CZ283260B6

CZ283260B6 - Zařízení pro odvádění kapalného maziva z ložiskové sestavy

Info

Publication number: CZ283260B6
Application number: CZ9531A
Authority: CZ
Inventors: Detlef Haase
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1998-02-18
Also published as: ES2087749T3; CN1043679C; RU95105460A; KR950702297A; CZ3195A3; US5494355A; WO1994001713A1; DE59302524D1; EP0649507B1; CN1085301A; RU2106567C1; EP0649507A1; JPH07508576A; KR100283806B1; UA35594C2

Abstract

Zařízení je vytvořené pro hřídel (2) otáčející se kolem osy (1), přičemž ložisková sestava sestává z ložiska (3), v němž je uložen hřídel (2) a do něhož je přiváděno mazivo, a z alespoň jednoho těsnicího uspořádání, upraveného u něj, které sestává z těsnění (4) obklopujícího hřídel (2) a ze sběrného prostoru (5) obklopujícího hřídel (2) a upraveného mezi těsněním (4) a ložiskem (3), do něhož z ložiska (3) podél hřídele (2) vstupuje mazivo, a z něho je mazivo odváděno odváděcím potrubím (7). Dále je opatřeno trychtýřem (8), vyčnívajícím do sběrného prostoru (5), pro zachycování maziva a odvádění maziva do odváděcího potrubí (7). ŕ

Description

Zařízení pro odvádění kapalného maziva z ložiskové sestavy

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro odvádění kapalného maziva z ložiskové sestavy pro hřídel otáčející se kolem osy, přičemž ložisková sestava sestává z ložiska, v němž je uložen hřídel, a do něhož je přiváděno mazivo, a z alespoň jednoho těsnicího uspořádání upraveného u něj, které sestává z těsnění obklopujícího hřídel a ze sběrného prostoru obklopujícího hřídel a upraveného mezi těsněním a ložiskem, do něhož z ložiska podél hřídele vstupuje mazivo, a z něhož je mazivo odváděno odváděcím potrubím. Vynález se zejména týká kluzné ložiskové sestavy v turbosoustrojí, zejména v turbosoustrojí s parními turbínami. Zvláštní pozornost je přitom věnována kluzným ložiskovým sestavám, které musí být pokud možno úplně zajištěny proti vystupování maziva.

Dosavadní stav techniky

Kluzné ložiskové sestavy, které se používají v turbosoustrojích, jakož i způsoby a zařízení k odvádění kapalného maziva, zejména mazacího oleje, z těchto kluzných ložiskových sestav, vycházejí zEP-B-0 222 991 aEP-A-0 306 634. V těchto spisech jsou obšírně popsána kluzná ložiska pro turbosoustrojí, zejména parní turbíny. Použití těchto kluzných ložiskových sestav nebo uspořádání připadá v úvahu rovněž u radiálních ložisek, axiálních ložisek a kombinovaných radiálně axiálních ložisek.

Podstatnou součástí zařízení pro odvádění maziva z ložiskové sestavy je těsnicí uspořádání pro odvádění maziva, které vystupuje z vlastního ložiska, a které musí být zadrženo v příslušném mazivovém okruhu. Tento úkol vyplývá již z jednoduchých ekonomických úvah, jakož i z úvah o zamezení znečišťování okolí ložiskové sestavy. Zejména u turbosoustrojí s parními turbínami však přistupuje ještě jeden podstatný aspekt, totiž zamezení vnikání maziva do parního okruhu, které by mohlo negativně ovlivnit zde probíhající termodynamický proces a navíc by mohlo způsobit znečištění a vznik koroze. Zejména ložisková sestava, která musí být umístěna v prostředí, do něhož přichází pára, musí být prakticky úplně zajištěna proti výstupu maziva, a to zejména při značných provozních namáháních, jimž jsou ložiska v turbosoustrojí a podobně vystavena: u elektráren se otáčejí rotory turbín frekvencí otáčení několika tisíc otáček za minutu (obvykle 3000 otáček za minutu v Evropě a 3600 otáček za minutu v Americe), z čehož vyplývají značné relativní rychlosti po sobě klouzajících ploch hřídelů a ložisek v ložiskových sestavách. Tím vznikají velmi vysoké požadavky na přivádění maziva do ložisek, z čehož opět vyplývá značné unikání maziva z ložisek. Kluzné ložiskové sestavy popsané v EP-B-0 222 991 a v EP-A-0 306 634 jsou zvlášť vhodná pro odstranění těchto problémů, přičemž především musí být zaručeno plynulé odvádění maziva vystupujícího z kluzných ložisek a navíc musí být v určitém rozsahu provedeno i odvádění oleje z těsnění přiřazených těmto kluzným ložiskům.

