CH648641A5

CH648641A5 - Ring-keilflaechen-drucklager.

Info

Publication number: CH648641A5
Application number: CH5240/80A
Authority: CH
Inventors: Masahiro Yoshioka; Toshifumi Koike
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-07-13
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1985-03-29
Also published as: DE3025876C2; JPS5945850B2; DE3025876A1; JPS5614620A; US4348065A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ring-Keilflächen-Drucklager.

Ein Drucklager, insbesondere ein Ring-Keilflächen-Drucklager, weist auf seiner Lagerfläche normalerweise eine Mehrzahl Keilflächen, ebene Flächen und Nuten auf, die in Rotationsrichtung eines an der Lagerfläche positionierten Druckbunds angeordnet sind. Dieser Typ von Ring-Keil-flächen-Drucklager ist z.B. aus der Veröffentlichung «Bear-ing Design And Application», McGraw-Hill Book Incorpo-rated, bekannt. Das Ring-Keilflächen-Drucklager wird wegen seiner hohen Belastbarkeit auf vielen Gebieten eingesetzt. Bei dem bekannten Ring-Keilflächen-Drucklager sind üblicherweise Schmierölzufuhrmittel vorgesehen, die entweder Umfangsnuten zur Ölzufuhr sind, die an der Innenseite von zwischen den ebenen und den Keilflächen des Lagers vorgesehenen Radialnuten gebildet sind und die Radialnuten miteinander verbinden, oder die Öffnungen in den Zwischenabschnitten der Radialnuten zur Ölzufuhr zu diesen sind. Auch sind Radialnuten jeweils an ihrer Aussen-seite mit Drosselmitteln versehen, so dass der Durchsatz des längs den Radialnuten nach aussen strömenden Schmieröls gedrosselt wird.

Bei diesem Typ von Ring-Keilflächen-Drucklager wird eine Druckbelastung von einem Hochdruck-Schmierölfilm, der zwischen den Keilflächen und den ebenen Flächen der Lagerfläche und einem an der Lagerfläche positionierten Druckbund durch die Rotation des Druckbunds gebildet wird, aufgenommen. Da der Durchsatz des längs den Radialnuten nach aussen strömenden Öls durch die Drosselmittel begrenzt ist, besteht die Gefahr, dass die Temperatur des Schmieröls zwischen dem Druckbund und der Lagerfläche infolge der Umlaufbewegung des Druckbunds erhöht wird, und es besteht ferner die Gefahr, dass das Hochtemperatur-Schmieröl auf die benachbarte Keilfläche übertragen wird, indem es durch jede der Nuten strömt. Diese Erscheinung, die normalerweise als überlaufen von HochtemperaturÖl bezeichnet wird, kann einen Temperaturanstieg des

Schmieröls über den höchstzulässigen Temperaturbereich, der durch eine Festigkeitsminderung des Lagerwerkstoffs, die Oxidation des Öls und andere Faktoren bestimmt wird, zur Folge haben. Wenn also ein Drucklager unter Hochdrehzahl-und Hochbelastungs-Bedingungen verwendet wird, besteht die Gefahr, dass das Drucklager infolge von Festfressen ausfällt.

Das Überlaufen von Hochtemperatur-Schmieröl erfolgt im übrigen auch bei Segment-Drucklagern. Ein Vorschlag zur Beseitigung dieser Erscheinung ist z.B. in der JA-Patentveröffentlichung Nr. 4130/73 angegeben, wobei zwischen den benachbarten Segmenten ein Schirm-Sprühsystem vorgesehen ist, so dass der Vorderkante jedes Segments gekühltes Schmieröl zuführbar ist und ausserdem das vom vorhergehenden Segment überführte Hochtemperatur-Schmieröl abgestreift wird.

Wenn ein mit diesem System ausgerüstetes Segment-Drucklager in einer grossen Rotationsmaschine, z.B. einer Turbine, einem Verdichter od. dgl., eingesetzt wird, die für hohe Drehzahlen und Belastungen ausgelegt ist, wobei die Drehzahl über 15 000 U/min liegt und der die Lagerfläche beaufschlagende Druck bis zu 50 kg/cm2 betragen kann, ergibt sich nachstehendes Problem. Der Normalbetrieb des Lagers würde nicht nur eine Ölzufuhr und eine Druckerhöhung des zugeführten Öls, sondern auch eine Ölfilmdicke über dem niedrigsten Wert und eine Beschränkung der Lager-Höchsttemperatur erfordern. Bei dem vorstehend erläuterten Segment-Drucklager wird zwar den Segmenten gekühltes Schmieröl zugeführt, aber die Segmente selbst werden nicht gekühlt. Somit würde sich die Temperatur der Segmente selbst erhöhen, womit sich natürlich die Temperatur des Ölfilms zwischen den Segmenten und dem Druckbund auch erhöhen würde. Dadurch ergäbe sich eine Verminderung der Viskosität des Ölfilms, und die Ölfilmdicke würde vermindert werden und könnte die hohen Belastungen nicht mehr aufnehmen. Es ist also ersichtlich; dass es nicht möglich ist, ein Drucklager normalerweise unter Hochdrehzahl- und Hochbelastungs-Bedingungen zu betreiben, indem der Lagerfläche einfach gekühltes Schmieröl zugeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ring-Keil-flächen-Drucklagers, das unter hohen Drehzahl- und Belastungs-Bedingungen einsetzbar ist, bei dem niedrige mechanische Verluste auftreten, und das einerseits einen Schmierölfilm grosser Dicke vorsieht, während gleichzeitig ein Überlaufen von Hochtemperatur-Schmieröl kleingehalten und die Temperatur des Schmieröls und der Lagerfläche vermindert werden können.

