Suchen

Kompressorsysteme

Berührungslos auf kleinstem Raum

Seite: 3/5

Firma zum Thema

Schweben auf dem Gasfilm

Das Arbeitsprinzip eines dynamischen Gaslagers ist dabei wie folgt: Durch die Rotationsbewegung zwischen Welle und Lagerbüchse wird ein Gasfilm aufgebaut. In exzentrischer Lage wird dabei im sich verengenden Lagerspalt eine lokale Druckerhöhung erzeugt, sodass eine Rückstellkraft entsteht, die die Welle wieder zurück in die Zentrumsposition bewegt. Dadurch findet keine Berührung statt und der Prozess verläuft so weitgehend verschleißfrei.

Eine grundlegende Herausforderung beim Einsatz von Gaslagern ist dabei die Stabilität des Lager-Rotor-Systems, welche unter allen im Betrieb auftretenden Umgebungsdrücken und Temperaturen garantiert werden muss. Der Hintergrund: Selbsterregte Instabilitäten sind bei sämtlichen Fluidlagerarten ein bekanntes Phänomen. Sie treten im Allgemeinen dann auf, wenn im Betrieb eine zu hohe sogenannte Kreuzkopplungssteifigkeit (das heißt eine zur exzentrischen Rotorlage tangentiale Kraftkomponente) bei gleichzeitig dafür zu niedriger Dämpfung vorliegt. Die Lagereigenschaften und damit auch Stabilität des Lagers hängt maßgeblich von den Lagerabmaßen, der Fluidviskosität aber auch vom Betriebsdruck und der Betriebstemperatur ab. Entsprechend müssen in einer robusten Lagerauslegung Fertigungstoleranzen, Betriebsdrücke und Druckabweichungen (zum Beispiel unterschiedliche Arbeitsdrücke beim Kühl- und Heizbetrieb in einer Wärmepumpe) berücksichtigt werden. Ebenso muss die Fluidtemperatur im Lager in die Lagerauslegung miteinbezogen werden, welche je nach Betriebsart und Kühlbedingung variiert und wesentlich die Viskosität des Fluids im Lager bestimmt.

Bildergalerie

Die von Celeroton im Rahmen der DKV-Tagung vorgelegte Studie beschreibt detailliert und anhand von Fallbeispielen, wie Lagerauslegung und Rotordynamik eng mit den Fachbereichen Aerodynamik, Elektrotechnik und Fluiddynamik verknüpft und gegenseitig voneinander abhängig sind. Anwendungsbezogene Vorgaben von zum Beispiel Ein- und Ausgangsdruckniveaus, Massenstrom, Kühlbedingungen oder Angaben zur Vibrationsbeständigkeit haben dabei Einfluss auf sämtliche Teilbereiche.

Auf aerodynamischer Seite sind die Tip Clearance, die Reynoldszahl sowie die Oberflächenrauigkeit besonders wichtige Faktoren (mehr Informationen in der kompletten Studie). Abhängig von den Prozessrandbedingungen haben diese Parameter einen deutlichen Einfluss auf die Leistung der Turbomaschine.

Die Quintessenz: Bei der Auslegung eines Gaslagers ist die interdisziplinäre Verknüpfung im Gesamtauslegungsprozess besonders wichtig (siehe Bildergalerie). Gaslager können damit unter Berücksichtigung von umfassenden System- und Fertigungsspezifikationen auch für miniaturisierte Turbokompressoren ausgelegt werden.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 44452179)