U každé doposud známé ložiskové sestavy se odvádění maziva ze sběrného prstence uspořádaného vedle ložiska provádí v podstatě pouze přirozeným spádem, který je proveden vhodným instalováním odváděčích potrubí pro odvádění maziva.

Úkolem vynálezu, který z toho vyplývá, je vytvořit zařízení pro odvádění maziva, u něhož bude odvádění maziva podstatně vylepšeno, přičemž toto zařízení nebude konstrukčně složité a náklady na jeho vytvoření budou co nejmenší.

Podstata vynálezu

První řešení tohoto úkolu představuje zařízení pro odvádění kapalného maziva z ložiskové sestavy pro hřídel otáčející se kolem osy, přičemž ložisková sestava sestává z ložiska, v němž je uložen hřídel, a do něhož je přiváděno mazivo, a z alespoň jednoho těsnicího uspořádání upraveného u něj, které sestává z těsnění obklopujícího hřídel a ze sběrného prostoru obklopujícího hřídel a upraveného mezi těsněním a ložiskem, do něhož z ložiska podél hřídele vstupuje mazivo, a z něhož je mazivo odváděno odváděcím potrubím, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sběrný prostor je ohraničen stěnou, uspořádanou podél osy, a je spojen se vstřikovacím potrubím, ústícím do odváděcího potrubí.

Podle výhodného provedení má stěna, ohraničující sběrný prostor, válcový tvar a vstup vstřikovacího potrubí je opatřen trychtýřem vyčnívajícím do sběrného prostoru.

Tento trychtýř je s výhodou uspořádán přímo u hřídele.

Podle dalšího výhodného provedení má stěna ohraničující sběrný prostor kolmo k ose průřez tvořený alespoň jednou spirálovou částí, uspořádanou kolem osy, a mezilehlou částí, uzavírající stěnu, a odváděči potrubí ústí do stěny v oblasti mezilehlé části. V tom případě je trychtýř upraven tak, že ústí v oblasti mezilehlé části do odváděcího potrubí.

Podle vynálezu se využívá impulzu, který se na mazivo ve sběrném prostoru přenáší z otáčejícího se hřídele. Přenos tohoto impulzu se částečně provádí třením a částečně mazivem tangenciálně odmrštěným z otáčejícího se hřídele, toto odmrštěné mazivo dopadá na mazivo nacházející se na radiální stěně sběrného prostoru a přenese na ně svůj impulz. Celkově tak vznikne proudění maziva kolem dokola osy ve stejném smyslu otáčení, v němž se hřídel otáčí. Podle vynálezu se tento otáčivý proud zachycuje ve sběrném prostoru a bez podstatné rychlostní ztráty, tedy bez rychlostní ztráty kromě nevyhnutelných třecích ztrát, které jsou podmíněny viskozitou maziva, se odvádí ze sběrného prostoru. Vzájemného působení otáčejícího se hřídele a maziva nacházejícího se ve sběrném prostoru se podle vynálezu využije ktomu, aby mazivo bylo odvedeno ze sběrného prostoru.

Zvlášť výhodné je, když se mazivo ze sběrného prostoru odvádí zhruba svisle směrem dolů odváděcím potrubím, které je uspořádáno svisle nebo pod ostiým úhlem do 25° vůči svislici, protože tímto způsobem navíc k čerpacímu účinku otáčejícího se hřídele přispívá k odvádění maziva i tíže.

