DE1236866B

DE1236866B - Combined support and thrust bearing for rotors of heavy turbo machines

Info

Publication number: DE1236866B
Application number: DEA33642A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wilhelm Endres
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1959-12-14
Filing date: 1959-12-31
Publication date: 1967-03-16

Description

Kombiniertes Trag- und Drucklager für Rotoren schwerer Turbomaschinen Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Trag- und Drucklager für Rotoren schwerer Turbomaschinen, dessen Lagerschale aus elastischen, aus Stegen bestehenden Gelenken aufgehängt ist, welche in engen Grenzen ein Schwenken der Lagerschale um eine senkrecht zur Rotorachse stehende Achse zulassen.Combined support and thrust bearing for rotors of heavy turbo machines The invention relates to a combined support and thrust bearing for rotors heavier Turbomachines, the bearing shell of which consists of elastic joints consisting of webs is suspended, which within narrow limits a pivoting of the bearing shell around a perpendicular Allow axis standing to the rotor axis.

Im Turbomaschinenbau sind vorwiegend zwei Ausfdhrungsarten für Trag- und Drucklager bekannt. Entweder wird die Lagerschale spielfrei und unbeweglich im Lagergehäuse montiert, dann hat sie keine Möglichkeit, z. B. bei ;einer vorkommenden Fundamentsenkung eine Schrägstellung des Lagerblockes und damit des Lagergehäuses auszugleichen. Oder man gibt der Lagerschale durch ein kleines Montagespiel im Lagergehäuse eine gewisse Anpassungsmöglichkeit an die Wellenlage, doch ist dies zwangläufig mit der überwindung von Reibungskräften verbunden. Darüber hinaus haben diese Ausführungen den Nachteil, daß bei Vibrationen der Welle die Lagerschale im Gehäuse um das vorhandene Spiel hin- und herschlagen kann. Solche Konstruktionen können beispielsweise darauf beruhen, daß die Lagerschale kugelförmig ausgeführt und somit im Lagergehäuse allseitig drehbar gelagert ist.In turbo machine construction there are mainly two types of support and thrust bearings known. Either the bearing shell becomes free of play and immobile mounted in the bearing housing, then it has no way to z. B. at; an occurring Lowering of the foundation inclination of the bearing block and thus of the bearing housing balance. Or you can give the bearing shell through a small assembly play in the bearing housing some adaptability to the wave position, but this is inevitable associated with overcoming frictional forces. In addition, these designs have the disadvantage that when the shaft vibrates, the bearing shell in the housing around the existing one Game can flip back and forth. Such constructions can, for example, on it are based on the fact that the bearing shell is spherical and thus on all sides in the bearing housing is rotatably mounted.

Es ist ferner eine Lageraufhängung mit Spanndrähten bekannt, die eine Winkelbewegung der Welle nach allen Seiten gestattet. Naturgemäß ist eine solche Ausführung zur Lagerung von Rotoren schwerer Maschinen ungeeignet, auch wäre sie trotz stärkster Spannung der Drähte nicht in der Lage, axiale, also senkrecht zur Spannrichtung wirkende Kräfte ohne axiale Verschiebung der Welle aufzunehmen, wobei eine bleibende Längendehnung der Drähte unvermeidlich wäre.There is also a bearing suspension with tension wires is known, the one Angular movement of the shaft permitted in all directions. Such is natural Execution for the storage of rotors of heavy machinery unsuitable, it would also be despite the strongest tension the wires are unable to axial, i.e. perpendicular to the Clamping direction to absorb forces without axial displacement of the shaft, with permanent elongation of the wires would be inevitable.

Bei einer anderen bekannten Konstruktion ist die Lagerschale an zwei elastischen Gelenken befestigt, die aus je zwei achsparallelen Stegen bestehen. Diese Gelenke lassen in engen Grenzen ein Schwenkender Lagerschale um eine einzige, senkrecht zur Rotorachse stehende Achse zu, wobei sie auf Torsion beansprucht werden, sie lassen aber keine Winkelbewegung in anderen Richtungen zu. Durchdie gewählte Anordnung der Stege ist die Lagerschale in axialer Richtung praktisch unbeweglich, gegen Kräfte senkrecht zur Ebene der Stege ist sie jedoch nachgiebig. Die Gelenke sind somit schub- und zugsteif, aber biegeweich und für die Bewegung der Lagerschale nur um die eine Schwenkachse torsionsschlaff.In another known construction, the bearing shell is attached to two elastic joints which each consist of two axially parallel webs. These joints allow the bearing shell to pivot about a single axis perpendicular to the rotor axis within narrow limits, whereby they are subjected to torsion stress, but they do not allow any angular movement in other directions. Due to the chosen arrangement of the webs, the bearing shell is practically immobile in the axial direction, but it is flexible against forces perpendicular to the plane of the webs. The joints are thus shear and tensile stiff, but flexible and torsionally slack for the movement of the bearing shell only about the one pivot axis.

Keine der bekannten Ausführungen vereint Spielfreiheit mit kardanischer Einstellbarkeit und ist gleichzeitig in der Lage, große axiale oder seitliche Kräfte, wie sie beispielsweise durch das Gewicht des Rotors hervorgerufen werden, aufzunehmen.None of the known designs combines zero backlash with cardanic Adjustability and at the same time is able to withstand large axial or lateral forces, as they are caused, for example, by the weight of the rotor.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Lageraufhängung mittels elastischer Gelenke zu schaffen, die gegen große axiale und seitliche Kräfte schub-, zug- und biegesteif, gegen eine Winkelbewegung der Lagerschale nach jeder beliebigen Richtung jedoch torsionsschlaff sind. Dieses Ziel soll erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß zwei Gelenkpaare mit je einer gemeinsamen Schwenkachse vorgesehen sind, welch letztere zueinander und zur Rotorachse senkrecht aufeinanderstehen, wobei die Stege jedes Gelenkes sternförmig um die zugehörige Schwenkachse angeordnet sind, und daß ferner das eine Gelenkpaar die Lagerschale mit einem Lagergehäuse verbindet, während das andere Gelenkpaar zwischen Lagergehäuse und Lagerbock vorgesehen ist.The invention has therefore set itself the task of creating a bearing suspension by means of elastic joints which are rigid against large axial and lateral forces in terms of thrust, tension and bending, but are torsionally slack against angular movement of the bearing shell in any direction. This aim is to be achieved according to the invention in that two pairs of joints are provided, each with a common pivot axis, the latter being perpendicular to each other and to the rotor axis, the webs of each joint being arranged in a star shape around the associated pivot axis, and that one pair of joints also includes the bearing shell connects a bearing housing, while the other pair of joints is provided between the bearing housing and bearing block.

Für die Lageraufhängung ergibt sich daraus, daß alle Kräfte oder deren Komponenten, gegen die die Lagerschale praktisch unverrückbar sein soll, in die Ebene eines Steges fallen, so daß der Winkelbewegoung der Laaerschale nur die schwachen Torsionswiderstände der Stege entgegenstehen. Zwei parallel angeordnete oder in einer Ebene liegende Stege können diese Aufgabe nicht lerfüllen. Jedes elastische Gelenk muß aus mindestens zwei Stegen bestehen, die hinsichtlich der zugehörigen Schwenkachse der Lagerschale sternförmig angeordnet sind. Da ein -solches gung Paar elastischer Gelenke nur eine Schwenkbeweg in einer Ebene senkrecht zur Schwenkachse zuließe, wird senkrecht dazu ein zweites Paar elastischer Gelenke vorgesehen, wodurch sich eine kardanische Aufhängung der Lagerschale mit der Möglichkeit einer gewissen Winkelbewegung ergibt.For the bearing suspension it follows that all forces or their Components against which the bearing shell should be practically immovable into the Falling level of a web, so that the angular movement of the Laaerschale is only weak Oppose torsional resistances of the webs. Two parallel or in Bridges lying on one level cannot fulfill this task. Any elastic Joint must consist of at least two webs that are related to the associated Pivot axis of the bearing shell are arranged in a star shape. There one -such supply Pair of elastic joints only one pivoting movement in a plane perpendicular to the pivot axis allow, a second pair of elastic joints is provided perpendicular to it, whereby a cardanic suspension of the bearing shell with the possibility of a certain Angular movement results.

In der Zeichnung ist in F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt; F i g. 2 zeigt eine Variante eines elastischen Gelenkes.In the drawing, FIG. 1 schematically shows an embodiment of the invention; F i g. 2 shows a variant of an elastic joint.

Nach F i g. 1 ist die Lagerschale 1 mittels des Gelenkpaares 2 im Lagergehäuse 3 elastisch gelagert und kann sich diesem gegenüber in gewissen Grenzen um eine vertikale Achse drehen. In gleicher Art ist das Lagergehäuse 3 mittels des Gelenkpaares 4 im Lagerbock 5 gelagert und kann sich in gleicher Weise um eine waagerechte Achse drehen.According to FIG. 1 , the bearing shell 1 is elastically mounted in the bearing housing 3 by means of the pair of joints 2 and can rotate about a vertical axis relative to this within certain limits. In the same way, the bearing housing 3 is mounted in the bearing block 5 by means of the pair of joints 4 and can rotate in the same way about a horizontal axis.

Durch das Gelenkpaar 2 ist die Lagerschale 1 im Lagergehäuse 3 und dieses durch das Gelenkpaar 4 im Lagerbock 5 schub- und zugsteif aufgehängt, d. h., gegenüber Kräften inAchsrichtung ist dieLagerschale nahezu unnachgiebig. Ferner ist sie durch die beschriebene Art des Einbaues biegesteif gelagert, d. h., daß sie auch Kräfte normal zur Achsrichtung aufnehmen kann.Due to the pair of joints 2, the bearing shell 1 is suspended in the bearing housing 3 and this is suspended by the pair of joints 4 in the bearing block 5 in a shear and tensile manner, d. That is, the bearing shell is almost inflexible to forces in the axial direction. Furthermore, it is rigidly mounted due to the type of installation described, d. This means that it can also absorb forces normal to the axial direction.

Bei einer Schwenkbewegung der Welle in einer Vertikalebene, also um eine horizontale Schwenkachse wird das Gelenkpaar 4 auf Torsion beansprucht und das Gelenkpaar 2 bleibt in Ruhe. Bei einer Schwenkbewegung derWelle in einerHorizontalebene ist es umgekehrt. Eine Winkelbewegung der Welle und somit der Lagerschale kann in eine vertikale und eine horizontale Schwenkbewegung zerlegt gedacht werden, woraus ersichtlich ist, daß alle vier Gelenke jo, eichzeitig auf Torsion beansprucht werden.With a pivoting movement of the shaft in a vertical plane, so around a horizontal pivot axis, the pair of joints 4 is subjected to torsion and the pair of joints 2 remains at rest. With a pivoting movement of the shaft in a horizontal plane it's the other way around. An angular movement of the shaft and thus of the bearing shell can occur in a vertical and a horizontal pivoting movement can be thought of as disassembled from what it can be seen that all four joints jo, are simultaneously subjected to torsion.

Die Gelenkpaare 2 und 4 haben vorteilhafterweise gleichen Torsionswiderstand, ferner schneiden sich die beiden Schwenkachsen unter einem rechten Winkel. Dadurch leistet die Lagerschale 1 nach jeder Richtung gegen eine Auslenkung um den gleichen Winkel aus der Normallage den gleichen Widerstand. Ohne äußere Reibungskräfte überwinden zu müssen, ist die Lagerschale elastisch drehbeweglich und kann sich einer geänderten Wellenlage anpassen, wodurch die Betriebssicherheit erhöht wird. Trotzdem ist sie fest und spielfrei mit dem Lagerbock 5 verbunden, was bei Kraftwechsel ein schlagartiges übertragen der Kräfte vermeidet und die Laufruhe der Maschine verbessert. Nach F i g. 1 stehen die elastischen Stege der Ge- lenkpaare 2 und 4 in Kreuzforin, doch ist auch jede andere zweckentsprechende Anordnung oder Anzahl Stege möglich. Wie in F i g. 2 dargestellt ist, können auch die Stege 6 eines elastischen Gelenkes durch einen Innenring 7 und einen Außenring 8 zu einer Einheit zusammengefaßt sein. Der Innenring wird z. B. mit der Lagerschale 1, der Außenring mit dem Lagergehäuse 3 starr verbunden. Auftretende Torsionsmomente bewirken ein Verdrehen der beiden Ringe 7 und 8 gegeneinander um die gemeinsame Achse, wobei die Stege 6 S-förmig elastisch deformiert werden. Auch diese Gelenke sind also in ihrer Gesamtwirkung torsionsschlaff, obwohl ihre Stege auf Biegung beansprucht werden.The pairs of joints 2 and 4 advantageously have the same torsional resistance, and the two pivot axes also intersect at a right angle. As a result, the bearing shell 1 offers the same resistance in every direction against a deflection by the same angle from the normal position. Without having to overcome external frictional forces, the bearing shell is elastically rotatable and can adapt to a changed shaft position, which increases operational reliability. In spite of this, it is firmly connected to the bearing block 5 without play, which avoids a sudden transfer of forces when the force changes and improves the smoothness of the machine. According to FIG. 1 are the elastic webs of the overall steering pairs 2 and 4 in Kreuzforin, but also any other suitably appropriate arrangement or number of webs is possible. As in Fig. 2 is shown, the webs 6 of an elastic joint can be combined into a unit by an inner ring 7 and an outer ring 8. The inner ring is z. B. with the bearing shell 1, the outer ring with the bearing housing 3 rigidly connected. Torsional moments that occur cause the two rings 7 and 8 to rotate relative to one another about the common axis, the webs 6 being elastically deformed in an S-shape. These joints are also torsionally slack in their overall effect, although their webs are subjected to bending.

Claims

Claims: 1. Combined support and thrust bearing for rotors of heavy turbo machines, the bearing shell of which is suspended on elastic joints consisting of webs, which allow the bearing shell to pivot about an axis perpendicular to the rotor axis within narrow limits, characterized in that two pairs of joints ( are 2,4) each having a common pivot axis provided, the latter to each other and are perpendicular to the rotor axis, wherein the webs (6) of each joint arranged stemförinig about the associated pivot axis, and in that further comprises a pair of joints (2), the bearing shell ( 1) connects to a bearing housing (3) , while the other pair of joints (4) is provided between the bearing housing (3) and bearing block (5) .

2. Bearing according to claim 1, characterized in that the elastic webs of the joints for each pair of joints (2, 4) have the same torsional resistance. Considered publications: German Patent Nos. 352 079, 947 125, 955 734; German Auslegeschrift No. 1066 810; Swiss Patent No. 152 333; French Patent Specification No. 1,053,655. U.S. Patent No. 2,735,731 ; "Flugwelt", Vol. 4 (1952), Issue 3, p. 80; "Constructions from steam turbine construction" by Loschge-Schakig, Springer-Verlag, 1938, p.15.