NO142012B

NO142012B - FLEXIBLY DUMPED STORAGE DEVICE

Info

Publication number: NO142012B
Application number: NO763363A
Authority: NO
Inventors: Vijay K Sood; Keith L Streifert
Original assignee: Carrier Corp
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1980-03-03
Also published as: GB1530648A; NL162725B; IT1074026B; NO763363L; DE2644026A1; DK442276A; JPS5568719U; BR7606554A; FR2326615A1; NL162725C; NO142012C; CH612250A5; NL7610874A; FR2326615B1; JPS52145653A; MX144922A

Description

Oppfinnelsen angår en fleksibelt dempet lageranordning for roterbar understøttelse av en rotoraksel av den type der lageret er montert i en bevegelig del som er opphengt i en stasjonær ramme ved hjelp av en rekke aksialt fettede bøye-fjærer, med et hulrom inneholdende en fluidumfilm som virker mellom den bevegelige del og den stasjonære ramme for dempning av lagerets reaksjon fra akselen, og hjelpefjærer anbrakt mellom den stasjonære ramme og den bevegelige del. The invention relates to a flexibly damped bearing device for rotatably supporting a rotor shaft of the type where the bearing is mounted in a movable part which is suspended in a stationary frame by means of a series of axially greased flexure springs, with a cavity containing a fluid film acting between the movable part and the stationary frame for dampening the reaction of the bearing from the axle, and auxiliary springs placed between the stationary frame and the movable part.

En utførelse av et fleksibelt dempet lager som opp-hever ustabilitet i en rotor for en motor er beskrevet i U.S. patent nr. 3.456.992. Som forklart i dette patent er akselen i en turbomotor dreibart lagret i en maskinramme ved hjelp av rullelagre. Lageret er på sin side montert i en bevegelig understøttelsesdel som er opphengt i motorrammen med en rekke bøyefjærer. Understøttelsen med bøyefjærer gir lageranordningen en mekanisk følsomhet overfor svingninger som demper skadelige . virkninger av vibrasjoner i akselen. En væskefilm dannes også mellom det fleksibelt monterte lagerunderstøttelse, og motorrammen tjener til å dempe systemets følsomhet overfor vibrasjoner som skyldes akselen. An embodiment of a flexible damped bearing which eliminates instability in a rotor for an engine is described in U.S. Pat. patent No. 3,456,992. As explained in this patent, the shaft in a turbo engine is rotatably supported in a machine frame by means of roller bearings. The bearing, in turn, is mounted in a movable support part which is suspended in the engine frame with a series of bending springs. The support with bending springs gives the bearing device a mechanical sensitivity to oscillations which dampens harmful ones. effects of vibrations in the shaft. A fluid film is also formed between the flexibly mounted bearing support and the motor frame serves to dampen the system's sensitivity to shaft-induced vibration.

Anvendelse av fleksible dempede lagre i tunge rota-sjonsmaskiner, såsom turbiner og kompressorer, har imidlertid skapt vanskeligheter. For at lageret skal reagere på en riktig måte er det viktig at lagerkomponentene monteres aksialt rettet inn med akselen for at væskefilmen skal bli ensartet og for å sikre at bøyefjærene virker symmetrisk. I de fleste rotasjons-maskiner er imidlertid den tunge, rotor-konstruksjon lagret horisontalt i maskinrammen, og dødvenkten av rotoren danner en stor statisk belastning på lagersysternet, noe som igjen fører til uensartede påkjenninger på lageret. Under disse forhold blir riktig innretning av lagerkomponentene meget vanskelig under monteringen. However, the use of flexible cushioned bearings in heavy rotating machines, such as turbines and compressors, has created difficulties. In order for the bearing to react in the right way, it is important that the bearing components are mounted axially aligned with the shaft in order for the fluid film to be uniform and to ensure that the bending springs work symmetrically. In most rotary machines, however, the heavy rotor construction is stored horizontally in the machine frame, and the dead weight of the rotor creates a large static load on the bearing system, which in turn leads to uneven stresses on the bearing. Under these conditions, correct alignment of the bearing components becomes very difficult during assembly.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en lageranordning av den innledningsvis nevnte art hvor lageret spennes mot vekten av akselen og den rotor som er anordnet på denne. . Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at hjelpefjærene er anbrakt under den horisontale senterlinje for akselen for å bære rotorvekten som virker på lageret, hvilken hjelpefjær er stavformet og har en utstikkende bærepute ved hver ende, beregnet på å ligge an mot den stasjonære ramme, og en utstikkende reaksjonspute omtrent på midten av staven beregnet på å komme i anlegg mot den bevegelige del, hvilke fjærer virker sammen for å bære den statiske belastning rotoren utøver på lageret. The purpose of the invention is to provide a bearing arrangement of the type mentioned at the outset where the bearing is tensioned against the weight of the shaft and the rotor arranged on it. . This is achieved according to the invention in that the auxiliary springs are placed below the horizontal center line of the axle to support the rotor weight acting on the bearing, which auxiliary spring is rod-shaped and has a protruding bearing pad at each end, intended to bear against the stationary frame, and a protruding reaction pad approximately in the middle of the rod intended to come into contact with the moving part, which springs act together to carry the static load the rotor exerts on the bearing.

