DE102018119393A1

DE102018119393A1 - RADIAL GUIDE BEARING WITH STORAGE SEGMENTS

Info

Publication number: DE102018119393A1
Application number: DE102018119393.9A
Authority: DE
Inventors: Harald Stranz
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Radiales Führungslager für einen Wasserkraftmaschinensatz zum Lagern einer Welle (1), umfassend ein Lagergehäuse (2), eine Vielzahl von Lagersegmenten (3), und pro Lagersegment (3) Mittel zum Einstellen des Spaltes zwischen dem jeweiligen Lagersegment (3) und der Welle (1), wobei diese Mittel einen Dehnkörper (4), umfassen, und wobei sich der Dehnkörper (4) jeweils wenigstens mittelbar auf der einen Seite gegen das Lagergehäuse (2) und auf der anderen Seite gegen das Lagersegment (3) abstützt, wobei der Dehnkörper (4) so ausgebildet ist, dass bei einer Erwärmung des Dehnkörpers (4) der Spalt zwischen dem Lagersegment (3) und der Welle (1) durch eine Ausdehnung des Dehnkörpers (4) verringert werden kann.Radial guide bearing for a hydro-electric machine set for supporting a shaft (1), comprising a bearing housing (2), a plurality of bearing segments (3), and per bearing segment (3) means for adjusting the gap between the respective bearing segment (3) and the shaft ( 1), said means comprising an expansion body (4), and wherein the expansion body (4) in each case at least indirectly on one side against the bearing housing (2) and on the other side against the bearing segment (3) is supported, wherein the Dehnkörper (4) is formed so that when a heating of the expansion body (4), the gap between the bearing segment (3) and the shaft (1) by an expansion of the expansion body (4) can be reduced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein radiales Führungslager mit Lagersegmenten für einen Wasserkraftmaschinensatz.The present invention relates to a radial guide bearing with bearing segments for a hydropower unit.

Aus dem Stand der Technik sind radiale Führungslager bekannt, bei denen die Lagersegmente durch Einstellkeile eingestellt werden. Hierzu sei auf die DE 27 10 706 A1 verwiesen. Dies geschieht in der Regel während der Inbetriebnahme.Radial guide bearings are known from the prior art, in which the bearing segments are adjusted by adjusting wedges. To this is on the DE 27 10 706 A1 directed. This usually happens during startup.

Das bekannte Führungslager hat den Nachteil, dass der bei der Inbetriebnahme fest eingestellte Lagerspalt zu weit ist. Dies resultiert daher, dass beim Start der Maschine das Lageröl kalt ist und daher eine entsprechend hohe Viskosität aufweist. Der Lagerspalt wird bei der Inbetriebnahme auf diese Viskosität eingestellt, um einen Kaltstart der Maschine zu ermöglichen. Hat das Lageröl nach einer gewissen Betriebszeit jedoch die Betriebstemperatur erreicht, könnte durch die höhere Temperatur und der damit verbundenen geringeren Viskosität des Öles der Lagerspalt kleiner sein, was sich positiv auf das Schwingverhalten der Maschine auswirken würde.The well-known guide bearing has the disadvantage that the fixed set during commissioning bearing gap is too far. This results from the fact that at the start of the machine, the bearing oil is cold and therefore has a correspondingly high viscosity. The bearing gap is set at start-up to this viscosity to allow a cold start of the machine. However, if the bearing oil has reached the operating temperature after a certain period of operation, the bearing gap could be smaller due to the higher temperature and the associated lower viscosity of the oil, which would have a positive effect on the vibration behavior of the machine.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein radiales Führungslager anzugeben, welches den genannten Nachteil überwindet.The inventor has set itself the task of specifying a radial guide bearing, which overcomes the mentioned disadvantage.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein radiales Führungslager mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen.The object is achieved by a radial guide bearing with the features of claim 1. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims of claim 1.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:

1 Erfindungsgemäßes radiales Führungslager in einer ersten Ausführungsform;
2 Erfindungsgemäßes radiales Führungslager in einer zweiten Ausführungsform.

The solution according to the invention is explained below with reference to figures. The following is shown in detail:

1 Inventive radial guide bearing in a first embodiment;
2 Inventive radial guide bearing in a second embodiment.

1 zeigt in sehr schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes radiales Führungslager in einer ersten Ausführungsform. 1 zeigt einen Teil der gelagerten Welle, welche mit 1 bezeichnete ist. Das dargestellte Führungslager umfasst ein Lagergehäuse, welches mit 2 bezeichnet ist, eine Vielzahl von Lagersegmenten, von denen nur eines dargestellt und mit 3 bezeichnet ist, und pro Lagersegment 3 Mittel zum Einstellen des Spaltes zwischen dem jeweiligen Lagersegment 3 und der Welle 1. Diese Mittel umfassen einen Dehnkörper, welcher mit 4 bezeichnet ist. Der Dehnkörper 4 stützt sich auf der einen Seite gegen das Gehäuse 2 und auf der anderen Seite gegen das Lagersegment 3 ab, so dass bei einer Erwärmung des Dehnkörpers 4 der Spalt zwischen Lagersegment 3 und Welle 1 durch die Ausdehnung des Dehnkörpers 4 verringert werden kann. Der Dehnkörper 4 befindet sich im thermischen Gleichgewicht mit den übrigen Lagerteilen. Nach dem Anfahren der Maschine erwärmen sich das Lageröl und damit das gesamte Führungslager. Wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des Dehnkörpers 4 größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient der übrigen Lagerteile, dann wird sich der Spalt zwischen Lagersegment 3 und Welle 1 durch die thermische Ausdehnung des Dehnkörpers 4 verringern. Wenn die Dimension und das Material des Dehnkörpers entsprechend gewählt werden, dann erhält man ein Führungslager, das eine optimale Spaltweite in jedem Betriebszustand aufweist. 1 shows a very schematic representation of an inventive radial guide bearing in a first embodiment. 1 shows a part of the stored wave, which with 1 is designated. The illustrated guide bearing comprises a bearing housing, which with 2 is designated, a plurality of bearing segments, of which only one shown and with 3 is designated, and per storage segment 3 Means for adjusting the gap between the respective bearing segment 3 and the wave 1 , These means comprise an expanding body, which with 4 is designated. The stretching body 4 rests against the housing on one side 2 and on the other side against the bearing segment 3 so that when the expansion body heats up 4 the gap between bearing segment 3 and wave 1 by the expansion of the expansion body 4 can be reduced. The stretching body 4 is in thermal equilibrium with the other bearing parts. After starting the machine, the bearing oil and thus the entire guide bearing heat up. When the thermal expansion coefficient of the expansion body 4 is greater than the thermal expansion coefficient of the other bearing parts, then the gap between the bearing segment 3 and wave 1 by the thermal expansion of the expansion body 4 to decrease. If the dimension and the material of the expansion body are chosen accordingly, then you get a guide bearing, which has an optimal gap width in each operating condition.

Da die Funktionsweise des Führungslagers in der Ausführungsform gemäß 1 empfindlich von der Materialwahl und der Dimensionierung des Dehnkörpers abhängt, hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, ein erfindungsgemäßes Führungslager anzugeben, das einfacher ausgelegt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Führungslager gemäß 2 gelöst, welches einen zusätzlichen Freiheitsgrad besitzt, da die Temperatur des Dehnkörpers aktiv eingestellt werden kann.Since the operation of the guide bearing in the embodiment according to 1 sensitive depends on the choice of material and the dimensioning of the expansion body, the inventor has set the task of specifying an inventive guide bearing, which can be designed easier. This object is achieved by an inventive guide bearing according to 2 solved, which has an additional degree of freedom, since the temperature of the expansion body can be actively adjusted.

2 zeigt in sehr schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes radiales Führungslager in einer zweiten Ausführungsform. Die mit 1 bis 4 bezeichneten Komponenten entsprechen den Komponenten von 1. Der Dehnkörper 4 weist zusätzlich eine thermische Isolation auf, welche mit 5 bezeichnet ist und den Dehnkörper 4 allseitig umschließt. Außerdem umfasst das Führungslager eine Heizpatrone, welche mit 6 bezeichnet und so innerhalb der Isolation 5 angeordnet ist, dass sie den Dehnkörper 4 erwärmen kann. Der isolierte Dehnkörper 4 stützt sich auf der einen Seite gegen das Gehäuse 2 und auf der anderen Seite gegen das Lagersegment 3 ab, so dass bei einer Erwärmung des Dehnkörpers 4 durch die Heizpatrone 3 der Spalt zwischen Lagersegment 3 und Welle 1 durch die Ausdehnung des Dehnkörpers 4 verringert werden kann. Bei der Heizpatrone 6 kann es sich beispielsweise um ein elektrisches Heizelement handeln. Es sind dann elektrische Leitungen vorzusehen, welche die Isolation 5 durchdringen (in 1 nicht dargestellt). Zu einer exakten Regelung der im Dehnkörper 4 herrschenden Temperatur kann auch ein Temperaturfühler vorgesehen sein, welcher die Temperatur in Dehnkörper 4 misst und dieselbe an ein Steuersystem angeschlossen rückmeldet, welches die Steuerung der elektrischen Maschine gewährleistet. Dieses Steuersystem übernimmt dann auch die Regelung der Heizleistung des Heizelementes 6. Die Isolation 5 ist dabei so ausgebildet, dass diese ein Dehnen des Dehnkörpers 4 erlaubt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Isolation 5 die notwendige Elastizität aufweist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Isolation 5 mehrteilig ausgeführt wird, wobei die Dehnung des Dehnkörpers 4 durch eine Verschiebung der Isolationsteile zueinander gewährleistet wird. 2 shows a very schematic representation of an inventive radial guide bearing in a second embodiment. With 1 to 4 designated components correspond to the components of 1 , The stretching body 4 additionally has a thermal insulation, which with 5 is designated and the Dehnkörper 4 encloses on all sides. In addition, the guide bearing includes a heating cartridge, which with 6 designated and so within the isolation 5 is arranged that they are the expansion body 4 can warm up. The isolated elongated body 4 rests against the housing on one side 2 and on the other side against the bearing segment 3 so that when the expansion body heats up 4 through the heating cartridge 3 the gap between bearing segment 3 and wave 1 by the expansion of the expansion body 4 can be reduced. At the heating cartridge 6 it may, for example, be an electrical heating element. There are then to provide electrical lines, which the isolation 5 penetrate (in 1 not shown). For an exact regulation of the expansion body 4 prevailing temperature can also be provided a temperature sensor, which is the temperature in the expansion body 4 measures and the same back connected to a control system, which ensures the control of the electric machine. This control system then also takes over the control of the heating power of the heating element 6 , The isolation 5 is designed so that this is a stretching of the expansion body 4 allowed. This can be realized, for example, that the isolation 5 has the necessary elasticity. Another possibility is that the isolation 5 is executed in several parts, wherein the elongation of the expansion body 4 is ensured by a displacement of the insulating parts to each other.

Die Mittel zum Einstellen des Spaltes zwischen Lagersegment 3 und Welle 1 können zusätzlich noch weitere Elemente umfassen als in 1 oder 2 dargestellt. Es kann sich dabei um alle aus dem Stand der Technik bereits bekannten Vorrichtungen handeln, die ein Einstellen des Lagerspaltes erlauben. Diese in 1 und 2 nicht dargestellten Elemente können dabei zwischen dem Lagergehäuse 2 und dem (isolierten) Dehnkörper 4 oder zwischen dem (isolierten) Dehnkörper 4 und dem Lagersegment 3 angeordnet sein. Im Prinzip können beide der genannten Alternativen realisiert sein. Daher stützt sich der (isolierte) Dehnkörper 4 jeweils wenigstens mittelbar auf der einen Seite gegen das Gehäuse 2 und auf der anderen Seite gegen das Lagersegment 3 ab. Es ist jedoch auch möglich, dass die in 1 bzw. 2 dargestellten Mittel die einzigen vorhandenen Mittel zum Einstellen des Lagerspaltes sind.The means for adjusting the gap between bearing segment 3 and wave 1 can also contain other elements than in 1 or 2 shown. It may be all known from the prior art devices that allow adjusting the bearing gap. This in 1 and 2 not shown elements can between the bearing housing 2 and the (isolated) expansion body 4 or between the (isolated) expansion body 4 and the storage segment 3 be arranged. In principle, both of the alternatives mentioned can be realized. Therefore, the (isolated) expansion body is supported 4 in each case at least indirectly on one side against the housing 2 and on the other side against the bearing segment 3 from. However, it is also possible that the in 1 or. 2 shown means are the only means available for adjusting the bearing gap.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Lagers gestaltet sich folgendermaßen: Wie beim bekannten Stand der Technik wird bei der Inbetriebnahme der Lagerspalt so eingestellt, dass ein Kaltstart möglich ist, d.h. der Lagerspalt wird auf die Viskosität des kalten Lageröles eingestellt. Dazu werden entweder die in 1 bzw. 2 nicht dargestellten zusätzlichen Mittel zum Einstellen des Lagerspaltes oder der Dehnkörper selbst verwendet, d.h. durch die Dimension und Anordnung des Dehnkörpers und im Falle der Ausführungsform gemäß 2 auch durch die eingestellte Temperatur des Dehnkörpers. Beim Betrieb der elektrischen Maschine im Falle der Ausführungsform gemäß 2 wird die Temperatur des Dehnkörpers so geregelt, dass sich in Abhängigkeit von der Temperatur und damit von der Viskosität des Lageröles immer eine optimale Weite des Lagerspaltes ergibt. Bei der Ausführungsform gemäß 1 ergibt sich die optimale Weite des Lagerspaltes während dem Betrieb sozusagen durch die Materialwahl und die Dimensionierung des Dehnkörpers von selbst.The use of the bearing according to the invention is as follows: As in the prior art, the bearing gap is set during commissioning so that a cold start is possible, ie the bearing gap is set to the viscosity of the cold storage oil. These are either the in 1 or. 2 not shown additional means for adjusting the bearing gap or the expansion body itself used, ie by the dimension and arrangement of the expansion body and in the case of the embodiment according to 2 also by the set temperature of the expansion body. When operating the electric machine in the case of the embodiment according to 2 the temperature of the expansion body is controlled so that there is always an optimum width of the bearing gap depending on the temperature and thus of the viscosity of the bearing oil. In the embodiment according to 1 The optimal width of the bearing gap during operation results, so to speak, through the choice of material and the dimensioning of the expansion body itself.

Als Material für den Dehnkörper kommen z.B. Aluminium-Legierungen in Frage, da diese einen gegenüber von Stahl deutlich höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, so dass der Lagerspalt auch mit vergleichsweise geringen Temperaturerhöhungen eingestellt werden kann.As the material for the elongated body, e.g. Aluminum alloys in question, since they have a significantly higher thermal expansion coefficient compared to steel, so that the bearing gap can be adjusted with relatively low temperature increases.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2710706 A1 [0002]

Claims

Radial guide bearing for a hydro-electric machine set for supporting a shaft (1), comprising a bearing housing (2), a plurality of bearing segments (3), and per bearing segment (3) means for adjusting the gap between the respective bearing segment (3) and the shaft ( 1), characterized in that these means comprise an expansion body (4), and wherein the expansion body (4) in each case at least indirectly on one side against the bearing housing (2) and on the other side against the bearing segment (3) is supported , wherein the expansion body (4) is formed so that upon heating of the expansion body (4), the gap between the bearing segment (3) and the shaft (1) by an expansion of the expansion body (4) can be reduced.

Radial guide bearing after Claim 1 in that the means for adjusting the gap between the respective bearing segment (3) and the shaft (1) comprise a thermal insulation (5) which surrounds the expansion body (4) on all sides, and a heating cartridge (6), wherein the heating cartridge (6 ) is disposed within the insulation (5) so that it can heat the expansion body (4).

Radial guide bearing after Claim 2 , wherein the heating cartridge (6) is designed as an electric heating element.

Radial guide bearing after Claim 2 or 3 wherein the insulation (5) is formed so that it has a sufficiently high elasticity to ensure the expansion of the expansion body (4).

Radial guide bearing after Claim 2 or 3 , wherein the insulation (5) is designed in several parts, and the parts of the insulation are designed to be displaceable relative to one another in order to ensure the expansion of the expansion body (4).

Radial guide bearing according to one of the preceding claims, wherein the expansion body (4) consists of an aluminum alloy.