Gasgeschmierte WeHenlagerumg Die Erfindung bezieht sich auf eine gasge schmierte Wellenlagerung, besonders für die Welle von hochtourigen Maschinen mit Rotoren von ver hältnismässig geringem Gewicht, etwa von Expan sionsturbinen mit einer Drehzahl von beispielsweise <B>10 000</B> bis 200<B>000</B> min-, und mehr und mit bei spielsweise sehr kleinem Rotor, dessen Durchmesser gegebenenfalls nur wenig grösser, gleich oder sogar kleiner als der Wellendurchmesser ist. Die Erfindung besteht darin, dass mindestens ein zwischen dem festen Lagerteil und der drehenden Welle ange brachtes, zur Aufnahme der Welle gerundetes, wäh rend des Betriebes im Lagergas schwebendes Trag glied für die Welle vorgesehen ist.
Das Zwischen- tragglied ist vorteilhaft in gewissen Grenzen in Achsrichtung gesichert, im übrigen aber so gelagert, dass zwischen Welle und Zwischentragglied sowie zwischen diesem und dem festen Lagerteil ein Spiel vorhanden ist, welches sich während des Betriebes dahin auswirkt, dass das Zwischentragglied im La gergas schwebt. Während der Betriebsruhe wird dann die Welle an einer Stelle ihres Umfangs auf dem Zwischentragglied und dieses auf dem festen Lager teil aufliegen; wenn es sich um eine horizontale Lagerung handelt, liegen dann die Teile während der Betriebsruhe infolge der Schwerkraft jeweils unten aufeinander.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die bei einer Wellendrehzahl von etwa dem doppelten Betrag der kritischen Lagerfrequenz (Lager-Eigen- frequenz) eintretende Zusatzrotation der ausgebo genen Wellenachse um die Lagerachse zu vermeiden bzw. in einen so hohen Drehzahlbereich zu verlegen, dass bei den in Betracht kommenden Betriebszahlen der Welle keine Zusatzrotation entfacht werden kann. Wird demnach dafür gesorgt, dass die kritische Frequenz (Eigenfrequenz)<B>-</B> no des Lagers genügend hoch ist, so lässt sich die Zusatzrotation vermeiden.
Die kritische Lagerfrequenz ist von der Elastizität des Gaslagers und von der Masse des in dem Lager schwingenden Teils, also der in dem Lager etwa eine Zusatzrotation ausführenden Welle abhängig, und zwar ist
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wobei M die Masse der Welle bzw. des ganzen Ro tors ist. (Die die Zusatzrotation ausführende Welle bzw. der Rotor lässt sich mit einem zwischen zwei Federn gehaltenen Oszillator vergleichen, der ge dämpfte harmonische Translationsschwingungen aus führt.
Den Federn entspricht das Gaspolster des La gers und dem Oszillator die Welle bzw. der Ro tor.) Fügt man zwischen den festen Lagerteil und die Welle ein Zwischentragglied für die Welle ein, das ebenfalls ira Gas schwebt und im Vergleich zu der Welle bzw. dem Rotor eine geringere Masse m be sitzt, so wird die kritische Frequenz des aus Welle und Zwischentragglied bestehenden Lagers
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(Welle und Zwischentragglied lassen sich nun mehr mit zwei über eine Feder miteinander gekop pelten Oszillatoren oder Pendeln vergleichen,
von denen eines die grössere Masse M und das andere die kleinere Masse m besitzt. Dem Pendel mit Masse M -entspricht die Welle, dem mit Masse m das Zwischentragglied, und der Feder zwischen bei den das zwischen Welle und Zwischentragglied gebil dete Gaslager.) Ist die Masse des Zwischentraggliedes klein im Vergleich zu der der Welle, also M <B> < </B> M, so wird die kritische Lagerfrequenz no überwiegend durch die geringere Masse des Zwischentraggliedes bestimmt und damit verhältnismässig hoch. Die Zu satzrotation entsteht dann erst bei relativ hoher Wellendrehzahl.
Die Verhältnisse lassen sich im all gemeinen so gestalten, dass die Betriebsdrehzahl unterhalb davon liegt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit einem einzigen Zwischentragglied ist das Zwischen- tragglied eine die Welle umschliessende Büchse, die in dem festen Lagerteil auf Druckgas gelagert ist, welches durch in dem Lagerteil enthaltene Kanäle zugeführt ist. Die Zwischenbüchse kann während des Betriebes im allgemeinen selbst umlaufen, und zwar mit einer kleineren Drehzahl als die Welle.