Fortrinnsvis er staven forspent. Preferably, the rod is prestressed.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 viser i aksialt snitt en del av en rotasjons-maskin med en rotoraksel lagret i et fleksibelt dempet lager og med en hjelpefjær som utlikner vekten av rotorkonstruk-sjonen og Fig. 1 shows in axial section a part of a rotary machine with a rotor shaft stored in a flexible damped bearing and with an auxiliary spring that balances the weight of the rotor construction and

fig. 2 viser, i forstørret målestokk, et snitt av hjelpefjæren som er vist på fig. 1. fig. 2 shows, on an enlarged scale, a section of the auxiliary spring shown in fig. 1.

På fig. 1 er det fleksible dempede lager generelt be-tegnet med 10, og det er utført i henhold til oppfinnelsen ved at det er innrettet til å bære en aksel 11 i en rotasjons-maskin i en åpning 12 i maskinens endevegg 13. Det skal påpekes at rotasjonsmaskinen kan være av en hvilken som helst art, f.eks. en turbin eller en kompressor, med de roterende komponenter anbrakt på en stort sett horisontalt liggende aksel eller en hvilken som helst annen anordning, der rotoren vil utøve en forholdsvis høy statisk belastning på lageret. Lageret innbefatter et ytre stasjonært hus 15 med en sentral ringformet åpning hvori det sitter en sylindrisk bevegelig del 16. En rekke vippeskolagere 20 er bevegelig anbrakt på vippeputer (ikke vist) i den bevegelige del, og akslen er lagret for rotasjon på vippeskoene. Selv om vippeskolagring er anvendt i den foretrukne utførelsesform som her er beskrevet, skal det påpekes at en hvilken som helst lagertype kan benyttes uten at man derved går utenom oppfinnelsens ramme. Et par endedeksler 22, 23 er festet til den bevegelige del, og dekslenes innsider omslutter vippeskoene og vippeputene i anordningen. In fig. 1, the flexible damped bearing is generally denoted by 10, and it is made according to the invention in that it is designed to support a shaft 11 in a rotary machine in an opening 12 in the end wall 13 of the machine. It should be pointed out that the rotary machine can be of any kind, e.g. a turbine or a compressor, with the rotating components mounted on a largely horizontal shaft or any other device, where the rotor will exert a relatively high static load on the bearing. The bearing includes an outer stationary housing 15 with a central ring-shaped opening in which sits a cylindrical movable part 16. A series of tilting shoe bearings 20 are movably placed on tilting pads (not shown) in the movable part, and the shaft is supported for rotation on the tilting shoes. Although rocker shoe storage is used in the preferred embodiment described here, it should be pointed out that any type of storage can be used without thereby going outside the scope of the invention. A pair of end covers 22, 23 are attached to the movable part, and the insides of the covers enclose the rocker shoes and rocker pads in the device.

Den bevegelige del 16 er ettergivende understøttet i lagerhuset på en rekke aksialt rettede bøyefjærer 25 som er jevnt fordelt rundt den bevegelige del. Fjærene 25 ender i en bolt-ring 26 som er festet til den venstre endeflate av huset, sett på fig. 1, ved hjelp av bolter eller liknende. Huset på sin side bæres i en ringformet åpning 28 i endeveggen og er stivt fastskrudd ved hjelp av bolter 29. The movable part 16 is resiliently supported in the bearing housing on a number of axially directed bending springs 25 which are evenly distributed around the movable part. The springs 25 end in a bolt ring 26 which is attached to the left end surface of the housing, seen in fig. 1, using bolts or the like. The housing, on the other hand, is carried in a ring-shaped opening 28 in the end wall and is rigidly screwed using bolts 29.

I anordningen fremkommer det et ensartet ringformet hulrom 30 for væskefilmen, mellom den ytre omkrets av den bevegelige del 16 og innsiden av åpningen i huset 15. Fluidum under et trykk som er tilstrekkelig høyt til å hindre sammen-brudd av væskefilmen på grunn av hastighetsavhengige dynamiske krefter som fremkommer når maskinen er i drift, tilføres hulrommet gjennom et ringformet kammer 32 i det stasjonære hus. Under drift slippes fluidum under høyt trykk fra hulrommet gjennom utmålingsåpninger 35 og føres til vippeskoområdet, der væsken benyttes til å skape en hydrodynamisk kile mellom skoene og akselen. In the device, a uniform annular cavity 30 for the liquid film appears, between the outer circumference of the movable part 16 and the inside of the opening in the housing 15. Fluid under a pressure sufficiently high to prevent collapse of the liquid film due to speed-dependent dynamic forces that arise when the machine is in operation are supplied to the cavity through an annular chamber 32 in the stationary housing. During operation, fluid is released under high pressure from the cavity through measuring openings 35 and is led to the rocker shoe area, where the liquid is used to create a hydrodynamic wedge between the shoes and the axle.