Das Ring-Keilflächen-Drucklager das diese Aufgabe löst, ist im Patentanspruch 1 beschrieben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Drucklagers nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht II-II nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht II-III nach Fig. 2;

Fig. 4 die Öltemperatur-Verteilung, die bei dem Drucklager nach der Erfindung gegenüber einem bekannten Drucklager erzielbar ist;

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Anordnung der Düsenöffnungen bei einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 eine andere Ausführungsform der Ölnuten des Drucklagers nach der Erfindung;

Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Drucklagers.

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Bei dem Drucklager nach den Fig. 1-3 ist eine Läuferwelle 1 in einem Radiallager 3 und einem Drucklager 4 gelagert, die in einer Lagerschale 2 montiert sind, und das Drucklager 4 umfasst einen Druckbund 5, der auf der Läuferwelle 1 gesichert ist, und einen mit dem Druckbund 5 in Gleitkontakt stehenden Axialgleitlagerteil 6. Der Axialgleitlagerteil 6 ist mit der Lagerschale 2 einstückig ausgeführt.

Der Axialgleitlagerteil 6 weist eine Lagerfläche 8 auf, die eine Mehrzahl Ölnuten 7 hat, die radial in ihr verlaufen (vgl. Fig. 2), so dass zwischen benachbarten Ölnuten 7 eine Keilfläche 8a und eine ebene Fläche 8b gebildet sind. Die Ölnuten 7 sind so ausgebildet, dass sie keine Drosselmittel wie beim Stand der Technik aufweisen, wodurch das Abfördern von Öl aus den Ölnuten 7 erleichtert wird. Den Ölnuten 7 wird Öl zugeführt, und die zugeführte Ölmenge wird bestimmt, durch Düsenöffnungen 9, die je in einer Ölnut 7 gebildet sind. Die Düsenöffnungen 9 stehen mit Ölzufuhrkanälen 10 in Verbindung, und jede Düsenöffnung 9 ist so angeordnet, dass sie sich in den Grund jeder Ölnut 7 an einer Stelle, die an eine Keilfläche 8a angrenzt, öffnet, so dass das zugeführte Öl schnell zu der entsprechenden Keilfläche 81 gelangen kann. Anschliessend wird die Arbeitsweise des Drucklagers erläutert. Niedrigtemperatur-Schmieröl wird durch die Ölzufuhr-kanäle 10 und Düsenöffnungen 9 zugeführt und als Ölstrahl gegen den Druckbund gespritzt. Zu diesem Zeitpunkt kühlt das zugeführte Öl die Lagerfläche 8 und vermindert die Temperatur der Lagerfläche 8, während es durch die Ölzufuhrka-näle 10 und Düsenöffnungen 9 strömt, die an die Vorderkante jeder Keilfläche 8a angrenzen. Die Hauptmenge des so zugeführten Öls wird zwischen den Druckbund 5 und die Drucklagerfläche 8 durch die Saugkraft gezogen, die durch die Rotation des Druckbunds 5 erzeugt wird, und bildet zwischen beiden einen Hochdruck-Schmierölfilm. Ein Teil des Schmieröls bläst oder drückt durch seinen strahlenförmigen Austritt das Hochtemperatur-Schmieröl weg, das von der ebenen Fläche 8b der vorhergehenden Stufe abgegeben wurde, so dass das Hochtemperatur-Schmieröl nach aussen abgeführt wird. Damit kann das von der ebenen Fläche 8b der vorhergehenden Stufe abstömende Öl nicht auf die Keilfläche 8a der nächstfolgenden Stufe strömen, wodurch die Temperatur des Schmieröls zwischen der Lagerfläche 8 und dem Druckbund 5 vermindert wird.