Podle vynálezu se odstraní podstatné zbrzdění maziva uváděného do pohybu otáčejícím se hřídelem. Impulz maziva není tedy nejprve neutralizován nárazem nebo podobně, aby potom pomocí příslušného výkonného čerpacího zařízení nebo podobně bylo zajištěno odvádění maziva, nýbrž mazivo uvedené do rychlého pohybu je zachycováno vhodným prostředkem a přiváděno přímo do odváděcího potrubí, k čemuž je v podstatě využit impulz maziva.

Trychtýř vyčnívající do sběrného prostoru, určený pro zachycování maziva, má s výhodou ústí směřující do roviny, která je vůči hřídeli radiální.

Je nutno podotknout, že stěna může být rovněž provedena s několika spirálovými částmi a několika mezilehlými částmi, zejména se dvěma spirálovými částmi, z nichž každá obíhá osu v podstatě do poloviny, a se dvěma mezilehlými částmi, z nichž každá navzájem spojuje obě spirálové části. V úvahu připadají i zařízení s větším počtem spirálových částí a mezilehlých částí. Taková provedení se doporučují zejména tehdy, když sběrným prostorem musí procházet větší množství maziva.

-2CZ 283260 B6

Jak již bylo uvedeno, může být mazivo odváděné ze sběrného prostoru přiváděno do proudového čerpadla, přičemž v tomto proudovém čerpadle působí jako hnací prostředek. V tomto smyslu je tedy podle výhodného provedení vynálezu na sběrný prostor připojeno vstřikovací potrubí pro odvádění maziva, které spolu s odváděcím potrubím tvoří proudové čerpadlo, přičemž toto vstřikovací potrubí představuje potrubí pro hnací prostředek. Proto je možno v odváděcím potrubí vytvořit sací účinek, který je využitelný v zařízení podle vynálezu nebo popřípadě i jinak.

K. odváděcímu potrubí, které, jak bylo uvedeno, náleží do proudového čerpadla, je s výhodou připojeno první sací potrubí, které je spojeno s těsněním pro odsávání tekutiny, zejména maziva, páry, vody, vzduchu nebo jejich směsí. Tímto způsobem je možno snížit průchodnost maziva těsněním, čímž je dosaženo podstatného zlepšení těsnicího účinku. To je důležité zejména u ložiskových sestav v turbosoustrojích, kolem nichž proudí pára nebo kondenzát, a které musí být z termodynamických důvodů chráněny proti vystupování maziva.

Na proudové čerpadlo, vytvořené s odváděcím potrubím, může být v rámci výhodného provedení vynálezu připojeno i druhé sací potrubí, které je spojeno se sběrným prostorem pro odsávání tekutiny, zejména maziva, páry, vody nebo vzduchu. Tím je proto vytvořena další možnost odvádění maziva ze sběrného prostoru, což významně přispívá k odstranění nebezpečí nahromadění maziva ve sběrném prostoru, a mazivo, které nebylo vzhledem k vysoké rychlosti zachyceno, ze sběrného prostoru odstraňuje, čímž je funkce jímacích prostředků podle vynálezu podpořena tím, že pomalu se pohybující mazivo se v nich neshromažďuje.

Jak již bylo uvedeno, je zařízení podle vynálezu v jakémkoli provedení vhodné zejména pro zlepšení činnosti kluzných ložiskových sestav, zejména v turbosoustrojí a zejména v turbosoustrojí s parními turbínami. Zařízení podle vynálezu je zvlášť vhodné pro použití ve velmi zatížených turbosoustrojích v elektrárnách a podobně, zvláště je vhodné pro zlepšení činnosti kluzných ložiskových sestav v axiálním ložisku turbosoustrojí, které je uspořádáno v parním prostoru turbosoustrojí vyplněném párou.

