DE102017202740A1 - Tilting pad bearing and method of manufacturing a tilting pad bearing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Kippsegmentlager (100), das zumindest ein Kippsegment (104), ein Lagergrundkörper (102) und ein Dämpfelement (206) aufweist, das zwischen Kippsegment (104) und Lagergrundkörper (102) angeordnet ist.The invention relates to a tilting pad bearing (100) which has at least one tilting segment (104), a bearing base body (102) and a damping element (206) which is arranged between tilting segment (104) and bearing base body (102).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Kippsegmentlager und einem Verfahren zur Herstellung eines Kippsegmentlagers nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.The invention relates to a tilting pad bearing and a method for producing a tilting pad bearing according to the preamble of the independent claims. The subject of the present invention is also a computer program.
Kippsegmentlager (im Englischen tilting pad bearings genannt) gibt es in vielen Formen und Ausführungen. Sie dienen der Lagerung von rotierenden Wellen, die vorzugsweise radial, in Einzelfällen aber auch axial ausgerichtet sind. Die meisten davon sind für den Einsatz in Fluiden, vorzugsweise in Öl, ausgelegt. Wiederum andere Kippsegmentlager sind für den Betrieb als Gaslager ausgelegt. Das Grundprinzip ist jedoch immer gleich. Eine schnell rotierende Welle wird radial, gelegentlich auch axial, durch eng anliegende Lagerflächen gelagert. Diese Flächen gleiten auf einem Polster des umgebenden Mediums auf der Welle auf, sodass es ähnlich einem ölgeschmierten Gleitlager zu keinem Verschleiß kommt. Anders als bei einem Gleitlager kommt der Schmierfilm jedoch nicht durch eine Bohrung und per Druck in das Lager, sondern wird durch die Unterbrechungen in der Lagerfläche hineingezogen. Die einzelnen Kippsegmente sollten sich in ihrer Lage der Welle anpassen können, um die minimale Medienspalte zu realisieren. Dazu sind diese, je nach Ausführung, über dünne Stege mit ihrer Lagerhülse verbunden (als Festkörpergelenke) oder sie liegen als Einzelteile auf der Lagerhülse so auf, sodass sie sich verkippen können.Tilting pad bearings (called tilting pad bearings) are available in many forms and designs. They are used for the storage of rotating shafts, which are preferably radially, but in some cases axially aligned. Most of them are designed for use in fluids, preferably in oil. Again other tilting pad bearings are designed for operation as a gas bearing. However, the basic principle is always the same. A fast rotating shaft is supported radially, occasionally also axially, by closely fitting bearing surfaces. These surfaces slide on a cushion of the surrounding medium on the shaft, so that it is similar to an oil-lubricated plain bearing to no wear. Unlike a plain bearing, however, the lubricating film does not enter the bearing through a bore and pressure, but is drawn in by the interruptions in the bearing surface. The individual tilting segments should be able to adapt their position to the shaft in order to realize the minimum media gap. These are, depending on the design, connected via thin webs with their bearing sleeve (as solid joints) or they are available as items on the bearing sleeve so that they can tilt.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Kippsegmentlager, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kippsegmentlagers sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen oder Merkmalen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, a tilting pad bearing, a method for producing such a tilting pad bearing and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented with the approach presented here. The measures or features listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Kippsegmentlager, das zumindest folgende Merkmale aufweist:
- zumindest ein Kippsegment;
- ein Lagergrundkörper; und
- ein Dämpfelement, das zwischen Kippsegment und Lagergrundkörper angeordnet ist..
- at least one tilting segment;
- a bearing body; and
- a damping element which is arranged between tilting segment and bearing base body ..
Unter einem Kippsegment kann ein Lagerelement verstanden werden, welches um eine Kippachse im Kippsegmentlager beweglich gelagert sein kann. Vorteilhafterweise kann der Einbau des Dämpfelements kritische Geschwindigkeiten einer Welle an dem zumindest einen Kippsegment oder innerhalb von Kippsegmentlagern abmildern oder eine Resonanzfrequenz der Kippsegmente verschieben und/oder die dynamische Stabilität des Lagersystems erhöhen. Eines der Hauptaspekte eines Dämpfelements ist die Einführung von Stützflexibilität und Dämpfung in der Lagerstruktur. Dies kann zu niedrigeren übertragenen Kräften und einer längeren Lagerlebensdauer des Kippsegmentlagers führen, wobei sich dies insbesondere für Maschinen, die für den Betrieb bei überkritischen Drehzahlen ausgelegt sind, rentiert.A tilting segment can be understood as a bearing element which can be movably mounted about a tilt axis in the tilting pad bearing. Advantageously, the installation of the damping element can mitigate critical speeds of a shaft on the at least one tilting segment or within tilting pad bearings or shift a resonant frequency of the tilting segments and / or increase the dynamic stability of the bearing system. One of the main aspects of a dowel element is the introduction of support flexibility and cushioning in the bearing structure. This can result in lower transmitted forces and longer bearing life of the tilt pad bearing, particularly for machines designed to operate at supercritical speeds.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Kippsegment hierbei als ein bewegliches Element in einem Kippsegmentlager verbaut werden, wobei das Kippsegment über zumindest einen (beispielsweise nur dünnen) Steg mit dem Lagergrundkörper verbunden sein kann und/oder als Einzelteil auf dem Lagergrundkörper aufliegt. Das Kippsegment kann beispielsweise sowohl radial als auch axial um die Lagerachse des Lagergrundkörpers angeordnet sein, wobei die Kippsegmente in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet werden können. Durch die Verwendung eines mit zumindest einem Steg mit dem Lagergrundkörper verbundenen Kippsegmentes kann eine Stabilität und Fixierung einer Position des Kippsegmentes in dem Kippsegmentlager sichergestellt werden.According to one embodiment, the tilting segment can in this case be installed as a movable element in a tilting pad bearing, wherein the tilting segment can be connected to the bearing base body via at least one (for example only thin) web and / or rests as an individual part on the bearing base body. The tilting segment can be arranged, for example, both radially and axially about the bearing axis of the bearing base body, wherein the tilting segments can be arranged spaced apart in the circumferential direction. By using a tilting segment connected to at least one web with the bearing main body, a stability and fixing of a position of the tilting segment in the tilting pad bearing can be ensured.
Ein Dämpfelement kann, je nach Ausführungsform des Kippsegmentlagers, an der radial äußeren Hauptoberflächen des Kippsegments beispielsweise als halbkugelförmige Ausstülpung oder Erhebung ausgeformt sein. Auch kann das Dämpfelement in einer Ausformungsvariante des Dichtungselements ringförmig, beispielsweise als O-Ring ausgebildet sein. Vorzugweise weist ein Dämpfelement in O-Ring-Form einen kreisförmigen, ellipsenförmigen oder vieleckigen Querschnitt auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Dichtungselement auch pilzförmig ausgeformt sein. Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann darin gesehen werden, dass ein derart ausgeformtes Dämpfelement einfach herzustellen und dennoch effizient dämpfend wirkt.Depending on the embodiment of the tilting pad bearing, a damping element may be formed on the radially outer main surfaces of the tilting segment, for example as a hemispherical protuberance or elevation. Also, the damping element in a molding variant of the sealing member may be annular, for example, formed as an O-ring. Preferably, a damping element in O-ring shape has a circular, elliptical or polygonal cross-section. According to a further embodiment, the sealing element may also be formed mushroom-shaped. An advantage of such an embodiment of the approach presented here can be seen in the fact that a damping element formed in this way is simple to produce and yet has an efficient damping effect.
Vorteilhafterwiese kann das Dämpfelement, gemäß einer Ausführungsform, aus einem viskoelastischen Element ausgebildet sein, das ein elastisches als auch ein viskoses Materialverhalten aufweist und daher bei dem Einwirken hoher Verformungskräfte und steigender Temperatur auch bei längerer Belastungszeit seine Flexibilität und dämpfenden bzw. federnden Eigenschaften beibehalten kann.Advantageously, the damping element, according to one embodiment, be formed of a viscoelastic element having an elastic as well as a viscous material behavior and therefore can maintain its flexibility and damping or resilient properties when subjected to high deformation forces and increasing temperature, even with prolonged loading time.
Ein Kippsegment kann zumindest eine Ausnehmung aufweisen, die sich beispielsweise auf einer Seite der Lagerflächen des Kippsegments in dasselbe hinein erstreckt. Bei der Ausnehmung kann es sich, gemäß einer Ausführungsform, um mindestens eine Bohrung handeln, die so ausgeformt ist, dass sie ein Dämpfelement aufnehmen kann. Gemäß einer Ausführungsform kann das Dämpfelement in eine Ausnehmung des Kippsegments eingreifen. Auf diese Weise kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass das Dämpfelement sicher in oder an dem Kippsegment befestigt oder gehalten werden kann. A tilting segment may have at least one recess which extends, for example, on one side of the bearing surfaces of the tilting segment into the same. The recess may, according to one embodiment, be at least one bore which is shaped so that it can receive a damping element. According to one embodiment, the damping element can engage in a recess of the tilting segment. In this way it can be advantageously ensured that the damping element can be securely fastened or held in or on the tilting segment.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ausnehmung zur Aufnahme des Dämpfelements um den Kipppunkt des Kippsegments angeordnet. Insbesondere kann eine Kippkante eine geringere Länge als eine Breite des Kippsegments aufweisen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass das Dämpfelement ebenfalls sicher und zuverlässig in einer gewünschten Position zwischen dem Kippsegment und dem Lagergrundkörper gehalten werden kann.According to one embodiment, the recess for receiving the damping element is arranged around the tilting point of the tilting segment. In particular, a tilting edge may have a shorter length than a width of the tilting segment. Such an embodiment of the approach presented here has the advantage that the damping element can also be securely and reliably held in a desired position between the tilting segment and the bearing base body.
Ein Lagergrundkörper kann gemäß einer Ausführungsform des Kippsegmentlagers hohlzylindrisch ausgeformt sein. Eine derartige Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer sicheren und stabilen Aufnahme und Fixierung des Kippsegments in dem Lagergrundkörper, insbesondere wenn das Kippsegment innerhalb des Lagergrundkörpers angeordnet ist.A bearing base body may be formed as a hollow cylinder according to one embodiment of the tilting pad bearing. Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of a secure and stable receiving and fixing of the tilting segment in the bearing base body, in particular if the tilting segment is arranged within the bearing base body.
Die hier vorgestellten Ausführungsformen eines Kippsegmentlagers mit einem (separaten) Dämpfelement ermöglichen besonders vorteilhaft die Erhöhung der Stabilität des Kippsegmentlagers. Weiterhin wird die Schwingungsanfälligkeit von Kippsegmenten innerhalb des Kippsegmentlagers reduziert und möglicherweise auftretende Kippschwingungen der Kippsegmente können abgedämpft bzw. abgefedert werden. Mit der hier vorgestellten Ausführungsform eines Kippsegmentlagers mit zumindest einem Dämpfelement kann ein möglicher Verschleiß der Kippsegmente beim Kippvorgang eingedämmt werden.The embodiments presented here of a tilting pad bearing with a (separate) damping element make it particularly advantageous to increase the stability of the tilting pad bearing. Furthermore, the susceptibility to vibration of tilting segments is reduced within the Kippsegmentlagers and possibly occurring Kippschwingungen the Kippsegmente can be damped or cushioned. With the presented embodiment of a tilting pad bearing with at least one damping element, a possible wear of the tilting segments during the tilting process can be contained.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kippsegmentlagers vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellung eines Kippsegments, eines Dämpfelements und eines Lagergrundkörpers; und
- Montage des Kippsegmentes, des Dämpfelementes und des Lagergrundkörpers, um das (mehrteilige) Kippsegmentlager gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform herzustellen.
- Providing a tilting segment, a damping element and a bearing body; and
- Assembly of the tilting pad, the damping element and the bearing body to produce the (multi-part) Kippsegmentlager according to an embodiment presented here.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.
Auch durch eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes können die Vorteile der vorliegenden Erfindung effizient und technisch einfach umgesetzt werden.Even by such an embodiment of the approach presented here, the advantages of the present invention can be implemented efficiently and technically simple.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine Querschnittsansicht eines Kippsegmentlagers mit Festkörpergelenken (links) sowie eine dreidimensionale Ansicht eines mehrteiligen Kippsegmentlagers (rechts); -
2 eine dreidimensionale Ansicht eines Kippsegmentlagers mit Dämpfelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
3 eine dreidimensionale Ansicht eines Kippsegments mit einem als O-Ring ausgeformten Dämpfelement zur Verwendung in einem Kippsegmentlager gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
4 eine dreidimensionale Ansicht eines Kippsegments mit mehreren Dämpfelementen zur Verwendung in einem Kippsegmentlager gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
5 eine Querschnittsansicht eines monolithischen Kippsegmentlagers mit Festkörpergelenken und mehreren Dämpfelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Kippsegmentlagers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 a cross-sectional view of a Kippsegmentlagers with solid joints (left) and a three-dimensional view of a multi-part Kippsegmentlagers (right); -
2 a three-dimensional view of a Kippsegmentlagers with damping elements according to an embodiment; -
3 a three-dimensional view of a tilting segment with a formed as an O-ring damping element for use in a tilting pad bearing according to an embodiment; -
4 a three-dimensional view of a tilting segment with a plurality of damping elements for use in a tilting pad bearing according to an embodiment; -
5 a cross-sectional view of a monolithic tilting pad bearing with solid joints and multiple damping elements according to an embodiment; and -
6 a flowchart of a method for producing a Kippsegmentlagers according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.
Beide Kippsegmentlager
Der Einsatz von viskoelastischen Materialien in den Dämpfelementen
Der Einbau einzelner oder mehrerer Dämpfelemente
In dieser Darstellung wird die Verwendung eines Dämpfelements
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweistIf an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature
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