft höher ist als der Druck des Arbeitsfluides in dem Arbeitsraum, wird ein Eindringen des Arbeitsfluids in den Spalt verhindert. According to the above-described exemplary embodiment, the cooling air flows from the first axial end toward the second axial end, so that the cooling air flows in other words from the environment toward the working space. Thus, the cooling air flows through the gap against a possible direction of penetration of the working fluid from the working space into the gap. Since the pressure of the cooling air is higher than the pressure of the working fluid in the working space, penetration of the working fluid into the gap is prevented.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine einen Dichtring zum Abdichten des Arbeitsraumes von der Umgebung auf, so dass ein Ausströmen des Arbeitsfluides aus dem Arbeitsraum in die Umgebung reduziert ist. Der Dichtring ist zwischen dem Lagerring und dem Arbeitsraum angeordnet. Der Dichtring kann ähnlich wie der Lagerring eine innere Öffnung aufweisen, welche einen größeren Durchmesser als der äußere Umfang der Welle hat, so dass zwischen dem Dichtring und der Wellenoberfläche ein Abstand bzw. ein Spalt gebildet wird. In dem Spalt können Lamellendichtungen oder andere Dichtelemente angeordnet sein. Aufgrund der Relativbewegung zwischen der Welle und dem Dichtring kann dennoch ein kleiner Teil des Arbeitsfluides in Richtung Umgebung ausströmen. Da der Dichtring zwischen dem Lagerring und dem Arbeitsraum angeordnet ist, wirkt die Kühlluft, welche zwischen dem Spalt des Lagerrings und der Welle entlang strömt, dem Teil des ausströmenden Arbeitsmediums entgegen, so dass ein weiteres Ausströmen des Teils des Arbeitsfluides in die Umgebung weiter reduziert oder sogar völlig unterbunden wird. According to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a sealing ring for sealing the working space from the environment, so that an outflow of the working fluid from the working space into the environment is reduced. The sealing ring is arranged between the bearing ring and the working space. Similar to the bearing ring, the sealing ring can have an inner opening which has a larger diameter than the outer circumference of the shaft, so that a gap or gap is formed between the sealing ring and the shaft surface. In the gap, lamellar seals or other sealing elements can be arranged. Nevertheless, due to the relative movement between the shaft and the sealing ring, a small part of the working fluid can flow out in the direction of the environment. Since the sealing ring between the bearing ring and the working space is arranged, the cooling air, which flows between the gap of the bearing ring and the shaft along, counteracts the part of the effluent working fluid, so that further leakage of the part of the working fluid in the environment further reduced or even completely prevented.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine eine Absaugeinrichtung auf. Der Lagerring und der Dichtring sind derart angeordnet, dass zwischen dem Lagerring und dem Dichtring ein Absaugraum gebildet ist, wobei in dem Absaugraum die Kühlluft aus dem Spalt und der Teil des Arbeitsfluides aus dem Arbeitsraum einströmbar sind. Mittels der Absaugeinrichtung sind die Kühlluft und der Teil des Arbeitsfluides absaugbar. According to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a suction device. The bearing ring and the sealing ring are arranged such that a suction space is formed between the bearing ring and the sealing ring, wherein in the suction chamber, the cooling air from the gap and the part of the working fluid from the working space can be flowed. By means of the suction device, the cooling air and the part of the working fluid are sucked.

Da in dem Absaugraum ein Teil des Arbeitsfluides einströmt, kann das abgesaugte, mit der Kühlluft vermischte Arbeitsfluid erneut aufbereitet und dem Arbeitsraum zum Betreiben der Strömungsmaschine erneut eingespeist werden. Das abgesaugte Arbeitsfluid kann beispielsweise zwischenerhitzt werden, um besonders effektiv dem Arbeitsraum erneut zugeführt zu werden. Since a portion of the working fluid flows into the suction space, the aspirated, mixed with the cooling air working fluid can be reprocessed and re-fed to the working space to operate the turbomachine. For example, the extracted working fluid can be reheated to be re-supplied to the working space in a particularly effective manner.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen die Welle eine Nut und das System ferner ein Einlegeteil auf. Das Einlegeteil ist in der Nut angeordnet. Das Einlegeteil ist ferner aus einem paramagnetischen oder ferromagnetischen Material gebildet. Das Einlegeteil kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehen und eine höhere Permeabilitätszahl aufweisen als das Material der Welle. Somit können beispielsweise auch Wellen gelagert werden, welche beispielsweise aus magnetisch uneffektiven Materialien wie Verbundfaser hergestellt werden aufgrund des angeordneten hochpermeablen Einlegeteils magnetisch gelagert werden. According to a further exemplary embodiment, the shaft has a groove and the system further comprises an insert. The insert is arranged in the groove. The insert is further formed of a paramagnetic or ferromagnetic material. The insert may for example consist of a metallic material and have a higher permeability than the material of the shaft. Thus, for example, waves can be stored, which are made for example of magnetically ineffective materials such as composite fiber are magnetically stored due to the arranged high-permeability insert.

