DE10059196C2 - Axial plain bearings for rotating shafts - Google Patents
Axial plain bearings for rotating shaftsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Axialgleitlager für rotierende Wellen, mit hydrodynamischer Schmierung, mit einem Tragring und mit verteilt im Tragring ringförmig angeordneten Gleitflächenelementen auf denen die Welle abstützbar ist und die sich auf ihrer dem Tragring zugewandten Seite auf Kolben-Zylinder- Aggregaten abstützen, die von einem extern eingespeisten Hydraulikmedium zur Justierung der Gleitflächenelemente in axialer Richtung beaufschlagbar sind.The invention relates to an axial plain bearing for rotating shafts, with hydrodynamic lubrication, with a support ring and with distributed in the support ring ring-shaped sliding surface elements on which the shaft can be supported and on their side facing the support ring on piston-cylinder Support units that are supplied by an externally fed hydraulic medium Adjustment of the sliding surface elements can be acted upon in the axial direction.
Aus der DE 39 26 556 A1 ist ein solches Lager als Axialdrucklager mit Gleitschuhen zwischen einer ringförmigen Gleitfläche und einer hier axialgegenüberliegenden Stützfläche bekannt. Die Stützfläche ist durch eine Stirnseite eines Kolbens gebildet, auf dessen dazu abgewandter Stirnseite sich eine Öldruckkammer befindet. Der Kolben ist dabei durch eine Druckdifferenz zwischen dem Gleitschuh dieses Kolbens und dem Öldruck in der zugehörigen Öldruckkammer in einem Zylinderaxial verschiebbar.DE 39 26 556 A1 has such a bearing as an axial thrust bearing Sliding shoes between an annular sliding surface and one here axially opposite support surface known. The support surface is through a End face of a piston formed, on the end face facing away from one Oil pressure chamber is located. The piston is characterized by a pressure difference between the slide shoe of this piston and the oil pressure in the associated one Oil pressure chamber axially displaceable in a cylinder.
Mit einem solchen Lager ist grundsätzlich auf einfache Weise ein Druckausgleich zwischen den Gleitschuhen möglich, jedoch lässt es keine Eignung für Einsatzfälle erkennen, in denen geteilte Lager Verwendung finden. With such a bearing, pressure equalization is fundamentally simple possible between the slide shoes, but it does not suit suitability recognize in which split bearings are used.
Weiterhin ist in der DE 44 14 848 C1 ein Lager mit einer Vielzahl von Kippsegmenten als Gleitflächenelemente beschrieben.Furthermore, DE 44 14 848 C1 has a bearing with a large number of Tilt segments described as sliding surface elements.
Ein solches Axialgleitlager ist bekannt durch die DE 44 14 848 C1 und ist als Lager mit einer Vielzahl von Kippsegmenten als Gleitflächenelemente beschrieben. Diese Kippsegmente sind auf einem Tragring angeordnet und weisen auf der der abzustützenden Welle zugewandten Seite eine besondere Gleitfläche auf, die ständig durch Schmiermittel versorgt wird. Derartige Lager werden eingesetzt für schnell rotierende Wellen, wie sie im Turbinenbau, bei Bohrspindeln und anderen hochtourig umlaufenden Welten eingesetzt werden. Derartige Lager sind gewöhnlich in Umfangsrichtung mindestens zweigeteilt ausgebildet, sodass eine Reparatur oder ein Ersatz des Lagers ohne Ausbau der Welle möglich ist. Die genaue axiale Lage des Rotors wird durch unterschiedlich starke, geteilte Distanzringe festgelegt. Der Tausch der Distanzringe erfordert jedoch eine Demontage bzw. Teildemontage des Lagers und führt dadurch zu einer Betriebsunterbrechung. Derartige Betriebsunterbrechungen sind jedoch unerwünscht.Such an axial plain bearing is known from DE 44 14 848 C1 and is known as a bearing described with a variety of tilting segments as sliding surface elements. This Tilting segments are arranged on a support ring and point on the side to be supported on the shaft has a special sliding surface is constantly supplied with lubricant. Such bearings are used for fast rotating shafts, such as those used in turbine construction, drilling spindles and others high-speed revolving worlds are used. Such bearings are usually formed at least in two parts in the circumferential direction, so that a Repair or replacement of the bearing is possible without removing the shaft. The The exact axial position of the rotor is divided by different strengths Spacer rings set. However, the replacement of the spacer rings requires one Disassembly or partial disassembly of the bearing and thus leads to a Business interruption. Such interruptions are however undesirable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln bei Lagern der eingangs genannten Art eine Justiermöglichkeit zu schaffen, die es ermöglicht, Grundjustierungen oder Nachjustierungen ohne Betriebsunterbrechung durchzuführen und eine vereinfachte Montage des Lagers zu ermöglichen.The invention is therefore based on the object with simple means in bearings of the type mentioned at the outset to create an adjustment facility which enables Basic adjustments or readjustments without interrupting operations to carry out and to facilitate the assembly of the bearing.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Axialgleitlager in Umfangsrichtung geteilt ausgeführt ist und dass an mindestens einer Trennstelle Übertragungsblöcke vorgesehen sind, zwischen denen eine hydraulische Verbindung besteht.This object is achieved in that the axial plain bearing in Is carried out divided circumferential direction and that at least one separation point Transmission blocks are provided, between which a hydraulic Connection exists.
Auf diese Weise lassen sich auf verschiedenen Lagerteilen befindliche Kolben- Zylinder-Aggregate verbinden und die Gleitflächenelemente hydraulisch justieren, sodass sowohl die Grundjustage als auch eine Nachjustage, z. B. bei Verstellung der axialen Rotorlage bei Turbinen zwecks Optimierung des Wirkungsgrades, auf einfache Weise möglich ist, ohne das Lager auszubauen und auch ohne den Betrieb unterbrechen zu müssen. In this way, pistons located on different bearing parts can be Connect cylinder units and adjust the sliding surface elements hydraulically, so that both the basic adjustment and a readjustment, e.g. B. when adjusting the axial rotor position in turbines in order to optimize efficiency is possible in a simple manner without removing the bearing and also without the operation to have to interrupt.
Diese Justiermöglichkeit der Gleitflächenelemente bietet darüberhinaus den Vorteil, dass auch Fertigungstoleranzen bei der Dicke der Gleitflächenelemente bei der Justierung automatisch mit ausgeglichen werden. Dasselbe gilt auch für Durchbiegungen und Schiefstellungen des Rotors.This adjustment option of the sliding surface elements also offers the Advantage that also manufacturing tolerances in the thickness of the sliding surface elements the adjustment can be automatically compensated. The same applies to Deflections and misalignments of the rotor.
In einer Ausführungsform sind die Kolben-Zylinder-Aggregate handelsübliche Baugruppen, welche im Tragring des Lagers fixiert sind, beispielsweise durch Schraubverbindungen. Jedes Kolben-Zylinder-Aggregat ist einem einzelnen Gleitflächenelement oder einer Gruppe von Gleitflächenelementen zugeordnet, wobei die mechanischen Verbindungen zwischen den Gleitflächenelementen und den Kolben-Zylinder-Aggregaten durch besondere Abstützflächen gebildet sind. Wirkungsmäßig sind die Kolben Zylinder-Aggregate durch eine gemeinsame Ringleitung untereinander und mit einer hydraulischen Druckmittelquelle verbunden. Eine solche Ausführungsform eignet sich besonders für große Lager im Bereich der Sonderanfertigungen.In one embodiment, the piston-cylinder units are commercially available Assemblies which are fixed in the bearing ring of the bearing, for example by Screw connections. Each piston-cylinder unit is unique Assigned to a sliding surface element or a group of sliding surface elements, the mechanical connections between the sliding surface elements and the piston-cylinder units are formed by special support surfaces. The piston-cylinder units are effective due to a common Ring line with each other and with a hydraulic pressure medium source connected. Such an embodiment is particularly suitable for large bearings in the area of custom-made products.
In einer anderen Ausführungsform sind die Zylinder der Kolben-Zylinder- Aggregate integraler Bestandteil des Tragringes. Im Tragring ist vorzugsweise auch die Ringleitung angeordnet, die die einzelnen Zylinderinnenräume verbindet. In another embodiment, the cylinders of the piston-cylinder Units an integral part of the support ring. In the support ring is preferred also arranged the ring line that connects the individual cylinder interiors.
Die Zylinder, die Kolben und die Ringleitung sind so gestaltet, dass diese Ringleitung sowohl der Zuführung des Hydraulikmediums, als auch der Abführung von im Hydraulikmedium oder in den Zylinderinnenräumen eingeschlossenen Gasanteilen dient.The cylinders, the pistons and the ring line are designed so that these Ring line both the supply of the hydraulic medium and the Drainage in the hydraulic medium or in the cylinder interior enclosed gas fractions.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention are the subject of Dependent claims. The invention is described below with reference to the accompanying Figures described. It shows:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Kippsegment-Axialgleitlager mit zum Teil entfernten Axialkippsegmenten, Fig. 1 is a plan view of a tilting pad thrust slide bearing with distant part Axialkippsegmenten,
Fig. 2 eine Untersicht unter das Lager aus Fig. 1 mit der Ringleitung, Fig. 2 is a view from below, the bearing of FIG. 1 with the ring line,
Fig. 3 einen Axialschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 3 is an axial section along the line II in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 4 shows a section along the line II-II in Fig. 1,
Fig. 5 eine Variante zu Fig. 4, Fig. 5 shows a variant of Fig. 4,
Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Mehrflächen-Axialgleitlager und Fig. 6 is a plan view of a multi-surface thrust bearing and
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 6. Fig. 7 is a section along the line III-III in Fig. 6.
Das Kippsegment-Axialgleitlager gemäß den Fig. 1 bis 4 besteht aus einem Tragring 1 als Aufnahmekörper, der in Umfangsrichtung zweigeteilt ist (Teilungslinie 16) und damit zwei Lagerhälften bildet, die an der unteren Trennstelle durch einen auf jede Hälfte durch Schrauben 13 angeschraubten Übertragungsblock 5 bzw. 5' zu einer steckbaren Einheit verbunden sind und sich an einer Welle montieren lassen, ohne dass diese ausgebaut werden muss. Die Stirnseite der Welle, bzw. ein umlaufender Bund der Welle stützt sich im eingebauten Zustand des Lagers auf den im Tragring 1 in Umfangsrichtung angeordneten Axialkippsegmenten 2 ab, deren Oberseite als Gleitfläche 2' ausgebildet ist und im Betrieb ständig von einem Schmiermittel versorgt wird, das über einen Ringkanal 12 und Stichbohrungen 12' zu den Axialkippsegmenten 2 geführt wird. Die Axialkippsegmente 2 sind sowohl in radialer Richtung, als auch in Umfangsrichtung durch Fixierelemente 3 im Tragring 1 fixiert. Die Axialkippsegmente 2 können dabei um eine Kippkante 11 seitlich kippen (siehe Fig. 1 und 4), um auf diese Weise einen hydrodynamischen Schmierspalt aufzubauen. In der erfindungsgemäßen Ausführung ist die Kippkante 11 die Oberseite eines Kolbens 9, der in einem Zylinder 4/4" geführt ist. Die Zylinder 4/4" sind entsprechend der Anzahl der Axialkippsegmente 2 im Tragring 1 angeordnet und untereinander durch eine Ringleitung 6 verbunden. Im Bereich der oberen Lagerteilung sind Anschlüsse 7 und 8 angeordnet, die als Zuführ- und Abführleitung für das Hydraulikmittel und gleichzeitig als Entlüftungsleitung dienen. An der gegenüberliegenden Teilungsstelle des Lagers wird die Ringleitung 6 über Verbindungsleitungen 7' bzw. 8' in je einen Übertragungsblock 5 bzw. 5' geführt; zwischen den beiden Übertragungsblöcken 5 und 5' sorgt dann eine rohrförmige Steckverbindung 10 für eine Verbindung der beiden Hälften der Ringleitung 6.The tilting pad thrust slide bearing shown in FIGS. 1 to 4 consists of a supporting ring 1 as a receiving body which is divided into two in the circumferential direction (dividing line 16) and thus forms two bearing halves, which at the lower point of separation by a screwed to each half by screws 13 frame 5 or 5 'are connected to a pluggable unit and can be mounted on a shaft without this having to be removed. The end face of the shaft, or a circumferential collar of the shaft, is supported in the installed state of the bearing on the axial tilting segments 2 arranged in the circumferential direction in the support ring 1 , the upper side of which is designed as a sliding surface 2 'and is constantly supplied by a lubricant during operation which is guided to the axial tilting segments 2 via an annular channel 12 and branch bores 12 '. The axial tilting segments 2 are fixed in the support ring 1 both in the radial direction and in the circumferential direction by means of fixing elements 3 . The axial tilting segments 2 can tilt laterally around a tilting edge 11 (see FIGS . 1 and 4) in order to build up a hydrodynamic lubrication gap in this way. In the embodiment of the invention the rocking edge 11 is the top of a piston 9, which "is performed. The cylinder 4/4" in a cylinder 4/4 are corresponding to the number of Axialkippsegmente 2 in the support ring 1 is disposed and connected to one another by an annular conduit 6. Connections 7 and 8 are arranged in the area of the upper bearing division, which serve as a supply and discharge line for the hydraulic medium and at the same time as a ventilation line. At the opposite division point of the camp, the ring line 6 is guided via connecting lines 7 'and 8 ' into a transmission block 5 and 5 ', respectively; between the two transmission blocks 5 and 5 ', a tubular plug connection 10 then ensures a connection of the two halves of the ring line 6 .
Durch Einspeisung von Hydraulikmedium in die Ringleitung 6 werden die einzelnen Kolben 9 axial bewegt, wobei der Endanschlag 14 in der Zylinderwandung 4" das Maß der Hubbewegung bei hohem Hydraulikdruck begrenzt, während der Endanschlag 14' im Tragring 1 den Anschlag für die Axialkippsegmente 2 bildet, wenn die Druckbeaufschlagung gegen Null geht. Der Zylinderinnenraum 4' ist so geformt und die Anschnitte der Ringleitung 6 so angeordnet, dass sich keine Gaspolster im Zylinderinnenraum 4' bilden können, vielmehr werden Gaseinschlüsse in dem Hydraulikmedium über die Ringleitung 6, die Abflussleitung 8 und einen nicht dargestellten handelsüblichen Hydraulik- Entlüftungsnippel entfernt. Zur Einstellung der Lage der Welle in axialer Richtung wird also der Druck des Hydraulikmediums an den Anschlüssen 7 und 8 solange verändert, bis die Welle ihre Solllage erreicht hat. Anschließend kann durch einen nicht dargestellten Absperrhahn das Hydraulikmedium von der externen Hydraulikdruckquelle getrennt werden und bei genügender Dichtigkeit der Kolben-Zylinder-Aggregate (Dichtungsringe 15) bleibt die Solllage anschließend dauerhaft erhalten.By feeding hydraulic medium into the ring line 6 , the individual pistons 9 are moved axially, the end stop 14 in the cylinder wall 4 "limiting the amount of stroke movement at high hydraulic pressure, while the end stop 14 'in the support ring 1 forms the stop for the axial tilting segments 2 , If the pressurization approaches zero, the cylinder interior 4 'is shaped and the gates of the ring line 6 are arranged so that no gas cushions can form in the cylinder interior 4 ', rather gas inclusions in the hydraulic medium via the ring line 6 , the drain line 8 and one To adjust the position of the shaft in the axial direction, the pressure of the hydraulic medium at ports 7 and 8 is changed until the shaft has reached its desired position the external hydraulics pressure source are separated and if the piston-cylinder units (sealing rings 15 ) are sufficiently tight, the desired position is then permanently maintained.
Da die einzelnen Kolben-Zylinder-Aggregate durch eine gemeinsame Ringleitung miteinander verbunden sind, herrscht in allen der gleiche Innendruck. Jeder Kolben bewegt sich also so lange, bis der Gegendruck vom Axialkippsegment dem Innendruck im Kolben-Zylinder-Aggregat das Gleichgewicht hält. Auf diese Weise ergibt sich automatisch ein Ausgleich von Dickentoleranzen der Axialkippsegmente: Ist ein Axialkippsegment z. B. etwas dünner als die anderen Axialkippsegmente, so fährt der Kolben etwas weiter aus, ehe der richtige Gegendruck aufgebaut ist. Dadurch können die einzelnen Axialkippsegmente mit wesentlich geringeren Anforderungen bezüglich der Gleichheit ihrer Dicke gefertigt werden, was eine deutliche Reduzierung der Herstellkosten bedeutet. Der Mehraufwand für die Kolben-Zylinder-Aggregate wird also zum Teil durch Einsparungen bei den Axialkippsegmenten kompensiert. - Auch Durchbiegungen und Schiefstellungen des Rotors toleriert das erfindungsgemäße Axialgleitlager, da die Kolben-Zylinder-Aggregate auf der einen Seite etwas nachgeben können und dabei die Kolben-Zylinder-Aggregate auf der anderen Seite etwas weiter ausfahren.Because the individual piston-cylinder units through a common ring line connected, there is the same internal pressure in all of them. Everyone The piston moves until the back pressure from the axial tilt segment Internal pressure in the piston-cylinder unit keeps the balance. In this way the thickness tolerances are automatically compensated for Axial tilt segments: Is an axial tilt segment e.g. B. somewhat thinner than the others Axial tilt segments, the piston extends a little further before the correct one Back pressure is built up. As a result, the individual axial tilt segments can be used much lower requirements regarding the uniformity of their thickness are manufactured, which means a significant reduction in manufacturing costs. The Additional expenditure for the piston-cylinder units is therefore partly due to Savings in axial tilting segments compensated. - Even deflections and misalignment of the rotor tolerates the axial plain bearing according to the invention, since the piston-cylinder units on the one hand give way and the piston-cylinder units on the other side a little further exit.
In der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform können die Axialkippsegmente 2 nur in einer Richtung kippen, nämlich um die in Fig. 1 und 4 erkennbare Kippkante 11. In einer Variante, die in Fig. 5 dargestellt ist (wobei Fig. 5 den gleichen Schnitt wie in Fig. 4 wiedergibt), kann das Axialkippsegment 2 in beiden Richtungen kippen. Dazu ist der Kolben 9' auf seiner dem Axialkippsegment 2 zugewandten Seite ballig (Kugelkappe 11'), so dass ein Kipppunkt für Kippungen in beide Richtungen entsteht.In the embodiment shown in FIGS . 1 to 4, the axial tilting segments 2 can only tilt in one direction, namely around the tilting edge 11 recognizable in FIGS . 1 and 4. In a variant which is shown in FIG. 5 ( FIG. 5 showing the same section as in FIG. 4), the axial tilting segment 2 can tilt in both directions. For this purpose, the piston 9 'is spherical on its side facing the axial tilting segment 2 (ball cap 11 '), so that a tilting point is created for tilting in both directions.
In den Fig. 1 bis 4 sind die Zylinder 4/4" der Zylinder-Kolben-Aggregate als getrennte Baugruppen, die im Tragring 1 befestigt sind, dargestellt. Es ist auch möglich, diese Zylinder in den Tragring zu integrieren, beispielsweise als Sackloch im ansonsten massiven Tragring. Genauso kann die Ringleitung als Nut in den Tragring eingefräst sein und z. B. durch ein aufgesetztes Blech verschlossen sein.In Figs. 1 to 4, the cylinder 4 are / of the cylinder-piston units as separate assemblies, which are mounted in the support ring 1 shown 4 ". It is also possible to integrate these cylinders in the support ring, for example as a blind hole in the Otherwise, the ring can be milled into the ring as a groove and closed, for example, by a metal plate.
Die Zylinder können auch zu einem separaten Zylindertragkörper zusammengefasst sein, der sich am Tragring 1 abstützt bzw. an diesem befestigt ist. In den Fig. 6 und 7 ist ein Mehrflächen-Axialgleitlager als zweites Ausführungsbeispiel gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Gleitflächenelemente nicht aus vielen Axialkippsegmenten, die sich einzeln auf je einem Kolben-Zylinder-Aggregat abstützen, sondern aus zwei integrierten Gleitflächenmodulen 22, die sich auf je zwei oder mehr Kolben-Zylinder- Aggregaten 9'/4/4" abstützen und dadurch in der schon beschriebenen Weise gemeinsam justiert werden können. Die integrierten Gleitflächenmodule 22 weisen auf ihrer Oberseite Ölnuten 25, Keilflächen 22" und Gleitflächen 22' auf, die im Zusammenspiel in bekannter Weise die hydrodynamische Ausbildung eines Schmierfilmes auf der Oberseite gewährleisten. In Fig. 7 erkennt man weiterhin das seitliche Fixierelement 23 mitsamt der Dichtung 24 für das Schmiermittel. Die Ringleitung 6 zur Verbindung der einzelnen Zylinderinnenräume 4' mit ihren Anschlüssen 7 und 8 ist genauso aufgebaut wie im ersten Ausführungsbeispiel. The cylinders can also be combined to form a separate cylinder support body which is supported on the support ring 1 or fastened to it. In Figs. 6 and 7, a multi-axial plain bearing surfaces is shown as a second embodiment. In this embodiment, the Gleitflächenelemente not exist supported on a respective piston-cylinder aggregate of many Axialkippsegmenten which singly, but two integrated Gleitflächenmodulen 22 located on two or more piston-cylinder units 9 '/ 4/4 " The integrated sliding surface modules 22 have oil grooves 25 , wedge surfaces 22 "and sliding surfaces 22 'on their upper side, which, in combination, ensure the hydrodynamic formation of a lubricating film on the upper side in a known manner. In Fig. 7, it further detects the lateral fixing element 23 together with the seal 24 for the lubricant. The ring line 6 for connecting the individual cylinder interiors 4 'with their connections 7 and 8 is constructed in exactly the same way as in the first exemplary embodiment.
11
Tragring
support ring
22
Axialkippsegment als Gleitflächenelement
Axial tilt segment as a sliding surface element
22
' Gleitfläche zu 'Sliding surface too
22
33
Fixierelement für Fixing element for
22
44
Zylinderboden
cylinder base
44
' Zylinderinnenraum
'' Cylinder interior
44
" Zylinderwandung
"Cylinder wall
55
, .
55
' Übertragungsblöcke
'Transmission blocks
66
Ringleitung für Hydraulikmedium
Ring line for hydraulic medium
77
, .
88th
Anschlüsse für Connections for
66
77
', '
88th
' Verbindungsleitung für 'Connection line for
66
99
Kolben
piston
99
' Variante zu 'Variant of
99
1010
Steckverbindung für Plug connection for
77
'/'/
88th
'
'
1111
Kippkante für Tilting edge for
22
1111
' Kugelkappe als Kipppunkt für '' Spherical cap as a tipping point for
22
(Alternativausführung)
(Alternative embodiment)
1212
Ringkanal für Schmiermittel
Ring channel for lubricants
1212
' radiale Stichbohrung für Schmiermittel
'' radial tap hole for lubricant
1313
Schraube
screw
1414
, .
1414
' Endanschläge
'' End stops
1515
Dichtungsring
sealing ring
1616
Teilungslinie zur Trennung des Lagers in zwei Lagerhälften
Division line for separating the bearing into two bearing halves
2222
integriertes Gleitflächenmodul als Gleitflächenelement
Integrated sliding surface module as a sliding surface element
2222
' Gleitfläche zu 'Sliding surface too
2222
2222
" Keilfläche
"Wedge surface
2323
Fixierelement zu Fixing element too
2222
2424
Dichtung für Schmiermittel
Seal for lubricants
2525
Ölnut
oil groove
Claims (17)
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