DE102008023075B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Bremsen einer Strömungsmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremsverfahren für eine Strömungsmaschine mit einer umlaufenden Einheit, umfassend einen von einer Fluidströmung angetriebenen Rotor, der mittels wenigstens eines Gleitlagers in einem Gehäuse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitlager beim Bremsen der umlaufenden Einheit die Lagerreibung erhöht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bremsen einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Unterwasserkraftwerks oder einer Windkraftanlage.
  • Windkraftanlagen weisen typischerweise zusätzlich zur aerodynamischen Bremse eine mechanische Bremse auf. Diese wird meist als Scheibenbremse ausgebildet und dient als Park- oder Notbremse, wobei die mechanische Bremseinheit zur Verbesserung der Wirkung meist auf der schnellen Welle vorgesehen ist, falls die Drehzahl mittels einer Getriebestufe zum Betrieb eines elektrischen Generators erhöht wird. Die mechanische Bremse dient demnach der Ergänzung der aerodynamischen Bremse, die entweder durch eine Veränderung des Einstellungswinkels der Rotorblätter oder als Blattspitzenbremse, die nach dem Prinzip des Strömungsabrisses arbeitet, ausgebildet ist.
  • Die zusätzliche mechanische Bremse stellt ein wartungsanfälliges Bauteil dar. Dieses ist insbesondere für ein Unterwasserkraftwerk von Bedeutung, das als freistehende Energieerzeugungsanlage in einer antreibenden Gewässerströmung, beispielsweise einer Tidenströmung, steht. Für ein solches Unterwasserkraftwerk ist der Zugang zur Ausführung von Wartungsarbeiten erschwert, sodass für derartige Anlagen eine wartungsarme Konstruktion zu wählen ist. Dabei können die aus der Windkraft bekannten mechanischen Bremssysteme mit Scheibenbremsen nur erschwert verwendet werden. Dies liegt zum einen an einer Bewuchsproblematik für die nicht ständig verwendete mechanische Bremse eines Unterwasserkraftwerks. Entsprechend wäre eine Kapselung vorzusehen, die konstruktiv aufwendig ist. Zum anderen weisen die von Windkraftanlagen bekannten Bremseinheiten eine Aktivierungseinrichtung auf, die ein Federelement zur Erzeugung einer Vorspannungskraft verwendet, das im normalen Betrieb durch eine hydraulische oder pneumatische Einrichtung komprimiert wird. Dabei stellt das Federelement eine mögliche Verschleißquelle dar, die im Sinne einer robusten und wartungsarmen Anlagenauslegung zu vermeiden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bremsen einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Unterwasserkraftwerks oder einer Windkraftanlage, anzugeben, das sicher und einfach in der Ausführung ist, sowie eine wartungsarme Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, die zu einem verringerten konstruktiven Aufwand führt. Dabei soll das Bremsverfahren beziehungsweise die hierfür verwendete Vorrichtung, insbesondere beim Eintritt eines Überlastsfalls, die von der Anlage aufgenommene mechanische Leistung verringern oder begrenzen.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Bremsverfahren beruht auf einer Strömungsmaschine mit einer Gleitlagerung für die umlaufende Einheit. Dabei umfasst die umlaufende Einheit den von der Fluidströmung angetriebenen Rotor und einen daran anschließenden Tragkörper, der beispielsweise nabenförmig oder zylindrisch ausgebildet werden kann, und der zur Ableitung der über die Lager und den Rotor eingeleiteten Kräfte und Momente dient.
  • Erfindungsgemäß erfüllt das Gleitlager eine Doppelfunktion. Zum einen die eigentliche Lagerungsaufgabe während des Normalbetriebs und zum anderen eine Bremsfunktion zum Erzeugen eines Bremsmoments für die Verzögerung der umlaufenden Einheit. Demnach wird auf ein separat angelegtes Bremssystem verzichtet.
  • Die beim Bremsen anfallende Verlustwärme wird über den Schmierstoff abgeführt. Für den bevorzugten Fall, dass als Schmierstoff Wasser verwendet wird, kann für ein Unterwasserkraftwerk eine effiziente Kühlung durch den Zustrom von Umgebungswasser zu den Gleitlagern bewirkt werden.
  • Zur Ausführung einer Bremsung der umlaufenden Einheit werden die Lagerreibung und das daraus resultierende Reibmoment im Gleitlager verändert. Hierzu wird die Reibcharakteristik durch eine zunehmende Verlagerung von Flüssigkeitsreibungsanteilen auf Festkörperreibungsanteile verändert. Dies gelingt durch folgende Maßnahmen, die einzeln oder in Kombination ausgeführt werden können:
    • a) Bewegung oder Verkippung der Gleitschuhe eines segmentierten Gleitlagers gegen die Gegengleitfläche
    • b) Beeinflussung der Tragfähigkeit des Schmierstofffilms im Lagerspalt durch einen mechanischen Eingriff über Abstreifkörper oder durch das Einblasen eines Mediums mit vom Schmierstofffilm abweichenden Eigenschaften, zum Beispiel Druckgas.
    • c) Veränderung des Schmierstoffdrucks in einem hydrostatischen Gleitlager durch eine Steuerung des zufließenden und/oder des abfließenden Schmierstoffvolumenstroms
  • Zum Einleiten einer effektiven Bremsung der umlaufenden Einheit ist es nicht notwendig, hohe Anpresskräfte zwischen den aufeinander abgleitenden Lagerflächen aufzubringen, da mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen die Tragfähigkeit des Schmierstofffilms im Lager so weit reduziert wird, dass die aneinander abgleitenden Lagerflächen wenigstens partiell in den Mischreibungszustand fallen und somit die grundlegende Reibungscharakteristik zu höheren Reibungswerten hin verschoben wird. Demnach muss zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu den Stellkomponenten zur Beeinflussung des Schmierstofffilms die Gleitflächenpaarung so gestaltet sein, dass eine hinreichende Trockenlauffähigkeit sichergestellt ist.
  • Als Gleitlager zur Bremsung der umlaufenden Einheit kann ein Radiallager oder ein Axiallager der Strömungsmaschine verwendet werden. Für eine besonders bevorzugte Gestaltung sind in der Strömungsmaschine zwei Axiallager für eine bidirektionale Abstützung vorhanden, um beispielsweise ein aus zwei Richtungen anströmbares Unterwasserkraftwerk zu realisieren. Für eine solche Anlage kann dann zur Ausführung des erfindungsgemäßen Bremsverfahrens eine Stellbewegung der Gleitschuhe der beiden segmentiert ausgebildeten Axialgleitlager in entgegengesetzte Richtung erfolgen. Dabei bewegen sich die einem der beiden Axialgleitlager zugeordnete Gleitschuhe jeweils in Richtung der ihm zugeordneten Gegengleitfläche, sodass der Lagerspalt entsprechend verengt wird.
  • Bevorzugt wird der Gleitschuh mit seiner Gleitlage bis zum vollständigen Anliegen an die Gegengleitfläche verfahren. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Stellbewegung des Gleitschuhs in Form einer Verkippung, wobei gegenüber dem normalen Lagerbetrieb aus der Bewegungsrichtung der Gegengleitfläche gesehen sich der Lagerspalt im Bremsbetrieb entlang der Gleitlage des Gleitschuhs aufweitet, sodass die Tragfähigkeit des Schmierstofffilms abnimmt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl mit hydrodynamischen als auch mit hydrostatischen Gleitlagern ausgeführt werden. Wobei für hydrodynamische Gleitlager der dynamisch aufgebaute Schmierstofffilm durch eine Stellbewegung der Gleitlagerkomponenten gestört wird. Dabei kommen sowohl die voranstehend erläuterte Stellbewegung der Gleitschuhe als auch eine Verwendung zusätzlicher Gleitlagerkomponenten in Betracht, die ausschließlich im Bremsbetrieb verwendet werden. Ferner kann ein fluidisches Medium, im einfachsten Fall Druckluft, in den Lagerspalt eingeblasen werden, um die Tragfähigkeit des dynamisch aufgebauten Schmierstofffilms zu verringern. Im Fall von hydrostatischen Gleitlagern besteht eine vereinfachte Verfahrensvariante darin, den statischen Schmierstoffdruck im Gleitlager zu verringern. Dies kann durch die Kontrolle des zu- und/oder abfließenden Volumenstroms an Schmierstoff realisiert werden.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand von Figurendarstellungen genauer erläutert. In diesen ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
  • 1 zeigt einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen Gleitlagers mit einem bewegbaren Gleitschuh für den normalen Lagerbetrieb in Schnittdarstellung.
  • 2 zeigt den Gleitschuh aus 1 nach dem Ausführen einer Stellbewegung für den Bremsbetrieb.
  • 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gleitlagers mit einem kippbaren Gleitschuh im normalen Lagerbetrieb in Schnittdarstellung.
  • 4 zeigt die Verkippung des Lagerschuhs aus 3 für den Bremsbetrieb.
  • 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung mit einem Gleitschuh, der eine Vorrichtung zum Einblasen von Druckluft in den Lagerspalt aufweist.
  • 6 zeigt einen Lagerschuh mit einem Abstreifkörper zum Eingriff in den Lagerspalt.
  • 7 zeigt ein Unterwasserkraftwerk mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung für die Axial- und Radialgleitlager.
  • 8 zeigt eine Gleitlageranordnung entsprechend des Schnitts A-A aus 7.
  • 1 zeigt einen einzelnen Gleitschuh 2 eines segmentierten Gleitlagers 1 in Schnittansicht, wobei als Schnittebene die Rotationsebene des Lagers gewählt ist. Der Gleitschuh 2 umfasst für die dargestellte Ausführung einen Grundkörper 3 und eine Gleitlage 4, die der Gegengleitfläche 5 zugewandt ist. Des Weiteren sind seitlich zum Grundkörper 3 angeordnete Einstellvorrichtungen 6.1, 6.2 mit zugeordneten Befestigungsmitteln 7.1, 7.2 gezeigt. Diese dienen zur statischen Lageeinstellung des Grundkörpers 3 relativ zum Tragkörper 9 und zusätzlich erzeugen sie einen hinreichenden Seitenhalt für den Gleitschuh 2. Dabei sind die Befestigungsmittel 7.1, 7.2 und Teile des Grundkörpers 3 in eine Ausnehmung 10 des Tragkörpers 9 eingelassen, deren Wandungen zusätzlichen Seitenhalt geben. Ferner ist zwischen dem Gleitschuh 2 und dem Grund der Ausnehmung 10 eine elastische Tragschicht 38 angeordnet, die vorzugsweise aus einem Elastomer gebildet ist und die der Abstützung des Gleitschuhs 2 dient.
  • Für die in 1 dargestellte Erfindungsvariante ist eine Vorrichtung zur Ausführung einer Stellbewegung des Gleitschuhs 2 in Richtung der Gegengleitfläche 5 vorgesehen, um für den Bremsbetrieb die Dimensionen des Lagerspalts 12 zu verringern. Hierzu spannt sich zwischen den beiden Einstellvorrichtungen 6.1 und 6.2 eine Membran 8 auf, die einen in der Ausnehmung 10 im Tragkörper 9 ausgebildeten abgedichteten Bereich schafft, der rückseitig mit einem durch den Tragkörper 9 verlaufenden Druckanschluss 11 verbunden ist. Die Membran 8 verläuft für das vorliegende Ausführungsbeispiel zwischen dem Gleitschuh 2 und der elastischen Tragschicht 38. Über den Druckanschluss 11, der als Durchgang durch den Tragkörper 9 und die elastische Tragschicht 38 angelegt ist, kann Druckluft oder ein hydraulisches Arbeitsmedium zugeführt werden, das für den Bremsbetrieb so den Druck im abgedichteten Bereich erhöht, dass die Membran entsprechend zu der Darstellung in 2 ausgewölbt wird und den Gleitschuh 2 entlang den Einstellvorrichtungen 6.1 und 6.2 in Richtung der Normale der Gegengleitfläche 5 verschiebt.
  • Entsprechend zur Darstellung in 2 erfolgt die rückseitige Druckbeaufschlagung an der Membran 8 derart, dass der dynamische oder statische Schmierstoffdruck im Schmierstoffspalt 12 überschritten wird und eine Anlage der Gleitlage 4 des Gleitschuhs 2 an der Gegengleitfläche 5 erfolgt, die dann im Wesentlichen trockenfallen und in Mischreibung beziehungsweise Festkörperreibung übereinander gleiten. Wird beispielsweise die Druckbeaufschlagung so gewählt, dass diese in etwa dem Vierfachen des Drucks des im Normalbetrieb tragenden Schmierstofffilms entspricht, kann die gewünschte Änderung der Reibungscharakteristik sicher bewirkt werden. Ein weiteres Anpressen des Gleitschuhs 2 mit seiner Gleitlage 4 gegen die Gegengleitfläche 5 über diese Druckbeaufschlagung hinaus ist nicht notwendig. Für eine pneumatische Druckbeaufschlagung kann eine Druckversorgung mittels eines Druckspeichers oder einer Pumpeinrichtung erfolgen. Die hierfür notwendigen Vorrichtungskomponenten sowie Steuerungs- und Ventileinrichtungen sind im Einzelnen nicht in den Figuren gezeigt.
  • Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Sinne von 1 und 2 muss die Gleitlage 4 auf dem Grundkörper 3 des Gleitschuhs 2 hinreichend trockenlaufsicher ausgebildet sein. Wird als Schmierstoff Wasser verwendet, erfordert der Einsatz als Bremse einen Lagerwerkstoff für die Gleitlage 4 auf Polymerbasis, der bei Wasserschmierung und im Trockenlauf eingesetzt werden kann. Er muss eine geringe Wasseraufnahme aufweisen, darf beim Einwirken von Heißwasser nicht zur Hydrolyse neigen und muss einem reinen Trockenlauf bei Temperaturen von weit über 100°C standhalten und darf dabei nur einen geringen Verschleiß aufweisen. Solche Werkstoffe werden beispielsweise in Stevenrohrlagen und in Schwenklagern von Schleusen eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist Orkot®. Die Gegengleitfläche 5 muss möglichst hart und verschleißfrei sowie korrosionsbeständig sein. Hierzu kann beispielsweise Edelstahl verwendet werden.
  • In den 3 und 4 ist eine Weitergestaltung eines erfindungsgemäßen Gleitlagers 1 gezeigt. Entsprechend der Darstellung in 4 erfolgt im Bremsmodus die wesentliche Stellbewegung des Gleitschuhs 2 als Winkelanstellung gegen die Normale der Gegengleitfläche 5. Hierzu ist die mittels der Membran 8 abgedichtete Kammer rückseitig zum Grundkörper 3 des Gleitschuhs 2 innerhalb der Ausnehmung 10 des Tragkörpers 9 zwei- oder allgemein mehrteilig angelegt. Dargestellt sind die separaten Druckanschlüsse 11.1 und 11.2 sowie ein Zwischensteg 13, der zwei getrennte Druckkammern 18.1, 18.2 abteilt. Die Ruhelage wird wiederum durch die elastische Tragschicht 38.1, 38.2, die zweiteilig ausgebildet ist, festgelegt.
  • Ausgehend von der in den 3 und 4 dargestellten Bewegungsrichtung der Gegengleitfläche 14 erfolgt eine Druckbeaufschlagung über den Druckanschluss 11.2 für die Druckkammer 18.2. Entsprechend wird sich in diesem Bereich die Membran 8 aufwölben und den Gleitschuh 2 an dieser Stelle aus der Ausnehmung 10 heraus auf die Gegengleitfläche 4 bewegen. Hieraus resultiert die dargestellte Verkippung des Gleitschuhs 2, die so angelegt ist, dass der im Lagerspalt 12 geführte Schmierstofffilm in Bewegungsrichtung auf einen sich aufweitenden Lagerspalt 12 trifft und hierdurch die Tragfähigkeit des Gleitlagers verringert wird. Alternativ kann für Gleitlager 1, die für den normalen Lagerbetrieb mit verkippten Gleitschuhen 2 zum Erzeugen von Schmierstoffkeilen arbeiten, der zur verbesserten Tragfähigkeit dienende Anstellwinkel zurückgeführt beziehungsweise in die Gegenrichtung verkippt werden. Eine solche Ausgestaltung ist im Einzelnen nicht in den Figuren gezeigt.
  • Die 5 und 6 zeigen alternative Gestaltungen, für die im Bereich des Lagerspalts 12 der Schmierstofffilm gestört oder wenigstens bereichsweise unterbrochen wird. Dies gelingt für eine erste Ausführung durch die in 5 gezeigte Variante, wobei über den Druckanschluss 11.2 einer rückseitig zum Grundkörper 3 des Gleitschuhs 2 angelegten Druckkammer 18.1 Druckluft zugeführt wird, die über die Bohrung 15.2 zu einem Gasauslass 16.2 in der Gleitlage 4 gelangt. Diese durchstößt eine Abdichtung 19, die rückseitig am Grundköper 3 des Gleitschuhs 2 vorgesehen ist. Der aus der Luftdruckzuführung resultierende Blasenstrom wird mit dem Schmierstoff im Lagerspalt 12 entsprechend zur Bewegungsrichtung der Gegengleitfläche 14 mitgeführt und reduziert dessen Tragfähigkeit. Anstatt Druckluft kann zur gezielten Störung des Schmierstofffilms ein anderes Medium verwendet werden, dessen Materialeigenschaften, zum Beispiel die Viskosität, von jenen des Schmierstofffilms abweicht.
  • Zur Realisierung einer bidirektionalen Anströmbarkeit sind an beiden Enden der Gleitlage 4 symmetrisch die Gasauslässe 16.1, 16.2 angeordnet. Entsprechend liegen zwei Druckanschlüsse 11.1 und 11.2 sowie zwei Druckkammern 18.1 und 18.2 vor. Ferner sind Ausgestaltungen denkbar, für die eine Vielzahl von Druckauslässen 16.1, 16.2 über die Gleitlage 4 verteilt sind oder für welche die Druckgaszuführung separat zum Gleitschuh 2 ausgebildet ist. Für solch eine Variante wird das Druckgas im Bereich des Lagerspalts 12 so eingebracht, dass die gewünschte, wenigstens partielle Unterbrechung des Schmierstofffilms im Lagerspalt 12 resultiert.
  • 6 zeigt eine Ausführungsvariante mit Abstreifkörpern 17.1, 17.2, die in den Bohrungen 15.1, 15.2 im Grundkörper 3 angeordnet sind und bei Druckbeaufschlagung durch das rückseitig über die Druckkammern 18.1, 18.2 zugeführte Druckgas in den Lagerspalt 12 zur Unterbrechung des Schmierstofffilms eingeführt werden. Denkbar sind alternative Anordnungen der Abstreifkörper 17.1, 17.2, insbesondere separat zum Gleitschuh 2, sowie eine abweichende Aktuation. Diese kann beispielsweise mittels eines hydraulischen Stellzylinders oder einen motorischen Antriebs erfolgen.
  • Für eine alternative Gestaltung, die im Einzelnen nicht in den Figuren dargestellt ist, erfolgt die Beeinflussung des Schmierstofffilms über die Steuerung der Schmierstoffmenge im Gleitlager. Dabei können steuerbare Abzugsöffnungen angelegt sein, die zum Abziehen des Schmierstoffs für das Bremsen des Lagers dienen.
  • 7 zeigt im partiellen Axialschnitt ein Unterwasserkraftwerk, wobei den Gleitlagern Stellvorrichtungen 33.1, 33.2 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Bremsverfahrens zugeordnet sind. Im Einzelnen besteht das Unterwasserkraftwerk aus einem Gehäuse 34, das auf einer Stützstruktur 35 angelenkt ist. In diesen ortsfesten Anlagekomponenten ist der Generatorstator 26 des elektrischen Generators 24 untergebracht sowie die bereits genannten Stellvorrichtungen 33.1, 33.2.
  • Die umlaufende Einheit 37 des Unterwasserkraftwerks umfasst einen Rotor 21, der über eine nabenförmige Struktur mit dem innerhalb des Gehäuses 34 gelagerten Tragkörper 23 verbunden ist. Eine zusätzliche Komponente der umlaufenden Einheit bildet die Haube 21. Die umlaufende Einheit 37 stützt sich axial über ein erstes Axiallager 29 und ein zweites Axiallager 30 mittels der ersten Stützscheibe 27 und der zweiten Stützscheibe 28 ab. Die axial beidseitig angelegte Lagerung erlaubt eine bidirektionale Anströmung des Unterwasserkraftwerks, entsprechend ist der Rotor 21 mit einem beidseitig anströmbaren Blattprofil oder drehbaren Propellerblättern versehen.
  • Zur radialen Abstützung der umlaufenden Einheit dient das vordere Radialgleitlager 31 und das hintere Radialgleitlager 32, wobei Abschnitte der zylindrischen Außenfläche des Tragkörpers 23 die Gegengleitfläche zu den ortsfest angeordneten Gleitschuhen bilden. Entsprechend segmentiert sind das erste Axiallager 29 und das zweite Axiallager 30 angelegt.
  • Aus der Schnittdarstellung A-A aus 8 sind die Lagerschuhe für das erste Axiallager 29.129.n sowie die Lagerschuhe für das vordere Radiallager 31.131.n ersichtlich. Ein symmetrischer Aufbau ist für das hintere Radialgleitlager 32 und das zweite Axialgleitlager 30 gewählt. Erfindungsgemäß stehen einzelne und vorzugsweise alle Lagerschuhe der einzelnen Gleitlager mit einer zugeordneten Stellvorrichtung 33.1, 33.2 in Verbindung, die zum Bremsen entweder eine örtliche Verlagerung oder Verkippung der Gleitschuhe bewirkt oder die durch andere Lagerkomponenten Einfluss auf die Tragfähigkeit des Schmierstofffilms in den einzelnen Lagerspalten der Gleitlager nimmt. Hierdurch wird erfindungsgemäß die Reibcharakteristik in den Gleitlagern verändert und mit zunehmenden Festkörperreibungsanteilen nimmt das Reibmoment in den Lagern beim Bremsen zu.
  • Das erfindungsgemäße Bremsverfahren kann beim Betrieb eines Unterwasserkraftwerks oder einer Windkraftanlage zur Einleitung eines aktiven Strömungsabrisses zur Deckelung der vom Rotor 21 aufgenommenen mechanischen Leistung verwendet werden. Des Weiteren kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Notstopp oder ein Stillsetzen der Anlage bewirkt werden. Ferner ist es denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren nur mit einem Teil der Gleitlager auszuführen. Für das in 7 skizzierte Unterwasserkraftwerk bieten sich hierfür das erste Axialgleitlager und das zweite Axialgleitlager an. Dabei kann auch nur eines der beiden Axialgleitlager verwendet werden, wobei für diesen Fall der Strömungsdruck auf den Rotor 21 in Axialrichtung als Gegenkraft gegen den Schmierstoffdruck im Gleitlager in Axialrichtung wirkt. Weitere Ausgestaltungen im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche sind denkbar.
  • 1
    Gleitlager
    2
    Gleitschuh
    3
    Grundkörper
    4
    Gleitlage
    5
    Gegengleitfläche
    6.1, 6.2
    Einstellvorrichtung
    7.1, 7.2
    Befestigungsmittel
    8
    Membran
    9
    Tragkörper
    10
    Ausnehmung
    11, 11.1, 11.2
    Druckanschluss
    12
    Lagerspalt
    13
    Zwischensteg
    14
    Bewegungsrichtung der Gegengleitfläche
    15.1, 15.2
    Bohrung
    16.1, 16.2
    Gasauslass
    17.1, 17.2
    Abstreifkörper
    18.1, 18.2
    Druckkammer
    19
    Abdichtung
    20
    Unterwasserkraftwerk
    21
    Rotor
    22
    Haube
    23
    Tragkörper
    24
    elektrischer Generator
    25
    Generatorläufer
    26
    Generatorstator
    27
    erste Stützscheibe
    28
    zweite Stützscheibe
    29
    erstes Axialgleitlager
    29.1–29.n
    Gleitschuh für das erste Axialgleitlager
    30
    zweites Axialgleitlager
    31
    vorderes Radialgleitlager
    31.1–31.n
    Gleitschuh für das vordere Radialgleitlager
    32
    hinteres Radialgleitlager
    33.1, 33.2
    Stellvorrichtung
    34
    Gehäuse
    35
    Stützstruktur
    36
    Längsachse
    37
    umlaufende Einheit

Claims (18)

  1. Bremsverfahren für eine Strömungsmaschine mit einer umlaufenden Einheit (37), umfassend einen von einer Fluidströmung angetriebenen Rotor (21), die mittels wenigstens eines Gleitlagers (1) in einem Gehäuse (34) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitlager (1) beim Bremsen der umlaufenden Einheit die Lagerreibung erhöht wird.
  2. Bremsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Lagerreibung beim Bremsen durch eine Verlagerung von Flüssigkeitsreibungsanteilen auf Festkörperreibungsanteile bewirkt wird.
  3. Bremsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (1) segmentiert ist und eine Vielzahl von Gleitschuhen (2) mit einer zugeordneten Gegengleitfläche (5) und einen dazwischen ausgebildeten Lagerspalt (12) umfasst und beim Bremsen wenigstens ein Gleitschuh (2) eine die Abmessungen des Lagerspalts (12) verändernde Stellbewegung ausführt.
  4. Bremsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (2) beim Bremsen in Richtung der Gegengleitfläche (5) bewegt wird, wobei der Lagerspalt (12) verkleinert wird.
  5. Bremsverfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (2) beim Bremsen gegen die Flächennormale der Gegengleitfläche (5) verkippt wird.
  6. Bremsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstofffilm im Lagerspalt (12) beim Bremsen wenigstens in Teilbereichen unterbrochen wird.
  7. Bremsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum wenigstens teilweisen Unterbrechen des Schmierstofffilms Druckluft in den Lagerspalt (12) eingeblasen wird.
  8. Bremsverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bremsen ein Abstreifkörper (17.1, 17.2) in dem Bereich des Lagerspalts (12) eingefahren wird.
  9. Bremsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bremsen die Schmierstoffzufuhr zum Gleitlager (1) verringert und/oder die Drainage des Schmierstoffs aus dem Gleitlager (1) erhöht wird.
  10. Bremsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bremsen der umlaufenden Einheit verwendeten Gleitlagerkomponenten pneumatisch oder hydraulisch bewegt werden.
  11. Gleitlager für eine Strömungsmaschine, die eine umlaufende Einheit (37) mit einem von einer Fluidströmung angetriebenen Rotor (21) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (1) Lagerkomponenten umfasst, die zum Bremsen der umlaufenden Einheit die Lagerreibung erhöhen.
  12. Gleitlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine Vielzahl von Gleitschuhen (2) mit einer zugeordneten Gegengleitfläche (5) umfasst und den Gleitschuhen (2) eine Vorrichtung zum Ausführen einer Stellbewegung zugeordnet ist, um beim Bremsen die Abmessungen des Lagerspalts (12) zu verändern.
  13. Gleitlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ausführen einer Stellbewegung eine Bewegung des Gleitschuhs (2) in Richtung der Gegengleitfläche (5) und/oder eine Verkippung des Gleitschuhs (2) gegen die Flächennormale der Gegengleitfläche (5) beim Bremsen ermöglicht.
  14. Gleitlager nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine Vorrichtung umfasst, die beim Bremsen den Schmierstofffilm im Lagerspalt (12) wenigstens in Teilbereichen unterbricht.
  15. Gleitlager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur wenigstens teilweisen Unterbrechung des Schmierstofffilms einen Gasauslass (16.1, 16.2) zum Einblasen von Druckluft in den Lagerspalt (12) umfasst.
  16. Gleitlager nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum wenigstens teilweisen Unterbrechen des Schmierstofffilms einen Abstreifkörper (17.1, 17.2) umfasst, der in den Bereich des Lagerspalts (12) eingefahren werden kann.
  17. Gleitlager nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine Vorrichtung zur Einstellung des dem Gleitlager (1) zugeführten Schmierstoffvolumens und/oder zur Einstellung des vom Gleitlager (1) abgezogenen Schmierstoffvolumens umfasst.
  18. Gleitlager nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine pneumatisch oder hydraulisch einstellbare Gleitlagerkomponente umfasst.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016209077A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-29 Dms Holding B.V. Braking device and braking system for a shaft
DE102016209206A1 (de) * 2016-05-27 2017-12-14 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018120810A1 (de) * 2018-08-27 2020-02-27 Renk Aktiengesellschaft Lageranordnung eines Rotors einer Windkraftanlage und Windkraftanlage

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE707840C (de) * 1939-07-22 1941-07-05 Arno Fischer Wasserturbine oder Pumpe mit radial und axial oder nur radial oder axial gelagertem Laufradkranz

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB482627A (en) * 1936-12-31 1938-04-01 Lumsden Machine Company Ltd Improvements relating to bearings for shafts and the like
DE2544497C2 (de) * 1975-10-04 1982-05-13 Rudolf 7300 Esslingen Spieth Gleitlager
DE10246325A1 (de) * 2002-10-04 2004-04-15 Klinger, Friedrich, Prof. Dr.-Ing. Vorrichtung zur Lagerung des Maschinenkopfes einer Windenergieanlage auf dem Trägerturm

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE707840C (de) * 1939-07-22 1941-07-05 Arno Fischer Wasserturbine oder Pumpe mit radial und axial oder nur radial oder axial gelagertem Laufradkranz

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016209077A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-29 Dms Holding B.V. Braking device and braking system for a shaft
NL2015014B1 (nl) * 2015-06-23 2017-01-24 Dms Holding B V Reminrichting en remsysteem voor een as.
DE102016209206A1 (de) * 2016-05-27 2017-12-14 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage

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