Stabile Gaslager

Der Betrieb eines gasgeschmierten Lagers hängt von den Gaseigenschaften im Lagerspalt ab. Diese werden in erster Linie durch die Umgebungsbedingungen und die thermische Auslegung bestimmt. Für einen stabilen Betrieb des Gaslagers müssen daher sowohl der Umgebungsdruck und der Temperaturbereich als auch die Kühltemperaturen in der Konstruktionsphase berücksichtigt werden. Celeroton prüft den erforderlichen Betriebsbereich seiner gasgelagerten Turbo Kompressoren oder anderer Anwendungen mit Gaslagern bereits in einer frühen Phase des Systemdesigns und vermeidet dadurch lange und kostspielige Trial-and-Error-Designschleifen. Dies ermöglicht eine schnelle Markteinführung von kundenspezifischen Systemen. Darüber hinaus setzt Celeroton die Validierung der Gaslagerstabilität nicht nur in Typentests, sondern auch in der Serienproduktion ein. Deshalb wird bei Celeroton jeder Kompressor mit einer Gaslager-Qualitätskontrolle ausgeliefert.

In einem dynamischen (auch selbsttragend genanntem) Gaslager wird der Druck im Gasfilm durch die Bewegung des Rotors relativ zur Lagerbuchse aufgebaut. Wird der Rotor aus seiner Mitte verschoben, erhöht sich der Druck im konvergierenden Spalt, was zu einer Krafteinwirkung auf den Rotor führt. Diese Kraft hat in der Regel sowohl eine radiale als auch eine tangentiale Komponente. Während die radiale Komponente den Rotor wieder in die Lagermitte zurückführt, kann die tangentiale Komponente zu einer selbsterregten Instabilität führen. Abhängig von der Amplitude und der Dämpfung durch den Lagerfilm selbst arbeitet das Lager stabil oder wird instabil. Im stabilen Fall, d. h. bei einer kleinen tangentialen Komponente und hoher Dämpfung, kreist der Rotor nach innen zur Lagermitte. Im instabilen Fall, d.h. bei einer hohen tangentialen Komponente und unzureichender Dämpfung, bewegt sich der Rotor nach aussen, bis er auf der Lagerbuchse aufsetzt. Es ist klar, dass das Berühren durch ein geeignetes Design unter allen Betriebsbedingungen vermieden werden muss.

Der Betrieb eines gasgeschmierten Lagers hängt vom Druck und der dynamischen Viskosität im Gaslagerspalt ab, wobei die Viskosität stark von der Temperatur abhängig ist. Das Gas im Lagerspalt ist über ein Gaslagerspül- und Entlüftungssystem mit der Umgebung und dem Auslass des Verdichters verbunden. Darüber hinaus beeinflusst auch die thermische Auslegung einschliesslich des Kühlsystems die Temperatur des Lagers. In einem gasgelagerten Kompressor ist die Gaslagerstabilität und damit der sichere Betriebsbereich des Kompressors somit abhängig von den Umgebungs- und Eintrittsbedingungen des Gases in den Turbo Kompressor, dem Betriebspunkt und anderen Randbedingungen, wie der Kühlwassertemperatur.

Ein gasgelagerter Turbo Kompressor muss über einen Bereich von Ansaugtemperaturen und -drücken arbeiten, mit unterschiedlichen Kühlwassertemperaturen zurechtkommen und ein Kompressorkennfeld mit Betriebspunkten bei unterschiedlichen Druckverhältnissen abdecken. Die Spiralrillenlager (Fischgrät-Lager) von Celeroton sind so konzipiert, dass sie über den geforderten Betriebsbereich stabil laufen und nicht, wie bei anderen Gaslagertypen, auf einer Trial-and-Error-Methode basieren. Celerotons firmeneigene Toolchain für die Auslegung und Optimierung von Gaslagern prüft den erforderlichen Betriebsbereich einschliesslich verschiedener Gasparameter, berechnet den stabilen Betriebsbereich und garantiert die erforderlichen Stabilitätsmargen.

Bei der Typprüfung werden die Lager über den geforderten Betriebsbereich hinaus bis zum Beginn der Instabilität an ihre Grenzen gebracht. Das Einsetzen einer instabilen Umlaufbahn kann gemessen werden, was eine Überprüfung der Gaslagerauslegung ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht das Ausreizen eines Gaslagers bis zur Stabilitätsgrenze eine Qualitätsprüfung des gesamten Gaslagersystems. Dies ist von zentraler Bedeutung, da eine rein geometrische Qualitätskontrolle der Lagerteile auf Fertigungstoleranzen nicht immer möglich ist, da bestimmte Toleranzen unterhalb der Messgenauigkeit von Messmitteln liegen können. Celeroton hat deshalb eine Gaslager-Stabilitätsprüfung entwickelt und eingeführt, die schlank ist und deshalb während der Serienproduktion durchgeführt werden kann.

Mit der firmeneigenen Design-Toolchain, den Typprüfungen und den Serienproduktionstests kann Celeroton folgende Kundenvorteile erzielen:

• Vermeidung von Trial-and-Error für kundenspezifische Betriebsbereiche, was eine schnelle Markteinführung ermöglicht
• Validierung von Gaslagern während der Typprüfung
• Lieferung von Produkten mit in Serie geprüfter Gaslagerqualität

Mehr über die Konstruktion von Gaslagern:

• Gaslagertechnologie
• Auslegung, Inbetriebnahme und Test von gasgelagerten Turbo Kompressoren mit anderen Medien als Luft
• Gaslager-Auslegung für nicht-Luft Anwendungen