DE1400438C - Selbstpumpendes Spurlager für elektrische Maschinen mit vertikaler Welle, insbesondere für Wasserkraftgeneratoren - Google Patents

Description

Zur Lagerung von elektrischen Maschinen mit vertikaler Welle, insbesondere für Wasserkraftgeneratoren, dienen bekanntlich unter öl liegende Spurlager, deren Tragflächen als Segmente ausgebildet sind. Zwischen dem Spurring des umlaufenden Tragkopfes der Welle und den Tragflächen der Segmente entsteht ein Ölfilm, der die Lagerkräfte aufnimmt und eine direkte metallische Berührung der Lagerflächen vermeidet. Die durch die Lagerreibung entstehende Wärme im öl wird durch einen ständigen ölumlauf abgeführt.

Die Erfindung befaßt sich mit einem selbstpumpenden Spurlager für elektrische Maschinen mit vertikaler Welle, insbesondere für Wasserkraftgeneratoren, bei dem der ölumlauf durch im umlaufenden Spurring vorgesehene radiale Bohrungen bewirkt wird, die das öl aus einem Ansaugraum absaugen, der sich unmittelbar unterhalb eines zwischen den feststehenden Teilen des Spurlagerkopfes und dem rotierenden Tragkopf gebildeten Spaltes befindet, der oberhalb des Ansaugraumes unter Einwirkung eines erhöhten Öldruckes im Spalt gegen das Eindringen von Luftblasen abgedichtet ist. Ein derartiges selbstpumpendes Spurlager ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 720 816 beschrieben.

Bei selbstpumpenden Spurlagern für elektrische Maschinen, die mit hoher Drehzahl umlaufen, also beispielsweise bei selbstpumpenden Spurlagern für 8-bis 12polige Wasserkraftgeneratoren, können im Ansauggebiet des Öles turbulente Störungen entstehen, so daß durch den im Ansauggebiet herrschenden Unterdruck in Zusammenwirkung mit Wirbelbildungen sich oberhalb des ölspiegels befindende Luft angesaugt wird. Gelangen Luftblasen in den ölkreislauf, so führt dies zu einem starken Absinken des für die ölumwälzung benötigten Öldruckes und damit zu einer Beeinträchtigung der Kühlung des Lagers.

Bei dem aus der genannten britischen Patentschrift bekannten selbstpumpenden Spurlager ist daher die den Spalt gegenüber dem rotierenden Tragkopf begrenzende feststehende Innenwand des Spurlagertopfes mit einem ringförmigen Ansatz versehen, der unter Bildung eines engen Schlitzes in eine Ausdrehung des Tragkopfes hineinragt. Beim Drehen des mit der Welle verbundenen Tragkopfes wird das im Spalt zwischen dem Spurlagertopf und dem Tragkopf befindliche öl mitgenommen, so daß dieses öl, in das bei turbulenten Störungen im Spalt Luftblasen eintreten können, infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte gegen die den Spalt begrenzende Wand des Tragkopfes gedrückt wird. Dieser erhöhte Öldruck hängt von der Größe der Zentrifugalkräfte und damit von der Differenz zwischen den Radien des Spaltes und des engen Schlitzes ab. Da diese Differenz sehr klein ist, ist trotz der besonderen Formgebung des Spaltes, die durch den in eine Ausdrehung des Tragkopfes hineinragenden ringförmigen Ansatz erzielt wird, ein sicheres Abdichten des Spaltes gegenüber bei turbulenten Störungen auftretenden Luftblasen nicht mit Sicherheit gewährleistet. Da außerdem die Saugwirkung des unmittelbar unter dem engen Schlitz befindlichen Ansaugraumes bestehen bleibt, besteht die Gefahr, daß Luftblasen in den ölkreislauf gesaugt werden und damit die Kühlung des Lagers beeinträchtigen.

Aus der britischen Patentschrift 780 094 ist ein selbstpumpcndes Spurlager bekannt, bei dem zwischen der feststehenden Innenwand des mit öl gefüllten Spurlagertopfes und einem mit dem rotierenden Tragkopf verbundenen Zylinder ein in axialer Richtung des Spurlagers sehr langer Spalt gebildet ist. Auch ein derart langer Spalt reicht jedoch nicht aus, um insbesondere bei den auftretenden starken Turbulenzbewegungen des Öles das Ansaugen von Luftblasen durch diesen Spalt zu vermeiden.

In der britischen Patentschrift 571 745 ist ein selbstpumpendes Spurlager beschrieben, bei dem der

ίο im äußeren Teil des Spurlagertopfes gebildete Druckraum gegen die Außenluft mit Hilfe eines langen Spaltes abgedichtet ist, in welchem das öl durch Zentrifugalkräfte unter Druck steht. Mit Hilfe dieses Spaltes soll ein Aufschäumen des Öles und damit ein Eindringen yon Luftbläschen in den ölkreislauf verhindert werden. Eine Abschirmung des Ansaugraumes gegen Luftblasen, die durch den zwischen der feststehenden Innenwand des Spurlagertopfes und dem rotierenden Tragkopf gebildeten Spalt in den Ansaugraum gelangen können, ist bei diesem bekannten Spurlager nicht vorgesehen.

Auch sind bei Wellen zur Abdichtung von zwei gasförmigen Medien gegeneinander Flüssigkeitsdichtungen bekannt (deutsche Patentschrift 852 481 und britische Patentschriften 780 537 und 815 884), bei denen zwischen die abzudichtenden Medien eine Flüssigkeit gebracht wird, die insbesondere unter Druck stehen kann. Bei diesen bekannten Abdichtungen handelt es sich um Abdichtungen für umlaufende Wellen, bei denen das Hindurchtreten von Gas oder Luft durch das Wellenlager bzw. durch eine Gehäusedurchführung der Welle vermieden werden soll.

