DE1403875C - Wassergeschmiertes und gekühltes Lager zwischen der Dampfturbine und der Kreiselpumpe eines einwelligen, turbinengetriebenen Wasserpumpenaggregats - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein wassergeschmiertes und gekühltes Lager zwischen der Dampfturbine und der Kreiselpumpe eines einwelligen, turbinengetriebenen Wasserpumpenaggregats.

Die Konstruktion solcher Lager bereitet in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten, weil die großen, von der Turbine durch die Welle und das Gehäuse einströmenden Wärmemengen leicht zu ungleichmäßigen Wärmedehnungen an der Welle und am Lager führen können, so daß das Lagerspiel betriebsgefährdend vermindert wird und sogar Festkörperkontakt und damit Lagerschäden verursacht werden können. Beispielsweise vermögen Lageranordnungen der in der USA.-Patentschrift 2 839 005 gezeigten Art trotz des dort vorgesehenen großen axialen Abstands von Türbine und Pumpe und einer Fremdwasserkühlung von Welle und Lager nicht zu befriedigen. Auch können bekannte Maßnahmen, die man zur Lösung ähnlicher Probleme auf benachbarten Fachgebieten angewendet hat, beispielsweise zur Abschirmung eines Motors und seiner Lager gegenüber der vom Pumpenteil eines stopfbuchsenlosen Kreiselpumpenaggregats für heiße Fördermedien einströmenden Wärme (französische Patentschrift 1132115, britische Patentschrift544930), zur Temperierung von langen Stopfbuchsenpackungen (USA.-Patentschrift 2 534 530) oder zur Kühlung eines Lagers gegenüber der Wärme eines Elektromotors (britische Patentschrift 546 223), keine ausreichenden Hinweise geben. Sie zeigen zwar die Nützlichkeit einer kühlmitteldurchströmten Wellenhülse, von der auch die Erfindung unter anderem Gebrauch macht, weisen aber keinen Weg zur völlig gleichmäßigen Temperaturhaltung der gehäuseartigen Lagerteile.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht nun darin, ein Lager der eingangs genannten Art zu schaffen, das trotz der Nachbarschaft der Dampfturbine einerseits und der ändere Temperatur aufweisenden Pumpe andererseits eine verzugsfreie Lagerung gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht nun darin, daß der Lagerkörper etwa symmetrisch zu einer mittleren Querebene, in der die Verbindung mit dem Gehäuse und der Zuströmkanal des Schmier- und Kühlwassers liegen, aus einer inneren Lagerschale und äußeren, die Lagerschale mit geschlossenen Isolierkammern umschließenden Deckplatten aufgebaut ist und daß die Welle mit einer sie umgebenden Lagerhülse einen Ringraum von mindestens Lagerlänge einschließt, der mit dem Zuströmkanal bzw. einer an diesen anschließenden Ringnut in der Lagerfläche durch eine oder mehrere mittig angeordnete Bohrungen in Verbindung steht und etwa symmetrisch dazu beiderends mit einer Mehrzahl von gleichmäßig am Umfang angeordneten Abflußbohrungen versehen ist, F i g. 2 die Einzeldarstellung der Pumpe aus dem Schnitt der Fig. 1 in größerem Maßstab.

In F i g. 1 sind die Dampfturbine 2 und die Kreiselpumpe 3 dargestellt, die zu einem gedrungenen Einblockaggregat mit gemeinsamer Welle 1 vereinigt sind. Die Welle I ist rechts von der Turbine 2 in einem Lager 4 und zwischen der Turbine 2 und der Pumpe 3 in dem allgemein mit S bezeichneten, den Gegenstand der Erfindung bildenden Lager geführt.

Das links von dem Lager 5 an der Welle 1 montierte Laufrad 6 der Pumpe 3.hat eine Ausgleichsbohrung 7 und einen Ringspalt 8 um seine Nabe 9, durch die eine bestimmte Menge an Wasser aus dem Saugstutzen 10 der Pumpe in eine Kammer 11 zu gelangen vermag, die in dem Gehäuseteil 12 hinter dem Laufrad 6 gebildet ist. In der rechten Wand der Kammer 11, die von einem einwärts vorspringenden, runden, das Lager haltenden Flansch 13 gebildet ist, ist eine zylindrische Lagerkonsole 14 angeordnet, die mit dem Halteflansch 13 und dem Lager 5 verbunden ist. In dem unteren Teil der Lagerkonsole 14 befindet sich ein weiterer Kanal 15, durch den Wasser aus der Kammer 11 in eine innerhalb eines radial nach innen gerundeten Fortsatzes 17 der Lagerkonsole 14 gebildete Kammer 16 zu strömen vermag.

