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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Ausrüstung,
die zur Lagerung von Gegenständen eingerichtet ist. Insbesondere
betrifft diese Erfindung eine selbstausrichtende Lageranordnung,
die in der Lage ist, eine zylindrische Komponente und insbesondere
große drehbare zylindrische Komponenten, beispielsweise
während der Herstellung, Prüfung und/oder Wartung
von Rotoren und Wellen von Turbomaschinen, Generatoren und sonstigen
achsensymmetrischen Komponenten, zu lagern.
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In
Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen können
Rotoren, die in Dampfturbinen, Gasturbinen und Strahltriebwerken
eingesetzt werden, eine zusammengesetzte oder monolitische Bauweise
haben. Beispielsweise weisen große Dampfturbinen gewöhnlich
eine verschraubte Konstruktion auf, die aus gesonderten Rotoren
besteht, die jeweils eine Welle mit einem integral ausgebildeten
Laufrad aufweisen, dessen Rand zur Montage von Schaufeln (Laufschaufeln)
eingerichtet ist. Die Konfiguration und Zusammensetzung jedes gesonderten
Rotorsegmentes sind für den speziellen Abschnitt der Turbine
(z. B. für Hochdruck- und Niederdruckstufen), in dem das
Segment angeordnet wird, ausgewählt. Rotoren für
Gasturbinen und Strahltriebwerke werden häufig durch Zusammenschrauben
einer Reihe von Scheiben und Wellen aufgebaut. Ein anderer Rotoraufbau
umfasst ein Zusammenschweißen von Rotorsegmenten, die aus
ungleichen Materialien erzeugt sind, wodurch etwas gebildet wird,
das als ein mehrfach legierter Rotor (MAR, Multiple Al loy Rotor) bezeichnet
werden kann. Es sind auch monolitische mehrfach legierte Rotoren
vorgeschlagen worden.
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Turbinenrotoren
arbeiten bei hohen Drehzahlen in einer thermisch rauen Umgebung.
Obwohl bei Legierungen deutliche Fortschritte erzielt worden sind,
um lange Nutzungsdauern zu erreichen, können Verschleiß,
Erosion, Korrosion, Stoß, Ermüdung und/oder Überbelastung
auftreten, die eine periodische Überprüfung und
erforderlichenfalls eine Reparatur oder einen Austausch eines Rotors
oder einer Welle erfordern. Eine Überprüfung und
Wartung von Turbinenkomponenten bedingt gewöhnlich eine
Anbringung der Komponente auf einer Drehbank oder ähnlichen
Vorrichtung, die eingerichtet ist, um die Komponente um ihre Achse
herum zu drehen, beispielsweise während einer Reinigung,
Maßkontrolle, zerstörungsfreien Prüfung
(ZEP), Demontage/Montage und maschinellen Bearbeitung. Die Komponente
ist häufig von unten mit Rollen abgestützt, die
helfen, das Gewicht der Komponente zu tragen, ohne ihre Fähigkeit
sich zu drehen zu beeinträchtigen. Zu diesem Zweck verwendete
Rollen sind gewöhnlich gehärtet, um einer Verformung
zu widerstehen und unter dem Gewicht der Komponente Toleranzen einzuhalten.
Die nicht nachgiebige Art von harten Rollen erfordert eine langwierige
und sorgfältige Einrichtung, um eine richtige Ausrichtung
der Rollen in Bezug auf die Komponente, einschließlich
einer genauen Orientierung der Achsen der Rollen parallel zu der Komponente,
sicherzustellen. Beispielsweise werden Anordnungen mit harten Rollen
häufig „gebläut”, indem eine
Gestaltungsfarbe auf die Oberflächen der Komponente aufgebracht
wird und anschließend die Rollen eingestellt werden, um
in der Farbe ein gleichförmiges Muster zu erreichen. Abs
eine alternative können weiche Rollen verwendet werden,
die ausreichend nachgiebig sind, um Fehlausrichtungen besser zu
tolerieren. In einigen Situationen werden weiche Rollen in einem
nicht ausgerichteten Zustand eingesetzt, wobei in diesem Fall die
Ober flächen der Rollen geopfert werden. Während
sie die Einrichtung vereinfachen, können weiche Rollen
nicht in der Lage sein, für derartige Maßnahmen,
wie Maßkontrolle und maschinelle Bearbeitung, ausreichend
enge Toleranzen einzuhalten.
