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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 Alloy 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. Als 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 Oberflächen 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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US 1 061 672 A beschriebt eine Anordnung mit einer Turbine, einer mit der Turbinenwelle gekoppelten Abtriebswelle, Lagermitteln für die Abtriebswelle und einer Schmiereinrichtung. Die Lagermittel umfassen einen auf dem Boden abgestützten Lagerbock, der eine teilhohlzylindrische obere Fläche aufweist, die eine Lagerbuchse zur drehbaren Lagerung der zylindrischen Abtriebswelle aufnimmt. Der Lagerbock weist einen hohlen Innenraum, der als Schmiermittelspeicher dient, und Anschlüsse auf, die mit Schmiermittelzuführ- und -ableitungen der Schmiereinrichtung verbunden sind. Die Schmiereinrichtung führt dem Lagerbock ein Schmiermittel von einer Schmiermittelquelle mit konstantem Fluss zu, um den hohlen Innenraum des Lagerbocks vollständig gefüllt zu halten, wobei das Schmiermittel über einen Durchflusskanal durch die obere Fläche des Lagerbocks der Lagerbuchse der Abtriebswelle zugeführt und anschließend über die Ableitung zu Stützböcken und Lagern der Turbine geleitet wird. Durch das umgewälzte Schmiermittel werden die Lagerböcke und Lager für die Abtriebswelle und diejenigen für die Turbinenwelle auf einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten, um eine durch unterschiedliche Wärmeausdehnung bedingte Fehlausrichtung zwischen der Abtriebswelle und der Turbinenwelle während des Betriebs zu vermeiden.
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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, hydrodynamischer Lager 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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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Perspektivansicht einer Turbinenrotor-Reparaturstation gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung.
- 2 zeigt eine detailliertere Perspektivansicht einer Lageranordnung der Reparaturstation nach 1.
- 3 und 4 zeigen Perspektivansichten eines Tisches der Lageranordnung nach 2 in der angehobenen bzw. abgesenkten Stellung.
- 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.
- 6 zeigt eine Perspektivansicht der Träger- und Lagerbockanordnung nach 5 unter Veranschaulichung innerer Komponenten der Anordnung.
- 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.
- 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 mit einer Rotorwelle 16 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. Die Welle 16 der Komponente 12 ist 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 aufrechterhalten. 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 Komponente 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.
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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 hydrodynamische Lager dient, die in der Lage sind, die Komponente 12 über den Belegen 60 zu tragen. Es kann vorgesehen werden, dass die hydrodynamischen 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 Trägereinheit 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 hydrodynamischen Lagern (Anschlüssen 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. 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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Bezugszeichenliste
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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