Auf der Welle 1 ist rechts des Lagers 5 ein Hilfslaufrad 18 montiert, dessen Saugmund 19 in dem radial nach innen abgewinkelten Fortsatz 17.in die Kammer 16 hinein vorspringt und dessen Austrittsteil in eine druckseitige Kammer 20 hineinragt, die in dem Gehäuseteil 12 gebildet ist. Wenn das Hilfslaufrad 18 während des Betriebes der Turbine 2 mit der Welle 1 gedreht wird, bewirkt es daher einen Wasserstrom aus dem Ansaugstutzeh 10 der Pumpe in die Kammer 16 und pumpt das in die Kammer 16 gelangende Wasser in die druckseitige Kammer 20.

Das in die druckseitige Kammer 20 gepumpte Wasser wird durch ein Austrittsrohr 21 zu einem Filter und zu einem Kühler geführt, die von dem Einblockaggregat getrennt angeordnet sein können. Der größte Teil dieses Wassers kehrt danach durch eine Rücklaufleitung 24, die in der Nähe der Austrittsleitung 21 mit dem Gehäuseteil 12 verbunden ist, zu dem.Einblockaggregat zurück.

Das insbesondere in Fig. 2 dargestellte Lager 5 besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Lagergehäuse 39 mit einer im Preßsitz eingefügten Lagerschale 40 und einer Hülse 41, die mit ihren Enden 43 und 42 durch Preßsitz drehfest mit der Welle 1 im Bereich der Lagerschale 40 verbunden ist. Das Lagergehäuse 39 ist mittels eines Lagersperrzapfens 44 gegen Axialverschiebung gesichert gehalten, der teils in der Lagerkonsole 14 und teils im oberen Teil des Lagergehäuses 39 sitzt, und ist zur Erreichung eines Laufspiels

die in zwei Ringräume führen, die den Lagerkörper 55 im Ringspalt 45 in bezug auf die Hülse 41 mittels von beiden Seiten her etwa symmetrisch einschließen. eines Ringansatzes 46 genau zentriert, der das Lager-

Durch diese Merkmale wird erreicht, daß etwa ungleiche Temperatureinflüsse (beispielsweise vom zuströmenden und abströmenden Kühlmittel) völlig symmetrisch auf den Lagerkörper einwirken, wobei durch die Isolierkammer ein Temperaturausgleich innerhalb der Lagerschale begünstigt wird.

Zudem hat die erfindungsgemäße Konstruktion den Vorteil, daß sie eine kurze axiale Baulänge hat.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnähme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch das gesamte das Lager enthaltende Aggregat,

gehäuse 39, abgesehen von der Stelle, an der der Lagersicherungszapfen 44 in dieses vorspringt, umgibt, und der, wie bei 47 deutlich sichtbar, das Lagergehäuse 39 innerhalb der Axialbohrung 48 der Lagerkonsole 14 zentriert.

Das Wasser, das durch die Rücklaufleitung 24 zu dem Einblockaggregat zurückkehrt, fließt in einen radialen Kanal 49, der durch den Halteflansch 13 und mitten durch den Sicherungszapfen 44 und weiter durch das Lagergehäuse 39 und den Einsatz 40 führt, so daß durch diesen Strömungsweg das Wasser der Hülse 41 zugeführt wird. Wenn das Wasser das innere

Ende des radialen Kanals 49 erreicht, fließt es vollständig um die Hülse 41 durch eine Ringnut 50 in der Lagerschale 40 herum, so daß die Versorgung jedes beliebigen Punktes der Außenfläche der Hülse 41 mit Wasser ermöglicht ist.

Aus Gründen der Anschaulichkeit ist das Laufspiel im Ringspalt 45 in Fig. 2 stark übertrieben dargestellt. Es hat in Wirklichkeit eine verhältnismäßig geringe Radialausdehnung, denn das zur Verwendung beim Schmieren der Außenfläche der Hülse 41 durch den Kanal 49 gelieferte Wasser hat nur eine geringe kinematische Zähigkeit und kann daher ein Lager mit größerem Laufspiel, wie es beispielsweise bei ölschmierung üblich ist, nicht ausreichend schmieren. Wegen des geringen Spiels dieses Lagers ist es auch nicht möglich, eine genügende Wassermenge durch den engen Spalt 45 hindurchzuleiten, um in wirksamer Weise sowohl die Reibungswärme als auch die von der Turbine 2 oder Pumpe 3 durch die Welle 1 weitergeleitete Wärme abzuführen. Deshalb ist der Abschnitt der Welle 1, über dem sich die Hülse befindet,, im Durchmesser derart vermindert, daß ein ringförmiger Strömungsweg 51 von genügender Größe zur Aufnahme der zum Kühlen der Hülse erforderlichen Wassermenge gebildet ist. In diesen ringförmigen Strömungsweg 51 tritt das Wasser durch eine Anzahl von in der Mitte der Hülse angeordneten und über den Umfang verteilten Einlaßöffnungen 52 ein und gelangt durch eine Anzahl von über den Umfang verteilten Auslaßöffnungen 53 in jedem der Enden der Hülse 41 wieder heraus.