For å tette væskefilmhulrommet mot uønsket lekkasje finnes et par ringformede tetninger, f.eks. O-ringer 37, 38 To seal the liquid film cavity against unwanted leakage, there are a pair of ring-shaped seals, e.g. O-rings 37, 38

som ligger utenfor væskefilmhulrommet. Tetningen er beregnet på which lies outside the liquid film cavity. The seal is designed for

å ligge i ringformede spor som er maskinert eller formet på annen måte i to motstående, radielt rettede sidevegger av lagerhuset. Et par radielt rettede flenser 41, 42 som sitter på den bevegelige del 16, ligger utenpå sideveggene av lagerhuset og virker mot O-ringene for å danne en væsketetning mellom disse deler. Den sammentrykkende tetningskraft på hver tetning utøves stort sett perpendikulært på bevegelsesretningen for delene 16, og har derved liten innvirkning på de horisontale dempekrefter det her gjelder. Anbringelse av tetningene på utsiden av hulrommet hindrer derfor av sammen grunn tetningene i å bli ytter-ligere sammentrykket av den bevegelige del når denne beveger seg radielt sammen med akselen når akselen nedbøyes under belast-ninger som fremkaller vibrasjoner. Resultatet av dette er at tetningene ikke innvirker på den dempning man får ved hjelp av to lie in annular grooves machined or otherwise formed in two opposite, radially directed side walls of the bearing housing. A pair of radially directed flanges 41, 42 which sit on the movable part 16, lie outside the side walls of the bearing housing and act against the O-rings to form a liquid seal between these parts. The compressive sealing force on each seal is exerted largely perpendicular to the direction of movement of the parts 16, and thereby has little effect on the horizontal damping forces that apply here. Placing the seals on the outside of the cavity therefore prevents the seals from being further compressed by the moving part when it moves radially together with the shaft when the shaft is bent under loads that cause vibrations. The result of this is that the seals do not affect the damping you get with their help

væskefilmen, og dette setter den dempende væskefilm i stand til å opptre på en på forhånd bestemt måte over et stort område for arbeidsfrekvenser. Videre kan tetningene være laget av et materi-ale med en forholdsvis lav overflatespenning, f.eks. teflon, for derved å redusere størrelsen på den friksjon som oppstår mellom tetningen og de radielt rettede flenser. the liquid film and this enables the damping liquid film to behave in a predetermined manner over a wide range of operating frequencies. Furthermore, the seals can be made of a material with a relatively low surface tension, e.g. teflon, thereby reducing the amount of friction that occurs between the seal and the radially aligned flanges.

Det skal pekes på at de ettergivende bøyefjærer og væskefilmen er beregnet på å gi både radiell stivhet og demping av lageranordningen slik at lageret blir i stand til, ved på-virkning fra akselvibrasjoner, å oppheve vibrasjonenes skadelige virkninger. Det er viktig for riktig oppførsel av det fleksible dempede lager at lageret er i stand til å oppføre seg ensartet rundt hele omkretsen av akselen. For å få til en slik ensartet og symmetrisk følsomhet er det viktig at hver av de jevnt for-delte bøyefjærer reagerer på omtrent samme måte for en gitt belastning akselen danner. For å få til en ensartet dempning rundt lageret er det på liknende måte også nødvendig å bevare ensartet-heten for væskefilmen mellom den bevegelige del og det stasjonære hus. Når det fleksible dempede lager anvendes til under-støttelse av en forholdsvis tung rotorkonstruksjon slik man har det i en turbin eller kompressor vil vekten av rotoren være slik at man får en høy ensrettet statisk belastning på lageranordningen, noe som fører til en begynnelsesdeformasjon av hver av bøyefjærene. Som et resultat av denne belastning har den bevegelige understøttelse tilbøyelighet til å sige i anordningen, noe som fører til at filmen i filmhulrommet kan bli ødelagt. It should be pointed out that the yielding bending springs and the liquid film are intended to provide both radial stiffness and damping of the bearing device so that the bearing is able, when affected by shaft vibrations, to cancel out the harmful effects of the vibrations. It is important for the correct behavior of the flexible damped bearing that the bearing is able to behave uniformly around the entire circumference of the shaft. In order to achieve such a uniform and symmetrical sensitivity, it is important that each of the evenly spaced bending springs reacts in approximately the same way for a given load the axle forms. In order to achieve a uniform damping around the bearing, it is similarly necessary to preserve the uniformity of the liquid film between the moving part and the stationary housing. When the flexible damped bearing is used to support a relatively heavy rotor structure such as in a turbine or compressor, the weight of the rotor will be such that a high unidirectional static load is obtained on the bearing device, which leads to an initial deformation of each of the flex springs. As a result of this stress, the movable support has a tendency to sag in the device, causing the film in the film cavity to be destroyed.

Minst en hjelpefjær 44 er her anbrakt i lageranordningen for å oppta dødvekten av akselen og for derved å utlikne skadelige virkninger av den tunge rotor på bøyefjærene og filmhulrommet. Som vist på fig. 1 og 2 sitter hjelpefjæren i et langstrakt spor 42 utformet på innsiden 43 av lagerhuset 15. Selv om hjelpefjæren kan ha en hvilken som helst hensiktsmessig form er det fordelaktig at fjæren har en langstrakt bjelke 45 som er aksialt rettet inn langs rotorakselen 11. Som tydeligere vist på fig. 2 er bjelken montert i husets spor direkte under den be^ vegelige del 16. De to ytre ender av bjelken er forsynt med fortykkede støtteputer 47, 48 som hviler på lagerhuset slik at bjelken er spent mellom dem. Oversiden av bjelken er også forsynt med en sentralt anbrakt reaksjonspute 50 som skal ligge an mot den ytre omkrets av den bevegelige del. I praksis står bjelken slik at reaksjonsputen virker mot den vertikale senterlinje for lagerskoene som bæres i den bevegelige del. Dybden av det langstrakte spor som gir plass for bjelken, er slik at bjelken er forspent i anordningen for å utøve en kontinuerlig forspenningskraft mot den bevegelige del til utlikning av rotor-konstruksjonens dødvekt. At least one auxiliary spring 44 is here placed in the bearing device to take up the dead weight of the shaft and thereby compensate for the harmful effects of the heavy rotor on the bending springs and the film cavity. As shown in fig. 1 and 2, the auxiliary spring sits in an elongated groove 42 formed on the inside 43 of the bearing housing 15. Although the auxiliary spring can have any suitable shape, it is advantageous for the spring to have an elongated beam 45 which is axially aligned along the rotor shaft 11. As more clearly shown in fig. 2, the beam is mounted in the housing's groove directly below the movable part 16. The two outer ends of the beam are provided with thickened support pads 47, 48 which rest on the bearing housing so that the beam is tensioned between them. The upper side of the beam is also provided with a centrally placed reaction pad 50 which should rest against the outer circumference of the movable part. In practice, the beam stands so that the reaction pad acts against the vertical center line of the bearing shoes that are carried in the moving part. The depth of the elongated groove that provides space for the beam is such that the beam is prestressed in the device to exert a continuous prestressing force against the moving part to balance the dead weight of the rotor structure.

Selv om en enkel hjelpefjær er vist i den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen er det mulig å anvende en rekke like hjelpefjærer på samme måte uten at man dermed går utenom oppfinnelsens ramme. For eksempel kan et par hjelpefjærer an-bringes under den horisontale senterlinje for akselen omtrent 30° fra akselens vertikale senterlinje, og fjærene vil da sammen virke slik at de bærer rotorens dødvekt. Although a simple auxiliary spring is shown in the preferred embodiment of the invention, it is possible to use a number of similar auxiliary springs in the same way without thereby going outside the scope of the invention. For example, a pair of auxiliary springs can be placed below the horizontal center line of the shaft approximately 30° from the vertical center line of the shaft, and the springs will then act together to support the dead weight of the rotor.

Den utførelse som her er beskrevet er bare et eksempel på oppfinnelsen, og den beskyttelse dette patent gir omfatter også modifkasjoner og endringer. The embodiment described here is only an example of the invention, and the protection this patent provides also includes modifications and changes.

Claims

1. Flexible damped bearing device for rotatably supporting a rotor shaft (11) of the type where the bearing is mounted in a movable part (16) which is suspended in a stationary frame by means of a series of axially directed bending springs (25), with a cavity containing a fluid film which acts between the movable part and the stationary frame for damping the reaction of the bearing from the shaft, and auxiliary springs (45) placed between the stationary frame and the movable part, characterized in that the auxiliary springs are placed below the horizontal center line of the shaft to support the rotor weight acting on the bearing, which auxiliary spring is rod-shaped and has a projecting bearing pad (47, 48) at each end intended to bear against the stationary frame, and a projecting reaction pad (50) approximately in the center of the rod intended to to come into contact with the moving part, which springs work together to carry the static load the rotor exerts on the bearing.

2. Flexible damped bearing device as stated in claim 1, characterized in that the rod is prestressed to exert a bearing force which is sufficient to balance the static load the rotor exerts on the bearing.