Fig. 4 zeigt die Temperaturverminderung des auf die konische Fläche 8a des angegebenen Drucklagers stömenden Öls. Dabei ist auf der Ordinate die Temperatur T und auf der Abszisse die Länge L der Drucklagerfläche aufgetragen. Die Kurve A bezeichnet die Schmieröltemperatur bei einem Drucklager nach dem Stand der Technik und die Kurve B bezeichnet die Schmieröltemperatur bei dem hier angegebenen Drucklager. Wie aus der Figur ersichtlich ist, übersteigt die Schmieröl temperatur auf der ebenen Fläche 8b der Drucklagerfläche des herkömmlichen Drucklagers eine

Höchsttemperatur Ta, bei dem hier angegebenen Drucklager kann jedoch die entsprechende Schmieröltemperatur auf einem Pegel unterhalb des höchstzulässigen Pegels Ta gehalten werden. Ts bezeichnet die Temperatur des soeben s zugeführten Schmieröls. Durch diese Verminderung der Öltemperatur kann eine zufriedenstellende Schmierung und Kühlung des Drucklagers erfolgen, so dass das Drucklager unter Hochdrehzahl- und Hochbelastungs-Bedingungen einsetzbar ist. Durch das Drucklager kann ein Temperaturan-lo stieg des Schmieröls und der Lagerfläche vermindert werden. Dies trägt zu einer geringeren Viskositätsabnahme des Schmieröls und einer erhöhten Dicke des Ölfilms bei, wodurch mechanische Verluste kleingehalten werden können.

ls Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist in jeder Ölnut 7 eine Mehrzahl Düsenöffnungen 9 an Stellen nahe der Vorderkante der jeweiligen Keilfläche 8a gebildet, wodurch der Wirkungsgrad, mit dem die Kühlung des Drucklagers erfolgt, noch weiter verbessert wird.

20 Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 haben die Ölnuten 7 einen grösseren Umfang, und der Bereich der Drucklagerfläche 8 ist vermindert. Dadurch können mechanische Verluste, die durch den Gleitkontakt des Druckbunds 5 an der Drucklagerfläche 8 auftreten, vermindert werden. 25 Die Umfangsabmessungen der Ölnuten 7 sind dadurch bestimmbar, dass man die Dicke und die Viskosität des Ölfilms, die Umfangsgeschwindigkeit des Druckbunds 5 und den Oberflächendruck des Drucklagers 4 in Betracht zieht. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist jede Ölnut 7 eine 30 Düsenöffnung 9 auf. Es können aber in jeder Ölnut 7 auch mehrere Düsenöffnungen 9 gebildet sein.

Bei den vorstehend angegebenen Ausführungsbeispielen ist der das Drucklager 4 bildende Axialgleitlagerteil 6 mit der Lagerschale 2 einstückig ausgeführt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Ausbildung beschränkt, und der Axialgleitlagerteil 6a kann (vgl. Fig. 7) gesondert von der Lagerschale 2 ausgebildet und z.B. mit ihr verbolzt sein. Nach Fig. 8 kann eine Kugelsitzfläche 11 zur Montage des Axialgleitlagerteils 6b an der Lagerschale 2 verwendet werden, wodurch ein ungleichmässiger Kontakt der Drucklagerfläche 8 mit dem Druckbund 5 vermieden wird.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, dass durch das angegebene Drucklager das Überlaufen von Hoch-45 temperatur-Schmieröl kleingehalten wird und die Temperaturen des Öls und der Drucklagerfläche vermindert werden können. Auch wird eine Abnahme der Viskosität des Schmieröls kleingehalten, und die Dicke des Ölfilms kann erhöht werden. Infolgedessen kann das Drucklager unter so Hochdrehzahl- und Hochbelastungs-Bedingungen bei gleichzeitigen geringen mechanischen Verlusten eingesetzt werden, und ferner wird die Herstellung des Drucklagers vereinfacht.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Ring-Keilflächen-Drucklager, mit einer ringförmigen Lagerfläche (8), mehreren in der Lagerfläche gebildeten und radial verlaufenden Schmierölnuten (7) und mehreren, die Lagerfläche (8) bildenden Keilflächen (8a) und ebenen Flächen (8b), wobei jede Keilfläche und jede ebene Fläche zwischen benachbarten Schmierölnuten angeordnet sind, gekennzeichnet durch mehrere in den Schmierölnuten (7) gebildete Düsenöffnungen (9) zur Ölzufuhr, wobei wenigstens eine Düsenöffnung (9) an die jeweilige Keilfläche (8a) angrenzt.
2. Ring-Keilflächen-Drucklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Schmierölnut (7) nur eine Düsenöffnung (9) zur Schmierölzufuhr gebildet ist, die in radialer Richtung etwa in der Mitte angeordnet ist und an die Vorderkante der jeweiligen Keilfläche (8a) angrenzt.
3. Ring-Keilflächen-Drucklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Schmierölnut (7) mehrere Düsenöffnungen (9) für die Schmierölzufuhr gebildet sind, die an die Vorderkante der jeweiligen Keilfläche (8a) angrenzen (Fig. 5).
4. Ring-Keilflächen-Drucklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen in der Umfangsrichtung der Ölnuten (7) grösser als die Abmessungen in Umfangsrichtung der zwischen benachbarten Schmierölnuten (7) sich befindlichen Keilfläche (8a) und ebenen Fläche (8b) sind (Fig. 6).