Die Welle kann in der Büchse von der dynamischen, auf .,ergases zustandekom- Grund der Viskosität des Lag menden Kraft des zwischen Welle und Büchse ein <B>-</B> saugten Gases oder durch die Druckkraft von unter ge überdruck eingeführtem Lagergas getragen sein. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung be sitzt die Zwischenbüchse Kanäle zum Zuführen des Druckgases in das Büchseninnere, wo das Gas zur Lagerung der Welle selbst benutzt ist. Das Gas dringt dann zum Teil auf Grund seines Druckes, zum Teil auf Grund der Drehung der Welle durch die Zuführkanäle der Büchse zwischen Welle und Büchse hinein.
Bei einer Bauart der Erfinduno, ist die Zwischen büchse gegen Drehung gesichert, jedoch radial be weglich. Hierbei können wiederum ZufOrkanäle in der Zwischenbüchse enthalten sein, durch die ent weder das äussere Lagerdruckgas oder unter anderem Druck, gegebenenfalls Atmosphärendruck, stehendes Gas in die Büchse zur Lagerung der Welle eingeleitet bzw. -gesaugt wird.
Die Zuführkanäle beginnen beispielsweise unmit telbar gegenüber der innern Mündung der in dem festen Lagerteil befindlichen Zuführkanäle.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Zwischentraggliedern sind die Zwischen- tragglieder in Ausnehmungen des festen Lagerteils untergebrachte, über den Wellenumfang verteilt an geordnete Segmente, die auf Druckgas gelagert sind, welches durch in dem festen Lagerteil enthaltene Kanäle zugeführt ist. Während bei der die Welle umschliessenden Zwischenbüchse im Fall einer Zu satzrotation die Büchse als Ganzes ausweichen kann, vermag bei dem Beispiel mit mehreren Zwischen segmenten jedes Segment einzeln auszuweichen.
Vorteilhaft sind jede in dem festen Lagerteil an- aebrachte Ausnehmung und das zugehörige Zwi- C schensegment an den einander zugekehrten Flächen zylindrisch gestaltet, und die Achse der Zylinder fläche ist parallel zur Lagerachse gestellt. Dabei liegt zweckmässig die Achse jeder Zylinderfläche etwa auf der der Welle zugekehrten Tragfläche jedes Zwischensegments. Die Zwischensegmente kön nen sich dann im Rahmen ihrer Ausweichbewegung um ihre Mittelachse drehen.
Die Zwischensegmente können Kanäle zum Zu führen von Lagergas für die Welle selbst besitzen. Es wird dann auch zwischen Segmente und Welle Druckgas, gegebenenfalls das zwischen Segmente und festem Lagerteil eingeleitete Druckgas geführt. Bei andern Ausführungsbeispielen kann die Trag wirkung der Welle in den Segmenten lediglich durch die dynamischen Kräfte des durch die Wellendrehung eingesaugten Gases entstehen.
Jedes Zwischensegment kann am einen Ende seiner der Welle zugekehrten Tragfläche eine achs- parallele, sich über einen Teil der Tragfläche er streckende Ausnehmung besitzen. Damit lässt sich die zur Lagerachse parallele Mittellinie der wirk samen Tragfläche jedes Segments aus der Dreh- oder Kippachse des Segments herausrücken und erreichen,
dass die Resultierende der Druckkräfte des keilförmi gen Gasspaltes zwischen Welle und Segment entspre chend einem Kippelement bei den bekannten Mi- chell-Lagern stets durch die Drehachse des Segments (bei Michell-Lagern: Kippachse) weist, so dass sich das Segment selbsttätig in eine stabile Lage stellt, in der es tragend zu wirken vermag. Bei diesem Bei spiel kann auf besondere Gaszuführkanäle in den Segmenten selbst verzichtet sein.
Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. <B>1</B> ist ein Vertikalschnitt in achsparalleler Richtung durch eine erste Bauart der Wellenlagerung, Fig. 2 ein zugehöriger Vertikalschnitt quer zur Achse.
Fig. <B>3</B> und 4 sind zwei entsprechende Darstellun gen durch eine zweite Bauart.
Fig. <B>5</B> ist ein Horizontalschnitt durch eine dritte Bauart und Fig. <B>6</B> eine Teildarstellung eines Horizontal schnittes durch ein weiteres Ausführungsbeispiel. In einen festen Lagerteil<B>1</B> (Fig. <B>1</B> und 2) ist eine Zwischenbüchse 2 mit Spiel eingeschoben, die eine Welle<B>3</B> mit Spiel umschliesst und in nicht darge stellter Weise gegen Verschiebung in Achsrichtung der Welle gesichert ist. Zwischen dem Lagerteil<B>1</B> und der Büchse 2 und zwischen der Büchse 2 und der Welle<B>3</B> bestehen während des Betriebes Ring spalte 4,<B>5.</B> Der Lagerteil<B>1</B> enthält Kanäle<B>6</B> zum Zuführen von unter überdruck stehendem Lagergas, z. B.
Luft, dampfförmigem Kältemittel usw. in den Spalt 4. Die Zwischenbüchse 2 kann sich während des Betriebes drehen; ihre Drehzahl wird im allge meinen beträchtlich kleiner sein als die der Welle<B>3.</B> Die Büchse 2 besitzt in Fig. <B>1</B> und 2 gestrichelt ein gezeichnete Kanäle<B>7</B> zum Weiterleiten des durch die Kanäle<B>6</B> zugeführten, unter Cberdruck stehenden Lagergases in den Spalt<B>5.</B> Bei<B>8, 9</B> tritt das Lager gas aus dem Spalt<B>5</B> aus.
In den Spalt<B>5</B> zwischen Büchse und Welle wird Gas auf Grund der Viskosität des Gases bzw. der zwischen Gas und Welle be stehenden Grenzflächenspannung (Oberflächenspan nung) und auf Grund der Drehung der Welle herein- gesaugt und die Welle wird von der dynamischen Kraft des eingesaugten Gases in der Büchse und dem festen Lagerteil<B>1</B> getragen.
Bei der Bauart nach Fig. <B>3</B> und 4 ist Büchse 2 durch einen Gewindebolzen<B>11,</B> der in den festen Lagerteil eingeschraubt ist, gegen Drehung gesichert, jedoch ist sie in radialer Richtung beweglich. Der Lagerteil<B>1</B> besitzt ausserdem Lagergas-Hauptzuführ- kanäle 12 und die Büchse 2 unmittelbar gegenüber der Mündung<B>13</B> der Kanäle 12 beginnende Weiter- leitkanäle 14, die sich in achsparallele Abschnitte<B>15</B> verzweigen, an denen die Radialkanäle <B>7</B> angeschlos sen sind.
Bei dieser Ausführungsform ist unter Druck, und zwar gegebenenfalls unter anderem Druck als das über Kanäle<B>6</B> eingeleitete Gas, stehendes Lagergas in den Spalt<B>5</B> eingeführt mit dem Unterschied, dass sich Büchse 2 nicht drehen kann.
Bei einem abgewandelten Beispiel, bei dem der Bolzen<B>11</B> weggelassen ist und Büchse 2 rotieren kann, münden die Kanäle 12 bei<B>13</B> in einen sich über den ganzen Innenumfang des Lagerteils<B>1</B> er streckenden Ringraum, aus dem die Kanäle 14,15,7 während der Rotation der Büchse 2 mit Lagergas von gegebenenfalls anderem Druck als das Gas in den Kanälen<B>6</B> gespeist sind.
Bei einer andern Ausführungsfonn ist die Büchse 2 mittels eines Keils<B>10</B> mit der Welle<B>3</B> auf Drehung gekuppelt, jedoch radial beweglich. Bolzen <B>11</B> ist in diesem Fall weggelassen. Hierbei entsteht nur zwischen dem Umfang der Büchse 2 und dem Innenumfang des festen Lagerteils<B>1,</B> also zwischen den den Spalt 4 begrenzenden Flächen eine gegen seitige Verschiebung zwischen Welle und Büchse, also zwischen den den Spalt<B>5</B> begrenzenden Flächen aber nicht. Beschädigungen infolge Berührung kön nen dann praktisch nur dahin entstehen, dass die Büchse an dem festen Lagerteil anschlägt.
Durch passende Wahl des Materials für die Büchse 2 lässt sich erreichen, dass in einem solchen Fall nur die Büchse beschädigt wird. Sie ist jedoch leicht aus wechselbar. Der feste Lagerteil<B>1</B> und insbesondere die Welle<B>3</B> bzw. der Rotor bleiben unbeschädigt.
Bei den Bauarten nach Fig. <B>1</B> bis 4 kann sich grundsätzlich, sofern Büchse 2 nicht gegen Drehung gesichert ist, in Spalt 4 sowie in Spalt<B>5</B> Druckgas oder durch Viskosität bzw. Grenzflächen- oder Oberflächenspannung eingesaugtes Gas befinden. Ist Büchse 2 gegen Drehung gesichert, so muss in Spalt 4 Druckgas eingeleitet werden.
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach Fig. <B>1</B> bis 4, bei denen zwischen festem Lagerteil<B>1</B> und Welle<B>3</B> ein einziges, die Welle umschliessendes Zwischentragglied eingefügt ist, sind bei der Bauart nach Fig. <B>5</B> mehrere, bei dem dargestellten Beispiel drei, über den Wellenumfang verteilt angeordnete Segmente<B>16</B> benutzt. Diese sind in zylindrischen Ausnehmungen <B>17</B> des Lagerteils<B>1</B> untergebracht, in welche die Kanäle<B>6</B> zur Zuführung von Druckgas münden.
Die Seginente sind auf den den Ausneh- mungen <B>17</B> zugekehrten und auf den der Welle<B>3</B> zu gekehrten Seiten ebenfalls mit passenden zylindri- sehen Flächen<B>18, 19</B> versehen und um die Achsen 21 der durch die Flächen<B>18</B> gebildeten Zylinder drehbar. Die Achsen 21 sind zugleich achsparallele Mittellinien der die Welle<B>3</B> tragenden Zylinder flächen<B>19.</B> Ferner besitzen die Segmente<B>16</B> Zu führungskanäle 14,<B>15, 7,</B> durch die Druckgas un mittelbar von aussen in die Spalte<B>5</B> geführt wird.
Die Kanäle<B>15, 7</B> können auch aus Spalt 4 bzw. den Kanälen<B>6</B> mit Druckgas gespeist sein, wobei dann auf die Kanäle 14 verzichtet sein kann. In dem La gerteil<B>1</B> sind schliesslich Kanäle 22 zum Abführen des Lagergases enthalten.
Während des Betriebes sind die Welle<B>3</B> und die Segmente<B>16</B> von in die Spalte<B>5,</B> 4 eingeleitetem Druckgas getragen. Wenn aus irgendeinem Grund die Welle mit ihrer Achse<B>23</B> eine Zusatzrotation um die bei der Darstellung gemäss Fig. <B>5</B> ebenfalls bei<B>23</B> liegende Lagerachse ausführen sollte, so nähert sie sich dabei wechselweise einem der<B>Seg-</B> mente<B>16.</B> Das betreffende Segment kann in diesem Fall sowohl in radialer Richtung nach aussen unter Annäherung der Flächen<B>17, 18</B> ausweichen als sich auch<B>-</B> falls sich die Welle<B>3</B> nicht gerade auf einem durch die Segmentachse 21 gehenden Radius 24, sondern daneben bewegt<B>-</B> um die Achse 21 in der einen oder andern Richtung drehen.
Wandert die Welle<B>3</B> während der Zusatzrotation etwas an der innem Tragfläche<B>19</B> des Segmentes vorbei, so ver- schwenkt sich dieses entsprechend um seine Achse 21, bis sich die Welle wieder von dem Segment unter Vergrösserung von Spalt<B>5</B> entfernt und gleich zeitig dem folgenden Segment nähert.
Bei andern Ausführungsforinen liegt die Drehachse 21 und damit die Mittelachse der Zylinderflächen <B>17, 18</B> etwas anders. Sie kann grundsätzlich auf dem durch die Achsen<B>32,</B> 21 gehenden Radius 24 lie gen, zweckmässig jedoch in einem Bereich zwischen den Punkten 20,<B>32.</B> Punkt 20 ist der Schnittpunkt der beiden an den Umfang<B>28</B> der Welle<B>3</B> bzw. an die Zylinderfläche<B>19</B> in den Endpunkten<B>35, 36</B> der Segmente<B>16</B> gelegten Tangenten<B>33,</B> 34 miteinan der, und Punkt<B>32</B> ist der Schnittpunkt von Radius 24 mit der durch die beiden Punkte<B>35, 36</B> gehenden Sekante<B>37.</B>
Bei der Bauart nach Fig. <B>6</B> besitzt jedes Segment <B>16</B> an dem einen Ende<B>25</B> seiner der Welle<B>3</B> zu gekehrten Tragfläche<B>19</B> eine Ausnehmung <B>26,</B> die achsparallel verläuft und sich über einen Teil der Tragfläche<B>19</B> erstreckt. Auf Gaszuführkanäle in dem Segment<B>16</B> ist verzichtet; Druckgas wird ledig lich in den zwischen dem nicht dargestellten Lager teil<B>1</B> und dem Segment<B>16</B> gebildeten Spalt 4 ein geleitet. In Spalt<B>5</B> wird das Gas durch seine Visko sität und infolge der Drehung der Welle<B>3</B> einge saugt.
Durch die Ausnehmung <B>26</B> wird die gemäss dem Beispiel nach Fig. <B>5</B> bei 21 liegende achsparallele Mittellinie der Zylinderfläche<B>19</B> aus der ebenfalls bei 21 liegenden Drehachse der Seginente <B>16</B> heraus in Fig. <B>6</B> nach rechts verlegt, derart, dass die Re sultierende der von dem keilförmig sich von rechts nach links verjüngenden Spalt<B>5</B> herrührenden Druck kräfte ständig durch die Drehachse 21 geht,
so dass eine entsprechend den Kippsegmenten bei Mitchell- Lagern ähnliche Tragbewegung und eine stabile Stel lung der Segmente<B>16</B> im Rahmen der um Achse 21 möglichen Drehung entsteht.
Bei der Darstellung nach Fig. <B>6</B> ist für den Fall einer Zusatzrotation der Wellenachse<B>23</B> gemäss Pfeil<B>27</B> ein Momentbild wiedergegeben, bei dem die Welle<B>3</B> mit ihrer Achse<B>23</B> aus der Lagerachse<B>A</B> herausgerückt ist. Dabei befindet sich der Umfang <B>28</B> der Welle in der ausgezogenen Stellung, während er sich, wenn die Welle keine Zusatzrotation aus führt und Achsen<B>23</B> und<B>A</B> zusammenfallen, in der gestrichelten Stellung<B>29</B> befindet. Das Segment<B>16</B> hat sich ferner um Achse 21 in die dargestellte stabile Stellung verschwenkt, in der die Tragfläche <B>19</B> die ausgezogen wiedergegebene Lage einnimmt.
Mittelachse der dieser Lage entsprechenden Zylin derfläche ist die Achse B, die aus der ursprüngli chen mit der Lagerachse<B>A</B> zusammenfallenden Lage auf dem um 21 beschriebenen Kreis<B>3 8</B> in der Figur nach rechts gerückt ist. In der ursprüng lichen, gestrichelt eingezeichneten Stellung<B>30</B> der Tragfläche<B>19</B> liegt die zugehörige Mittelachse in der Lagerachse<B>A.</B>
Bei abgewandelten Ausführungsformen sind auch in dem Segment<B>16</B> nach Fig. <B>6</B> Gaszuführungskanäle angebracht, so dass im Spalt<B>5</B> Druckgas ist. Ferner können die Zuführkanäle <B>7</B> in Zwischenbüchsen oder Seginenten statt radial schräg zu dem jeweili gen Wellendurchmesser gestellt sein.
Gas-lubricated WeHenlagerumg The invention relates to a gas-lubricated shaft bearing, especially for the shaft of high-speed machines with rotors of relatively low weight, such as expansion turbines with a speed of, for example, 10,000 to 200 000 min and more and with a very small rotor, for example, whose diameter is possibly only slightly larger, equal to or even smaller than the shaft diameter. The invention consists in that at least one between the fixed bearing part and the rotating shaft is provided, rounded to accommodate the shaft, during operation in the bearing gas floating support member is provided for the shaft.
The intermediate support member is advantageously secured within certain limits in the axial direction, but otherwise mounted such that there is play between the shaft and the intermediate support member and between this and the fixed bearing part, which during operation has the effect that the intermediate support member is in the bearing floats. During the shutdown, the shaft will then rest on the intermediate support member and this part on the fixed bearing at one point of its circumference; if it is a horizontal storage, the parts then lie on top of each other during the shutdown due to gravity.
The invention is based on the idea of avoiding the additional rotation of the shaft axis around the bearing axis occurring at a shaft speed of approximately twice the amount of the critical bearing frequency (bearing natural frequency) or moving it to such a high speed range that the no additional rotation can be ignited in the operating figures of the shaft in question. If, accordingly, it is ensured that the critical frequency (natural frequency) <B> - </B> no of the bearing is sufficiently high, the additional rotation can be avoided.
The critical bearing frequency is dependent on the elasticity of the gas bearing and on the mass of the part vibrating in the bearing, that is to say of the shaft executing an additional rotation in the bearing, and that is
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where M is the mass of the shaft or of the whole Ro sector. (The shaft or the rotor executing the additional rotation can be compared to an oscillator held between two springs, which carries out damped harmonic translational oscillations.
The springs correspond to the gas cushion of the bearing and the oscillator to the shaft or the Ro tor.) One inserts an intermediate support member for the shaft between the fixed bearing part and the shaft, which also floats in the gas and compared to the shaft or the Rotor has a lower mass m be seated, the critical frequency of the bearing consisting of the shaft and intermediate support member
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(The shaft and the intermediate support member can now be compared more with two oscillators or pendulums coupled to one another via a spring.
one of which has the larger mass M and the other has the smaller mass m. The pendulum with mass M corresponds to the shaft, that with mass m is the intermediate support member, and the spring between the gas bearings formed between the shaft and the intermediate support member.) If the mass of the intermediate support member is small compared to that of the shaft, M <B > <</B> M, the critical bearing frequency no is mainly determined by the lower mass of the intermediate support member and is therefore relatively high. The additional rotation only occurs at a relatively high shaft speed.
The conditions can generally be designed so that the operating speed is below this.
In an embodiment of the invention with a single intermediate support member, the intermediate support member is a sleeve surrounding the shaft, which is mounted in the fixed bearing part on pressurized gas which is supplied through channels contained in the bearing part. The intermediate sleeve can generally rotate itself during operation, at a lower speed than the shaft.
The shaft can be carried in the liner by the dynamic, on., Gas status due to the viscosity of the Lag Menden force of a <B> - </B> sucked gas between the shaft and liner or by the pressure of bearing gas introduced under overpressure be. In one embodiment of the invention be seated the intermediate sleeve channels for supplying the pressurized gas into the sleeve interior, where the gas is used to support the shaft itself. The gas then penetrates partly due to its pressure and partly due to the rotation of the shaft through the feed channels of the sleeve between the shaft and the sleeve.
In a design of the invention, the intermediate sleeve is secured against rotation, but be radially movable. In this case, supply channels can again be contained in the intermediate sleeve, through which either the external bearing pressure gas or, under other pressure, possibly atmospheric pressure, standing gas is introduced or sucked into the sleeve to support the shaft.
The feed channels begin, for example, directly opposite the inner mouth of the feed channels located in the fixed bearing part.
In one embodiment of the invention with a plurality of intermediate support members, the intermediate support members are accommodated in recesses in the fixed bearing part and distributed over the circumference of the shaft in orderly segments that are supported on compressed gas which is supplied through channels contained in the fixed bearing part. While with the intermediate sleeve enclosing the shaft, the sleeve as a whole can evade in the case of additional rotation, in the example with several intermediate segments, each segment can evade individually.
Each recess made in the fixed bearing part and the associated intermediate segment are advantageously designed to be cylindrical on the surfaces facing one another, and the axis of the cylinder surface is set parallel to the bearing axis. The axis of each cylinder surface expediently lies approximately on the supporting surface of each intermediate segment facing the shaft. The intermediate segments can then rotate around their central axis as part of their evasive movement.
The intermediate segments can have channels to lead to bearing gas for the shaft itself. Compressed gas, if necessary the compressed gas introduced between the segments and the fixed bearing part, is then also conducted between the segments and the shaft. In other exemplary embodiments, the supporting effect of the shaft in the segments can only result from the dynamic forces of the gas sucked in by the rotation of the shaft.
Each intermediate segment can have at one end of its wing facing the shaft an axially parallel recess extending over part of the wing. This allows the center line of the effective wing of each segment, which is parallel to the bearing axis, to be moved out of the pivot or tilt axis of the segment and reached,
that the resultant of the pressure forces of the wedge-shaped gas gap between the shaft and the segment corresponding to a tilting element in the known Michel bearings always points through the axis of rotation of the segment (in Michell bearings: tilting axis), so that the segment automatically becomes stable Position in which it can have a supporting effect. In this case, special gas feed channels in the segments themselves can be dispensed with.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing.
FIG. 1 is a vertical section in the axis-parallel direction through a first type of shaft bearing, FIG. 2 is a corresponding vertical section transverse to the axis.
Fig. 3 and 4 are two corresponding representations by a second design.
Fig. 5 is a horizontal section through a third design and Fig. 6 is a partial illustration of a horizontal section through a further embodiment. In a fixed bearing part <B> 1 </B> (Fig. 1 </B> and 2) an intermediate sleeve 2 with play is inserted, which surrounds a shaft <B> 3 </B> with play and in not illustrated presented way is secured against displacement in the axial direction of the shaft. Between the bearing part <B> 1 </B> and the bush 2 and between the bush 2 and the shaft <B> 3 </B> there are ring gaps 4, <B> 5. </B> The bearing part during operation <B> 1 </B> contains channels <B> 6 </B> for supplying storage gas under excess pressure, e.g. B.
Air, vaporous refrigerant, etc. into the gap 4. The intermediate sleeve 2 can rotate during operation; its speed will generally be considerably smaller than that of the shaft <B> 3. </B> The bushing 2 has channels <B> 7 </ B shown in dashed lines in FIGS. <B> 1 </B> and 2 > to pass the overpressure bearing gas supplied through the channels <B> 6 </B> into the gap <B> 5. </B> At <B> 8, 9 </B> the bearing gas emerges from the Split <B> 5 </B>.
Gas is sucked into the gap <B> 5 </B> between the sleeve and the shaft due to the viscosity of the gas or the interfacial tension between the gas and the shaft and due to the rotation of the shaft and the shaft is carried by the dynamic force of the sucked in gas in the sleeve and the fixed bearing part <B> 1 </B>.
In the design according to FIGS. 3 and 4, the bushing 2 is secured against rotation by a threaded bolt 11, which is screwed into the fixed bearing part, but it is movable in the radial direction . The bearing part <B> 1 </B> also has main bearing gas supply channels 12 and the bush 2 has forwarding channels 14 which begin immediately opposite the mouth 13 of the channels 12 and which extend into axially parallel sections > 15 </B> branch to which the radial channels <B> 7 </B> are connected.
In this embodiment, standing storage gas is introduced into the gap <B> 5 </B> with the difference that the bushing 2 is under pressure, possibly under pressure other than the gas introduced via channels 6 can't turn.
In a modified example, in which the bolt 11 is omitted and the bush 2 can rotate, the channels 12 open at 13 into one over the entire inner circumference of the bearing part 1 he stretching annulus from which the channels 14,15,7 are fed with bearing gas, possibly at a different pressure than the gas in the channels 6, during the rotation of the sleeve 2.
In another embodiment, the sleeve 2 is coupled to rotate with the shaft 3 by means of a wedge 10, but is radially movable. Bolt <B> 11 </B> is omitted in this case. In this case, a mutual displacement between the shaft and the bushing, i.e. between the gap <B> 5, occurs only between the circumference of the sleeve 2 and the inner circumference of the fixed bearing part <B> 1, </B> between the surfaces delimiting the gap 4 </B> but not limiting areas. Damage as a result of contact can then practically only occur to the extent that the bush strikes against the fixed bearing part.
By choosing the right material for the sleeve 2, it can be achieved that in such a case only the sleeve is damaged. However, it is easy to change. The fixed bearing part <B> 1 </B> and in particular the shaft <B> 3 </B> or the rotor remain undamaged.
In the designs according to FIGS. 1 to 4, if the sleeve 2 is not secured against rotation, pressurized gas or through viscosity or interfaces can occur in gap 4 as well as in gap <B> 5 </B> - or surface tension of the sucked in gas. If sleeve 2 is secured against rotation, then compressed gas must be introduced into gap 4.
In contrast to the embodiments according to FIGS. 1 to 4, in which a single intermediate support member enclosing the shaft is inserted between the fixed bearing part 1 and the shaft 3 In the design according to FIG. 5, several, in the example shown three, segments <B> 16 </B> distributed over the circumference of the shaft are used. These are housed in cylindrical recesses <B> 17 </B> of the bearing part <B> 1 </B>, into which the channels <B> 6 </B> for the supply of pressurized gas open.
On the sides facing the recesses <B> 17 </B> and on the sides facing the shaft <B> 3 </B>, the segments also have matching cylindrical surfaces <B> 18, 19 </ B > provided and rotatable about the axes 21 of the cylinders formed by the surfaces <B> 18 </B>. The axes 21 are at the same time axially parallel center lines of the cylinder surfaces <B> 19 </B> carrying the shaft <B> 3 </B>. Furthermore, the segments <B> 16 </B> have feed channels 14, <B> 15 , 7, </B> through which pressurized gas is led directly from the outside into column <B> 5 </B>.
The channels <B> 15, 7 </B> can also be fed with compressed gas from gap 4 or channels <B> 6 </B>, in which case the channels 14 can be dispensed with. Finally, the bearing part <B> 1 </B> contains channels 22 for discharging the storage gas.
During operation, the shaft <B> 3 </B> and the segments <B> 16 </B> are carried by pressurized gas introduced into the column <B> 5, </B> 4. If, for whatever reason, the shaft with its axis <B> 23 </B> should perform an additional rotation about the bearing axis which is also located at <B> 23 </B> in the illustration according to FIG. <B> 5 </B>, so it alternately approaches one of the <B> segments </B> 16. </B> The relevant segment can in this case both in the radial direction outwards with the approach of the surfaces <B> 17, 18 </B> as well as <B> - </B> if the shaft <B> 3 </B> is not moving on a radius 24 going through the segment axis 21, but instead moves <B> - </ B > Rotate around the axis 21 in one direction or the other.
If the shaft <B> 3 </B> wanders slightly past the inner wing <B> 19 </B> of the segment during the additional rotation, the segment swivels accordingly around its axis 21 until the shaft moves away from the segment Segment removed by enlarging gap <B> 5 </B> and at the same time approaching the following segment.
In other embodiments, the axis of rotation 21 and thus the central axis of the cylinder surfaces 17, 18 lie somewhat differently. It can in principle lie on the radius 24 passing through the axes 32, 21, but expediently in an area between the points 20, 32. Point 20 is the point of intersection of the two on the circumference <B> 28 </B> of the shaft <B> 3 </B> or on the cylindrical surface <B> 19 </B> in the end points <B> 35, 36 </B> of the segments < B> 16 </B> tangents <B> 33, </B> 34 with one another, and point <B> 32 </B> is the point of intersection of radius 24 with that of the two points <B> 35, 36 </B> going secant <B> 37. </B>
In the design according to FIG. 6, each segment <B> 16 </B> has at one end <B> 25 </B> of its facing the shaft <B> 3 </B> Wing <B> 19 </B> a recess <B> 26 </B> which runs parallel to the axis and extends over part of the wing <B> 19 </B>. There are no gas supply channels in the segment <B> 16 </B>; Compressed gas is only fed into the gap 4 formed between the bearing part (not shown) and the segment <B> 16 </B>. The gas is sucked into gap <B> 5 </B> due to its viscosity and as a result of the rotation of the shaft <B> 3 </B>.
Through the recess <B> 26 </B> the axially parallel center line of the cylinder surface <B> 19 </B> located at 21 according to the example according to FIG. 5 becomes out of the axis of rotation also located at 21 Segments <B> 16 </B> are relocated to the right in FIG. 6, in such a way that the resultant of the gap <B> 5 </B>, which tapers in the shape of a wedge from right to left resulting pressure forces constantly goes through the axis of rotation 21,
so that a supporting movement similar to the tilting segments in Mitchell bearings and a stable position of the segments <B> 16 </B> within the scope of the possible rotation about axis 21 is created.
In the illustration according to FIG. 6, for the case of an additional rotation of the shaft axis <B> 23 </B> according to arrow <B> 27 </B>, a snapshot is shown in which the shaft <B > 3 </B> with its axis <B> 23 </B> has moved out of the bearing axis <B> A </B>. The circumference <B> 28 </B> of the shaft is in the extended position, while when the shaft is not performing any additional rotation and axes <B> 23 </B> and <B> A </B> coincide, in the dashed position <B> 29 </B>. The segment <B> 16 </B> has also pivoted about axis 21 into the stable position shown, in which the wing <B> 19 </B> assumes the position shown in solid lines.
The center axis of the cylinder surface corresponding to this position is the axis B, which from the original position coinciding with the bearing axis <B> A </B> on the circle <B> 3 8 </B> described around 21 to the right in the figure has moved. In the original position <B> 30 </B> of the wing <B> 19 </B>, shown in dashed lines, the associated central axis lies in the bearing axis <B> A. </B>
In modified embodiments, gas supply channels are also provided in the segment <B> 16 </B> according to FIG. 6, so that there is compressed gas in the gap <B> 5 </B>. Furthermore, the feed channels 7 can be placed in intermediate sleeves or segments instead of being positioned radially at an angle to the respective shaft diameter.