DE1163611B

DE1163611B - Einrichtung zum Waermeschutz eines Lagers

Info

Publication number: DE1163611B
Application number: DEA36999A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Baumann; Jean Eggmann
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1961-02-14
Filing date: 1961-03-18
Publication date: 1964-02-20
Also published as: DE1163611C2; GB962277A; CH381026A

Description

Einrichtung zum Wärmeschutz eines Lagers Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Wärmeschutz eines Lagers, vorwiegend eines Gaslagers, einer Turbomaschine mit Hohlwelle, der von einer außerhalb des Lagers liegenden Wärmequelle Wärme zugeführt wird.
Bei Turbomaschinen, deren Laufräder während des Betriebes einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, ist es wichtig, die Lager vor ungleichmäßiger Wärmeeinwirkung zu schützen, vor allem dann, wenn ein Laufrad nahe an ein Lager herangerückt ist. Stahl als der gebräuchliche Werkstoff für Wellen hat keine genügend große Wärmeleitfähigkeit, um eine ausreichend rasche Verteilung der auf einer Seite in die Welle einfließenden Wärme zu gewährleisten. Bis zum Wellenende ergibt sich somit ein beträchtliches Temperaturgefälle, das unterschiedliche Wärmedehnungen der Welle bewirkt,die schon innerhalb der Lagerbreite so groß werden können, daß sie Anlaß zu Havarien geben. Diese Gefahr ist bei Gaslagern besonders groß, weil siegroße Breite und ein Lagerspiel von nur wenigen Tausendstel Millimeter haben. - Die bekannte Gaskühlung einer Hohlwelle durch Eigenventilation bringt im vorliegenden Falle wegen der starken einseitigen Erwärmung keine Abhilfe.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß ein hohler Wärineverteil- und Kühlkörper verwendet, der aus einem besser wärmeleitfähigen Werkstoff als die Hohlwelle besteht, in diese gut anliegend eingesetzt ist, sich annähernd über die Lagerbreite erstreckt und von einem Kühlmittel durchströmt wird.
Gegenstand der Erfindung ist es darüber hinaus, den Wärmeverteil- und Kühlkörper an der Innenseite mit Kühlrippen und einem über seine ganze Länge reichenden Schlitz zu versehen. Auch können an seiner Außenseitebeginnende, über seine ganze Länge sich erstreckende, radial verlaufende Schlitze, die in die Kühlrippenhineinreichen, vorhanden sein.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.
F i g. 1 zeigt das Schema einer Laufradlagerung mit dem Kühlgas-Kreislauf dazu, F i g. 2 einen Axialschnitt durch einen Teil der Anlage nach F i g. 1; die F i g. 3, 4 und 5 sind je ein Radialschnitt durch mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Wärmeverteil- und Kühlkörpers.
In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Hinweiszahlen versehen.
F i g. 1 zeigt das fliegend angeordnete Laufrad 1 eines Verdichters zur Förderung heißen Gases, das von einer Hohlwelle 2 getragen wird, die in den Lagern 3, 4 gelagert ist. Zum Schutze der Anlage, hauptsächlich des Lagers 3 vor zu hoher Temperatur, ist ein Kühlkreislauf 5 vorgesehen, bei welchem das Kühlgas am äußeren Ende der Hohlwelle 2 eintritt und zwischen Laufrad 1 und Lager 3, die aus konstruktiven Gründen nahe aneinander herangerückt sind, wieder austritt. Für den Kühlkreislauf ist kein Gebläse nötig, da die Hohlwellv das Kühlgas selbsttätig ansaugt und wieder nach außen fördert. Die so, entstehende Druckdifferenz genügt, um die Leitungswiderstände im wasserdurchströmten Gaskühler 6 zu überwinden.
Nach F i g. 2 ist das Laufrad 1 n-üt Schrauben 7 an der Hohlwelle 2 befestigt. An der Stoßstelle tritt die Wärme vom heißen Laufrad in die Hohlwelle über und breitet sich nach rechts aus. Da sie nicht genügend rasch abgeführt oder verteilt werden kann, würde sich ein Wärmestau ergeben, der nun durch einen Wärmeverteil- und Kühlkörper 8 verhindert wird. Er besteht in der einfachsten Ausfühnmg aus einem Hohlzylinder (F i g. 3), der in die Hohlwelle 2 eingepaßt ist und sich angenähert über die Breite des Lagers 3 erstreckt. Wenn es die Konstruktion zuläßt, wird man ihn noch möglichst weit nach links über das Lager vorziehen (F i g. 2). Auf diese Weise kommt er mit dem heißesten Teil der Hohlwelle in Berührung, die in dieselbe einfließende Wärme wird rasch abgeleitet und über den Wärmeverteil- und Kühlkörper gleichmäßig verteilt, weil er aus einem Werkstoff bester Wärmeleitfähigkeit besteht. Wegen der raschen und gleichmäßigen Wärmeverteilung über den Kühlkörper 8 und wegen seiner thermischen Eigenschaften ist seine Kühlung, gleiche Bedingungen vorausgesetzt, wirksamer als die bekannte Kühlung der Hohlwelle. Wie schon bei F i g. 1 beschrieben, saugt die Hohlwelle 2 das Kühlgas selbsttätig an. Dieses durchströmt den Kühlkörper, wobei es ihm Wärme entzieht, und wird durch die Kanäle 9 wie bei einem Radialverdichter nach außen befördert, wo es gesammelt und dem Kühler 6 zur Rü#ckkühlung zugeführt wird. Zur Verkleinerung der Strömungswiderstände ist es vorteilhaft, die inneren Kanten des Kühlkörpers mit einer Abrundung 10 zu versehen. Selbstverständlich muß er auch gegen axiale Verschiebung gesichert sein.
Die Kanäle 9 sind als Ausnehmungen an der Stirnseite der Hohlwelle ausgeführt, wodurch deren Auflagefläche am heißen Laufrad wesentlich verkleinert wird. Die Kanäle wirken als Wärmedroessel, und die in die Hohlwelle einströmende Wärmemenge wird somit verringert. Zur weiteren Wärmedämmung kann auch eine Isolierschicht zwischen Laufrad und Hohlwelle vorgesehen werden. Da eine Kühlung des Laufrades durch das vorbeiströmende Kühlgas unerwünscht ist, wird es innerhalb der Hohlwelle mit einer Isolierung 11 abgedeckt.
Um die Kühlfläche und damit die Wirkung des Wärmeverteil- und Kühlkörpers 8, zu erhöhen, können an seiner Innenseite Kühlrippen 12 angebracht werden (F! g. 4), die entweder achsparallel oder schraubenförinig verlaufen.
Der Wärmeverteil- und Kühlkörper besteht aus einem gegenüber der Welle hochwärmeleitfähigen Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder Silber. Diese Werkstoffe haben einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl.. Der Kühlkörper wird sich daher stärker ausdehnen als die Hohlwelle, die ihn wie ein Schrumpfring umgibt und dadurch Spannungen in ihr verursachen. Es wäre nun möglich, zwischen Kühlkörper und Hohlwelle ein bestimmtes Durchmesserspiel vorzusehen, das sich dann bei der Erwärmung ausgleicht, doch erforderte dies eine sehr genaue Bearbeitung beider Stücke, was die Herstellungskosten erhöhen würde. Außerdem wäre beim Anlaufen, wenn der Kühlkörper nur wenig an der Hohlwelle anliegt, die Wärineableitung und -verteilung schlecht, so daß das Lager gefährdet wäre.
Zur Beseitigung dieser Mängel wird ein radialer Schlitz 13 im Kühlkörper 8 angebracht, der über dessen ganze Länge reicht und entweder achsparaUel verläuft oder sich dem Lauf der Kühlrippen anpaßt. Der sonst starre Kühlkörper wird dadurch in radialer Richtung nachgiebig und elastisch. Er kann nun gut passend oder mit einem kleinen übermaß des Durchmessers hergestellt und durch Zusammendrücken federnd in die Hohlwelle eingesetzt werden. Dadurch liegt er schon beim Anlaufen der Maschine gut wärTneleitend an der Hohlwelle an und wird während des Betriebes unter der Einwirkung der Fliehkraft noch fester angepreßt. Unterschiedliche Wärmedehnungen verursachen keine Spannungen mehr in der Hohlwelle, da sie vom Schlitz 13 ausgeglichen werden. Da das Durchmessermaß nicht genau eingehalten werden muß, kann mit weiten Toleranzen gearbeitet werden, was sich bei den Herstellungskosten verbilligend auswirkt.
Eine Weiterentwicklung des Wärmeverteil- und Kühlkörpers zeigt F i g. 5. Es ist nicht nur ein einziger Schlitz 13 vorhanden, sondern mehrere Schlitze 14, die an der Außenseite des Kühlkörpers 8 beginnen, über dessen ganze Länge sich erstrecken, radial verlaufen und in die Kühlrippen 12 hineinreichen. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sie elastischer ist als jene nach F i g. 4, weil der Kühlkörper durch die größere Anzahl Schlitze in einzelne Abschnitte 15 unterteilt ist, die eine gewisse Bewegungsfreiheit gegeneinander haben und sich dadurch während des Betriebes besser und verläßlicher an die Hohlwelle anlegen. Auch ist dieser Kühlkörper leichter zusammendrückbar, was für die Montage günstig ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Wärineschutz eines Lagers, vorwiegend eines Gaslagers, einer Turbomaschine mit Hohlwelle, der von einer außerhalb des Lagers liegenden Wärmequelle Wärme zugeführt wird, gekennzeichnet durch einen hohlen Wärineverteil- und Kühlkörper (8), der aus einem besser wärineleitfähigen Werkstoff als die Hohlwelle (2) besteht, in diese gut anlieliegend eingesetzt ist, sich annähernd über die Lagerbreite erstreckt und von einem Kühlmittel durchströmt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kühlrippen (12) an der Innenseite des Wärmeverteil- und Kühlkörpers (8). 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen über die ganze Länge des Wärmeverteil- und Kühlkörpers (8) reichenden Schlitz (13). 4. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch an der Außenseite des Wärmeverteil- und Kühlkörpers (8) beginnende, über dessen ganze Länge sich erstreckende, radial verlaufende Schlitze (14), die in die Kühlrippen (12) hineinreichen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 922 093.