Insbesondere besteht das Einlegeteil aus einem Material mit einer Permeabilitätszahl größer als Eins. In paramagnetischen Materialien richten sich die atomaren magnetischen Momente in externen Magnetfeldern aus und verstärken damit das Magnetfeld im Innern des Stoffes. Ferner kann das Einlegeteil aus einem ferromagnetischen Material bzw. den weichmagnetischen Material (Eisen und Ferrite, Kobalt, Nickel) bestehen, da diese sehr große Permeabilitätszahlen von z.B. ungefähr μr > 300 bis zu 300.000 aufweisen können. In particular, the insert consists of a material having a permeability greater than one. In paramagnetic materials, the atomic magnetic moments align themselves in external magnetic fields, thus enhancing the magnetic field inside the material. Furthermore, the insert may consist of a ferromagnetic material or the soft magnetic material (iron and ferrites, cobalt, nickel), since these very large permeability numbers of e.g. can have approximately μr> 300 up to 300,000.

Ferromagneten richten ihre magnetischen Momente parallel zum äußeren Magnetfeld aus, tun dies aber in einer stark verstärkenden Weise. Ferromagnets align their magnetic moments parallel to the external magnetic field, but do so in a strongly amplifying manner.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Strömungsmaschine eine Lagerhülse mit einem Kühlluftkanal auf. Die Welle weist einen Wellenabsatz auf. Die Lagerhülse ist an der Welle derart angeordnet, dass die Lagerhülse an dem Wellenabsatz anliegt und die Lagerhülse im Bereich des Spalts auf der Welle angeordnet ist. Ein Teil der Kühlluft ist in den Kühlluftkanal einströmbar, um die Lagerhülse zu kühlen. According to a further exemplary embodiment, the turbomachine has a bearing sleeve with a cooling air channel. The shaft has a shaft shoulder. The bearing sleeve is arranged on the shaft such that the bearing sleeve bears against the shaft shoulder and the bearing sleeve is arranged in the region of the gap on the shaft. A part of the cooling air can flow into the cooling air channel in order to cool the bearing sleeve.

Die Lagerhülse kann beispielsweise ebenfalls aus einem paramagnetischen oder ferromagnetischen Material bestehen und eine höhere Permeabilitätszahl als die Welle aufweisen. Die Lagerhülse ist beispielsweise auf die Welle aufgeschrumpft und formschlüssig an dem Wellenabsatz angebracht. Der Kühlluftkanal in der Lagerhülse kann beispielsweise mittels einer offenen Nut entlang der Oberfläche der Lagerhülse bereitgestellt werden oder mittels einer Bohrung durch die Lagerhülse hindurch. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann die Kühlluft derart in den Kühlluftkanal eingespeist werden, dass zusätzlich die Kühlluft die Lagerhülse kühlen kann. The bearing sleeve may for example also consist of a paramagnetic or ferromagnetic material and have a higher permeability than the shaft. The bearing sleeve is shrunk onto the shaft, for example, and mounted in a form-fitting manner on the shaft shoulder. The cooling air channel in the bearing sleeve can be provided, for example, by means of an open groove along the surface of the bearing sleeve or by means of a bore through the bearing sleeve. According to the exemplary embodiment, the cooling air may be fed into the cooling air passage such that, in addition, the cooling air may cool the bearing sleeve.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Lagerring ein Statorring, um eine elektromagnetische Lagerkraft zu erzeugen. Der Statorring ist derart angeordnet, dass mittels der elektromagnetischen Lagerkraft ein konstanter radialer Abstand zu der Welle haltbar ist. According to another exemplary embodiment, the bearing ring is a stator ring to generate an electromagnetic bearing force. The stator ring is arranged such that a constant radial distance to the shaft can be maintained by means of the electromagnetic bearing force.

Der Lagerring stellt insbesondere einen Teil einer Magnetlagerung der Strömungsmaschine dar, um mit einer magnetischen Lagerkraft die Welle kontaktfrei zu lagern. Der Statorring ist beispielsweise an dem Gehäuse der Strömungsmaschine befestigt. Mittels der elektromagnetischen Lagerkraft des Statorrings wird ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Statorring und der Welle konstant gehalten, wobei dennoch die Lagerscheibe mit der Welle rotierbar gegenüber dem ersten Statorring ist. The bearing ring represents in particular a part of a magnetic bearing of the turbomachine in order to store the shaft without contact with a magnetic bearing force. The stator ring is fastened, for example, to the housing of the turbomachine. By means of the electromagnetic bearing force of the stator, a predetermined distance between the stator and the shaft is kept constant, yet the bearing disc is rotatable with the shaft relative to the first stator ring.

Der Statorring weist z.B. Spulen auf, welche entlang der Umfangsrichtung der Welle nacheinander angeordnet sind. Somit kann der Statorring eine konstante elektromagnetische Kraft über den gesamten Umfang um die Welle erzeugen und somit einen radialen oder axialen Abstand zwischen dem jeweiligen Statorring und der Welle konstant halten. Damit wird eine berührungslose Lagerung der Welle ermöglicht. The stator ring has e.g. Coils which are successively arranged along the circumferential direction of the shaft. Thus, the stator ring can generate a constant electromagnetic force over the entire circumference around the shaft and thus keep a radial or axial distance between the respective stator ring and the shaft constant. This allows a non-contact bearing of the shaft.

Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. It should be noted that the embodiments described herein represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. Thus, it is possible to suitably combine the features of individual embodiments with one another, so that for the person skilled in the art with the variants of embodiment that are explicit here, a multiplicity of different embodiments are to be regarded as obviously disclosed.

Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In the following, for further explanation and for a better understanding of the present invention, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying figures.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine mit einem Magnetlager und einer Luftspaltkühlung, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 1 shows a schematic representation of a turbomachine with a magnetic bearing and an air-gap cooling, according to an exemplary embodiment of the present invention; and

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine mit einem Magnetlager und einer Hülsenkühlung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic representation of a turbomachine with a magnetic bearing and a sleeve cooling according to an exemplary embodiment of the present invention.

Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. The same or similar components are provided in the figures with the same reference numerals. The illustrations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt eine Strömungsmaschine 100 und eine relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse 106 drehbar gelagerte Welle 101. Ferner weist die Strömungsmaschine 100 einen Lagerring 102 zum Erzeugen einer magnetischen Lagerkraft auf, mit welcher die Welle 101 relativ zu dem Lagerring 102, 102a lagerbar ist. Der Lagerring 102, 102a weist ein erstes axiales Ende 103, 103a und ein zweites axiales Ende 104, 104a auf. Das erste axiale Ende 103, 103a liegt dem zweiten axialen Ende 104, 104a entlang der Drehachse 106 der Welle 101 gegenüber. Der Lagerring 102, 102a weist eine Durchgangsöffnung auf, wobei die Welle 101 durch die Durchgangsöffnung hindurchragt und wobei die Durchgangsöffnung größer als ein Umfang der Welle 101 ist, so dass die Welle 101 kontaktfrei zu dem Lagerring 102, 102a angeordnet ist und sich ein Spalt 105 zwischen der Welle 101 und dem Lagerring 102 ausbildet. 1 shows a turbomachine 100 and a relative to the housing about an axis of rotation 106 rotatably mounted shaft 101 , Furthermore, the turbomachine 100 a bearing ring 102 for generating a magnetic bearing force with which the shaft 101 relative to the bearing ring 102 . 102 is storable. The bearing ring 102 . 102 has a first axial end 103 . 103a and a second axial end 104 . 104a on. The first axial end 103 . 103a lies at the second axial end 104 . 104a along the axis of rotation 106 the wave 101 across from. The bearing ring 102 . 102 has a passage opening, wherein the shaft 101 protrudes through the passage opening and wherein the passage opening is larger than a circumference of the shaft 101 is, so the shaft 101 non-contact to the bearing ring 102 . 102 is arranged and a gap 105 between the wave 101 and the bearing ring 102 formed.

Ferner weist die Strömungsmaschine 100 eine Einrichtung zum Zuführen einer Kühlluft 110 auf. Die Kühlluft 110 ist derart mittels der Einrichtung zuführbar, dass die Kühlluft 110 von dem ersten axialen Ende 103, 103a des Lagerrings 102, 102a durch den Spalt 105, 105a entlang einer ersten Richtung strömt, so dass die Kühlluft 110 in dem Spalt 105, 105a den Lagerring 102, 102a und die Welle 101 kühlt. Furthermore, the turbomachine 100 a device for supplying a cooling air 110 on. The cooling air 110 is such fed by means of the device that the cooling air 110 from the first axial end 103 . 103a of the bearing ring 102 . 102 through the gap 105 . 105a flows along a first direction, so that the cooling air 110 in the gap 105 . 105a the bearing ring 102 . 102 and the wave 101 cools.