Das durch den Kanal 49 zugelieferte Wasser wird also in zwei Ströme geteilt, deren einer durch den Lagerspalt 45 an der Außenfläche der Hülse 41 strömt und dabei diese Fläche schmiert, und deren anderer in den ringförmigen Strömungsweg 51 durch die Einlaßöffnungen 52 eintritt und entlang der Innenfläche der Hülse 41 fließt und dabei diese Fläche kühlt. Jeder dieser beiden Ströme wird, während er dem eben erläuterten Strömungsschema folgt, wiederum in zwei kleinere Ströme geteilt, deren einer zur Turbinenseite hin fließt und direkt in die Kammer 16 gelangt und deren anderer zur Pumpenseite hin in die Kammer 11 fließt und von dort anschließend durch den seitlichen Kanal 15 in die Kammer 16 eintritt. Nach seiner Rückkehr in die Kammer 16 wird das Wasser abermals durch das Hilfslaufrad 18 durch das Auslaßrohr 21 in die Kühlereinheit gepumpt, in der das Wasser gekühlt und zu dem Einblockaggregat über die Rücklaufleitung 24 zurückkehrt und den Vorgang des Schmierens und Kühlens der Hülse 41 des Lagers 5 in der eben beschriebenen Weise wiederholt.

Das erfindungsgemäße Lager 5 ist somit in wirksamer Weise mit Wasser sowohl gekühlt als auch geschmiert, das vom Ansaugstutzen 10 der Pumpe erhalten wird.

Aus F i g. 2 ist ferner zu entnehmen, daß das Lagergehäuse 39 des Lagers 5 aus zwei Teilen besteht, nämlich einem Gehäuseteil 54 einerseits und einem Paar im wesentlichen halbzylindrischer Deckplatten 55 andererseits, deren jede bei 56 bzw. 57 entlang des nach innen abgewinkelten Randes des Gehäuseteils angeschweißt ist und folglich je eine Kammer 58 begrenzt, die, wie die Erfahrung bestätigt, das Gehäuseglied 54 gegen Wärmeübertragung auf das Wasser oder von dem Wasser in den Kammern 11 und 16, das durch den seitlichen Kanal 15 fließt, schützt. Dies ist von Bedeutung, da das Gehäuseteil 54 und die Lagerschale 40 und die Hülse 41 auch auf diese Weise ohne Rücksicht auf Änderungen des Temperaturzustandes des Wassers auf im wesentlichen gleicher Temperatur gehalten werden. Es kann also gesagt werden, daß die isolierenden ringförmigen Räume 58 das Lager 5 isothermisch machen, insofern als sowohl der drehbare als auch der ortsfeste Teil des Lagers im Betrieb die gleiche Temperatur haben und bei Änderungen dieser Temperatur in gleichem Maße sich ausdehnen oder zusammenziehen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wassergeschmiertes und gekühltes Lager zwischen der Dampfturbine und der Kreiselpumpe eines einwelligen, turbinengetriebenen Wasserpumpenaggregats, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper etwa symmetrisch zu einer mittleren Querebene, in der die Verbindung (46) mit dem Gehäuse und der Zuströmkanal (49) des Schmier- und Kühlwassers liegen, aus einer Lagerschale (40) und äußeren, die Lagerschale mit geschlossenen Isolierkammern (58) umschließenden Deckplatten (55) aufgebaut ist und daß die Welle (1) mit einer sie umgebenden Lagerhülse (41) einen Ringraum (51) von mindestens Lagerlänge einschließt, der mit dem Zuströmkanal bzw. einer an diesen anschließenden Ringnut (50) in der Lagerfläche durch eine oder mehrere mittig angeordnete Bohrungen (52) in Verbindung steht und etwa symmetrisch dazu beiderends mit einer Mehrzahl von gleichmäßig am Umfang angeordneten Abflußbohrungen (53) versehen. ist, die in zwei Kammern führen, die den Lagerkörper von beiden Seiten her etwa symmetrisch einschließen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen