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Axialdrucklager
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Axialdrucklager mit einem feststehenden und einem drehbaren Teil, von welchen Teilen der eine eine zylindrische Ausnehmung und der andere eine in die Aus-
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gender Polster zwischen die kolbenförmige Partie und den Boden der Ausnehmung eingeschaltet ist.
Bekannte Axialdrucklager dieser Art benutzen als fliessfähiges Medium eine Flüssigkeit, insbesondere Öl, die mittels einer Pumpe unter dem nötigen Druck gehalten und, soweit erforderlich, in das Lager nachgeliefert wird. In der Praxis haben solche Axialdrucklager bisher jedoch kaum Eingang gefunden, weil sie ungenügende Notlaufeigenschaften aufweisen für den Fall, dass die Pumpe zum Aufrechterhalten des Flüssigkeitsdruckes in unvorhergesehener Weise aussetzt.
Zur Beseitigung der bisher bestehenden Gefahr der Beschädigung des Lagers im oben erwähnten Fall ist gemäss der Erfindung vorgesehen, den fliessfähigenPolster durch mindestens zwei sich übereinander befindende Medien verschiedener Dichte zu bilden. Das untere Medium ist beispielsweise eine dickflüssige Paste, die insbesondere Graphit enthalten kann, wogegen das darüber befindliche Medium eine eigentli-
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durch beide Medien getragen, wobei die Schmierung durch df" ! Öl erfolgt, das mittels einer Hochdruckpumpe unter dem nötigen Druck gehalten und nachgeliefert wird, soweit es zufolge Leckverlusten entweichen kann.
Wenn die Hochdruckpumpe aussetzt und der Öldruck abnimmt, so wird der drehbare Maschi- nenteil nach einiger Zeit auf dem dichteren Medium aufsitzen, das zu tragen und zu schmieren vermag, mindestens so lange, bis die Maschine zum Stillstand kommt, was vorzugsweise durch eine automatische Steuerung beim Aussetzen der Hochdruckpumpe eingeleitet wird.
Das dichtere Medium kann auch ein praktisch fester Block aus gepresstem Graphit sein, der unter der Belastung des drehbaren Maschinenteiles und unter dem Einfluss der Reibung an demselben mindestens teilweise ins Fliessen kommt.. Bekanntlich kann ja auch ein an sich festes Material fliessen.,
Für den Polster wird man natürlich zwei verschieden dichte Medien wählen, die sich im normalen Betrieb nicht miteinander mischen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung veranschaulicht. Fig. 1 zeigt schematisch teils in Ansicht und teils im axialen Schnitt ein Axialdrucklager zum Abstützen des unteren Endes einer drehbaren Welle, wogegen Fig. 2 die analoge Darstellung eines Axialdrucklagers zum Abstützen des oberen Endes einer drehbaren Welle ist.
Gemäss Fig. 1 ist das untere Ende einer vertikalen drehbaren Welle 10 mit einer kolbenförmig ausgebildeten Partie 12 versehen, die in eine Ausnehmung 13 eines feststehenden Lagerkörpers 14 eingreift.
Die Ausnehmung 13 weist eine zylindrische Wand 15 auf, gegen welche die kolbenförmige Partie 12 mit
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einem Bund 17 versehen, der gegebenenfalls auf der oberen Stirnfläche des Lagerkörpers 14 aufsitzen kann.
Der unterhalb der kolbenförmigen Partie 12 vorhandene Raum der Ausnehmung 13 enthält einen Polster 18, der aus zwei fliessfähigen, übereinanderliegenden Medien verschiedener Dichte besteht. Das untere Medium ist beispielsweise eine dickflüssige Paste, die Graphit enthält, wogegen das obere Medium z. B. eine Flüssigkeit oder auch ein Gas sein kann.
Durch eine Rohrleitung 19 ist der den Polster enthaltende Raum mit der Druckseite einer Höchdruckpumpe 20 verbunden, der ein nicht dargestellter Antriebsmotor zugeordnet ist Die Saugseite der Hochdruckpumpe 20 Ist mittels einer Rohrleitung 21 an einen Be- hälter 22 angeschlossen, der einen gewissen Vorrat des dünneren Mediums für den Polster 18 enthält. Oberhalb der kolbenförmigen Partie 12 ist die Ausnehmung 13 erweitert und durch eine Rohrleitung 23 mit dem Behälter 22 in Verbindung.
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Die Hochdruckpumpe 20 weist Mittel zum Regeln ihrer Förderleistung auf, zwecks Regelung der Zufuhr des Mediums aus dem Behälter 22 zum Polster 18. Es ist angenommen, dass die genannten Regelungsmittel elektrisch steuerbar sind. Hochdruckpumpe mit Regelungsmitte1n der genannten Art sind an sich bekamt und brauchen daher hier nicht näher erläutert zu werden.
Am Lagerkörper 14 sind elektrisch isoliert zwei Kontaktelemente 25 und 26 angeordnet, die mit einer zwischen die Kontaktelemente 25 und 26 im Abstand eingreifenden Ringscheibe 27 zusammenarbeiten können, die auf der Welle 10 befestigt ist. Durch eine elektrische Steuerleitung 28 stehen die Kontaktelemente 25 und 26 mit den Regelungsmitteln der Hochdruckpumpe 20 in Steuerverbindung.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Axialdrucklagers ist wie folgt :
Der axiale Lagerdruck P wird von der Welle 10 nur mittels des Polsters 18 auf den Lagerkörper 14 Übertragen. Die Kolbenringe 16 bilden eine Abdichtung zwischen der kolbenförmigen Partie 12 und der zylindrischen Wand 15 der Ausnehmung 13, so dass der Druck auch des dünneren Mediums im Polster 18 über die gesamte Stirnfläche der kolbenförmigen Partie 12 ein Mehrfaches des Atmosphärendruckes beträgt und im wesentlichen an jedem Punkt der genannten Stirnfläche gleich gross ist.
Das allfällig zwi- schen der kolbenförmigen Partie 12 und der Wand 15 der Ausnehmung 13 entweichende Quantum des dünneren Mediums wird einerseits über die Leitung 23 in den Behälter 22 zurückgeführt und anderseits durch die Hochdruckpumpe 20 über die Leitung 19 ersetzt. Solange der Druck im Polster 18 konstant auf dem gewünschten Wert bleibt, berührt die Ringscheibe 27 weder das Kontaktelement 25 noch das Kontaktelement 26. Die Förderleistung der Pumpe 20 bleibt unverändert.
Wenn aber die Welle 10 aus irgend einem Grunde sich senkt, so kommt die Ringscheibe 27 mit dem Kontaktelement 26 in Berührung, worauf ein elektrischer Steuerstromkreis geschlossen wird, der seinerseits über die elektrische Leitung 28 die Regelungsmittel der Pumpe 20 beeinflusst, u. zw. derart, dass deren Förderleistung zunimmt. Dadurch wird der Polster 18 vergrössert und die Welle 10 angehoben, bis der elektrische Kontakt zwischen der Ringscheibe 27 und deir Kontaktelement 26 unterbrochen wird.
Wenn umgekehrt die Welle 10 ansteigt, so entsteht ein elektrischer Kontakt zwischen der Ringscheibe 27 und dem Kontaktelement 25, wodurch auf analoge Weise die Förderleistung der Pumpe 20 verringert wird, so dass weniger Medium in den den Polster 18 enthaltenden Raum hineingepumpt wird. Die Welle senkt sich dann wieder ab, bis der elektrische Kontakt zwischen der Ringscheibe 27 und dem Kontaktelement 25 unterbrochen wird.
Sollte aus irgend einem Grunde die beschriebene automatische Regelung des Polsters 18 ausfallen, z. B. wegen Unterbrechung des Antriebes der Pumpe 20, insbesondere beim Stillsetzen der Maschine mit der Welle 10, so senkt sich die kolbenförmige Partie 12 der Welle 10 auf das dichtere Medium im Polster 18, das jetzt die Abstützung und Schmierung der Welle 10 so lange übernimmt, bis die Welle 10 zum Stillstand kommt. Sollte auch das dichtere Medium zu stark nachgeben bzw. entweichen, so sitzt der Bund 17 beim Absenken der Welle 10 auf dem Lagerkörper 14 auf, bevor die Welle 10 eine unzulässig grosse axiale Verschiebung erleidet.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das obere Ende einer Welle 110 mit einer kolbenförmig ausgebildeten Partie 112 versehen, die sich in einer Ausnehmung 113 eines feststehenden Lagerkörpers 114 befindet, der axial durchbohrt ist, um die Welle 110 durchzulassen. Die kolbenförmige Partie 112 ist gegen eine zylindrische Wand 115 der Ausnehmung 113 abgedichtet. Zu diesem Zweck könnten wieder Kolbenringe oder auch andere Mittel vorhanden sein, die nicht dargestellt sind. Die Welle 110 weist unterhalb der kolbenförmigen Partie 112 einen verdickten Teil 130 auf, der gegen die Bohrung des Lagerkör- pers 114 abgedichtet ist.
Der sich unterhalb der kolbenförmigen Partie 112 befindende Raum der Ausnehmung 113 enthält eisen Polster 118, der wieder durch zwei fliessfähige Medien verschiedener Dichte gebildet ist, wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Durch eine Rohrleitung 119 steht der den Polster 118 enthaltende Raum mit der Druckseite einer Hochdruckpumpe 120 in Verbindung, der ein nicht dargestellter Antriebsmotor zugeordnet ist. In die Rohrleitung 119 ist ein Regelorgan 131 zum Regeln des Durchflusses des dünneren Mediums durch die Leitung 119 eingebaut. Durch ein mechanisches Gestänge 132 steht das Regelorgan 131 mit einem Hebel 133 in Steuerverbindung, der am Lagerkörper 114 schwenkbar gelagert ist. In ein gabelförmiges Endstück 134 des Hebels 133 greift der Rand einer Scheibe 135 ein, die am oberen Ende der Welle 110 bzw. deren 1 {O1- benförmiger Partie 112 mittels eines Achsstückes 136 befestigt ist.
Die Saugseite der Hochdruckpumpe 120 steht über eine Rohrleitung 121 mit einem Vorratsbehälter 122 für das dünnere Medium des Polsters 118 in Verbindung. Oberhalb der kolbenförmigen Partie 112
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ist die Ausnehmung 113 des Lagerkörpers 114 erweitert und mit einer Rohrleitung 123 verbunden, die zum Behälter 122 führt. An der Unterseite des Lagerkörpers 114 ist ein Auffangbehälter 140 befestigt, der die Welle 110 umgibt und mittels einer Rohrleitung 141 ebenfalls mit dem Behälter 122 in Verbindung steht.
Im Inneren des Auffangbehälters 140 befindet sich ein Spritzkragen 142, der auf der Welle 110 angeordnet ist. Sowohl in die Rohrleitung 123 als auch in die Rohrleitung 141 ist je eine Hilfspumpe 143 bzw. 144 eingeschaltet.
Die Wirkungsweise des AxialdruckIagers nach Fig. 2 ist wie folgt : Der axiale Lagerdruck P wird mittels des Polsters 118 von der kolbenförmigen Partie 112 der Welle 110 auf den Lagerkörper 114 übertragen. Das nach oben zwischen der kolbenförmigen Partie 112 und der Wand 115 des Lagerkörpers 114 entweichende Quantum des dünneren Polstermediums wird durch die Leitung 123 mit Hilfe der Pumpe 143 in den Behälter 122 zurückgefördert. Das zwischen dem verdickten
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diums wird im Behälter 140 aufgefangen und dann mittels der Pumpe 144 über die Rohrleitung 141 ebenfalls in den Behälter 122 zurückgefördert. Die Hochdruckpumpe 120 liefert das entwichene Quantum des Pol- stermediums in den den Polster 118 enthaltenden Raum nach.
Senkt sich die Welle 110 aus irgend einem Grunde ab, so wird hiebei mittels der Scheibe 135 und des gabelförmigen Teiles 134 der Hebel 133 verschwenkt, der seinerseits über das Gestänge 132 das Regelor- gan 131 derart beeinflusst, dass der Zufluss des dünneren Mediums zum Polster 118 zunimmt, wodurch die
Welle 110 wieder angehoben wird. Steigt umgekehrt die Welle 110 zu stark nach oben, so wird auf ana- loge Weise die Zufuhr des dünneren Mediums zumPolster 118 verringert, wonach sich die Welle 110 wie- der entsprechend absenkt. Es wird demnach automatisch stets die gleiche mittlere Höhenlage der Welle einreguliert.
Axialdrucklager der beschriebenen Art sind insbesondere für grosse axiale Lagerdrücke von z. B. 100 bis 4000 kg/crn oestimmt, wie sie beispielsweise bei vertikalachsigen Grossturbinen auftreten.
Gemäss nicht dargestellten Ausführungsvarianten können die Rollen des drehbaren und des feststehen- den Teiles vertauscht sein.
Gegebenenfalls könnte der zur Übertragung des Lagerdruckes dienende Polster auch drei sich überein- ander befindende Medien verschiedener Dichte aufweisen. So wäre es zum Beispiel möglich, beim Aus- führungsbeispiel nach Fig. l unten ein pastenförmiges, dann ein flüssiges und zuletzt noch ein gasförmiges
Medium zu haben, das in einer Ausnehmung der Stirnfläche der kolbenförmigen Partie 12 gefangen ist.
Das unterste, dichteste Medium kann gegebenenfalls ein Block mit rheologischen Eigenschaften sein und z. B. aus gepresstem Graphitpulver bestehen.