DE1214900B

DE1214900B - Method for measuring the thrust of machine shafts in thrust bearings based on plain bearings

Info

Publication number: DE1214900B
Application number: DEM52467A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Friedrich; Dr-Ing Helmut Knuelle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1962-04-11
Filing date: 1962-04-11
Publication date: 1966-04-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Schubes von Maschinenwellen in Axialdrucklagern auf Gleitlagerbasis mit Hilfe beweglicher Druckblöcke, wobei der zwischen deren Druckfläche und der Blocklagerscheibe vorhandene Schmierölfilmdruck als Meßgröße für den Schub über eine in den Druckblöcken befindliche Druckmeßbohrung und -leitung auf ein Druckmeßgerät übertragen wird. The invention relates to a method for measuring thrust of machine shafts in axial thrust bearings based on plain bearings with the help of movable ones Pressure blocks, the one between their pressure surface and the block bearing washer Lubricating oil film pressure as a measured variable for the thrust over one located in the pressure blocks Pressure measuring bore and line is transmitted to a pressure measuring device.

Um Schubrechnungen für Axialdrucklager zu überprüfen, ist es notwendig, den Axialschub genau zu bestimmen. Bei Dampf- und Gasturbinen, die immer mit Axialschub arbeiten, ist außerdem eine fortlaufende Betriebskontrolle des Schubes insofern zweckmäßig, als daraus auf eine Versalzung bzw. To check thrust calculations for thrust bearings, it is necessary to to precisely determine the axial thrust. In steam and gas turbines, they always have axial thrust work is also a continuous operational control of the thrust insofar expedient than resulting in a salinization or

Verschmutzung der Beschaufelung geschlossen werden kann.Contamination of the blading can be closed.

Es ist bekannt, den Schub in Schublagern, die auf Gleitlagerbasis beruhen, unmittelbar druch Druckmeßdosen festzustellen. Derartige Meßvorrichtungen sind aber nicht nur baulich aufwendig und darum in der Herstellung teuer, sondern auch temperaturempfindlich und der Beeinflussung der Schubbelastung insofern unterworfen, als die Druckmeßdosen unter der Belastung geringfügig nachgeben, so daß also mit diesen Geräten nicht »wegelos« gemessen werden kann. Dies ist besonders dann von Nachteil, wenn das Tragverhalten der Einzelklötze bestimmt werden soll, weil bei der nicht wegelosen Messung hochbelastete Klötze nachgeben. It is known that the thrust in thrust bearings that are based on slide bearings based, to be determined directly by pressure cells. Such measuring devices are not only structurally complex and therefore expensive to manufacture, but also temperature-sensitive and subject to the influence of the shear load insofar as than the pressure cells give slightly under the load, so that with these devices cannot be measured "pathlessly". This is especially true of Disadvantage if the load-bearing behavior of the individual blocks is to be determined because at The heavily loaded blocks give in to the non-pathless measurement.

Es gibt auch auf der Temperaturbestimmung der Metalloberfläche der Druckblöcke aufgebaute indirekte Schubmessungsverfahren, die jedoch infolge der Abhängigkeit von der Ölzulauftemperatur nur sehr ungenaue Ergebnisse ermöglichen. Außerdem besteht zwischen der Blocktemperatur und der Belastung kein linearer Zusammenhang, so daß solche Meßeinrichtungen vorher geeicht werden müssen. There is also on the temperature determination of the metal surface of the Indirect thrust measurement methods built up by pressure blocks, which are, however, due to the Depending on the oil inlet temperature, only allow very imprecise results. In addition, there is no linear relationship between the block temperature and the load, so that such measuring devices have to be calibrated beforehand.