Je nutno poukázat na skutečnost, že ložisková sestava může mít kromě zmíněných komponent i další komponenty. V úvahu například připadá opatřit ložisko na každé axiální straně jedním sběrným prostorem a těsněním. Dále je nutno uvést, že zejména v mnoha turbosoustrojích s parními turbínami jsou těsnění v ložiskových sestavách provedena z více dílů a/nebo tvarována. Podél hřídele jsou tedy upraveny mezi vnitřkem turbíny a ložiskem různé části těsnění, mezi nimiž jsou uspořádány prostory, do nichž je podle provedení a funkce přiváděna pára, které jsou odsávány a nebo odvětrávány. To vše slouží k tomu, aby v každém dílčím těsnění mohl vzniknout unikající proud s určitými vlastnostmi, zejména s definovanou velikostí, definovaným směrem a definovaným složením, přičemž tyto unikající proudy jsou v určitých místech z těsnění odváděny a přiváděny k dalšímu zpracování podle svého složení.

Zařízení podle vynálezu není s ohledem na další výhodná provedení ložiskové sestavy omezeno na zvláštní formy provedení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, které jsou pro objasnění specifických znaků vynálezu provedeny částečně schematicky a/nebo mírně zjednodušeně, a na nichž obr. 1 znázorňuje příčný řez zařízením podle vynálezu v oblasti sběrného prostoru, obr. 2 podélný řez zařízením znázorněným na obr. 1, a obr. 3 a 4 vždy příčný řez zařízením podle vynálezu v oblasti sběrného prostoru.

-3CZ 283260 B6

Příklady provedení vynálezu

Jak je znázorněno na obr. 1, je v zařízení podle vynálezu hřídel 2 u neznázoměného ložiska, zejména kluzného ložiska, a rovněž neznázoměného těsnění obklopen sběrným prostorem 5, v němž se shromažďuje mazivo, které vystupuje podél hřídele 2 z ložiska. Ve sběrném prostoru 5 proudí mazivo kolem dokola hřídele 2 ve stejném smyslu, v němž se hřídel 2 otáčí. Proudění maziva je udržováno v chodu částečně účinkem tření na otáčejícím se hřídeli 2 a částečně tím, že mazivo, které je tangenciálně z hřídele 2 odmršťováno, se spojuje s mazivem proudícím po stěně 9 sběrného prostoru 5, kterému tak předává svůj impulz. Podle vynálezu je mazivo ve sběrném prostoru 5 zachycováno trychtýřem 8 a bez podstatné rychlostní ztráty je vstřikovacím potrubím 6 vedeno do odváděcího potrubí 7. Odváděči potrubí 7 je uspořádáno zhruba svisle, aby pro odvádění maziva byla využita i tíže. Svislý směr je naznačen svislicí 23. Odváděcím potrubím 7 je mazivo vedeno do neznázoměných dopravních a sběracích zařízení, která jsou zpravidla součástmi v podstatě uzavřeného oběhu maziva. Pro vytvoření oběhu maziva mohou být použity obvyklým způsobem všechny známé komponenty. Pod sběrným prostorem 5 je upraven odváděči prostor 22, v němž se může zachycovat mazivo, které nebylo zachyceno trychtýřem 8. To má význam zejména proto, že zpravidla zařízením, jako je trychtýř 8, není mazivo vstupující do sběrného prostoru 5 úplně zachyceno. Zpravidla je nutno předpokládat, že značná část maziva není trychtýřem 8 zachycena, takže je nutno provést ještě další příslušné opatření. Za tím účelem může být například pod sběrným prostorem 5 upraven odváděči prostor 22, který je (neznázoměnými) děrami nebo podobně ve stěně 9 spojen se sběrným prostorem 5, a z něhož je mazivo odváděno odváděcím potrubím 7 nebo i jiným potrubím zvlášť za tím účelem upraveným. Ložisko znázorněné na obr. 1 je ložiskem pro turbosoustrojí s parními turbínami a je umístěno v parním prostoru 15 vyplněném párou. Ložisko je obklopeno skříní 19 ložiska a je uloženo na nosnících 17 ve vnější skříni 18 turbosoustrojí s parními turbínami.

Zařízení, které je znázorněno na obr. 1 v příčném řezu, je znázorněné na obr. 2 v podélném řezu. Hřídel 2 se otáčí kolem osy 1 a je uložen v kluzném ložisku 3, do něhož se neznázoměnými zařízeními přivádí mazivo, zpravidla mazací olej. Protože ve všech případech nemůže být kluzné ložisko 3, jako každé jiné ložisko, úplně utěsněno, vystupuje mazivo podél hřídele 2 z kluzného ložiska 3. Aby toto vystupující mazivo neznečišťovalo nekontrolované ložiskovou sestavu nebo její okolí a nemohlo ji eventuálně i funkčně negativně ovlivnit, je pro zachycení tohoto maziva upraveno zvláštní těsnění 4, například labyrintové těsnění, které může být popřípadě provedeno ijako vícedílné. Mezi kluzným ložiskem 3 a těsněním 4 je navíc kolem hřídele 2 upraven sběrný prostor 5, v němž se mazivo vystupující z kluzného ložiska 3 shromažďuje, a z něhož je odváděno. Jak je znázorněno na obr. 1, je mazivo ve sběrném prostoru 5 zachycováno trychtýřem 8 (na obr. 2 je tento trychtýř 8 pouze naznačen) a přiváděno vstřikovacím potrubím 6 do odváděcího potrubí 7. Vstřikovací potrubí 6 a odváděči potrubí 7 tvoří společně proudové čerpadlo a vytvářejí sací účinek. Tento sací účinek se podle obr. 2 využije jednak k odsávání maziva z okolí kluzného ložiska 3 a jednak k odsávání maziva, vzduchu a eventuálně vniklé další tekutiny prvním sacím potrubím 13 ze sacího prostoru 21 náležejícího těsnění 4, který je pomocí neznázoměných děr nebo podobně spojen s těsněním 4. Navíc k těsnění 4, které má především za úkol oddělit ostatní části jen částečně znázorněného turbosoustrojí od maziva, jsou na hřídeli 2 upravena přídavná těsnění 20. Tato přídavná těsnění 20 slouží k tomu, aby se pára z turbosoustrojí nemohla dostat k ložiskové sestavě. Přídavná těsnění 20 mohou mít provedení známé z dosavadního stavu techniky.

Ložisková sestava, znázorněná na obr. 2, tvoří radiální ložisko 16, které je uspořádáno v parním prostoru 15 turbosoustrojí s parními turbínami. Axiální ložisko 16 je uloženo v parním prostoru 15 pomocí nosníků 17. Znázorněný nosník 17 je dutý a je jím vedeno odváděči potrubí 7. Pro zabránění vstupu páry do ložiskové sestavy je axiální ložisko 16 obklopeno skříní 19.

Na obr. 3 je schematicky znázorněno první provedení prostředku pro zachycování maziva ve sběrném prostoru 5. Sběrný prostor 5 obklopuje otáčející se hřídel 2, smysl otáčení otáčejícího se

-4CZ 283260 B6 hřídele 2 je naznačen šipkou. Stěna 9 sběrného prostoru 5 má v podstatě kruhový průřez. Ve sběrném prostoru 5 je uspořádán trychtýř 8, který zasahuje až do bezprostřední blízkosti hřídele 2, a který zachycuje mazivo odmrštěné z hřídele 2 a vede je vstřikovacím potrubím 3 do odváděcího potrubí 7. Kromě maziva odmršťovaného z hřídele 2 zachycuje trychtýř 8 rovněž alespoň část maziva, které proudí po stěně 9, a které je poháněno mazivem odmrštěným z hřídele 2 dopadajícím na stěnu 9. Aby bylo odváděno i mazivo, které nebylo trychtýřem 8 zachyceno, je sběrný prostor 5 spojen s odváděcím prostorem 22, do něhož vstupuje mazivo ze sběrného prostoru 5 (neznázoměnými) děrami nebo štěrbinami ve stěně 9. Z odváděcího prostoru 22 může mazivo proudit přímo do odváděcího potrubí 7, což je podporováno sacím účinkem, který vzniká v proudovém čerpadle tvořeném vstřikovacím potrubím 6 a odváděcím potrubím 7, v němž mazivo zachycené trychtýřem 8 tvoří hnací prostředek.

Další provedení sběrného prostoru 5 je znázorněno na obr. 4. Stěna sběrného prostoru 5, která je v podstatě rovnoběžná s osou (vystupující z roviny obrázku), kolem níž se hřídel 2 otáčí, sestává ze spirálové části 10 a z mezilehlé části 11, která na spirálovou část 10 navazuje, a která je uspořádána v podstatě radiálně. Stěna sběrného prostoru 5 má v oblasti mezilehlé části 11 ústí 12, k němuž je připojeno vstřikovací potrubí 6. Opět je zde pod sběrným prostorem 5 uspořádán odváděči prostor 22, který je vyprazdňován druhým sacím potrubím 14 připojeným na odváděči potrubí 7. Opět odváděči potrubí 7 a vstřikovací potrubí 6 tvoří proudové čerpadlo.

Podle vynálezu je odvádění maziva z ložiskové sestavy možné při využití impulzu, který je odváděnému mazivu předáván z hřídele otáčejícího se v ložiskové sestavě. Tím je zajištěno konstrukčně jednoduché a účinné odvádění maziva.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro odvádění kapalného maziva z ložiskové sestavy pro hřídel (2) otáčející se kolem osy (1), přičemž ložisková sestava sestává z ložiska (3), v němž je uložen hřídel (2), a do něhož je přiváděno mazivo, a z alespoň jednoho těsnicího uspořádání upraveného u něj, které sestává z těsnění (4) obklopujícího hřídel (2) a ze sběrného prostoru (5) obklopujícího hřídel (2) a upraveného mezi těsněním (4) a ložiskem (3), do něhož z ložiska (3) podél hřídele (2) vstupuje mazivo, a z něhož je mazivo odváděno odváděcím potrubím (7), vyznačující se tím, že sběrný prostor (5) je ohraničen stěnou, uspořádanou podél osy (1), aje spojen se vstřikovacím potrubím (6), ústícím do odváděcího potrubí (7).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že stěna (9), ohraničující sběrný prostor (5), má válcový tvar a vstup vstřikovacího potrubí (6) je opatřen trychtýřem (8) vyčnívajícím do sběrného prostoru (5).
3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že trychtýř (8) je uspořádán přímo u hřídele (2).
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že stěna ohraničující sběrný prostor (5) má kolmo k ose (1) průřez tvořený alespoň jednou spirálovou částí (10), uspořádanou kolem osy (1), a mezilehlou částí (11), uzavírající stěnu, a odváděči potrubí (7) ústí do stěny v oblasti mezilehlé části (11).
5. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků laž4, vyznačující se tím, že odváděči potrubí (7) je uspořádáno svisle nebo pod ostrým úhlem do 25° vůči svislici (23).

-5CZ 283260 B6
6. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ke sběrnému prostoru (5) je připojeno vstřikovací potrubí (6) pro odvádění maziva, přičemž toto vstřikovací potrubí (6) s odváděcím potrubím (7) tvoří proudové čerpadlo, jehož hnací prostředek je tvořen vstřikovacím potrubím (6).
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, žek odváděcímu potrubí (7) je připojeno první sací potrubí (13), které je pro odsávání tekutiny, zejména maziva, páry, vody nebo vzduchu spojeno s těsněním (4).
8. Zařízení podle nároků 6 nebo 7, vyznačující se tím, žek odváděcímu potrubí (7) je připojeno druhé odsávací potrubí (14), které je pro odsávání tekutiny, zejména maziva, páry, vody nebo vzduchu spojeno se sběrným prostorem (5).
9. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že náleží k ložiskové sestavě v turbosoustrojí, zejména v turbosoustrojí s parními turbínami.
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že ložisková sestava je radiálním ložiskem (16) uspořádaným v parním prostoru (15) turbosoustrojí.
11. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že ložiskem (3) je kluzné ložisko.