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Lagerung für senkrechte Wellen
Die Erfindung betrifft eine Lagerung für senkrechte Wellen, insbesondere für Grossgeneratorenwellen in Wasserkraftwerken.
Bei den bekannten Konstruktionen laufen die Rotoren von vertikalen Grossgeneratoren vorwiegend auf Segmenttraglagern. Die Betriebssicherheit derartiger Traglager ist sehr hoch. Dagegen weisen sie den Nachteil hoher Reibungsverluste auf. Um diese Verluste zu senken, sind Ausführungen mit magnetischer Lagerentlastung bekanntgeworden. Der Rotor wird dabei mittels eines Hubmagneten vom Segmentlager abgehoben und gegen ein kleindimensioniertes Gegenlager gedrückt, wobei die Belastung dieses Gegenlagers wesentlich kleiner ist als die ohne diese Anordnung auf dem Segmentlager liegende Last. Derartige magnetische Lagerentlastungseinrichtungen sind aber sehr aufwandreich und daher kostspielig.
Der Aufwand beschränkt sich nicht nur auf das Vorsehen eines zugkräftigen Hubmagneten, sondern besteht zusätzlich in verschiedenen Einrichtungen zur Regulierung des erregenden Stromes, welcher in Abhängigkeit von der sich mit der Beaufschlagung der Turbine ändernden Traglast variiert werden muss.
Es sind ferner Konstruktionen bekanntgeworden, bei welchen an Stelle von hydrodynamischen Lagern oder Segmentlagern hydrostatischcDrucköllager verwendet werden, welche wesentlich geringere Reibungsverluste aufweisen. Diese hydrostatischen Drucköllager besitzen jedoch praktisch keine Notlaufsicherheit.
Um daher bei einem Versagen der Druckölpumpe schwere Beschädigungen zu vermeiden, wurde bisher eine Reservepumpe in Verbindung mit einem Druckspeicher und einem Ölmengenregler vorgesehen.
Es ist ferner eine Ausführung bekanntgeworden, bei welcher das hydrostatische Lager mit'einem Rollenlager kombiniert wird, wobeidasRollenlager als Notlager dient und die dem hydrostatischen Lager feh- lende Notlaufeigenschaft ersetzt. Derartige Rollen- oder Räderlager können dabei jedoch nur als Notlager für den Auslauf des Rotors dienen und eine Aufrechterhaltung des Betriebes mit diesen Lagern ist nicht möglich.
Schliesslich sind auch noch kombinierte Segment- und Kugeldrucklager bekannt, wobei das letztere mittels eines Druckluftkolbens für eine kurze Zeit während des Anfahrens und Abstellens in Betrieb gesetzt wird. Bei vertikalachsigen Generatoren mit ihren schweren Rotoren sind die auf die Lager auftretenden Kräfte jedoch so gross, dass ein Kugellager niemals für den normalen Betrieb in Frage käme und infolgedessen wird auch der Normalbetrieb durch das hydrodynamische Segmentlager übernommen, was gerade durch die Kombination gemäss der Erfindung vermieden werden soll.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Lagerung, welche im Normallauf geringe Reibungsverluste aufweist und im Notlauf die Aufrechterhaltung des Betriebes ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Lagerung ist gekennzeichnet durch die Kombination eines hydrostatischen Traglagers und eines hydrodynamischen Segmentlagers, wobei das hydrostatische Traglager als Haupttraglager ausgebildet ist und näher an der Drehachse liegt als das Segmentlager.
Im normalen Betrieb trägt das hydrostatische Lager, wogegen das hydrodynamische Lager erst zum Tragen kommt, wenn das hydrostatische Lager aus irgendeinem Grund nicht mehr tragfähig wird, beispielsweise bei Versagen der Druckölpumpe. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Konstruktionen ist es bei Anwendung der erfindungsgemässen Lagerung nicht nötig, bei Lagerstörung den Generatorbetrieb zu unterbrechen, da bei Ausfall des hydrostatischen Traglagers das hydrodynamische zum Tragen kommt,
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welches wohl mit kleinerem Wirkungsgrad arbeitet, da seine Reibungsverluste ungefähr fünfmal grösser sind als diejenigen des hydrostatischen Lagers, das aber einen unbeschränkt dauernden Weiterlauf des Generators gewährleistet.
. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend an Hand von Figuren erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem axialen Schnitt durch eine Lagerung eines Grossgenerators und Fig. 2 eine Variante der Ausführung gemäss F ig. 1.
Ein in Fig. 1 teilweise dargestellter Tragstern 1 bildet den Boden eines Ölreservoirs, dessen Spiegel mit 2 angedeutet ist. An einer senkrechten Welle 3 eines Generators ist ein Tragkopf 4 befestigt, an dessen unterer Fläche mittels Schrauben 5 ein Laufring 6 des hydrostatischen Lagers angeschraubt ist. Seine tragendenLagerflächensind mit 7 bezeichnet.
Auf dem Tragstern 1 sitzen Isolierringe 8, welche auf dem Umfang verteilte Zylinder 9 bezüglich des Tragsternes 1 isolieren. Die Zylinder 9 sind über je zwei in Umfangsrichtung angegossene Flansche (nicht dargestellt) auf dem Tragstern 1 festgeschraubt. Die Zylinder 9 sind mit Kolbenbohrungen 10 versehen sowie mit seitlichen Druckölbohrungen 11. Jeder Zylinder 9 besitzt eine Anschlussleitung 12, die über die Druckölbohrung 11 in Hauptkammern 33 mündet. Die Zylinder 9 sind mittels Zylinderdek- keln 13 abgedeckt, zu deren Befestigung Schrauben 14 dienen. Die Deckel weisen Bohrungen 15 auf, durch welche die Enden von mitDichtungen40 versehenen Stütz kolben 16 nach oben vorragen. Die Stützkolben 16 sind an ihren oberen Enden bombiert.
Ein Tragring 17 dient der Aufnahme zweier konzentrisch angeordneterLagerringe 19 und 20, die mit dem Tragring 17 mittels Schrauben 21 verschraubt sind. Ein Zwischenring 18 ist auf der Unterseite des Tragringes befestigt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, stellen die Flä-
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Segmentlager vollständig entlastet ist. Die durch das Bewegen des Öles in den Spalten des Segmentlagers auftretenden Verluste sind daher sehr gering und können, wie im vorliegenden Falle, noch dadurch herabgesetzt werden, dass das im hydrostatischen Lager erwärmte Drucköl dem leerlaufenden Segmentlager zugeführt wird. Durch die konzentrische Aussenanordnung des Segmentlagers kann der Ölfluss in der gewünschten Richtung beeinflusst werden. Der durch die Pumpe zu erzeugende Druck des Öles liegt in der Grössenordnung von 100 at.
Bei absinkendem Pressöldruck senken sich die Stützkolben 16 und mit ihnen das hydrostatische Lager mitsamt dem drehenden Teil des Generators ab. Dabei verringern sich die Spalte zwischen dem Laufring 22 und den Segmenten 24, und das Segmentlager kommt unverzüglich zum Tragen. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Lagerflächen 7 des hydrostatischen Lagers vermieden. Während der drehende Teil des Generators sich auf dem Segmentlager abstützt, senkt sich der nicht drehende Teil des hydrostatischen Lagers weiter ab und es bildet sich zwischen dessen Lagerflächen 7 ein Spalt, der die Entstehung grosser Reibungsverluste verhütet.
InFig. 2 ist eine andere Konstruktion dargestellt. Deren Aufbau ist ähnlich wie diejenige gemäss Fig. l und die gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dieser Ausführung sind aber nicht einzelne Stützkolben angeordnet, wie in der Folge näher beschrieben wird. Auf einem zur Generatorwelle 3 konzentrisch gelagerten Isolierring 43 ist ein Ringzylinder 30 mittels Schrauben 31 im Tragstern 1 befestigt. Dieser Ringzylinder 30 weist eine ringförmige Vorkammer 32 sowie eine ebensolche Hauptkammer 33 auf. Er ist mittels zweier Zylinderringdeckel 34 und 36 oben abgeschlossen. Der Zylinderringdeckel 36 ist mit Bolzen 37 versehen, welche in Längsschlitze in
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Wirkungsgradverbesserung nicht etwa auf Kosten der Betriebssicherheit geht, sondern diese im Gegenteil bei der erfindungsgemässen Lagerung noch erhöht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lagerung für senkrechte Wellen, gekennzeichnet durch die Kombination eines hydrostatischen
Traglagers und eines hydrodynamischen Segmenttraglagers, wobei das hydrostatische Traglager als Haupt- traglager ausgebildet ist und näher an der Drehachse liegt als das Segmentlager.