Ferner ist eine Anlage zur Anzeige, Kontrolle und Begrenzung des Axialschubes von Kreiselmaschinen bekannt, bei der der sich bei laufender Maschine zwischen Gleitscheibe und den kippbaren Axiallagerblöcken ausbildende Öldruck ausgenutzt, durch eine Rohrleitung abgenommen und auf geeignete Meß-und Regelgeräte gegeben wird. Es wird dabei der Öldruck durch die Klötze über eine durchgebohrte Halteschraube in die flexible Druckleitung weitergeführt. Außerdem ist der Durchtrittsquerschnitt zwischen Klotz und Halteschraube stark veränderlich und von der Einstellung der Klötze abhängig. Ferner liegt eine spezielle Druckverteilung über der Gleitfläche mit starken, örtlich veränderlichen Druckgradienten vor. Wenn nun bei dieser bekannten An- lage die Entnahmebohrung in einem Bereich liegt, wo noch ein starker Druckgradient vorhanden ist, so ist bei veränderlicher Belastung eine genaue Messung des Schubes nicht mehr möglich. Furthermore, a system for displaying, controlling and limiting the Axial thrust of centrifugal machines known, in which the machine is running Oil pressure that forms between the sliding washer and the tiltable axial bearing blocks is used, removed by a pipeline and placed on suitable measuring and control devices will. It is the oil pressure through the blocks via a holding screw that has been drilled through continued into the flexible pressure line. In addition, the passage cross-section between block and retaining screw highly variable and from the setting of the Blocks dependent. Furthermore, there is a special pressure distribution over the sliding surface with strong, locally variable pressure gradients. If now with this well-known At- the extraction hole is in an area where there is still a strong pressure gradient is present, an exact measurement of the thrust is possible with a variable load not possible anymore.

Schließlich arbeitet eine andere Sicherheits- und Meßeinrichtung zur Kontrolle und Begrenzung des Axialschubes von Kreiselmaschinen nicht mit dem Öldruck, der sich im Schmierkeil eines Axiallagers ausbildet. In baulich recht umständlicher Weise wird von zwei getrennten Ringen eine Flüssigkeitskammer gebildet, die einen Druckölzulauf und zwei ringförmige Ablauföffnungen hat, wobei der axiale Spalt der Ringöffnungen abhängig vom Axialschub veränderlich ist. Zudem wird in aufwendiger und störanfälliger Weise die Kammer von einer Ölpumpe beschickt, wobei die durchströmende Ölmenge von der Spaltweite der Ringöffnung abhängig ist. In der Zufuhrleitung ist dementsprechend ein veränderlicher öldruck vorhanden, der auch in der Kammer herrscht und als ein Maß für den Axialschub genommen werden kann. Die Betriebssicherheit dieser Axialschub-, Meß- und Begrenzungseinrichtung ist also von der Druckpumpe abhängig, die in nachteiliger Weise ein zusätzliches Aggregat darstellt, das ebenfalls während des Betriebes überwacht werden muß und somit die Überwachungseinrichtungen vermehrt. Finally, another safety and measuring device is working to control and limit the axial thrust of centrifugal machines not with the Oil pressure that develops in the lubricating wedge of an axial bearing. In structurally quite cumbersome A liquid chamber is formed by two separate rings, one Pressure oil inlet and two annular drain openings, the axial gap being the Ring openings is variable depending on the axial thrust. In addition, it becomes more complex and the chamber is fed by an oil pump, which is prone to failure, with the The amount of oil depends on the gap width of the ring opening. Is in the supply line accordingly there is a variable oil pressure that also prevails in the chamber and can be taken as a measure of the axial thrust. The operational safety this axial thrust, measuring and limiting device is therefore from the pressure pump dependent, which is an additional unit in a disadvantageous manner, which also must be monitored during operation and thus the monitoring equipment increased.

Gegenüber diesen bekannten Einrichtungen und Maßnahmen erfolgt gemäß der Erfindung die Entnahme des Druckes des Schmierölfilms und damit die Druckmessung im Gebiet des Druckmaximums des von der Blocklagerscheibe und der Lauffläche des schräggestellten Druckblockes gebildeten Schmierkeiles. Erfinderseitig ist nämlich auf Grund genauer Untersuchungen erkannt worden, daß die Druck-Verfahren zur Messung des Schubes von Maschinenwellen in Axialdrucklagern auf Gleitlagerbasis verteilung über der Gleitfläche ein ausgeprägtes Maximum hat, welches auch bei veränderlichem Axialschub seine Lage relativ zu der Gleitfläche nicht ändert. Außerdem wurde durch Versuche die Feststellung gemacht, daß die Druckverteilungskurven bei allen Belastungen affin zueinander- sind. Wenn also das Maximum der Verteilungskurve gemessen ist, so kann auf mathematisch genaue Weise der mittlere Druck im Schmierkeil errechnet werden. Das Maximum des Öldruckes ist nämlich ein genaues Maß für den Axialschub, wenn die Größe der Druckfläche bekannt ist. Da im übrigen nach der Charakteristik der Kurven das Maximum verhältnismäßig breit ist, werden Lagetoleranzen der Bohrung in dem Blocklager keinen nennenswerten Einfluß auf die Genauigkeit der Messung haben. Es baut sich also im Schmierfilm ein Druckberg auf, der bis zum hinteren Drittel der Klotzfläche ansteigt, dort sein Maximum hat und nach hinten stark abfällt. Wenn dieser exakte Druckverlauf gemittelt ist und dieser mittlere Druck mit der Tragfläche multipliziert wird, so wird direkt die Schubbelastung des Druckklotzes erhalten. Das Verhältnis des Druckes an einer beliebigen Stelle der Lauffläche des Klotzes, beispielsweise im Druckmaximum zum mittleren Druck, kann berechnet oder durch Eichversuch bestimmt werden. Es wird somit die Druckmessung direkt zur Schubbestimmung herangezogen, was zuverlässiger ist und zu wesentlich genaueren Meßergebnissen führt, als sie mit den bekannten Einrichtungen bisher möglich waren. Compared to these known facilities and measures is carried out in accordance with of the invention, the extraction of the pressure of the lubricating oil film and thus the pressure measurement in the area of the maximum pressure of the block bearing washer and the running surface of the inclined pressure block formed lubricating wedge. Namely, the inventor side It has been recognized on the basis of precise investigations that the pressure method for measurement the thrust of machine shafts in thrust bearings based on plain bearings distribution has a pronounced maximum above the sliding surface, which also changes when it changes Axial thrust does not change its position relative to the sliding surface. It was also through Attempts made the finding that the pressure distribution curves at all loads are affine to each other. So when the maximum of the distribution curve is measured, in this way, the mean pressure in the lubricating wedge can be calculated in a mathematically precise manner will. The maximum of the oil pressure is an exact measure for the axial thrust, when the size of the printing area is known. Since, by the way, according to the characteristic the maximum of the curves is relatively wide, there are positional tolerances of the hole in the block storage do not have any significant influence on the accuracy of the measurement. A pressure mountain builds up in the lubricating film, up to the rear third the block area rises, has its maximum there and drops sharply towards the rear. if this exact pressure curve is averaged and this mean pressure with the wing is multiplied, the thrust load of the pressure block is obtained directly. The ratio of the pressure at any point on the running surface of the block, for example in the pressure maximum to the mean pressure, can be calculated or by calibration test to be determined. The pressure measurement is therefore used directly to determine the thrust, which is more reliable and leads to much more accurate measurement results than them were previously possible with the known facilities.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. The invention is explained below with reference to the drawing.

In der Zeichnung ist teils im Schnitt, teils in Draufsicht ein Teil eines solchen Axiallagers in beispielsweiser Ausführung schematisch wiedergegeben. The drawing shows a part partly in section and partly in plan view such a thrust bearing shown schematically in an exemplary embodiment.

Der mit stark übertriebener Neigung dargestellte Druckblockl weist in bekannter Weise eine Kippkante 2 auf, durch die sich der Block im Gehäuse 3 schräg einstellen kann, so daß sich zwischen der Blocklagerscheibe 4 und der Weißmetall-Lauffläche 5 des Blockes 1 ein Schmierkeil 6 bildet, der das Einströmen des Öles zwischen der gemeinsamen Anlagefläche unter Vermeidung nachteiliger Wirbel erleichtert. Der sich in diesem Schmierkeil 6 ergebende Druckverlauf ist durch die über der Lauffläche 5 des Blockes 1 eingezeichnete Kurve 7 diagrammartig veranschaulicht. Hieraus ist das bei 8 liegende Druckmaximum erkennbar, in dessen Nähe eine Meßbohrung 9 im Druckblock 1 vorgesehen ist, von der aus dann über eine Meßleitung 10 der Öldruck zu einem Druckmeßgerät 11 weitergeleitet wird. Die Blocklagerscheibe 4 ist mit der Maschinenwelle 12 fest verbunden und läuft mit dieser um. Erfindungsgemäß wird diese Meßbohrung 9 in das Gebiet des Druckmaximums gelegt, da dort der Druckverlauf einem Paraboloid ähnlich ist, d. h. nach allen Seiten zuerst nur wenig abnimmt. Hierdurch wird die Messung hinreichend genau, auch wenn die Druckentnahmestelle, also die Mündung der Bohrung 9, nicht ganz exakt im Druckmaximum liegt. The pressure block shown with a greatly exaggerated inclination has in a known manner a tilting edge 2, through which the block in the housing 3 is inclined can adjust so that between the block bearing washer 4 and the white metal tread 5 of the block 1 forms a lubricating wedge 6, which allows the inflow of oil between the common contact surface while avoiding disadvantageous eddies facilitated. Which in this lubricating wedge 6 resulting pressure curve is through the over the running surface 5 of the block 1 shown curve 7 illustrated diagrammatically. From this is the pressure maximum lying at 8 can be seen, in the vicinity of which a measuring bore 9 in the pressure block 1 is provided from the then via a measuring line 10 the oil pressure to a pressure measuring device 11 is forwarded. The block bearing disk 4 is fixed to the machine shaft 12 connected and circulates with it. According to the invention, this measuring bore 9 is in the The area of the pressure maximum, because there the pressure curve is similar to a paraboloid is, d. H. at first only decreases slightly in all directions. This will make the measurement sufficiently accurate, even if the pressure tapping point, i.e. the mouth of the bore 9, is not exactly at the maximum pressure.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, das Druckmeßgerät 11 mit einer entsprechenden Skala zu versehen, durch die an Stelle des Druckes im Maximum an diesem Gerät der aufgetretene Schub unmittelbar als Kraft oder die mittlere Flächenpressung abgelesen werden kann. Finally, it is proposed that the pressure measuring device 11 with a appropriate scale to be provided by the maximum instead of the pressure In this device, the thrust that occurs directly as a force or the mean surface pressure can be read.

Die Schubmessung kann über ein Druckmeßgerät in einen Impuls umgewandelt werden, der entweder bei Überschreitung eines Grenzwertes einen Alarm oder den Schnellschluß der Maschine auslöst oder in die Regeleinrichtung derart eingreift, daß die Last auf jenes Maß zurückgenommen wird, bei dem die zulässige Grenze des Schubes noch eingehalten ist. The thrust measurement can be converted into a pulse using a pressure measuring device that either an alarm or the quick closing when a limit value is exceeded the machine triggers or intervenes in the control device in such a way that the load is withdrawn to the extent at which the admissible limit of the thrust is still is observed.

Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf die Messung des Axialschubes von Dampf- und Gasturbinen, sondem auf die Messung des Axialschubes von Kreiselmaschinen beliebiger Art, z. B. auch von Pumpen und Gebläsen. The invention relates not only to the measurement of the axial thrust of steam and gas turbines, special to the measurement of the axial thrust of centrifugal machines of any kind, e.g. B. also pumps and fans.

Claims

Claim: Method for measuring the thrust of machine shafts in axial thrust bearings based on plain bearings with the help of movable pressure blocks, whereby the lubricating oil film pressure between its pressure surface and the block bearing washer as a measured variable for the thrust via a pressure measuring bore located in the pressure blocks and line is transmitted to a pressure measuring device, characterized in that taking the pressure of the lubricating oil film and thus measuring the pressure in the area the pressure maximum (8) of the block bearing disc (4) and the running surface (5) of the inclined pressure block (1) formed lubricating wedge (6) takes place.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1,104,219; British Patent No. 693 021.