DE1248385B - Einrichtung zum Vermindern des Waermeueberganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und einem Waelzlager - Google Patents

Einrichtung zum Vermindern des Waermeueberganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und einem Waelzlager

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DE1248385B
DE1248385B DEW28339A DEW0028339A DE1248385B DE 1248385 B DE1248385 B DE 1248385B DE W28339 A DEW28339 A DE W28339A DE W0028339 A DEW0028339 A DE W0028339A DE 1248385 B DE1248385 B DE 1248385B
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DE
Germany
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shaft
cooling air
heat
bearing
roller bearing
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Pending
Application number
DEW28339A
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English (en)
Inventor
Edward Macha
Oliver Steele
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/525Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to temperature and heat, e.g. insulation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Vermindern des Wärmeüberganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und einem Wälzlager Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vermindern des Wärmeüberganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und einem Wälzlager, zwischen dem und der Welle ein die Welle umgebendes wärmedämmendes Rohr angeordnet ist.
  • Bei der Anordnung von Wälzlagem auf Wellen, die sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ergeben sich Schwierigkeiten, da die für die Schmierung der Wälzlager verwendeten Schmiermittel nur bis zu bestimmten Höchstteniperaturen verwendet werden können. Werden diese Grenztemperaturen überschritten, so zersetzt sich das Schmierinittel und es können Lagerschäden eintreten. übliche Wälzlagerschmiermittel vertragen im allgemeinen nur mittlere Temperaturen in der Größenordnung von 230' C, können kurzzeitig jedoch auch Temperaturen von etwa 290' C ausgesetzt werden. Die obere Temperaturgrenze für üblicherweise zur Verfügung stehende Schmiermittel liegt also etwa bei 2601 C. In manchen Fällen ist es aber notwendig, daß die Welle der Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine, bei Temperaturen in der Größenordnung von 5001 C und mehrläuft.
  • Zur Verringerung des Wärmeüberganges von einer derartig hohen Temperaturen ausgesetzten Welle auf ein Wälzlager ist es bereits aus der deutschen Patentschrift 513 157 bekannt, das Wälzlager auf einem rohrförinigen Träger aus einem die Wärme schlecht leitenden Material anzuordnen, wobei der Träger nur an einem oder beiden Enden auf der Welle befestigt ist. Dieser Träger wird mit Schrniermittel gekühlt, das in den Hohlraum zwischen Welle und Träger mit Hilfe eines zusätzlichen Röhrchens eingespritzt wird. Abgesehen davon, daß der Rohrquerschnitt die Förderrnenge stark begrenzt, sind solche zusätzlichen Mittel zur Kühlung des Lagers sehr störanfällig, da beispielsweise das Röhrchen leicht verstopfen kann.
  • Aus der deutschen Patentschrift 453 225 ist es ferner bekannt, ein auf einer heißen Welle angeordnetes wärmedämmendes Rohr an der ein Wälzlager tragenden Oberfläche mit axial verlaufenden Nuten zu versehen. Durch diese wird ein Kühlmittel geleitet, das auch den Lagerinnenring über einen Teil seines Umfanges kühlt, während der andere Teil über das wärmedämmende Rohr mittelbar mit der heißen Welle in Berührung steht. Da die Ausdehnung der Nuten beschränkt ist, wird der Wärmeübergang von der Welle auf das Wälzlager nur teilweise eingeschränkt.
  • Durch die Erfindung werden die bekannten Einrichtungen zum Vermindern des Wärmeüberganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle und einem Wälzlager verbessert. Gemäß der Erfindung ist der umlaufende Wälzlagerring auf einem das wärmedämmende Rohr mit Abstand umgebenden rohrförmigen Träger angeordnet, der über einen mit ihm einstückigen, mit Durchbrüchen versehenen Teil möglichst geringer Leitfähigkeit mit einem Ende an der Welle befestigt ist und gemeinsam mit dem wärmedämmenden Rohr einen Teil eines das gesamte Wälzlager umgebenden Kühlluftkanals bildet.
  • Auf diese Weise wird das Wälzlager allseitig gekühlt und gegen die heiße Welle wirksam abgeschirmt. Der Wärmefluß von der Welle zu dem Wälzlager über den Träaer des Lagerinnenringes ist dadurch weitgehend vermindert daß der Träger nur durch einen sehr dünnen Teil mit seiner Befestigung an der Welle verbunden ist. der außerdem gekühlt ist, da seine Durchbrüche von Kühlluft durchströmt sind. Diese Einrichtung gemäß der Erfindung ergibt den Vorteil, daß die Temperaturen im Raum des Wälzlagers wesentlich geringer sind als die Temperaturen im C, Bereich der Welle, so daß eine Zersetzung des Schm;ermittels für das Wälzlager nicht zu befürchten ist.
  • Zum besonderen Schutz des Wälzlagers können zusätzlich an den Stirnseiten des Wälzla-ers noch Cr e sopderte Wärmeableitrinae aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet werden, die man am umlaufenden Träger befestigt. Diese Wärmeableitringe vergrößern die kühlende Oberfläche der umlaufenden Teile des Wälzlagers und ermöglichen außerdem, da sie mit einer verhältnismäßig großen Fläche in en-ern Abstand zu dem stehenden Trä-er C el umlaufen, eine Abstrahlung eines Teiles der Wärme auch auf dem stehenden Träger.
  • Um ein einwandfreies Arbeiten des Wälzlagers zu gewährleisten, wird während des Betriebes die in dem das aesamte Wälziaoer um-ebenden Kühlluftkanal vorhandene Kühlluft ständig umgewälzt. Dazu ist es vorteilhaft, einen dieser Wärmeableitringe als Zentrifugallüfter auszubilden, der die Kühlluftzirkulation aufrechterhält.
  • Die in dem das Wälzlaaer umgebenden Kühlluftkanal umlaufende Kühlluft bestreicht auf der von der Welle abgewandten Seite des Wälzlagers kühlere Teile, so daß sie dort die aufgenommene Wärme abgeben kann und rückgekühlt wird. Es ist vorteilhaft, daß die Kühlluft dort an einern, rohrförmigen Ansatz eines Lagerschildes entlangstreicht, dessen beide Mantelflächen mit Kühlrippen versehen sind und der außen von Ständerkühlluft bestrichen wird. Dadurch ist ein Wärmeaustausch zu der außerhalb des Lagerraumes liegenden kalten Umgebung ermöglicht.
  • Im folgenden sei die Erfindung an Hand eines in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • F i 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung, F i g. 2 ist ein Teilschnitt längs der Linie A-B der F i 1.
  • Der Läufer 1 des elektrischen Motors 2 ist mit der vertikalen Welle 3 verbunden, die sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Zur Lagerung des Läufers 1 in dem Ständer 4 dient das Wälzlager 5. Das gesamte Wälzlagger 5 ist von einem Kühlluftkanal 6 umgeben. Daher ist das Wälzlager 5- nicht unmittelbar auf der Welle 3 befestigt, sondern wird von zwei Trägern 7 und 8 in Abstand zu den benachbarten Teilen gehalten. Beide Träger 7 und 8 sind rohrförmig ausgebildet.
  • Der Träger 7 weist an seinem oberen Ende den Wulst 9 auf, mit dem er an dem Flansch 10 der Welle 3 anliegt und an dem Läufer 1 befestigt ist. Zwischen dem den Sitz für den inneren Lagerring 11 bildenden Teil 12 des Trägers 7 und dem Wulst 9 liegt der außerordentlich dünn ausgebildete Teil 13. Die Stärke des Teils 13 ist so gewählt, daß die Wärmeleitun(r von dem Wulst 9 zum Teil 12 sehr gering ist, daß aber die erforderliche mechanische Festigkeit eingehalten ist. Außerdem ist der Teil 13 mit Durchbrüchen 14 versehen, damit der das Wälzlager 5 umgebende Kühlluftkanal 6 nicht unterbrochen ist.
  • Der zwischen der Welle 3 und dem Träger 7 lie-C aende Teil des Kühlluftkanals 6 ist auf der der Welle 3 zugewandten Seite durch das wärmedämmende Rohr 15 be"renzt. Dieses Rohr 15 liegt nicht unmittelbar C auf der Welle 3 auf, sondern liegt nur an zwei Ringflanschen 16 und 17 der Welle 3 an. Dadurch besteht im Bereich des Wälzlagers 5 zwischen der Welle 3 und dem Rohr 15 ein luftgefüllter Zwischenraum. Das Rohr 15 bildet somit einen thermischen Schutz, der in diesem Bereich die Abstrahlung der in der Welle vorhandenen Wärme verringert.
  • Das Wälzlager 5 ist ein Kugellager und, da es das Gewicht des Läufers 1 zu tragen hat, als Schulterlager ausgebildet, dessen äußerer Laufring 19 sich gegen die Schulter 18 des Trä-ers 8 axial abstützt. Auf der Außenseite weist der Träger 8 die Schulter 20 auf, über die er von dem ihn umaebenden rohrförmigen Ansatz 21 des La 'gerschildes 22 getragen wird. Auf der dem Laaerträ,Uer 8 zugewandten Innenseite trägt der rohrförmige Ansatz 21 des Lagerschildes 22 Rippen 23, die an ihren unteren Enden mit Vorsprüngen 24 versehen sind, auf der die Schulter 20 des Trägers 8 aufliegt. Zwischen den Rippen 23 sind somit Kanäle 25 gebildet, die Teile des das Wälzlager 5 umgebenden Kühlluftkanals 6 sind.
  • Um die Abführung der Wärme aus dem Wälzlager 5 selbst zu verbessern, sind am Träger 7 die Wärmeableitrin-e 26 und 27 unterhalb und oberhalb des Wälzlagers 5 befestigt. Sie bestehen aus einem Material, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material der Lagerringe des Wälzlagers und der Kugeln, z. B. aus einer Kupferlegierung. Die Zwischenräume zwischen den Wärmeableitringen 26, 27 und dem stillstehenden äußeren Träger 8 sind so klein wie möglich gehalten, damit die Wärme von den Wärmeableitringen 26, 27 auch auf dem äußeren Träger 8 übergehen kann. Im allgemeinen sind dafür Abstände von 0,2 bis 0,3 mm ausreichend. Zur Erleichterung dieses Wärmeüberganges ist der obere Wärmeableitring 27 abgesehrägt.
  • Um ein einwandfreies Arbeiten des Wälzlagers 5 zu gewährleisten, wird während des Betriebes des Elektromotors 2 die Kühlluft in dem das Wälzlager 5 umgebenden Kühlluftkanal 6 ständig umgewälzt. Dazu sind an der unteren Fläche des Wärmeableitringes 26 radial -erichtete Lüfterflügel 28 befestigt. Diese bilden Förderkanäle, die an der dem Wärmeableitring 26 abgekehrten Seite von dem Ring 29 abgedeckt sind.
  • Während der Rotation der Welle 3 wird die Kühlluft durch die Lüfterflügel 28 umgewälzt. Die Kühlluft strömt infolgedessen, wie es in F i g. 2 durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet ist, durch die Kanäle 25 und kühlt hierbei den äußeren, stillstehenden Träger 8. Nach dem Austritt aus den Kanälen 25 fließt die Kühlluft längs der Oberfläche des Wärmeableitringes 27, durchströmt dann die Durchbrüche 14 des Teiles 13 und tritt in den ringförmigen Raum ein, der durch das Rohr 15 und den inneren, umlaufenden Träger 7 gebildet wird. Die Kühlluft übernimmt hierbei die Wärme vom Rohr 15 und vom inneren Träger 7. Anschließend tritt die Kühlluft wieder in den Zentrifugallüfter ein. Hierbei übernimmt sie die Wärme vom Wärmeableitring 26.
  • Die bei ihrem Umlauf aufgenommene Wärme gibt die Kühlluft während des Umlaufes an den Ansatz 21 des Lagerschildes 22 ab, dessen kühlende Oberfläche durch die Rippen 23 und die auf der Außenseite liegenden Kühlrippen 30 vergrößert ist. Die Kühlrippen 30 werden durch einen Kühlluftstrom gekühlt, der an der Außenseite des rohrförmigen Ansatzes 21 entlangfließt und der einen Teil eines zur Kühlung des Ständers 4 verwendeten Kühlkreislaufes bildet.
  • Zwischen dem Läufer 1 und dem Wälzlager 5 ist weiterhin der Wärmeschutz 31 angeordnet, der aus einer Reihe von mit Abstand anaeordneten Platten C besteht, die den Wärmeübergang vom Lagerraurn zum Läufer erschweren. Gleichzeitic, be-renzt dieser C C Wärmeschutz 31 einen Teil des Kühlluftkanals 6.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Vermindern des Wärmeüberg ganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und einem Wälzlager, zwischen dem und der Welle ein die Welle umgebendes wärmedämmendes Rohr angeordnet ist, dadurch ge- kennzeichnet, daß der umlaufende Wälzlagerring (1-1) auf einem das wärmedämmende Rohr (15) mit Abstand umgebenden rohrförmigen Träger (7) angeordnet ist, der über einen mit ihm einstückigen, mit Durchbrüchen (14) verschenen Teil (13) möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit mit einem Ende an der Welle (3) befestigt ist und gemeinsam mit dem wärmedämmenden Rohr (15) einen Teil eines das gesamte Wälzlager (5) umgebenden Kühlluftkanals (6) bildet.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß an den Stirnseiten des Wälzlagers (5) Wärmeableitringe (16, 27) aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit angeordnet sind, die ebenfalls einen Teil des Kühlluftkanals (6) begrenzen. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitringe (26, 27) am Träger (7) des umlaufenden Lagerringes (11) ZD befestigt sind. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wärmeableitringe (26) als Zentrifugallüfter ausgebildet ist. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Wälzlager (5) radial umgebende Teil (25) des Kühlluftkanals (6) radial außen von einem rohrförmigen Ansatz (21) eines Lagerschildes (221) begrenzt ist, dessen beide Mantelflächen mit Kühlrippen (23, 30) versehen sind und der außen von Ständerkühlluft bestrichen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 513 157, 453 225; »Grundlagen der Wälzlagertechnik« von Palmgren, Franckh'sche Verlagsbuchhandlung, W. Keller & Co., Stuttgart 1950, S. 180 bis 182.
DEW28339A 1959-10-12 1960-08-08 Einrichtung zum Vermindern des Waermeueberganges zwischen einer sehr hohen Temperaturen ausgesetzten Welle einer elektrischen Maschine und einem Waelzlager Pending DE1248385B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19820111A1 (de) * 1998-05-06 1999-11-11 Asea Brown Boveri Hinterlüftung der Lagerbockkonsolen eines Generators mit direkter Saugkühlung

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE453225C (de) * 1926-10-17 1927-12-01 Schmidt Sche Heissdampf Ges M Kuehlvorrichtung fuer die Lagerung rasch laufender heisser Wellen
DE513157C (de) * 1929-08-31 1930-11-27 Bbc Brown Boveri & Cie Waelzlager auf heissen Wellen

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