Dir Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem selbstpumpenden Spurlager der erstgenannten Art das Abdichten des Ansaugraumes gegenüber dem Eindringen von Luftblasen mit Hilfe des unmittelbar oberhalb des Ansaugraumes befindlichen Spaltes zwischen den feststehenden Teilen des Spurlagertopfes und dem rotierenden Tragkopf zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß oberhalb des Ansaugraumes in den feststehenden Teilen des Spurlagertopfes eine zum Spalt offene, zur Welle konzentrische Kammer angeordnet ist, der das unter erhöhtem Druck stehende öl aus dem am radialen Umfang des als Kreiselpumpe wirkenden Spurringes gebildeten Druckraum zugeführt ist. Hierdurch wird oberhalb des Ansaugraumes eine Zone erhöhten Druckes gebildet, welche ein Hindurchtreten von Luftblasen durch den Spalt in den Ansaugraum mit Sicherheit ausschließt. Gleichzeitig ist ein Unterschreiten des Druckes im Ansaugraum unter einen Wert, der einen Eintritt von Luftblasen in den ölkreislauf ermöglichen würde, ausgeschlossen.

Als Ausführungsbeispiel ist in der Figur eine schematische Zeichnung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten selbstpumpenden Spurlagers für einen Wasserkraftgenerator mit vertikaler Welle dargestellt. Die vertikale Welle 1 eines Wasserkraftgenerators wird über den Tragkopf 2 mit dem Spurring 3 von dem Spurlager getragen, das aus dem Traglager 4 und dem Führungslager 5 besteht. Das Traglager 4 besteht aus einzelnen Spursegmenten 6, die in bekannter Weise auf dem Boden 7 des Spurlagertopfes gelagert sind. Der Spurlagertopf schließt mit der Wand 8 gegen die Welle 1 ab und ist mit öl gefüllt, das zur Kühlung des Lagers dient. Zur Ermöglichung eines ständigen ölumlaufs ist der umlaufende Spur-

ring 3 mit radialen Bohrungen 9 versehen, die beim Umlaufen nach Art einer Kreiselpumpe eine Pumpenwirkung hervorrufen und das öl zu einer nicht dargestellten Küh'einrichtung fördern. Von dieser Kühleinrichtung wird das öl auf ebenfalls nicht dargestelltem Wege wieder den Spursegmenten 6 zugeführt.

Im Innern des Spurlagertopfes ist die über den ölspiegel hinausragende Wand 10 konzentrisch zur Wand 8 angeordnet. Die Wand 10 ist mit einer oder to mehreren Bohrungen 11 zum öldurchtritt versehen. Im oberen Teil trägt die Wand 10 zwei ringförmige Ansätze 18 und 19, die mit einem möglichst engen Spalt 13 gegen den Tragkopf 2 abschließen. Durch diese ringförmigen Ansätze 18 und 19 wird in Verbindung mit dem Tragkopf 2 die feststehende, zur Welle konzentrische Kammer 12 gebildet. Dieser Kammer 12 wird öl unter erhöhtem Druck zugeführt, das über die Leitung 14 aus dem Druckraum 15 entnommen wird, der durch die kreiselpumpenartige Wirkung der Bohrungen 9 am radialen Umfang des Spurringes 3 entsteht. Von der Kammer 12 tritt öl erhöhten Druckes in den Spalt 13 oberhalb und unterhalb der Kammer 12 aus. Trotz der Saugwirkung des Ansaugraumes 16, der sich unmittelbar unterhalb des Spaltes 13 befindet, sinkt daher der Öldruck im Spalt 13 nicht so weit ab, daß Luftblasen von dem mit Luft gefüllten Raum 17 durch den Spalt 13 hindurchgesaugt werden, und zwar auch dann nicht, wenn Turbulenzerscheinungen und Wirbelbildüngen im Raum 16 auftreten. Es kann also keine Luft mehr aus dem Raum 17 in die radialen Bohrungen 9 des Spurringes 3 und damit in den olumlauf geraten.

Die Abschirmwirkung der Druckzone laßt sich durch eine besondere Formgebung der Begrenzungswände noch erhöhen. So kann man z. B. die Begronzungswände der Kammer zu dem rotierenden Tragkopf in an sich bekannter Weise labyrinthähnlich ausbilden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Selbstpumpendes Spurlager für elektrische Maschinen mit vertikaler Welle, insbesondere für Wasserkraftgeneratoren, bei dem der olumlauf durch im umlaufenden Spurring vorgesehene radiale Bohrungen bewirkt wird, die das öl aus einem Ansaugraum absaugen, der sich unmittelbar unterhalb eines zwischen den feststehenden Teilen des Spurlagertopfes und dem rotierenden Tragkopf gebildeten Spaltes befindet, der oberhalb des Ansaugraumes unter Einwirkung eines erhöhten Öldruckes im Spalt gegen das Eindringen von Luftblasen abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Ansaugraumes (16) in den feststehenden Teilen (10) des Spurlagertopfes eine zum Spalt (13) offene. zur Welle konzentrische Kammer (12) angeordnet ist, der das unter erhöhtem Druck stehende öl aus dem am radialen Umfang des als Kreiselpumpe wirkenden Spurringes (3) gebildeten Druckraum (15) zugeführt ist.

2. Spurlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Spalt (13) bildenden Begrenzungswände der Kammer (12) zum rotierenden Tragkopf (2) labyrinthähnlich ausgebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen