DE102019209027A1

DE102019209027A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102019209027A1
Application number: DE102019209027.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Kowalzik; Dirk Müller; Daniel Hofsommer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (01) zur Lagerung eines Rotors mit einem Trägerelement (02), welches (02) mittels Haltedome (05) in einer Maschine befestigt werden kann, und mit einem im Trägerelement (02) demontierbar befestigten Gleitelement (11), welches (11) eine Lagerbohrung (12) mit einer Gleitfläche (13) zur Lagerung des Rotors aufweist. In der Gleitfläche befindet sich an der in einer in Lotrichtung (10) unten liegenden Position zumindest einen Gleitölzulauf (21) und in einer oben liegenden Position zumindest ein Hebeölzulauf (26).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Lagerung eines Rotors, wobei in der Gleitfläche Öffnungen vorhanden sind, um ein Gleitmittel zuführen zu können.
Aus dem Stand der Technik sind vielfältige Ausführungen von Lageranordnung bekannt, die jeweils ein Lagergehäuse mit einer Lagerbohrung aufweisen, wobei in der Gleitfläche der Lagerbohrung Öffnungen vorhanden sind, um ein Schmieröl zuführen zu können. Bei einer horizontalen Ausrichtung der Rotorachse führt naheliegend die Schwerkraft zu einer Belastung der Lagerfläche vorwiegend auf der unteren Seite. Entsprechend weisen nahezu sämtliche bekannte Ausführungen die Öffnungen zur Zuführung des Schmieröls auf der unteren Seite auf.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass zur Montage bzw. Demontage - in Abhängigkeit der Ausführung des Lagergehäuses und des Rotors - das Lagergehäuse in Richtung der Rotorachse relativ zum Rotor verschoben werden muss. Üblicherweise ist dieses aufgrund der bereits vorhandenen Möglichkeit Schmieröl zuführen zu können und der vorhandenen Gleitflächen ohne weiteres möglich.
Erschwert wird die Montage bzw. Demontage in dem Fall, wenn die Toleranzen und das Spiel zwischen den Bauteilen sehr gering sind. Bei fehlender Rotation des Rotors fehlt eine umlaufende Schmierung der Gleitfläche, sodass insbesondere die Demontage erschwert sein kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Demontage auch bei geringeren Toleranzen und einem geringeren Spiel zwischen dem Rotor und der Gleitfläche zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Ausführungsform eine Lageranordnung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die gattungsgemäße Lageranordnung dient zur Lagerung eines Rotors. Um welche Art von Rotor es sich hierbei handelt ist zunächst unerheblich wobei sich die Ausführungsform insbesondere zur Verwendung bei einem Rotor einer Gasturbine eignet. Die Lageranordnung bzw. der Rotor definieren eine Rotorachse. Hierbei weist die gattungsgemäße Lageranordnung ein Trägerelement auf, welche sich im Wesentlichen in Richtung der Rotorachse erstreckt. Dabei weist das Trägerelement eine sich gleichfalls in Achsrichtung erstreckende Trägerbohrung auf, welche zumindest abschnittsweise zylindrisch und/oder kegelförmig ausgeführt ist. Das Trägerelement ist hierbei bestimmt zum Einbau in entsprechender Maschine und weist hierzu am Außenumfang Haltemittel zur Befestigung auf. Weiterhin umfasst die Lageranordnung ein Gleitelement auf, welches im Trägerelement angeordnet ist. Hierzu ist der Außenumfang des Gleitelement komplementär zur Trägerbohrung zumindest abschnittsweise zylindrisch und/oder kegelförmig auszuführen. Zur Sicherung der Lage kann vorgesehen sein, dass das Gleitelement beispielsweise mittels Schrauben am Trägerelement gesichert ist. Das Gleitelement seinerseits weist nunmehr die sich gleichfalls in Achsrichtung erstreckende Lagerbohrung auf, welche eine Gleitfläche umfasst, auf der wiederum der bestimmungsgemäße Rotor gelagert werden kann. Hierbei ist die Lagerbohrung in aller Regel zylindrisch ausgeführt. Unerheblich ist es diesbezüglich, ob in der Lagerbohrung weitere Nuten oder Aussparungen vorhanden sind.
Zur Schmierung der Gleitfläche weist die gattungsgemäße Lageranordnung weiterhin zumindest einen Gleitölzulauf auf. Dieser befindet sich in der Gleitfläche und ermöglicht somit die Zuführung von Gleitmittel zur Gleitfläche. In der hier betrachteten gattungsgemäße Lageranordnung ist dabei vorgesehen, dass sich der zumindest eine Gleitmittelzulauf ungefähr mittig auf der unteren Seite befindet. D.h. bei der Lageranordnung in der bestimmungsgemäßen Einbaulagelage mit einer Lotrichtung, welche die Rotorachse schneidet, befindet sich der Gleitölzulauf in einer unten liegenden Position ungefähr im Schnittpunkt der Lotrichtung mit der Gleitfläche. Dieses wird als gegeben angesehen, wenn in Umfangsrichtung betrachtet die Mitte des Gleitölzulauf von der Lotrichtung um maximal 20° in Umfangsrichtung versetzt ist.
Erfindungsgemäß wird nunmehr die Demontage auch bei kleineren Toleranzen und kleinerem Spiel ermöglicht, in dem zumindest ein zusätzlicher Hebelölzulauf in der Gleitfläche vorgesehen wird. Dabei ist es wesentlich, dass der Hebelölzulauf auf der oberen Seite angeordnet wird. Hierbei befindet sich dieser ungefähr im Schnittpunkt der Lotrichtung mit der Gleitfläche an oben liegender Position. Dabei ist vorgesehen, dass die Mitte des Hebelölzulauf in Umfangsrichtung betrachtet von der Lotrichtung um maximal 10° in Umfangsrichtung versetzt ist.
Durch die neue erweiterte Ausführungsform wird es ermöglicht, auch im Ruhezustand des Rotors eine hinreichende Schmierung der Gleitfläche zu bewirken, so dass eine Demontage auch bei verkleinertem Spiel zwischen dem Rotor und der Gleitfläche möglich wird.
Die Gestaltung der Lageranordnung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Trägerelement einschlägig ausgeführt wird. Es ist offensichtlich, dass in diesem Fall der Rotor abschnittsweise durch das Trägerelement geführt werden muss. Dennoch weist diese Ausführungsform den Vorteil einer höheren Stabilität und der Möglichkeit kleinere Toleranzen zu realisieren auf.
Zur Befestigung des Trägerelements in der entsprechenden Maschine ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Haltemittel von zwei sich gegenüberliegenden zylindrischen Haltedomen gebildet werden. Dabei ist es notwendig, dass die Zylinderachse der Haltedome gleichfalls horizontal in einer Ebene mit der Rotorachse dabei jedoch senkrecht zur Rotorachse angeordnet ist.
Demgegenüber ist es vorteilhaft, wenn das Gleitelement zweiteilig ausgeführt ist. Hierdurch wird es ermöglicht, eine Montage bzw. Demontage des Gleitelement durchzuführen, bei der ein Oberteil und ein Unterteil des Gleitelements neben dem Trägerelement zusammengebaut wird und nachfolgend mit Einschieben in das Trägerelement in seine bestimmungsgemäße Position gebracht wird.
Bei einer zweiteiligen Ausführung des Gleitelement ist es vorteilhaft, wenn die Rotorachse in der Teilungsebene zwischen dem Oberteil und dem Unterteil des Gleitelement liegt.
Zur Zuführung des Gleitöls weist das Gleitelement vorteilhaft zumindest einen Gleitölkanal auf, welcher sich von einem stirnseitig angeordneten Zulaufanschluss bis zum Gleitölzulauf erstreckt.
In vorteilhafter Ausführung der Lageranordnung weist der Gleitölzulauf eine hinreichende Größe zur Zuführung des Gleitöls unter Verbleib einer hinreichenden Gleitfläche zur Stützung des Rotors auf. Hierzu erstreckt sich der Gleitölzulauf in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von zumindest 5°. Dabei soll der Gleitölzulauf jedoch nicht zu groß gewählt werden und hierbei sich auf maximal 15° erstrecken. Wenn vorteilhaft mehrere Gleitölzuläufe vorhanden sind, so gilt dieses für jeden der Gleitölzuläufe.
Weiterhin erstreckt sich der Gleitölzulauf in axialer Richtung vorteilhaft über die zumindest 0,1-fache Länge der Gleitfläche. Dabei sollte die Größe jedoch nicht die 0,3-fache Länge der Gleitfläche überschreiten. Sofern mehrere Gleitölzuläufe vorhanden sind, so gilt dieses für alle Gleitölzuläufe in Summe.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Gleitölzulauf sich möglichst mittig in der Lotrichtung unten befindet. Hierbei weicht die Mitte des Gleitölzulaufs maximal 5° von der Lotrichtung ab.
Zur vorteilhaften Verteilung des Gleitöls und bei Erhalt einer möglichst großen Gleitfläche ist es vorteilhaft, wenn genau zwei Gleitölzuläufe vorhanden sind.
Analog zum Gleitmittelkanal weist die Lageranordnung vorteilhaft im Gleitelement zumindest einen Hebeölkanal auf. Dieser umfasst analog einen stirnseitig am Gleitelement angeordneten Zulaufanschluss und erstreckt sich bis zum Hebelölzulauf.
In vorteilhafter Ausführung der Lageranordnung weist gleichfalls der Hebeölzulauf eine hinreichende Größe zur Zuführung des Hebeöls unter Verbleib einer hinreichenden Gleitfläche zur Führung des Rotors auf. Hierzu erstreckt sich der Hebeölzulauf in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von zumindest 5°. Dabei soll der Hebeölzulauf jedoch nicht zu groß gewählt werden und hierbei sich auf maximal 15° erstrecken. Wenn vorteilhaft mehrere Hebeölzuläufe vorhanden sind, so gilt dieses für jeden der Hebeölzuläufe.
Weiterhin erstreckt sich der Hebeölzulauf in axialer Richtung vorteilhaft über die zumindest 0,1-fache Länge der Gleitfläche. Dabei sollte die Größe jedoch nicht die 0,3-fache Länge der Gleitfläche überschreiten. Sofern mehrere Hebeölzuläufe vorhanden sind, so gilt dieses für alle Hebeölzuläufe in Summe.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Hebeölzulauf sich möglichst mittig in der Lotrichtung oben befindet. Hierbei weicht die Mitte des Hebeölzulaufs maximal 5° von der Lotrichtung ab.
Zur vorteilhaften Verteilung des Hebeöls und bei Erhalt einer möglichst großen Gleitfläche ist es vorteilhaft, wenn genau zwei Hebeölzuläufe vorhanden sind.
In den nachfolgenden Figuren wird eine beispielhafte Ausführungsformen für eine erfindungsgemäße Lageranordnung skizziert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht auf die beispielhafte Lageranordnung;
2 das Gleitelement der Lageranordnung aus 1;
3 ein Längsschnitt durch die Lageranordnung;
4 ein Querschnitt durch die Lageranordnung.

In der 1 wird perspektivisch eine beispielhafte Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Lageranordnung 01 in dreidimensionale Ansicht skizziert. Zu erkennen ist der Aufbau mit einem Trägerelement 02 sowie dem darin angeordneten Gleitelement 11. Das Trägerelement 02 weist an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils Haltedome 05 auf. Diese dienen zur Befestigung der Lageranordnung 01 in der Maschine.
Das Gleitelement 11 weist eine Lagerbohrung 12 auf, in der die Gleitfläche 13 zur Lagerung eines Rotors angeordnet ist und definiert somit eine Rotorachse 09. In bestimmungsgemäßer Einbaulage ist die Rotorachse 09 waagerecht ausgerichtet. In Verbindung mit den Haltedomen 05 definiert sich somit für den bestimmungsgemäßen Einbau eine Lotrichtung 10.
In der 2 wird das Gleitelement 11 der beispielhaften Lageranordnung 01 skizziert. Zu erkennen ist der zweigeteilte Aufbau mit einem Oberteil 15 und einem Unterteil 16 mit dazwischenliegender Teilungsebene 14. Gattungsgemäß ist es erforderlich, dass das Gleitelement 11, bzw. das Unterteil 16 einen Gleitölzulauf 21 in der Gleitfläche 13 aufweist. Die Zuführung des Gleitöls erfolgt über Zulaufanschlüsse 23.
Die eigentliche Erfindung wird aus den 3 und 4 ersichtlich. Hier skizziert die 3 die beispielhafte Lageranordnung 01 in einem Längsschnitt durch die Rotorachse 09 und die Lotrichtung 10.zu erkennen ist wiederum das außenliegende Trägerelement 02. Dieses 02 weist eine zylindrische Trägerbohrung 03 auf, in der 03 das Gleitelement 11 befestigt ist. Dieses setzt sich zusammen aus dem Oberteil 15 und dem Oberunterteil 16 getrennt durch die Teilungsebene 14 im Unterteil befinden sich in der Gleitfläche 13 zwei Gleitölzuläufe 21. Die Versorgung mit dem Gleitöl erfolgt von den Zulaufanschlüssen 23 an der Stirnseite des Gleitelement 11 über Gleitölkanälen 22 zu den Gleitölzuläufen 21. Bestimmungsgemäße wird über die Gleitölzuläufe das Gleitöl zur Schmierung der Gleitfläche im Betrieb des Rotors zugeführt.
Demgegenüber befinden sich in der Gleitfläche 13 im Oberteil 15 des Gleitelements 11 zwei Hebeölzuläufe 26. Über diese 26 kann ein Hebeöl zur Montage sowie zur Demontage der Lageranordnung 01 zugeführt werden. Hierzu weist das Gleitelement elf im Oberteil 15 stirnseitig zwei Zulaufanschlüsse 28 auf, über die das Hebeöl zugeführt werden kann. Die Zulaufanschlüsse 28 sind entsprechend über Hebeölkanäle 27 mit den Hebeölzuläufen 26 verbunden.
In der 4 wird die Lageranordnung 01 in einem Schnitt quer zur Rotorachse 09 skizziert. Zu erkennen ist wiederum das außen liegende Trägerelement 02 mit den gegenüberliegenden Haltedomen 05. Im Trägerelement 02 befindet sich das Gleitelement elf mit dem Oberteil 15 und im Unterteil 16, wobei im Unterteil 16 der Gleitölzulauf 21 und im Oberteil 15 der Hebeölzulauf 26 angeordnet sind. Zu erkennen ist, dass sich der Gleitölzulauf 21 bezüglich der Lotrichtung 10 unten und der Hebelzulauf 26 oben befindet.

Claims

Lageranordnung (01) zur Lagerung eines Rotors, insbesondere einer Gasturbine, aufweisend eine Rotorachse und umfassend ein Trägerelement (02), welches (02) sich entlang der Rotorachse (09) erstreckt und zumindest abschnittsweise eine zylindrische und/oder kegelförmige Trägerbohrung (03) aufweist und am Außenumfang Haltemittel zur Befestigung in einer Maschine aufweist, und umfassend ein Gleitelement (11), welches (11) zumindest abschnittsweise einen zylindrischen und/oder kegelförmige Außenumfang komplementär zur Trägerbohrung (03) und eine zylindrische Lagerbohrung (12) mit einer Gleitfläche (13) zur Lagerung des Rotors und in der Gleitfläche (13) in einer in Lotrichtung (10) unten liegenden Position +/-20° zumindest einen Gleitölzulauf (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (11) in der Gleitfläche (13) in einer in Lotrichtung (10) oben liegenden Position +/-10° zumindest einen Hebeölzulauf (26) aufweist.
Lageranordnung (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (02) einstückig ausgebildet ist.
Lageranordnung (01) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (02) zwei gegenüberliegende sich waagerecht und quer zur Rotorachse (09) erstreckende zylindrische Haltedome (05) aufweist.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (11) zweigeteilt ausgeführt ist, wobei insbesondere die Rotorachse (09) in der Teilungsebene (14) liegt.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (11) zumindest einen Gleitölkanal (22) aufweist, welcher (22) einen stirnseitig angeordneten Zulaufanschluss (23) umfasst und am Gleitölzulauf (21) endet.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gleitölzulauf respektive sich die vorhandenen Gleitölzuläufe (21) jeweils in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von zumindest 5° und maximal 15° erstrecken; und/oder dass sich der Gleitölzulauf respektive sich die vorhandenen Gleitölzuläufe (21) zusammen in Achsrichtung über zumindest der 0,1-fachen und maximal der 0,3-fachen Länge der Gleitfläche (13) erstecken.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitölzulauf respektive die vorhandenen Gleitölzuläufe (21) jeweils in einer in Lotrichtung (10) unten liegenden Position +/-5° angeordnet ist.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (11) zwei Gleitölzuläufe (21) aufweist.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (11) einen Hebeölkanal (27) aufweist, welcher (27) einen stirnseitig angeordneten Zulaufanschluss (28) umfasst und am Hebeölzulauf (26) endet.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hebeölzulauf respektive sich die vorhandenen Hebeölzuläufe (26) jeweils in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von zumindest 5° und maximal 15° erstreckt; und/oder dass sich Hebeölzulauf respektive sich die vorhandenen Hebeölzuläufe (26) zusammen in Achsrichtung über zumindest der 0,1-fachen und maximal der 0,3-fachen Länge der Gleitfläche (13) erstreckt.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebeölzulauf respektive die vorhandenen Hebeölzuläufe (26) jeweils in einer in Lotrichtung (10) oben liegenden Position +/-5° angeordnet ist.
Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (11) zwei Hebeölzuläufe (26) aufweist.