Die Einrichtung führt die Kühlluft 110 mit einem ersten Druck p1 zu. Der erste Druck p1 der Kühlluft 110 ist größer als ein zweiter Druck p2 eines Fluides, welches an einem zweiten axialen Ende 104, 104a des Lagerrings 102, 102a anliegt, so dass ein Eindringen des Fluides verhinderbar ist. The device carries the cooling air 110 with a first pressure p1 too. The first pressure p1 of the cooling air 110 is greater than a second pressure p2 of a fluid which is at a second axial end 104 . 104a of the bearing ring 102 . 102 is applied so that penetration of the fluid can be prevented.

In 1 werden zwei Lagerringe 102, 102a dargestellt. Der in 1 links gezeichnete Lagerring 102 ist derart eingerichtet, dass Kühlluft 110, welche von einem Einströmraum 111 von dem ersten Ende 103 zu dem zweiten Ende 104 durch den Spalt 105 strömt, das Eindringen einer Umgebungsluft aus der Umgebung 120 verhindert. Der in 1 weiter rechts dargestellte weitere Lagerring 102a ist derart eingerichtet, dass Kühlluft 110 von dem Einströmraum 111 von dem ersten Ende 103a des weiteren Lagerrings 102a in Richtung des zweiten Endes 104a des weiteren Lagerrings 102a durch den Spalt 105a strömt, um einem aus einem Arbeitsraum 130 ausströmenden Arbeitsfluid entgegenzuwirken. In 1 become two bearing rings 102 . 102 shown. The in 1 left-hand bearing ring 102 is set up so that cooling air 110 , which from an inflow space 111 from the first end 103 to the second end 104 through the gap 105 flows, the ingress of ambient air from the environment 120 prevented. The in 1 further right illustrated further bearing ring 102 is set up so that cooling air 110 from the inflow space 111 from the first end 103a the other bearing ring 102 towards the second end 104a the other bearing ring 102 through the gap 105a flows to one from a workroom 130 counteract effluent working fluid.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Strömungsmaschine 100 mit dem Lagerring 102 oder dem weiteren Lagerring 102a ausgebildet werden. Alternative hierzu kann die Strömungsmaschine 100 mit dem Lagerring 102 und dem weiteren Lagerring 102a ausgebildet werden. Ferner kann die Strömungsmaschine 100 eine Vielzahl an Lagerringen 102 und weiteren Lagerringen 102a aufweisen. According to the present invention, the turbomachine 100 with the bearing ring 102 or the other bearing ring 102 be formed. Alternatively, the turbomachine 100 with the bearing ring 102 and the other bearing ring 102 be formed. Furthermore, the turbomachine 100 a variety of bearing rings 102 and further bearing rings 102 exhibit.

Die Einrichtung kann beispielsweise Kühlluft 110 in den Einströmraum 111 mit einem ersten Druck p1 einspeisen. In dem Fall, dass die Kühlluft 110 gegen ein Eindringen einer Umgebungsluft mit einem zweiten Druck p2 aus der Umgebung 120 verhindert werden soll, stellt die Einrichtung sicher, dass der erste Druck p1 größer als der Umgebungsdruck p2 ist. Somit wird ein Eindringen der Umgebungsluft in den Spalt 105 unterbunden. The device may, for example, cooling air 110 in the inflow space 111 feed with a first pressure p1. In the case that the cooling air 110 against ingress of ambient air with a second pressure p2 from the environment 120 is to be prevented, the device ensures that the first pressure p1 is greater than the ambient pressure p2. Thus, an intrusion of the ambient air into the gap 105 prevented.

In dem Fall, dass mittels der Kühlluft 110 ein Ausströmen des Arbeitsfluides aus dem Arbeitsraum 130 verhindert werden soll, erzeugt die Einrichtung eine Kühlluft 110 mit einem ersten Druck p1, welcher größer ist als der zweite Druck p2 des Arbeitsfluides in dem Arbeitsraum 130. Somit kann die Kühlluft 110 ferner als Sperrluft gegen ein Ausströmen des Arbeitsfluides aus dem Arbeitsraum 130 wirken. In the case that by means of the cooling air 110 an outflow of the working fluid from the working space 130 is to be prevented, the device generates a cooling air 110 with a first pressure p1 which is greater than the second pressure p2 of the working fluid in the working space 130 , Thus, the cooling air 110 further as blocking air against leakage of the working fluid from the working space 130 Act.

Ein Ausströmen des Arbeitsfluid aus dem Arbeitsraum 130 enthält weiterhin eine hohe Energie (Temperatur, Druck), welche zur Effektivitätssteigerung der Strömungsmaschine 100 dem Arbeitsraum 130 erneut zugeführt werden kann. Um dies zu ermöglichen ist wie in 1 dargestellt zwischen dem Arbeitsraum 130 und dem Lagerring 102, 102a ein Dichtring 107 angeordnet. Der Dichtring 107 weist ebenfalls einen Spalt bzw. eine Undichtigkeit zwischen dem Dichtring 107 und der Welle 101 auf. Ein Teil des Arbeitsfluides strömt in einen Absaugraum 108, welcher zwischen dem (weiteren) Lagerring 102a und dem Dichtring 107 ausgebildet wird. In diesem Absaugraum 108 strömt die Kühlluft 110 aus dem Spalt 105, 105a ein. Da der erste Druck p1 der Kühlluft 110 größer ist als der zweite Druck p2 des Arbeitsfluides, wird ein Einströmen des Arbeitsfluids in dem Spalt 105, 105a zwischen dem Lagerring 102, 102a und der Welle 101 verhindert. In dem Absaugraum 108 mischen sich die Kühlluft 110 und der Teil des Arbeitsfluides, welcher aus dem Arbeitsraum 130 durch den Dichtring 107 hindurchgeströmt ist. An outflow of the working fluid from the working space 130 also contains a high energy (temperature, pressure), which increases the effectiveness of the turbomachine 100 the workroom 130 can be fed again. To make this possible is like in 1 shown between the workspace 130 and the bearing ring 102 . 102 a sealing ring 107 arranged. The sealing ring 107 also has a gap or a leak between the sealing ring 107 and the wave 101 on. Part of the working fluid flows into a suction space 108 , which between the (further) bearing ring 102 and the sealing ring 107 is trained. In this suction room 108 the cooling air flows 110 from the gap 105 . 105a one. Since the first pressure p1 of the cooling air 110 is greater than the second pressure p2 of the working fluid, an inflow of the working fluid in the gap 105 . 105a between the bearing ring 102 . 102 and the wave 101 prevented. In the suction room 108 mix the cooling air 110 and the part of the working fluid, which is from the working space 130 through the sealing ring 107 has flowed through.

Um den Teil des Arbeitsfluides erneut zu nutzen, saugt eine Absaugeinrichtung das Gemisch aus Kühlluft 110 und dem Teil des Arbeitsfluides ab und führt, beispielsweise nach einer Zwischenerhitzung, dieses Gemisch erneut dem Arbeitsraum 130 zu. To reuse the portion of the working fluid, a suction device sucks the mixture of cooling air 110 and the part of the working fluid and leads, for example, after a reheat, this mixture again the work space 130 to.

Ferner zeigt 1 ein Einlegeteil 109, welches in einer Nut in der Welle 101 angeordnet ist. Das Einlegeteil 109 kann aus einem paramagnetischen oder ferromagnetischen Material bestehen und somit eine verbesserte Magnetlagerung zwischen den Lagerring 102 und der Welle 101 erzeugen. Further shows 1 an insert 109 which is in a groove in the shaft 101 is arranged. The insert 109 may consist of a paramagnetic or ferromagnetic material and thus an improved magnetic bearing between the bearing ring 102 and the wave 101 produce.

2 zeigt eine weitere exemplarische Ausführungsform der Strömungsmaschine 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Ausführungsform in 2 dieselben Merkmale und Elemente wie die exemplarische Ausführungsform aus 1 aufweist. 2 shows a further exemplary embodiment of the turbomachine 100 according to the present invention, wherein the embodiment in 2 the same features and elements as the exemplary embodiment 1 having.

Zusätzlich weist die Welle in 2 einen Wellenabsatz 201 auf. Eine Lagerhülse 202 ist auf der Welle 101 angebracht und liegt an dem Wellenabsatz 201 an. Die Lagerhülse 202 ist drehfest mit der Welle 101 befestigt. Die Lagerhülse 202 kann in dem Bereich der Welle 101 angeordnet sein, entlang welchem sich der Spalt 105, 105a ausbildet. In einer radialen Richtung gegenüberliegend zum Lagerring 102, 102a bzw. im Bereich des Spaltes 105, 105a ist das Einlegeteil 109 zusätzlich einbaubar. In addition, the shaft points in 2 a shaft heel 201 on. A bearing sleeve 202 is on the wave 101 attached and is located on the shaft shoulder 201 at. The bearing sleeve 202 is rotatable with the shaft 101 attached. The bearing sleeve 202 can be in the area of the shaft 101 be arranged along which the gap 105 . 105a formed. In a radial direction opposite to the bearing ring 102 . 102 or in the region of the gap 105 . 105a is the insert part 109 additionally installable.