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Angesichts
des Vorstehenden wäre es erwünscht, wenn ein Prozess
zur Ausrichtung harter Rollen in Bezug auf eine Rotorkomponente
vereinfacht werden könnte, ohne dass die Maßgenauigkeit verschlechtert
wird, die normalerweise von harten Rollen gefordert wird, wenn diese
einen Rotor während einer Überprüfung
und Wartung lagern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ergibt eine Vorrichtung und ein Verfahren,
die sich zum Lagern einer zylindrischen Komponente auf eine Weise,
die der Komponente ermöglicht sich zu drehen, eignen. Ein beispielhaftes,
jedoch nicht beschränkendes Beispiel ist das Lagern einer
Turbinenrotorkomponente während einer Reinigung, Maßkontrolle,
zerstörungsfreien Prüfung, Demontage, Montage
und/oder maschinellen Bearbeitung der Komponente.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung enthält die Vorrichtung einen
Sockel oder Lagerbock, der eine obere Fläche mit einer
teilsphärischen konkaven Gestalt aufweist, und einen Schlitten
oder Träger, der auf der oberen Fläche des Lagerbocks
gehaltert ist. Der Träger weist eine obere Fläche
und eine gegenüberliegend angeordnete untere Fläche auf,
wobei die obere Fläche ein oder mehrere Elemente zum Kontaktieren
und drehbaren Lagern der zylindrischen Komponente aufweist. Die
untere Fläche des Trägers steht mit der oberen
Fläche des Lagerbocks in Eingriff und weist eine teilsphärische konvexe
Gestalt auf, die zu der teilsphärischen konkaven Gestalt
der oberen Fläche des Lagerbocks komplementär
ist. Die Vorrichtung enthält ferner einen Schmiermittelspeicher,
der an der oberen Fläche des Lagerbocks angeordnet und
in dieser eingelassen bzw. ausgespart ist, sowie eine Einrichtung
zur Zuführung eines Schmiermittels zu dem Schmiermittelspeicher.
Die untere Fläche des Trägers und die obere Fläche
des Lagerbocks definieren eine Umschließung um den Schmiermittelspeicher
herum.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung werden der Lagerbock und der Träger
der Vorrichtung dazu verwendet, die zylindrische Komponente durch
die Kontaktelemente des Trägers zu stützen, und
es wird ausreichend Schmiermitteldruck in dem Schmiermittelspeicher
erzeugt, um die untere Fläche des Trägers von
der oberen Fläche des Lagerbocks strömungstechnisch
zu entkoppeln, um dem Träger und seinen Kontaktelementen
zu ermöglichen, sich selbst mit der zylindrischen Komponente
auszurichten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung bedingt ein Verfahren zum Lagern einer
zylindrischen Komponente im weiteren Sinne ein Lagern der zylindrischen
Komponente über einem Träger bzw. Schlitten, der
auf einem Sockel bzw. Lagerbock gelagert ist, gemeinsames Anheben
des Lagerbocks und des Trägers, um die zylindrische Komponente mit
dem Träger in Eingriff zu bringen, und Erzeugen ausreichenden
Schmiermitteldrucks zwischen dem Träger und dem Lagerbock,
um eine untere Fläche des Trägers von einer oberen
Fläche des Lagerbocks strömungstechnisch zu entkoppeln,
und dadurch dem Träger zu ermöglichen, sich selbst
mit der zylindrischen Komponente auszurichten.
