Arten von berührungslosen Lagern in Turbokompressoren

Lager spielen in jeder rotierenden Maschine eine entscheidende Rolle. Sie tragen nicht nur die Last der rotierenden Wellenbaugruppe, sondern mindern auch die zwischen den beweglichen und stationären Teilen erzeugte Reibung. Übliche Arten von Lagern umfassen herkömmliche Kugellager, Rollenlager und Kegelrollenlager. Diese Lager sind für Geräte geeignet, die mit normalen Drehzahlen betrieben werden, sind jedoch aufgrund der erzeugten Wärmemenge für den Betrieb bei sehr hohen Drehzahlen eingeschränkt. Um rotierende Maschinen mit mehr als 10.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) zu betreiben, ist eine andere Lösung erforderlich, um einen vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

Geben Sie berührungslose Lager ein. Wie der Name schon sagt, ermöglichen diese Lager, dass die rotierende Baugruppe abgestützt wird, ohne eine andere Oberfläche zu berühren. Berührungslose Lager bieten die größte Effizienz, indem sie typische Lagerverluste aufgrund von Reibung zwischen den Wälzkörpern eliminieren. Es gibt zwei Haupttypen von berührungslosen Lagern:Flüssigkeitslager und Magnetlager.

Fluidlager werden weiter in hydronamische oder hydrostatische Lager unterteilt. Als Trägermedium wird bei beiden Typen eine Flüssigkeit wie Öl, Wasser oder Luft verwendet. Lager vom statischen Typ verwenden extern unter Druck stehendes Fluid von einer Pumpe, um die Welle zu stützen. Dynamische Lager verlassen sich auf die rotierende Hochgeschwindigkeitsbaugruppe, um einen unter Druck stehenden Keil zwischen der Welle und der Lageroberfläche zu erzeugen. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf Fluidlager vom Air-Foil-Typ und Magnetlager als Optionen für Hochgeschwindigkeits-Turbokompressoren. Schauen wir uns genauer an, wie diese Lager funktionieren und welche Vorteile sie bieten.

Luftfolienlager

Luftfolienlager funktionieren teilweise aufgrund des rutschfesten Zustands von Flüssigkeiten. Wenn eine rotierende Welle an Geschwindigkeit zunimmt, bleiben Luftmoleküle an der Welle haften und werden schließlich darunter gezogen, um ein stützendes Luftkissen zu bilden. Dieses Kissen trennt die Welle und die umgebenden Komponenten und ermöglicht der Welle, sich frei zu drehen. Die andere für das Luftlager erforderliche Komponente ist die Luftfolie und die tragende Federstruktur, die dem Lager seine Tragfähigkeit verleiht.

Luftfolienlager haben den Vorteil, dass keine externe Pumpe oder Kompressor benötigt wird, um die Luft unter Druck zu setzen. Die Folien bestehen aus dünnen Stücken aus Hochtemperaturstahl, die zu der richtigen Folienstruktur geformt werden. Das bedeutet, dass die Lager die Vorteile der Kontaktfreiheit während des Betriebs und der guten Belastbarkeit bei sehr niedrigen Herstellungskosten bieten.

Ein Nachteil von Luftfolienlagern ist eine geringere Belastbarkeit als herkömmliche Rollenlager. Das bedeutet, dass die gelagerten Wellenstränge kleiner sein müssen als die durch Wälzlager gelagerten. Aus diesem Grund sind Maschinen mit diesem Lagertyp auf wenige hundert PS begrenzt. Während Luftlager während des normalen Betriebs keinen Kontakt haben, haben sie während der Start- und Stoppperioden des Maschinenbetriebs Kontakt. Diese Dauer der Gleitreibung wird oft durch Aufbringen einer Antihaftbeschichtung, wie z. B. Teflon, auf die obere Folienoberfläche verringert. Die Beschichtung nutzt sich jedoch irgendwann ab, bis die Reibung beim Starten und Stoppen zu hoch wird und die Lager ausfallen.

Magnetlager

Magnetlager arbeiten mit Elektromagneten, um den Rotor während des Betriebs zum Schweben zu bringen. Strom wird in eine Anordnung von Spulen um den Rotor eingespeist, die die Welle zu jeder Spule ziehen, wenn sie aktiv sind. Zusätzlich zum allgemeinen Schweben wird der injizierte Strom dazu verwendet, den Rotor um die Mitte seiner Achse drehen zu lassen, um einen Kontakt mit den stationären Teilen zu verhindern. Die hohe Rotationsgeschwindigkeit bedeutet, dass die Wellenposition mit sehr hoher Geschwindigkeit analysiert werden muss, um Strom in die richtigen Spulen einzuspeisen und die Welle in Position zu halten. Dies erfordert eine fortschrittliche Lagersteuerung.

Magnetlager haben mehrere Vorteile. Erstens gibt es selbst bei Start- und Stoppvorgängen keinen mechanischen Verschleiß. Daher gibt es für diesen Lagertyp keine praktische Ermüdungslebensdauer. Zusätzlich können Turbomaschinen, die einem Pumpen ausgesetzt sind, vor Beschädigung während des Pumpens geschützt werden. Magnetlager können Stoßkräfte aktiv erkennen und Strom injizieren, um die Welle in ihrer Achse zu drehen. Der Nachteil ergibt sich aus den zusätzlichen Kosten der Magnetspulenanordnungen und der aktiven Lagersteuerung. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die zusätzliche Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Magnetlager zu einem höheren Preis für die Lagerbaugruppe führt.

Gebläse mit berührungslosen Lagern können teurer sein, bieten jedoch die größte Effizienz und den größten ROI in Form von Energieeinsparungen, indem sie herkömmliche Lagerreibungsverluste eliminieren. Wenden Sie sich an einen unserer Experten, um herauszufinden, wie viel Sie durch die Installation einer energieeffizienten Maschine sparen könnten.