Um die Kühlung der Welle 101 im Bereich der Lagerung, d.h. in dem Bereich, in welchem die magnetischen Lagerkräfte wirken, zu verbessern, weist die Lagerhülse 202 einen Kühlluftkanal 203 auf. Ein Teil der Kühlluft 110 kann in den Kühlluftkanal 203 eingespeist werden und z.B. in Richtung Umgebung 120 strömen. Somit wird nicht ausschließlich die Oberfläche der Welle 101, welche entlang des Spalts 105 ausgebildet ist, gekühlt, sondern auch ein innerer Bereich der Welle 101 bzw. der Lagerhülse 202 gekühlt. Dadurch wird die Kühlleistung der Kühlluft 110 verbessert und eine effizientere Kühlung geschaffen. To cool the shaft 101 in the area of storage, ie in the area in which the magnetic bearing forces act to improve, has the bearing sleeve 202 a cooling air duct 203 on. Part of the cooling air 110 can in the cooling air duct 203 be fed and eg in the direction of the environment 120 stream. Thus, not only the surface of the shaft becomes 101 which are along the gap 105 is formed, cooled, but also an inner region of the shaft 101 or the bearing sleeve 202 cooled. This will reduce the cooling capacity of the cooling air 110 improved and created a more efficient cooling.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "encompassing" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

Claims

Strömungsmaschine (100), aufweisend ein Gehäuse, eine relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse (106) drehbar gelagerte Welle (101), einen Lagerring (102) zum Erzeugen einer magnetischen Lagerkraft, mit welcher die Welle (101) relativ zu dem Lagerring (102) lagerbar ist, wobei der Lagerring (102) ein erstes axiales Ende (103) und ein zweites axiales Ende (104) aufweist, wobei das erste axiale Ende (103) dem zweiten axialen Ende (104) entlang der Drehachse (106) der Welle (101) gegenüberliegt, wobei der Lagerring (102) eine Durchgangsöffnung aufweist, wobei die Welle (101) durch die Durchgangsöffnung hindurchragt, und wobei die Durchgangsöffnung größer als ein Umfang der Welle (101) ist, sodass die Welle (101) kontaktfrei zu dem Lagerring (102) anordbar ist und ein Spalt (105) zwischen der Welle (101) und dem Lagerring (102) ausbildbar ist, und eine Einrichtung zum Zuführen einer Kühlluft (110), wobei die Kühlluft (110) derart mittels der Einrichtung zuführbar ist, dass die Kühlluft (110) von dem ersten axialen Ende (103) des Lagerrings (102) in den Spalt (105) entlang einer ersten Richtung einströmbar ist, sodass die Kühlluft (110) in dem Spalt (105) den Lagerring (102) und die Welle (101) kühlt, wobei die Kühlluft (110) mittels der Einrichtung mit einem ersten Druck (p1) zuführbar ist, und wobei der erste Druck (p1) der Kühlluft (110) größer ist als ein zweiter Druck (p2) eines Fluides, welches an dem zweiten axialen Ende (104) des Lagerrings (102) anlegbar ist, sodass ein Eindringen des Fluides in den Spalt (105) verhinderbar ist. Turbomachine ( 100 ), comprising a housing, a relative to the housing about an axis of rotation ( 106 ) rotatably mounted shaft ( 101 ) a bearing ring ( 102 ) for generating a magnetic bearing force, with which the shaft ( 101 ) relative to the bearing ring ( 102 ) is storable, wherein the bearing ring ( 102 ) a first axial end ( 103 ) and a second axial end ( 104 ), wherein the first axial end ( 103 ) the second axial end ( 104 ) along the axis of rotation ( 106 ) the wave ( 101 ), wherein the bearing ring ( 102 ) has a through opening, wherein the shaft ( 101 ) protrudes through the through hole, and wherein the through hole is larger than a circumference of the shaft ( 101 ), so that the wave ( 101 ) contact-free to the bearing ring ( 102 ) and a gap ( 105 ) between the shaft ( 101 ) and the bearing ring ( 102 ) is formed, and means for supplying a cooling air ( 110 ), whereby the cooling air ( 110 ) can be fed by means of the device that the cooling air ( 110 ) from the first axial end ( 103 ) of the bearing ring ( 102 ) in the gap ( 105 ) is flowed along a first direction, so that the cooling air ( 110 ) in the gap ( 105 ) the bearing ring ( 102 ) and the wave ( 101 ), whereby the cooling air ( 110 ) by means of the device with a first pressure (p1) can be supplied, and wherein the first pressure (p1) of the cooling air ( 110 ) is greater than a second pressure (p2) of a fluid which is at the second axial end (p2) 104 ) of the bearing ring ( 102 ) can be applied, so that penetration of the fluid into the gap ( 105 ) is preventable.

Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen Arbeitsraum (130), in welchem ein Arbeitsfluid zum Betreiben der Strömungsmaschine (100) bereitstellbar ist, wobei der Lagerring (102) derart angeordnet ist, dass das erste axiale Ende (103) in Richtung des Arbeitsraumes (130) gerichtet ist und das zweite axiale Ende (104) in Richtung einer den Arbeitsraum (130) umgebenden Umgebung (120) gerichtet ist, und wobei das Fluid eine Umgebungsluft aus der Umgebung ist. Turbomachine ( 100 ) according to claim 1, further comprising a work space ( 130 ), in which a working fluid for operating the turbomachine ( 100 ), wherein the bearing ring ( 102 ) is arranged such that the first axial end ( 103 ) in the direction of the working space ( 130 ) and the second axial end ( 104 ) in the direction of a working space ( 130 ) surrounding environment ( 120 ), and wherein the fluid is an ambient air from the environment.

Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen Arbeitsraum (130), in welchem ein Arbeitsfluid zum Betreiben der Strömungsmaschine (100) bereitstellbar ist, wobei der Lagerring (102a) derart angeordnet ist, dass das zweite axiale Ende (104a) in Richtung des Arbeitsraumes (130) gerichtet ist und das erste axiale Ende (103a) in Richtung einer den Arbeitsraum (130) umgebenden Umgebung (120) gerichtet ist, und wobei das Fluid das Arbeitsfluid ist. Turbomachine ( 100 ) according to claim 1, further comprising a work space ( 130 ), in which a working fluid for operating the turbomachine ( 100 ), wherein the bearing ring ( 102 ) is arranged such that the second axial end ( 104a ) in the direction of the working space ( 130 ) and the first axial end ( 103a ) in the direction of a working space ( 130 ) surrounding environment ( 120 ), and wherein the fluid is the working fluid.

Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend einen Dichtring (107) zum Abdichten des Arbeitsraumes (130) von der Umgebung, sodass ein Ausströmen des Arbeitsfluides aus dem Arbeitsraum (130) in die Umgebung reduzierbar ist, wobei der Dichtring (107) auf der Welle (101) zwischen dem Lagerring (102a) und dem Arbeitsraum (130) angeordnet ist. Turbomachine ( 100 ) according to claim 3, further comprising a sealing ring ( 107 ) for sealing the working space ( 130 ) from the environment, so that an outflow of the working fluid from the working space ( 130 ) is reducible into the environment, wherein the sealing ring ( 107 ) on the shaft ( 101 ) between the bearing ring ( 102 ) and the workspace ( 130 ) is arranged.

Strömungsmaschine (100) gemäß Anspruch 4, ferner aufweisend eine Absaugeinrichtung, wobei der Lagerring (102a) und der Dichtring (107) derart angeordnet sind, dass zwischen dem Lagerring (102a) und dem Dichtring (107) ein Absaugraum (108) gebildet ist, wobei in dem Absaugraum (108) die Kühlluft (110) aus dem Spalt (105) und ein Teil des Arbeitsfluides aus dem Arbeitsraum (130) einströmbar sind, wobei mittels der Absaugeinrichtung die Kühlluft (110) und der Teil des Arbeitsfluides aus dem Absaugraum (108) absaugbar sind. Turbomachine ( 100 ) according to claim 4, further comprising a suction device, wherein the bearing ring ( 102 ) and the sealing ring ( 107 ) are arranged such that between the bearing ring ( 102 ) and the sealing ring ( 107 ) a suction space ( 108 ) is formed, wherein in the suction space ( 108 ) the cooling air ( 110 ) from the gap ( 105 ) and a part of the working fluid from the working space ( 130 ) are einströmbar, wherein by means of the suction device, the cooling air ( 110 ) and the part of the working fluid from the suction space ( 108 ) are sucked.

Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend ein Einlegeteil (109) aus einem paramagnetischen oder ferromagnetischen Material; wobei die Welle (101) eine Nut aufweist, und wobei das Einlegeteil (109) in der Nut angeordnet ist. Turbomachine ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, further comprising an insert ( 109 ) of a paramagnetic or ferromagnetic material; where the wave ( 101 ) has a groove, and wherein the insert part ( 109 ) is arranged in the groove.

Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend eine Lagerhülse (202) mit einem Kühlluftkanal (203), wobei die Welle (101) einen Wellenabsatz (201) aufweist, wobei die Lagerhülse (202) an der Welle (101) derart angeordnet ist, dass die Lagerhülse (202) an dem Wellenabsatz (201) anliegt und die Lagerhülse (202) im Bereich des Spalts (105) auf der Welle (101) angeordnet ist, wobei ein Teil der Kühlluft (110) in den Kühlluftkanal (203) einströmbar ist, um die Lagerhülse (202) zu kühlen. Turbomachine ( 100 ) according to one of claims 1 to 6, further comprising a bearing sleeve ( 202 ) with a cooling air duct ( 203 ), where the wave ( 101 ) a shaft shoulder ( 201 ), wherein the bearing sleeve ( 202 ) on the shaft ( 101 ) is arranged such that the bearing sleeve ( 202 ) at the shaft shoulder ( 201 ) and the bearing sleeve ( 202 ) in the region of the gap ( 105 ) on the shaft ( 101 ), wherein a part of the cooling air ( 110 ) in the cooling air channel ( 203 ) is einströmbar to the bearing sleeve ( 202 ) to cool.

Strömungsmaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Lagerring (102) ein Statorring ist, um eine elektromagnetische Lagerkraft zu erzeugen, wobei der Statorring derart angeordnet ist, dass mittels der elektromagnetischen Lagerkraft ein konstanter radialer Abstand zu der Welle (101) haltbar ist. Turbomachine ( 100 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the bearing ring ( 102 ) is a stator ring to generate an electromagnetic bearing force, wherein the stator ring is arranged such that by means of the electromagnetic bearing force a constant radial distance to the shaft ( 101 ) is durable.

Verfahren zum Kühlen und Abdichten einer Strömungsmaschine (100), wobei die Strömungsmaschine (100) ein Gehäuse, eine relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse (106) drehbar gelagerte Welle (101) und einen Lagerring (102) zum Erzeugen einer magnetischen Lagerkraft, mit welcher die Welle (101) relativ zu dem Lagerring (102) lagerbar ist, aufweist, wobei der Lagerring (102) ein erstes axiales Ende (103) und ein zweites axiales Ende (104) aufweist, wobei das erste axiale Ende (103) dem zweiten axialen Ende (104) entlang der Drehachse (106) der Welle (101) gegenüberliegt, und wobei der Lagerring (102) eine Durchgangsöffnung aufweist, wobei die Welle (101) durch die Durchgangsöffnung hindurchragt, und wobei die Durchgangsöffnung größer als ein Umfang der Welle (101) ist, sodass die Welle (101) kontaktfrei zu dem Lagerring (102) angeordnet ist und sich ein Spalt (105) zwischen der Welle (101) und dem Lagerring (102) ausbildet, das Verfahren aufweisend Zuführen einer Kühlluft (110) mittels einer Einrichtung der Strömungsmaschine (100) derart, dass die Kühlluft (110) von dem ersten axialen Ende (103) des Lagerrings (102) in den Spalt (105) entlang einer ersten Richtung einströmt, sodass die Kühlluft (110) in dem Spalt (105) den Lagerring (102) und die Welle (101) kühlt, wobei die Kühlluft (110) mittels der Einrichtung mit einem ersten Druck (p1) zugeführt wird, und wobei der erste Druck der Kühlluft (110) größer ist als ein zweiter Druck (p2) eines Fluides, welches an dem zweiten axialen Ende (104) des Lagerrings (102) anliegt, sodass ein Eindringen des Fluides in den Spalt (105) verhindert wird. Method for cooling and sealing a turbomachine ( 100 ), wherein the turbomachine ( 100 ) a housing, a relative to the housing about an axis of rotation ( 106 ) rotatably mounted shaft ( 101 ) and a bearing ring ( 102 ) for generating a magnetic bearing force, with which the shaft ( 101 ) relative to the bearing ring ( 102 ) is storable, wherein the bearing ring ( 102 ) a first axial end ( 103 ) and a second axial end ( 104 ), wherein the first axial end ( 103 ) the second axial end ( 104 ) along the axis of rotation ( 106 ) the wave ( 101 ), and wherein the bearing ring ( 102 ) has a through opening, wherein the shaft ( 101 ) protrudes through the through hole, and wherein the through hole is larger than a circumference of the shaft ( 101 ), so that the wave ( 101 ) contact-free to the bearing ring ( 102 ) is arranged and a gap ( 105 ) between the shaft ( 101 ) and the bearing ring ( 102 ), the method comprising supplying a cooling air ( 110 ) by means of a device of the turbomachine ( 100 ) such that the cooling air ( 110 ) from the first axial end ( 103 ) of the bearing ring ( 102 ) in the gap ( 105 ) flows along a first direction, so that the cooling air ( 110 ) in the gap ( 105 ) the bearing ring ( 102 ) and the wave ( 101 ), whereby the cooling air ( 110 ) is supplied by the device with a first pressure (p1), and wherein the first pressure of the cooling air ( 110 ) is greater than a second pressure (p2) of a fluid which is at the second axial end (p2) 104 ) of the bearing ring ( 102 ), so that penetration of the fluid into the gap ( 105 ) is prevented.