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Ein
deutlicher Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass der Entkopplungs-
und Selbstausrichtungseffekt, der durch die Kombination aus dem Schmiermittel
und der Verbindungsstelle der teilsphärischen Oberflächen,
die durch und zwischen dem Träger und dem Lagerbock definiert
ist, erzielt wird, die Verwendung vielfältiger Komponenten
als die Einrichtung zum Kontaktieren der zylindrischen Komponente
ermöglicht. Beispielsweise kann die Vorrichtung harte Rollen
oder Walzen als die Kontaktelemente verwenden, wobei das Selbstausrichtungsvermögen
dazu dient, die Ausrichtung der Rollen zu der zylindrischen Komponente
zu vereinfachen, ohne dass die Maßgenauigkeit verschlechtert wird,
die normalerweise mit harten Rollen erreicht wird. Das Selbstausrichtungsvermögen
gemäß dieser Erfindung ermöglicht ferner
die Verwendung anderer Kontaktelemente, die ansonsten nicht praktikabel
sein können, wie beispielsweise eines steifen V-förmigen
Blocks oder hydrostatischer Lager, die eine Wiege oder Stütze
zur Lagerung eines Zylinders definieren. In jedem Fall ist das Kontaktelement
in der Lage, für derartige Maßnahmen, wie Maßkontrolle,
maschinelle Bearbeitung und sonstige Präzisionsmaßnahmen,
während derer eine Drehung der zylindrischen Komponente
erforderlich sein kann, ausreichend enge Toleranzen einzuhalten.
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Weitere
Aspekte und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung besser verstanden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Perspektivansicht einer Turbinenrotor-Reparaturstation gemäß einer
Ausführungsform dieser Erfindung.
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2 zeigt
eine detailliertere Perspektivansicht einer Lageranordnung der Reparaturstation nach 1.
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3 und 4 zeigen
Perspektivansichten eines Tisches der Lageranordnung nach 2 in
der angehobenen bzw. abgesenkten Stellung.
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5 zeigt
eine Perspektivansicht einer Träger- und Lagerbockanordnung
der Lageranordnung gemäß den 2 bis 4 unter
Veranschaulichung des mit einem V-Block zur Lagerung einer Rotorkomponente
ausgestatteten Trägers gemäß einer Ausführungsform
dieser Erfindung.
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6 zeigt
eine Perspektivansicht der Träger- und Lagerbockanordnung
nach 5 unter Veranschaulichung innerer Komponenten
der Anordnung.
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7 zeigt
eine Perspektivansicht der Träger- und Lagerbockanordnung,
die den 5 und 6 ähnlich,
jedoch anstatt des V-förmigen Blocks mit Rollen ausgestattet
ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform
dieser Erfindung.
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8 zeigt
eine Endansicht der Träger- und Lagerbockanordnung gemäß den 5 und 6, die
in schematisierter Weise auf dem V-Block gelagerte Zylinder unterschiedlicher
Durchmesser veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine Turbinenrotor-Reparaturstation 10 gemäß einer
Ausführungsform dieser Erfindung. Es ist eine Rotorkomponente 12 dargestellt, wie
sie in der Station 10 für die Zwecke montiert
ist, einer Überprüfung, Wartung oder irgendeiner
sonstigen Maßnahme unterworfen zu werden, die während der
Herstellung oder nach der Rückkehr der Komponente 12 vom
Einsatz gewünscht sein kann. Die Komponente 12 ist
als ein Rotor mit einem verhältnismäßig
großen Durchmesser dargestellt, obwohl Rotoren und Rotorwellen
mit weitaus kleineren Durchmessern (2 und 8)
ebenfalls in dem Rahmen der Erfindung liegen. Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf Rotorkomponenten beschrieben ist,
die Rotoren und Wellen sein können, die zum Einbau in einer
Dampfturbine, Gasturbine, einem Strahltriebwerk, etc. konfiguriert
sind, liegen andere zylindrische Komponenten außer Rotoren
ebenfalls in dem Umfang dieser Erfindung, wozu Generatorrotoren, Stahlwerkwalzen,
Kohlenmühlen, etc. gehören. Außerdem
wird, obwohl sie besonders zur Lagerung rotierender Komponenten
eingerichtet ist, aus dem Folgenden offensichtlich, dass die Reparaturstation 10 auch
in der Lage ist, exzentrisch gelagerte Komponenten zu tragen und
deren Drehung zu verhindern, wie beispielsweise während
der Montage von Laufschaufeln (Schaufeln) an einem Rotor.
