Lagervorrichtung mit gegen Zerstörung gesichertem Lager für schnellaufende Wellen, insbesondere für Sicherheitsprüfstände Es wurde bereits ein Sicherheitsprüfstand für schnellaufende Maschinenteile, insbesondere die In duktoren von Turbogeneratoren, vorgeschlagen. Die ser Prüfstand ist grundsätzlich so gebaut, dass der Prüfling von einer ausreichend dicken Umhüllung, ähnlich einem Zylindermantel, umgeben ist, deren Innendurchmesser sich dem Durchmesser des Prüf lings bis auf einen verhältnismässig kleinen Luftspalt nähert. Sobald eine Verformung des Prüflings ein tritt, so berührt dieser nach Zurücklegung eines sehr kleinen Weges die Innenfläche der Umhüllung und rollt an dieser Fläche ab, wobei entsprechend starke Reibungskräfte auftreten.
Diese Kräfte bewirken, dass die Umhüllung, die auf Rollen gelagert sein kann, selbst in Drehung versetzt wird. Durch die Reibung und auch durch die dann einsetzende Drehbewegung der Umhüllung wird die kinetische Energie des Prüf lings sehr schnell aufgezehrt und eine entsprechende Drehzahlherabsetzung des Prüflings erzwungen.
Wenn es auch durch Massnahmen dieser Art ge lingt, die Explosion eines Induktors unter der Ein wirkung einer Fliehkraft bzw. Unwucht zu verhin dern, so können immerhin durch die radial gerichteten Kräfte schwere Schäden an den Lagern der Welle des Induktors auftreten, so dass diese für eine weitere Verwendung unbrauchbar werden.
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung mit gegen Zerstörung gesichertem Lager für schnellau fende Wellen, insbesondere für Sicherheitsprüfstände elektrischer Maschinen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein das Lager einschliessendes inneres Lagergehäuse durch Sollbruchglieder und Federn gegen ein Lageraussenteil abgestützt ist, der art, dass bei einem Bruch die Federn zur Wirkung kommen und die Welle sich in eine neue Lage ein stellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindnug sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Dabei zeigt: Fig. 1 die Lagerung eines Prüflings in Ansicht, Fig. 2 in grösserem Massstab eine der Lagervor richtungen in Stirnansicht und in geöffnetem Zustand, Fig. 3 in noch grösserem Massstab einen axialen Schnitt durch die Lagervorrichtung, Fig. 4 teils in Ansicht und teils im Schnitt die Konstruktion einer einzelnen Federanordnung mit einer hydraulischen Dämpfung.
In Fig. 1 sind auf einem Fundament 1 die Lager 2 für den Prüfling 3 dargestellt. Dabei kann es sich um den Induktor eines Turbogenerators handeln. Die ser Induktor wird bei einem Sicherheitsprüfstand nach an anderer Stelle gemachten Vorschlägen mit einer entsprechend massiven Umhüllung in der Form eines Zylindermantels umgeben, wobei zwischen der Um hüllung und dem Induktor nur ein verhältnismässig kleiner Luftspalt verbleibt. Diese Umhüllung ist in Fig. 1 der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Tritt beim Schleudern des Prüflings eine Unwucht auf, so wird er sich schon nach Zurücklegung des kleinen Luftspaltes gegen die Innenfläche der Um hüllung legen, wobei die radial gerichteten Kräfte in tangential gerichtete Reibungskräfte umgesetzt wer den, die eine schnelle Abbremsuug und Drehzahl herabsetzung erzwingen. Da aber auch bei nur klei nen Lageänderungen des Induktors eine Zerstörung der Lager 2 herbeigeführt werden kann, wird im folgenden eine besondere<U>Lag</U> erbauform mit gegen Zerstörung gesichertem Lager angegeben.
Diese Lagerbauform ist in den Fig. 2 und 3 dar gestellt. Auf der Welle 10 des Prüflings ist eine Spannhülse 11 angebracht. Auf der Spannhülse sind die Wälzlagerinnenringe 12 befestigt. Zu den Wälz lagern gehören die Wälzlageraussenringe 13, und die Wälzlager werden durch ein Lagergehäuse 14 zusam mengehalten. Alle bisher beschriebenen Teile bilden mit der Welle 10 ein einheitliches Ganzes, das vor aussetzungsgemäss so ausgeführt sein soll, dass es bei der auftretenden Unwucht während des Schleu derns keine Verformung erfährt und insbesondere keine Beschädigung der Wälzlager selbst auftritt.
Durch einen Ring 15 sind die Wälzlager 12, 13 in dem Lagergehäuse 14 gehalten. Abdeckplatten 16 zu beiden Seiten schützen die Wälzlager gegen Ver unreinigungen.
Ausserdem ist aber ein Lageraussenteil 17 vorhan den, das zweckmässigerweise mehrteilig ist, um den Zusammenbau zu erleichtern. Das innere Lager gehäuse 14 und das Lageraussenteil 17 werden durch Ringe 18 und 19 zusammengehalten. Dabei ist der Ring 18 mit dem Lageraussenteil 17 und der Ring 19 mit dem inneren Lagergehäuse 14 fest verbunden. Die beiden Ringe 18 und 19 werden durch Abscher- stifte 20 zusammengehalten. Zwischen dem inneren Lagergehäuse 14 und dem Lageraussenteil 17 be finden sich Pakete von Tellerfedern 21. Solche Feder pakete sind bei jedem Lager mehrfach, z.
B. sechs fach, vorhanden und jeweils radial gestellt, so dass sie radial gerichtete Kräfte aufzunehmen vermögen, gleichgültig, in welcher Richtung des Raumes solche Kräfte gegebenenfalls auftreten.
Diese Tellerfedern haben beim Auswuchten eines Induktors kaum eine Funktion zu erfüllen. Wenn aber beim Schleudern des Induktors, z. B. durch eine plötzlich eintretende Unwucht undfoder durch wesentliche Überschreitung der vorgesehenen Schleu derdrehzahl, Lagerbelastungen auftreten, die höher sind als die für die Wälzlager 12, 13 vorgesehenen Belastungen, so brechen die Abscherstifte 20. Der Querschnitt dieser Stifte ist so bemessen, dass die Kraft, die zu ihrem Bruch erforderlich ist, wesentlich kleiner ist als die Kraft, welche die Wälzlager zer stören würde.
Sind die Abscherstifte 20 gebrochen, so stellt sich der Induktor infolge der aufgetretenen Unwucht und seiner nunmehr elastischen Lagerung in eine neue Lage mit einer Drehachse ein, die mit der ursprünglichen Drehachse nicht mehr überein stimmt, sondern von Grösse und Lage der Unwucht abhängig ist. Es ist das Kennzeichen dieser neuen Lage, dass radial gerichtete gefährliche Kräfte durch entgegenwirkende Kräfte ausgeglichen werden. Man wird zweckmässigerweise die durch die Abscherstifte 20 verbundenen Ringe 18 und 19 so formen; dass die Welle 10 im ganzen auch eine Schwenkbewegung um den Mittelpunkt des anderen Induktorlagers aus führen kann.
Durch eine Anordnung dieser Art wird insbe sondere bei Prüfständen eine erhöhte Sicherheit gegen Unfälle durch Explosionen dadurch erreicht, dass die zunächst starre Lagerung des auszuwuchtenden bzw. zu schleudernden Körpers in eine elastische Lage rung übergeht. Ein weiterer Sicherheitsfaktor liegt darin, dass bei plötzlich auftretenden Unwuchten der zu untersuchende Körper in einem ihn mit geringem Luftspalt umgebenden Hohlzylinder im wesentlichen abrollt. Das auf den Hohlzylinder vom Prüfling her ausgeübte Drehmoment wird dabei durch konzen trisch angeordnete Zylindermantelflächen abgebremst.
Weiter kann zur Sicherheit beitragen, dass dieser Hüll- körper des Prüflings im gleichen Drehsinn wie der Prüfling mechanisch angetrieben wird. Diese Mass nahmen können einzeln oder auch gemeinsam an gewandt werden.
Als Anzeigemittel für das überschreiten der zu lässigen Lagerreaktionskräfte können beliebige ge eignete Anzeigevorrichtungen dienen. Beispielsweise kann daran gedacht werden, den piezo-elektrischen Effekt zur Anzeige der Lagerreaktionskräfte zu ver wenden.
Fig. 4 zeigt ein zweites Beispiel der erfindungs gemässen Lagervorrichtung. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass ausser der Dämpfung durch Teller federn eine hydraulische Bremseinrichtung zur Auf nahme radialer Wellenbewegungen vorgesehen ist. Diese hydraulische Bremseinrichtung weist vorteilhaft mehrere Bremsen auf, die zentrisch zu den Teller- federpaketen in diese eingebaut sind. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass ein etwaiges radiales Ausweichen der Welle sehr schnell zum Stillstand kommt und die Welle in einer neuen Lage festgehalten wird.
Fig. 4 beschränkt sich unter Weglassung verschie dener bereits beschriebener Einzelheiten im wesent lichen auf die Darstellung einer hydraulischen Bremse samt Tellerfederpaket. Dabei ist angenommen, dass wieder ein inneres Lagergehäuse 14 vorhanden ist, das mehrere Wälzlager umschliesst. Ferner ist eben falls ein Lageraussenteil 17 vorhanden. Das innere Lagergehäuse 14 und das Lageraussenteil 17 sind miteinander durch die bereits beschriebenen -und hier nicht dargestellten Sollbruchglieder miteinander ver bunden.
Im Raum zwischen dem inneren Lager gehäuse 14 und dem Lageraussenteil 17 befinden sich mehrere Tellerfederpakete 21.
Im inneren Lagergehäuse 14 ist bei jedem Teller- federpaket ein Einsatzstück 30 vorhanden, in dem eine Kugelkalotte 31 liegt. Der diese Kugelkalotte aufweisende Körper bildet gleichzeitig den Deckel eines Zylinders 32. Ausserdem ist an diesem Körper 31 eine Kolbenstange 33 angebracht, die einen Kol ben 34 trägt. Der Kolben 34 ist mit mehreren par allel zur Zylinderachse verlaufenden Drosselbohrun gen 35 versehen, um den Durchtritt einer Brems flüssigkeit zu ermöglichen.
Sinngemäss befindet sich im Lageraussenteil 17 ein Einsatzstück 36, in dem eine Kugelkalotte 37 liegt. Der diese Kugelkalotte 37 aufweisende Körper ist mit einem inneren Zylinder 38 versehen, in dem sich das obere Ende der Kolbenstange 33 verschieben kann. Der genannte Körper bildet gleichzeitig den Deckel eines weiteren Zylinders 39, in dem sich der Kolben 34 bewegen kann. In diesem Zylinder 39 ist ausserdem der Zylinder 32 geführt. Der innere Zylin der 40 ist in der gezeichneten Weise mit Drossel- öffnungen 40 versehen, um den Durchtritt der Brems flüssigkeit zu ermöglichen.
Die beschriebene Einrichtung ist bei jedem Lager mehrfach, beispielsweise sechsmal vorhanden und radial so gestellt, dass die Welle mit dem inneren Lagergehäuse 14 nach allen Richtungen des Raumes ausreichend abgestützt ist.
Wenn die Welle z. B. durch überschreitung einer Höchstdrehzahl oder durch Auftreten einer Unwucht ihre Lage ändert, dann bewegt sie sich und das mit ihr verbundene innere Lagergehäuse 14 beispielsweise nach oben, sofern die schon erwähnten Sollbruch glieder nachgegeben haben. Die Tellerfedern 21 wirken dieser Bewegung entgegen und dämpfen sie. Ausserdem wirkt dieser Bewegung die hydraulische Bremse entgegen, weil sich dann das aus der Kugel- kalotte 31, dem Zylinder 32, der Kolbenstange 33 und dem Kolben 34 bestehende Gebilde gleichfalls nach oben bewegt.
Dadurch wird die Bremsflüssig keit durch die Öffnungen 35 und 40 hindurchgepresst und wandert je nach der Richtung der Bewegung von dem einen in den andern Raum. Auf diese Weise wird gleichfalls zur Dämpfung der Bewegung beigetragen.
Storage device with secured against destruction bearings for high-speed shafts, especially for safety test stands A safety test stand for high-speed machine parts, in particular the ductors of turbo generators, has already been proposed. This test stand is basically built in such a way that the test item is surrounded by a sufficiently thick cover, similar to a cylinder jacket, the inside diameter of which approximates the diameter of the test item except for a relatively small air gap. As soon as the test object is deformed, it touches the inner surface of the envelope after covering a very small distance and rolls off this surface, with correspondingly strong frictional forces.
These forces cause the casing, which can be mounted on rollers, to rotate itself. The kinetic energy of the test specimen is very quickly consumed by the friction and also by the rotary motion of the casing which then begins, and a corresponding reduction in the speed of the test specimen is forced.
Even if measures of this kind succeed in preventing the explosion of an inductor under the action of a centrifugal force or imbalance, the radially directed forces can at least cause severe damage to the bearings of the inductor's shaft, so that they are for any further use will become unusable.
The invention relates to a storage device with secured against destruction bearings for Schnellau fende waves, in particular for safety test stands of electrical machines. The invention is characterized in that an inner bearing housing enclosing the bearing is supported by predetermined breaking members and springs against an outer bearing part, such that in the event of a break, the springs come into effect and the shaft moves into a new position.
Embodiments of the invention are shown schematically in the drawing. It shows: Fig. 1 the storage of a test object in view, Fig. 2 on a larger scale one of the Lagervor directions in front view and in the open state, Fig. 3 on an even larger scale an axial section through the storage device, Fig. 4 partially in view and partly in section the construction of a single spring arrangement with hydraulic damping.
In Fig. 1, the bearings 2 for the test object 3 are shown on a foundation 1. This can be the inductor of a turbo generator. This inductor is surrounded in a safety test stand according to suggestions made elsewhere with a correspondingly massive envelope in the form of a cylinder jacket, with only a relatively small air gap remaining between the envelope and the inductor. This envelope is not shown in Fig. 1 for the sake of simplicity.
If an imbalance occurs when the test object is thrown, it will lie against the inner surface of the envelope after covering the small air gap, with the radially directed forces being converted into tangentially directed frictional forces that force a rapid deceleration and reduction in speed. However, since the bearing 2 can be destroyed even with only small changes in the position of the inductor, a special <U> Lag </U> design with a bearing secured against destruction is specified below.
This bearing design is shown in FIGS. 2 and 3 represents. A clamping sleeve 11 is attached to the shaft 10 of the test object. The roller bearing inner rings 12 are fastened on the adapter sleeve. The roller bearings include the roller bearing outer rings 13, and the roller bearings are held together by a bearing housing 14. All parts described so far form a unitary whole with the shaft 10, which should be designed in accordance with the exposure so that it does not experience any deformation in the event of an imbalance during the Schleu countries and in particular no damage to the rolling bearing itself occurs.
The roller bearings 12, 13 are held in the bearing housing 14 by a ring 15. Cover plates 16 on both sides protect the roller bearings against contamination.
In addition, however, an outer bearing part 17 is IN ANY, which is expediently made up of several parts in order to facilitate assembly. The inner bearing housing 14 and the bearing outer part 17 are held together by rings 18 and 19. The ring 18 is firmly connected to the bearing outer part 17 and the ring 19 to the inner bearing housing 14. The two rings 18 and 19 are held together by shear pins 20. Between the inner bearing housing 14 and the bearing outer part 17 be there are packets of disc springs 21. Such spring packets are multiple in each bearing, for.
B. six times, available and each set radially so that they are able to absorb radially directed forces, regardless of the direction in which such forces may occur.
These disc springs hardly have any function in balancing an inductor. But if when spinning the inductor, z. B. by a suddenly occurring imbalance andfor by significantly exceeding the intended Schleu derdrehzahl, bearing loads occur that are higher than the loads intended for the roller bearings 12, 13, the shear pins 20 break. The cross-section of these pins is dimensioned so that the force , which is required to break it, is much smaller than the force that would disrupt the rolling bearings zer.
If the shear pins 20 are broken, as a result of the imbalance that has occurred and its now elastic mounting, the inductor moves into a new position with an axis of rotation that no longer coincides with the original axis of rotation but is dependent on the size and position of the imbalance. It is the characteristic of this new situation that radially directed dangerous forces are balanced out by counteracting forces. The rings 18 and 19 connected by the shear pins 20 are expediently shaped in this way; that the shaft 10 as a whole can also pivot about the center point of the other inductor bearing.
With an arrangement of this type, increased security against accidents caused by explosions is achieved, especially in test stands, in that the initially rigid mounting of the body to be balanced or thrown changes into an elastic mounting. Another safety factor is that, in the event of suddenly occurring imbalances, the body to be examined essentially rolls off in a hollow cylinder surrounding it with a small air gap. The torque exerted on the hollow cylinder by the test item is slowed down by concentrically arranged cylinder jacket surfaces.
The fact that this enveloping body of the test piece is mechanically driven in the same direction of rotation as the test piece can contribute to safety. These measures can be applied individually or together.
Any suitable display devices can serve as a display means for exceeding the permissible bearing reaction forces. For example, it can be thought of using the piezo-electric effect to display the bearing reaction forces.
Fig. 4 shows a second example of the inventive storage device. The arrangement is such that, in addition to the damping by spring plates, a hydraulic braking device is provided to take on radial wave movements. This hydraulic braking device advantageously has a plurality of brakes which are installed in the disk spring assemblies centrically. In this way it is ensured that any radial deflection of the shaft comes to a standstill very quickly and the shaft is held in a new position.
Fig. 4 is limited to the omission of various details already described in the wesent union on the representation of a hydraulic brake including a disc spring assembly. It is assumed here that there is again an inner bearing housing 14 which encloses several rolling bearings. Furthermore, if an outer bearing part 17 is also present. The inner bearing housing 14 and the bearing outer part 17 are connected to one another by the predetermined breaking members already described and not shown here.
In the space between the inner bearing housing 14 and the bearing outer part 17 there are several disc spring assemblies 21.
In the inner bearing housing 14, there is an insert piece 30 in which a spherical cap 31 lies in each cup spring assembly. The body having this spherical cap simultaneously forms the cover of a cylinder 32. In addition, a piston rod 33 is attached to this body 31, which carries a piston 34. The piston 34 is provided with several par allel to the cylinder axis extending Drosselbohrun gene 35 to allow the passage of a brake fluid.
Analogously, in the outer bearing part 17 there is an insert 36 in which a spherical cap 37 is located. The body having this spherical cap 37 is provided with an inner cylinder 38 in which the upper end of the piston rod 33 can move. Said body also forms the cover of a further cylinder 39 in which the piston 34 can move. The cylinder 32 is also guided in this cylinder 39. The inner cylinder 40 is provided in the manner shown with throttle openings 40 to allow the passage of the brake fluid.
The device described is present several times in each bearing, for example six times, and is positioned radially so that the shaft with the inner bearing housing 14 is adequately supported in all directions of space.
When the wave z. B. changes its position by exceeding a maximum speed or by the occurrence of an imbalance, then it moves and the inner bearing housing 14 connected to it, for example, upwards, provided that the aforementioned predetermined breaking members have given way. The disc springs 21 counteract this movement and dampen it. In addition, the hydraulic brake counteracts this movement because the structure consisting of the spherical cap 31, the cylinder 32, the piston rod 33 and the piston 34 then also moves upwards.
As a result, the brake fluid is forced through the openings 35 and 40 and migrates from one space to the other depending on the direction of movement. This also helps dampen the movement.