CH393842A - Gas-lubricated plain bearing - Google Patents

Gas-lubricated plain bearing

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Publication number
CH393842A
CH393842A CH1230164A CH1230164A CH393842A CH 393842 A CH393842 A CH 393842A CH 1230164 A CH1230164 A CH 1230164A CH 1230164 A CH1230164 A CH 1230164A CH 393842 A CH393842 A CH 393842A
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CH
Switzerland
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bearing
gas
axial
plain bearing
grooves
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Application number
CH1230164A
Other languages
German (de)
Inventor
Yuean-Heng Dipl Ing Dschen
Original Assignee
Bbc Brown Boveri & Cie
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10Construction relative to lubrication
    • F16C33/1005Construction relative to lubrication with gas, e.g. air, as lubricant
    • F16C33/101Details of the bearing surface, e.g. means to generate pressure such as lobes or wedges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Description

  

  Gasgeschmiertes Gleitlager    Gegenstand des Hauptpatentes ist ein hydro  dynamisch gasgeschmiertes Gleitlager für hohe Dreh  zahlen mit zylindrischer Bohrung und mit Vertiefun  gen in der Lauffläche der Lagerschale, wobei die  Vertiefungen nahe den beiden Lagerenden über den  Umfang     segmentartig    angeordnet sind und jede Ver  tiefung am Einlauf mit einer     Axialnut    versehen ist,  die sich zumindest annähernd über die Breite der       Vertiefung    erstreckt und keine Verbindung mit der  umgebenden Atmosphäre hat.  



  Ferner wird im Hauptpatent vorgeschlagen, zwi  schen den     Vertiefungen    bzw.     Axialnuten    und den  Lagerenden je eine Ringnut anzuordnen. Diese Ring  nuten haben den Zweck, den Gasaustausch zwischen  dem Schmierspalt und der Lagerumgebung abzu  grenzen, um die     Lagerlauffläche    vor Verschmutzung  zu schützen. Die Verwendung von speziellen     Ansaug-          Leitungen    oder Filtern für das Schmiergas wird da  durch vermieden.  



  Im Gegensatz zu den bekannten Mehrtragflächen  lagern weist ein in dieser Weise konstruiertes Gleit  lager schon bei verhältnismässig niedrigen Drehzah  len eine genügende Tragfähigkeit des Schmierfilms  auf und arbeitet bei hohen Drehzahlen frei von In  stabilität der Wellenbewegung, wie dies durch ausge  führte Maschinen bestätigt wird.  



  Bei hydrodynamisch gasgeschmierten Lagern be  steht ausser den Problemen der Tragfähigkeit und  der Stabilität das Problem der Deformation des La  gers unter Wärmebeanspruchung im Betrieb, da we  gen der geringen Tragfähigkeit beim Gaslager     aus-          serordentlich    kleine Lagerspiele, mithin zum Funk  tionieren eine hohe Formgenauigkeit des Lagers un  bedingt notwendig ist. Bei mit sehr heissen Gasen ar  beitenden Turbomaschinen wird ausgerechnet das  dem Laufrad nahehegende Traglager durch einseitige  Erhitzung sehr ungünstig beansprucht. Im Betrieb    können zwischen den beiden Lagerenden unzulässige  Temperatur-Unterschiede und ungleiche Wärmedeh  nungen im Lagerkörper auftreten, welche die Be  triebssicherheit der Maschinen gefährden.

   Die vor  liegende Erfindung bezweckt, diese Schwierigkeiten  zu meistern. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass we  nigstens eine     Axialnut    an wenigstens einem der bei  den Lagerenden mit der Ringnut am anderen Lager  ende durch wenigstens einen speziellen Kanal verbun  den ist.  



  Auf diese Weise ist es möglich ohne spezielle,  insbesondere bewegte Hilfsmittel, einen ständigen  Austausch von Schmiergas und damit einen Tempe  raturausgleich zwischen den beiden Lagerenden zu  erzielen.  



  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der  Erfindung dargestellt.  



       Fig.    1 zeigt einen     Axialschnitt    des gasgeschmier  ten Gleitlagers und       Fig.    2 einen     Radialschnitt    nach der Linie     II-11,    in       Fig.    1.  



  Eine Welle 1 läuft in einer zylindrischen Lager  schale 2, nahe deren Enden A und B mehrere Ver  tiefungen sog. Stabilisierungstaschen 3a, 3b und 3c  über den Umfang     segmentartig    angeordnet sind. Die  Breite dieser Stabilisierungstaschen in     Axialrichtung     ist so bemessen, dass sie maximal ein Sechstel der  Lagerbreite beträgt. üblicherweise sind sie schmä  ler, und so bleibt zwischen ihnen ein tragender Mit  telteil mit zylindrischer Bohrung, ohne jegliche Nu  ten oder Löcher, von mindestens zwei Dritteln der  Lagerbreite übrig. Jede der Stabilisierungstaschen 3a,  <I>3b, 3c</I> ist an ihrem Einlauf, betrachtet in der Dreh  richtung der Welle 1, mit einer     Axialnut   <I>4a</I> bzw.<I>4b</I>  bzw. 4c versehen, die sich über die Breite der Sta  bilisierungstaschen erstreckt.

   Die Tiefe t der Stabili  sierungstaschen ist von der gleichen Grössenordnung      wie das radiale Lagerspiel A R zwischen Welle 1  und Lagerschale 2. Zwischen den Stabilisierungs  taschen bzw.     Axialnuten    und den Lagerenden ist je  eine Ringnut 5a und 5b in die Lagerschale 2 einge  dreht.  



  Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die am  Lagerende A bzw. B befindlichen     Axialnuten    4a, 4b,  4c durch je einen oder mehrere in der Lagerschale 2  verlaufende Kanäle<I>6a bzw.</I> 6b mit der am Lager  ende B bzw. A befindlichen Ringnut 5b bzw. 5a ver  bunden.  



  Ein wesentlicher Vorteil dieser     Art    der Verbin  dungen<I>6a</I> und 6b zwischen den     Axialnuten    4a,<I>4b,</I>  4c und den Ringnuten 5a, 5b besteht darin, dass ein  intensiver Austausch des in den Ringnuten 5a und  <I>5b</I> eingeschlossenen Schmiergases erfolgen kann.  



  Im Betrieb arbeiten die an den Lagerenden A  bzw. B angebrachten Stabilisierungstaschen 3a, 3b,  3c als     Viskositätspumpen,    die das Schmiergas aus  dem einen Lagerende A bzw. B in die Ringnut am  anderen Lagerende B bzw. A fördern. Die Folge die  ser gleichzeitig in beiden Richtungen sich abspielen  den Vorgänge ist ein weitgehender Ausgleich der zwi  schen den beiden Lagerenden A und B herrschenden       Temperaturdifferenz.     



  Ausser der obengenannten Funktion des Tempe  raturausgleiches erfüllen diese internen Verbindungen  noch eine für hydrodynamisch gasgeschmierte Gleit  lager nützliche Funktion einer erhöhten Stabilisie  rung. Insbesondere kann durch das Verbinden der  auf der unbelasteten Seite der Lagerfläche befindli  chen     Axialnuten   <I>4a</I> mit einer der Ringnuten<I>5a, 5b</I>  die Entwicklung von negativem Druck im Schmier  spalt des Lagers verhindert werden.  



  Für Stabilisierungszwecke können die Taschen  zur Anpassung der Wellenverlagerung ungleich tief  sein. Beispielsweise kann bei der dargestellten Aus  führung die Tasche 3a auf der unbelasteten Lager  seite, je nach der jeweiligen Wellenexzentrizität im  Betrieb, tiefer sein als die Stabilisierungstaschen 3b  und 3c, womit sich die Stabilität weiter erhöhen lässt.  



  Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteil  haft sein, die Stabilisierungstaschen ungleichmässig    über den Umfang zu verteilen und gegebenenfalls we  niger als drei Taschen pro Lagerende vorzusehen.  Zum Beispiel kann für höhere Ansprüche an die  Tragfähigkeit des Lagers die Tasche 3b samt der       Einlaufnut    4b auf der belasteten Lagerseite weggelas  sen werden. Die beiden Lagerenden leisten dadurch  einen vermehrten Beitrag an die Tragfähigkeit. Es ist  ferner möglich, die Stabilisierungstaschen entspre  chend dem erstrebten Zweck ungleich breit auszu  führen.  



  In gewissen Fällen, wo niedrigere Betriebsdreh  zahl und höhere Lagerbelastung vorliegen, ergeben  die     Axialnuten   <I>4a, 4b,</I> 4c allein, d. h. ohne die     an-          schliessenden    Taschen 3a,<I>3b</I><B>3e,</B> ebenfalls eine ge  nügende Stabilisierung.



  Gas-lubricated plain bearing The subject of the main patent is a hydrodynamically gas-lubricated plain bearing for high speeds with a cylindrical bore and with recesses in the running surface of the bearing shell, the recesses near the two bearing ends are arranged in segments over the circumference and each recess at the inlet with an axial groove is provided, which extends at least approximately over the width of the recess and has no connection with the surrounding atmosphere.



  It is also proposed in the main patent, between tween the depressions or axial grooves and the bearing ends to be arranged an annular groove. These ring grooves have the purpose of delimiting the gas exchange between the lubrication gap and the bearing environment to protect the bearing surface from contamination. The use of special suction lines or filters for the lubricating gas is avoided.



  In contrast to the well-known multi-wing bearings, a plain bearing constructed in this way has a sufficient load-bearing capacity of the lubricating film even at relatively low speeds and works at high speeds free from the stability of the shaft movement, as confirmed by machines carried out.



  In hydrodynamically gas-lubricated bearings, apart from the problems of load-bearing capacity and stability, there is also the problem of deformation of the bearing under thermal stress during operation, because the low load-bearing capacity of gas bearings means that the bearing clears are extremely small, so that the bearing has a high degree of dimensional accuracy is conditionally necessary. In the case of turbo machines working with very hot gases, the bearing bearing close to the impeller is stressed very unfavorably due to one-sided heating. During operation, impermissible temperature differences and unequal thermal expansion in the bearing body can occur between the two ends of the bearing, which endanger the operational safety of the machines.

   The present invention aims to overcome these difficulties. It is characterized in that at least one axial groove on at least one of the ends of the bearing with the annular groove on the other bearing is connected by at least one special channel.



  In this way it is possible to achieve a constant exchange of lubricating gas and thus a temperature compensation between the two bearing ends without special, in particular moving aids.



  An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.



       Fig. 1 shows an axial section of the gas-lubricated sliding bearing and Fig. 2 is a radial section along the line II-11 in FIG.



  A shaft 1 runs in a cylindrical bearing shell 2, near the ends A and B several depressions Ver so-called. Stabilization pockets 3a, 3b and 3c are arranged in segments over the circumference. The width of these stabilizing pockets in the axial direction is dimensioned so that it is a maximum of one sixth of the bearing width. Usually they are narrower, and so remains between them a supporting middle part with a cylindrical bore, without any grooves or holes, of at least two-thirds of the bearing width. Each of the stabilization pockets 3a, <I> 3b, 3c </I> is at its inlet, viewed in the direction of rotation of the shaft 1, with an axial groove <I> 4a </I> or <I> 4b </I> or 4c, which extends over the width of the Sta bilisierungstaschen.

   The depth t of the stabilization pockets is of the same order of magnitude as the radial bearing play A R between shaft 1 and bearing shell 2. Between the stabilization pockets or axial grooves and the bearing ends, an annular groove 5a and 5b is turned into the bearing shell 2.



  In the present exemplary embodiment, the axial grooves 4a, 4b, 4c located at the bearing end A and B are each provided with one or more channels 6a or 6b running in the bearing shell 2 with the channels B and A located at the bearing end Annular groove 5b or 5a connected.



  A major advantage of this type of connections <I> 6a </I> and 6b between the axial grooves 4a, <I> 4b, </I> 4c and the annular grooves 5a, 5b is that an intensive exchange of the in the annular grooves 5a and <I> 5b </I> enclosed lubricating gas can take place.



  In operation, the stabilization pockets 3a, 3b, 3c attached to the bearing ends A and B work as viscosity pumps that convey the lubricating gas from one bearing end A or B into the annular groove at the other bearing end B or A, respectively. The consequence of these processes taking place in both directions at the same time is an extensive compensation of the temperature difference between the two ends of the bearing A and B.



  In addition to the temperature compensation function mentioned above, these internal connections also fulfill a function of increased stabilization which is useful for hydrodynamically gas-lubricated plain bearings. In particular, by connecting the axial grooves <I> 4a </I> located on the unloaded side of the bearing surface with one of the annular grooves <I> 5a, 5b </I>, the development of negative pressure in the lubricating gap of the bearing can be prevented.



  For stabilization purposes, the pockets for adjusting the shaft displacement can be unequal depth. For example, in the embodiment shown, the pocket 3a on the unloaded bearing side, depending on the respective shaft eccentricity during operation, can be deeper than the stabilization pockets 3b and 3c, which can further increase the stability.



  For certain applications, it can be advantageous to distribute the stabilizing pockets unevenly over the circumference and, if necessary, to provide less than three pockets per bearing end. For example, the pocket 3b together with the inlet groove 4b on the loaded bearing side can be omitted for higher demands on the load-bearing capacity of the bearing. The two ends of the bearing make an increased contribution to the load-bearing capacity. It is also possible to make the stabilization pockets unequally wide according to the intended purpose.



  In certain cases, where the operating speed is lower and the bearing load is higher, the axial grooves result in <I> 4a, 4b, </I> 4c alone, i.e. H. Without the adjoining pockets 3a, <I> 3b </I> <B> 3e, </B> also sufficient stabilization.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Hydrodynamisch gasgeschmiertes Gleitlager nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes, mit je einer zwischen den Axialnuten und den Lagerenden ange ordneten Ringnut, dadurch gekennzeichnet, dass we nigstens eine Axialnut <I>(4a, 4b, 4c)</I> an wenigstens einem der beiden Lagerenden (A bzw. B) mit der Ringnut (5b, 5a) am anderen Lagerende (B, A) durch wenigstens einen speziellen Kanal (6a bzw. 66) verbunden ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Gleitlager nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass an jedem Lagerende (A, B) we nigstens eine Axialnut <I>(4a, 4b,</I> 4e) mit der Ringnut <I>(5b, 5a)</I> des anderen Endes (B, A) verbunden ist. 2. PATENT CLAIM Hydrodynamically gas-lubricated plain bearing according to the patent claim of the main patent, each with an annular groove arranged between the axial grooves and the bearing ends, characterized in that at least one axial groove <I> (4a, 4b, 4c) </I> on at least one of the two Bearing ends (A or B) is connected to the annular groove (5b, 5a) at the other bearing end (B, A) by at least one special channel (6a, 66). SUBClaims 1. Plain bearing according to claim, characterized in that at each end of the bearing (A, B) at least one axial groove <I> (4a, 4b, </I> 4e) with the annular groove <I> (5b, 5a) < / I> of the other end (B, A) is connected. 2. Gleitlager nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kanal (6a, 6b) die Lager schale (2) mindestens teilweise durchsetzt. 3. Gleitlager nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die auf der unbelasteten Seite der Lagerfläche befindlichen Axialnuten (4a) an den La gerenden (B, A) mit den zugehörigen Ringnuten <I>(5a,</I> 5b) an den Lagerenden (A, B) durch spezielle Kanäle (6b, 6a) verbunden sind. Sliding bearing according to claim, characterized in that the channel (6a, 6b) at least partially penetrates the bearing shell (2). 3. Plain bearing according to claim, characterized in that the axial grooves (4a) located on the unloaded side of the bearing surface on the La gerenden (B, A) with the associated annular grooves <I> (5a, </I> 5b) on the Bearing ends (A, B) are connected by special channels (6b, 6a).
CH1230164A 1961-07-10 1964-09-22 Gas-lubricated plain bearing CH393842A (en)

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