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Die
Station 10 ist dargestellt, wie sie einen Motor 14 aufweist,
der mit einer Antriebswelle 15 ausgestattet ist, die zum
Ankoppeln an die Komponente 12 eingerichtet ist, um dem
Motor 14 zu ermöglichen, die Komponente 12 rings
um ihre Drehachse zu drehen. Dem Motor 14 gegenüberliegend
ist eine Drucklageranordnung 16 dargestellt, die dazu dient, aus
einer Drehung des Rotors 12 herrührenden Axialkräften
entgegenzuwirken. Die Komponente 12 ist zwischen dem Motor 14 und
der Drucklageranordnung 16 mit einer Lageranordnung 18 gelagert,
und die gesamte Ausrüstung, wie sie in 1 dargestellt ist,
ist auf einer Plattform 20 montiert veranschaulicht. Die
Station 10 kann eine dauerhafte Einrichtung in einem Wartungszentrum
sein, oder sie kann derart konfiguriert sein, dass ihre Plattform 20 eine
transportable Fähigkeit aufweist.
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2 zeigt
die Lageranordnung 18 nach 1 in größeren
Einzelheiten, wobei die Komponente 12 großen Durchmessers
durch eine einen kleinen Durchmesser aufweisende Komponente 12 (z.
B. eine Welle) ersetzt ist, um mehr Details der Anordnung 18 erkennen
zu lassen. Die Anordnung 18 ist dargestellt, wie sie allgemein
einen Rahmen 22, einen in dem Rahmen 22 montierten
Tisch 24, ein Betätigungssystem 26 zum
Anheben und Absenken des Tisches 24 in dem Rahmen 22,
eine Sockel- oder Lagerbockeinheit 28, die oben auf dem
Tisch 24 montiert ist, und eine Träger- oder Wageneinheit 30 aufweist,
die auf der Lagerbockeinheit 28 gelagert ist. Der Rahmen 22 kann
an der Plattform 20 starr befestigt sein, oder er kann
mittels (nicht veranschaulichter) Lager gelagert sein, um die Lageranordnung 18 und
ihre Komponenten von dem Motor 14 und der Umgebung mechanisch
zu entkoppeln.
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Der
Rahmen 22, der Tisch 24 und das Betätigungssystem 26 sind
in größeren Einzelheiten in den 3 und 4 veranschaulicht,
die die isolierten Ansichten der Lageranordnung 18 ohne
die Komponente 12, die Lagerbockeinheit 28 und
die Trägereinheit 30 zeigen. 3 zeigt
den Tisch 24 in einer angehobenen Position, die sich von
der Betätigung des Betätigungssystems 26 ergibt,
das als eine elektrisch betätigte kraftbetriebene Spindelanordnung dargestellt
ist, obwohl es ein anderes mechanisches System, ein hydraulisches
System oder ein elektrisches System sein könnte. Die horizontale
Ausrichtung des Tisches 24 wird zum Teil durch Koppeln
des Tisches 24 mit an dem Rahmen 22 montierten
Pfosten oder Säulen 32 aufrechter halten. In den 1 bis 4 sind
vier Pfosten 32 veranschaulicht, wie sie mit dem Tisch 24 über
Gleitlager 34 gekoppelt sind, obwohl jede beliebige Anzahl
von Pfosten 32, wie beispielsweise ein einzelner an jedem
Ende des Tisches 24, verwendet werden könnte.
Während das Betätigungssystem 26 und
die Pfosten 32 als zwei gesonderte Einheiten dargestellt
sind, lässt sich auch vorsehen, dass das Betätigungssystem 26 in
die Pfosten 32 integriert werden könnte. Außerdem
können der Rahmen 22 und der Tisch 24 vielfältige
Konfigurationen aufweisen, die in der Lage sind, ihre mechanische
Integrität zu unterstützen, während ihr
Gewicht minimiert wird, falls dies erwünscht ist. An sich sind
der Rahmen 22, der Tisch 24, das Betätigungssystem 26,
die Pfosten 32, etc., wie sie in den 1 bis 4 veranschaulicht
sind, lediglich für veranschaulichende Zwecke vorgesehen,
und abgesehen von ihren Funktionen der Lagerung und Anhebung der
Lagerbock- und Trägereinheit 28 und 30 in
Eingriffsverbindung mit der Komponente 12 schränken sie
den Schutzumfang der Erfindung nicht ein.
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5 und 6 zeigen
detailliertere Ansichten der in den 1 und 2 veranschaulichten
Lagerbock- und Trägereinheit 28 und 30.
Die Lagerbockeinheit 28 weist eine Basisplatte 36 auf,
die eingerichtet ist, um mit Bolzen an dem Tisch 24 gesichert
zu werden. Die Basisplatte 36 weist eine erhöhte
Zentralschiene 38 auf, die mit der Basisplatte 36 integral
maschinell hergestellt ist, obwohl es vorsehbar ist, dass die Zentralschiene 38 von
der Platte 36 gesondert hergestellt und an dieser befestigt
sein könnte. Die Zentralschiene 38 definiert eine
obere Fläche 40 der Lagerbockeinheit 28,
auf der die Trägereinheit 30 über einen
Kontakt mit einer unteren Fläche 50 (6)
der Trägereinheit 30 gelagert ist. Es sind zwei
Befestigungsblöcke 42 veranschaulicht, wie sie
an gegenüberliegenden Enden der Zentralschiene 38 angeschraubt
sind und von denen sich Zapfen 44 (8) aufeinander
zu erstrecken, um einen Halt für die Trägereinheit 30 zu
schaffen. Die Zapfen 44 sind veranschaulicht, wie sie durch
Enden von Schraubenbolzen 45 definiert sind, die in die
Blöcke 52 eingeschraubt sind und die den Zapfen 54 ermöglichen,
durch Anziehen in Klemmeingriff mit Schlitzen oder Ausnehmungen 52 (6 und 8) zu
kommen, die an gegenüberliegenden Enden der Trägereinheit 30 definiert
sind, wodurch den Zapfen 44 ermöglicht wird, die
Trägereinheit 30 an der Lagerbockeinheit 28 zu
sichern und die Trägereinheit 30 vorzugsweise
an der Lagerbockeinheit 28 festzuklemmen oder festzusetzen,
wenn das Gewicht der Komponente 12 abgestützt
ist. Alternativ können die Zapfen 44 hydraulisch
betätigt sein, um mit den Ausnehmungen 52 in Eingriff
und außer Eingriff zu gelangen. Eine noch weitere Alternative
besteht darin, die Trägereinheit 30 mit der Lagerbockeinheit 28 mittels anderer
Arten von Klemmen zu koppeln, die an der Lagerbockeinheit 28 montiert
sind und betätigt werden können, um die Enden
und/oder Seiten der Lagerbockeinheit 30 zu ergreifen.
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6 zeigt
die obere Fläche 40 der Lagerbockeinheit 28,
wie sie eine teilsphärische konkave Gestalt definiert,
in der ein Speicher 46 zentral ausgebildet ist. Wie in
größeren Einzelheiten nachstehend erläutert,
ist der Speicher 46 dazu vorgesehen, ein Fluid, und insbesondere
ein Schmiermittel, wie beispielsweise ein Hydraulikfluid, Öl
oder Fett, aufzunehmen, die in der Lage sind, die Trägereinheit 30 von
der Oberfläche 40 der Lagerbockeinheit 28 zu entkoppeln.
Die Fluidaufnahmekapazität des Speichers 46, die
zu diesem Zweck erforderlich ist, hängt von dem Oberflächenbereich
des Speichers 46 und dem Schmiermitteldruck ab, die für
den Speicher 46 verfügbar sind. Das Schmiermittel
kann dem Speicher 46 über Anschlussteile 54 zugeführt
werden, die veranschaulicht sind, wie sie an jedem Ende der Trägereinheit 30 angeordnet
sind, obwohl verschiedene andere Anordnungen, einschließlich
nach oben durch den Tisch 24 und die Lagerbockeinheit 28 hindurchführender,
ebenfalls möglich sind. Indem sie den Speicher 46 umschließt,
ist die teilsphärische konkave obere Fläche 40 der
Lagerbockeinheit 28 vorzugsweise ununterbrochen und glatt,
um einen gleichmäßigen Kontakt mit der teilsphärischen
konvexen unteren Fläche 50 der Trägereinheit 30 zu
erzielen.
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Die
untere Fläche 50 der Trägereinheit 30 weist
vorzugsweise eine zu der teilsphärischen konkaven Gestalt
der oberen Fläche 40 der Lagerbockeinheit 28 komplementäre
teilsphärische konvexe Gestalt auf, so dass die obere und
die untere Fläche 40 und 50 einen engen
Fläche-zu-Fläche-Kontakt erreichen. Außerdem
ergeben die Ränder dieser Flächen 40 und 50 eine
Fläche-zu-Fläche-Dichtung, die den Schmiermittelspeicher 46 umgibt.
Diese Fläche-zu-Fläche-Abdichtung ist vorzugsweise
unter dem Gewicht der Komponente 12, wenn die Trägereinheit 30 nach
unten auf die Lagerbockeinheit 28 gedrückt wird,
fluiddicht oder nahezu fluiddicht, so dass das Schmiermittel in
dem Speicher 46 unter Druck gesetzt werden kann, um Schmiermittel
aus dem Speicher 46 zu drängen und einen Schmierfilm zwischen
der oberen und der unteren Fläche 40 und 50 der
Lagerbock- und der Trägereinheit 28 und 30 zu
schaffen. Aus dem Zwischenraum zwischen den Oberflächen 40 und 50 der
Lagerbock- und der Trägereinheit 28 und 30 herausgetriebenes
Schmiermittel kann mit Rinnen/Wannen 48, die entlang der
Seiten der Trägereinheit 30 vorgesehen sind, gesammelt
und zu dem Speicher 46 zurückgeführt
werden.
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Die
Zapfen 44 und ihre zugehörigen Ausnehmungen 52 verhindern,
dass die Trägereinheit 30 unbeabsichtigt von der
Oberfläche 40 der Lagerbockeinheit 28 verlagert
wird. Außerdem definieren die Zapfen 44 eine Achse,
um die die Trägereinheit 30 schwenken kann, wenn
sie keiner Klemmkraft der Zapfen 44 ausgesetzt ist. Wenn
die Trägereinheit 30 dem Gewicht der Kompo nente 12 unterworfen
wird, ermöglichen die zueinander komplementären
teilsphärischen Formen der oberen und der unteren Fläche 40 und 50 der
Lagerbockeinheit und der Trägereinheit 28 und 30 und
der zwischen diesen vorliegende Schmierfilm der Trägereinheit 30,
relativ zu der Lagerbockeinheit 28 zu gleiten und sich
zu bewegen, wodurch der Trägereinheit 30 ermöglicht
wird, sich in Bezug auf die durch die Komponente 12 auferlegte
Belastung auszurichten. Die Zapfen 44 schränken
die Bewegung der Trägereinheit 30 in dem Maße
ein, dass es die Nickbewegung (in einer Ebene durch die Achse der
Zapfen 44 und senkrecht zu der Oberfläche 40)
der Trägereinheit 30 leicht begrenzt, während
es ein begrenztes Maß an Gierbewegung (Verdrehung) (um
eine zu der Lagerbockfläche 40 senkrechte Achse)
und Rollbewegung (um die Achse der Zapfen 44) zulässt.
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Die
Trägereinheit 30 ist mit einem oder mehreren Kontaktelementen
versehen, die in der Lage sind, die Rotorkomponente 12 zu
lagern, um der Komponente 12 vorzugsweise zu ermöglichen
sich zu drehen, während sie durch die Lageranordnung 18 gelagert
wird. Wie in den 1, 2, 5 und 6 dargestellt,
weisen die Kontaktelemente einen V-förmigen Block 58 auf.
Der V-Block 58 weist allgemein gegenüberliegende
Belege oder Kontaktflächen 60 auf, die relativ
zueinander geneigt angeordnet und durch eine geradlinige Verbindung 62 an
der Basis der V-Gestalt voneinander getrennt sind. Die Belege 60 sind
in einer Richtung angeordnet, die zu der durch die Zapfen 44 definierten
Achse parallel verläuft, so dass der V-Block 58 und
seine Belege 60 auf der Lagerbockeinheit 28 im
Wesentlichen zentriert bleiben. Wie aus 1 und 2 und
insbesondere aus 8 offensichtlich, ist die Trägereinheit 30 auf
der Lageranordnung 18 derart orientiert, dass die Achse
der Komponente 12 zu der Verbindungsstelle 62 zwischen
den Belegen 60 parallel und unmittelbar über dieser
angeordnet sind und die Belege 60 ungefähr symmetrisch
einander gegenüberliegen, wenn sie mit der Komponente 12 in
Kontakt stehen. 8 zeigt ferner die Fähigkeit,
Rotorkomponenten 12 mit einem weiten Bereich von Durchmessern
auf der Trägereinheit 30 aufzunehmen. Um Verschleiß zu
minimieren und einen reibungsarmen Kontakt mit der Komponente 12 zu
unterstützen, sind die Belege 60 vorzugsweise
aus einem Material ausgebildet, das weicher ist als das Material
der gelagerten Komponente 12, wobei als besonders geeignete Materialien
Babbittmetalle, Nylon und Textolit angenommen werden. Der V-Block 58 ist
ferner in den 5 und 6 dargestellt,
wie er mit Anschlüssen 56 ausgerüstet
ist, von denen aus ein geeignetes Schmiermittel (z. B. ein Hydraulikfluid)
auf die Oberflächen der Belege 60 gerichtet werden
kann, um einen Schmierfilm zu erzeugen, der als hydrostatische Lager
dient, die in der Lage sind, die Komponente 12 über
den Belegen 60 zu tragen. Es kann vorgesehen werden, dass
die hydrostatischen Lager ohne die Belege 60 verwendet
werden könnten.
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Schließlich
zeigt 7 eine Perspektivansicht der Lagerbock- und der
Trageinheit 28 und 30, die dem in 5 Veranschaulichten ähnlich,
jedoch anstelle des V-Blocks 58 mit Rollen bzw. Walzen 64 als
Kontaktelemente ausgestattet sind, gemäß einer weiteren
Ausführungsform dieser Erfindung. Wie bei den Belegen 60 des
V-Blocks 58 in 5, sind die Rollen 64 in
einer Richtung angeordnet, die zu der durch die Zapfen 44 definierten
Achse parallel verläuft, so dass die Rollen 64 auf
der Lagerbockeinheit 28 im Wesentlichen zentriert bleiben.
Außerdem sind die Drehachsen der Rollen 64 quer
zu der Achse der Zapfen 44, jedoch parallel zu der Achse
der auf der Trägereinheit 30 gelagerten Komponente 12 orientiert,
so dass die Rollen 64 ungefähr symmetrisch einander
gegenüberliegend angeordnet sind, wenn sie mit der Komponente 12 in
Kontakt stehen. Aufgrund dieser Selbstausrichtungsfähigkeit,
die durch die komplementären teilsphärischen Formen
der oberen und der unteren Fläche 40 und 50 der
Lagerbockeinheit und der Trägerein heit 28 und 30 geboten wird,
die den Achsen der Rollen 64 ermöglichen, unter
der durch die Komponente 12 auferlegten Last sich automatisch
zu der Achse der Komponente 12 auszurichten, werden die
Nachteile der Verwendung harter Rollen vermieden, was den Rollen 64 gestattet,
aus sehr verschleißfesten Materialien mit einer Härte
von 25 Rockwell C oder mehr, wie beispielsweise einem Legierungsstahl,
hergestellt zu werden. Für besonders bevorzugte Materialien
werden AISI 4140 mit Härten von 30 Rockwell
C oder mehr gehalten. Geeignete Durchmesser für die Rollen 64 betragen
im Wesentlichen etwa 8 Zoll (ca. 20 cm), wobei größere
oder kleinere Durchmesser vorgesehen werden können. Schließlich
zeigt 7 die Trägereinheit 30, wie
sie mit mehreren Gabeln bzw. Bügeln 66 ausgestattet
ist, in denen die Rollen 64 gehaltert werden können,
um Rotorkomponenten 12 unterschiedlicher Durchmesser aufzunehmen.
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Auf
der Basis des Vorstehenden sollte es verständlich sein,
dass eine weite Vielfalt von Lagern und anderen Kontaktelementen
anstelle des V-Blocks 58 (mit hydrostatischen Lagern 56 und/oder Belegen 60)
und der Rollen 64 verwendet werden könnte. Außerdem
können verschiedene Materialien verwendet werden, um die
Lagerbockeinheit und die Trägereinheit 28 und 30 aufzubauen,
wobei zu nicht beschränkenden Beispielen Kohlenstoffstähle
und Baustähle, wie beispielsweise ASTM A36,
gehören.
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Im
Einsatz werden die Lageranordnung 18 und ihre Lagerbock-
und Trägereinheit 28 und 30 auf die Mittellinie
des Motors 14 eingestellt, wobei die Trägereinheit 30 und
ihre Kontaktelemente (V-Block 58, Rollen 64, etc.)
mit dem Fluid innerhalb Schmiermittelspeichers 46 hydraulisch
angehoben werden und die Komponente 12 mit dem Motor 14 über
die Antriebswelle 15 gekoppelt wird, bevor das Gewicht der
Komponente 12 auf der Trägereinheit 30 und
ihren Kontaktelementen platziert wird.
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Der
Hydraulikdruck von dem Speicher 46 wird anschließend
reduziert, wodurch der Trägereinheit 30 ermöglicht
wird, sich in die ausgerichtete Anordnung auf der Lagerbockeinheit 28 abzusenken. Die
Zapfen 44 werden anschließend in Eingriff mit den
Ausnehmungen 52 gebracht, um die Trägereinheit 30 an
der Lagerbockeinheit 28 zu sichern und vorzugsweise unbeweglich
festzusetzen.
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Während
die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben
worden ist, ist es offensichtlich, dass andere Formen durch einen
Fachmann eingeführt werden könnten. Beispielsweise könnte
die physische Konfiguration der Lagerbockeinheit und der Trägereinheit 28 und 30 sowie
der Turbinenrotor-Reparaturstation 30, bei der die Einheiten 28 und 30 verwendet
werden sollen, sich von den in den Figuren veranschaulichten unterscheiden, und
es könnten andere Materialien und Prozesse als die erwähnten
verwendet werden. Deshalb soll der Schutzumfang der Erfindung nur
durch die folgenden Ansprüche beschränkt sein.
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Es
sind eine Vorrichtung 18 und ein Verfahren offenbart, die
sich zur Lagerung einer zylindrischen Komponente 12 eignen.
Die Vorrichtung 18 enthält einen Lagerbock 28,
der eine obere Fläche 40 mit einer teilsphärischen
konkaven Gestalt aufweist, und einen Träger 30,
der auf der oberen Fläche 40 des Lagerbocks 28 gelagert
ist. Der Träger 30 weist eine untere Fläche 50 und
eine gegenüberliegend angeordnete obere Fläche
mit Elementen zum Kontaktieren und drehbaren Lagern der zylindrischen Komponente 12 auf.
Die untere Fläche 50 des Trägers 30 ist
mit der oberen Fläche 40 des Lagerbocks 28 verbunden
und weist eine zu der teilsphärischen konkaven Gestalt
der oberen Fläche 40 des Lagerbocks 28 komplementäre
teilsphärische konvexe Gestalt auf. Die Vorrichtung 18 enthält
ferner einen Speicher 46, der an der oberen Fläche 40 des
Lagerbocks 28 angeordnet und in dieser ausgespart ist,
sowie eine Einrichtung 48, 54 zur Zuführung
eines Schmiermittels zu dem Schmiermittelspeicher 46. Die
untere Fläche 50 des Trägers 30 und
die obere Fläche 40 des Lagerbocks 28 definieren
eine Umschließung um den Speicher 46 herum.
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- 10
- Station
- 12
- Komponente
- 14
- Motor
- 15
- Antriebswelle
- 16
- Anordnung
- 18
- Anordnung
- 20
- Plattform
- 22
- Rahmen
- 24
- Tisch
- 26
- System
- 28
- Lagerbockeinheit,
Sockeleinheit
- 30
- Trägereinheit,
Wageneinheit
- 32
- Pfosten,
Säulen
- 34
- Lager
- 36
- Basisplatte
- 38
- Schiene
- 40
- Oberfläche
- 42
- Befestigungsblöcke
- 44
- Zapfen
- 45
- Schraubenbolzen
- 46
- Speicher
- 52
- Blöcke
- 54
- Anschlussteile
- 56
- Anschlüsse
- 58
- V-Block
- 60
- Belege
- 62
- Verbindungsstelle
- 64
- Rollen
- 66
- Gabeln
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - AISI 4140 [0027]
- - ASTM A36 [0028]