DE1928784C3

DE1928784C3 - Druckgasgeschmiertes Radiallager mit einem innerhalb einer Lagerschale angeordneten, druckgasgeführten Lagerteil, welches die Gleitfläche bildet

Info

Publication number: DE1928784C3
Application number: DE19691928784
Authority: DE
Inventors: Bernhard Peter 5042 Erftstadt Schreiber
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1969-06-06
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE1928784B2; CH506724A; DE1928784A1

Description

Die F.rfindung betrifft ein druckgasgeschmiertes Radiallager, insbesondere für hnchtourige Fntspan nungsturbinen in Tieficmperaturanlagen. bei denen das zu entspannende Gas als Schmiermittel dient, mit einer Lagersthaie, welche mit Drosselkanälen für die Zufuhr von Druckgas in den Lagerschaleninnenraum versehen »t, und mit mindestens einem dann angeordneten druckgasgcführlen Lagerteil, Welches die Gleitfläche bildet und mit in den von der Gleitfläche begrenzten Lagerspll fnüridefideh Drosselbohrungen Versehen ist.

Druckgasgeschmierte Lager dieser Art werden als sogenannte weiche Lager bezeichnet, da bei ihrer Verwendung die erste biegekritische Drehzahl der gelagerten Welle bei einem wesentlich höheren Drehzahlwert liegt als bei den sogenannten hurten Lagern, deren die Gleitfläche bildende Lagerteile nicht auf einem Druckgaspolster schwimmen. Sie eignen sich infolgedessen für Maschinen, welche Betriebsdrehzahlen aufweisen, die zwischen den bei einer weichen und harten Lagerung ihrer Wellen auftretenden ersten biegekritischen Drehzahlwerten liegen.

Bei vielen Maschinen, insbesondere bei Entspannungsturbinen, die in Anlagen der Tieftempersturtechnik Verwendung finden, liegen die Beiriebsdrehzahlen jedoch weit über der ersten, mitunter sogar über der zweiten biegekritischen Drehzahl ihrer weich gelagerten Welle. Das heißt, daß beim Anfahren und Stillsetzen dieser Maschinen die für ihre Welle gefährlichen

i; kritischen Drehzahlbereiche durchfahren werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein druckgasgeschmiertes Radiallager der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches derart aufgebaut ist, daß oberhalb biegekritischer Drehzahlen liegende Betriebsdrehzahlen in jedem Fall ohne Gefahr für die gelagerte Weile erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lagerschale /ur Versorgung ihrer Drosselkana-Ie mit Druckgas an über den Umfang verteilten, achsparallelen und strömungsmäßig voneinander getrennten Zonen ihrer Außenmantelfläche mit Druckgas beaufschlagt ist und daß /u jeder dieser jeweils wenigstens einen Drosselkanal erfassenden Zonen eine

jo eigene Druckgasleitung führt, von denen mindestens eine cm Absperrorgan für das Druckgas aufweist.

Dadurch, daß die Lagerschale an über den Umfang verteilten, achsparallelen und strömungsmäßig voneinander getrennten Zonen ihrer AuUenniantelfläche mit Druckgas beaufschlagt ist. jede Zone wenigstens einen Drossclkanal der Lagerschale erfaßt und zu jeder Zone eine eigene Druckgasleitung führt, kann während des Betriebs, je nachdem, ob eine Druckmittelzufuhr zu samtlichen Lagerschalcnzoncn <vJer nur /u einem Teil

W von ihnen erfolgt, eine weich" oder nrle Lagerung der Welle erzielt werden Während im erstgenannten Fall das (!leitflächen bildende lagerteil innerhalb der lagerschale allseitig auf einem Druckgaspolst er schwimmt, wird es im letztgenannten Fall an der Seile

4Ί der nicht mn Druckgas versorgten l.agerschalcn/onc bzw. -zonen an lic Lagerst haie gepreßt und somit arretiert /ur Frreichung der beiden π ι hart und weich bezeichneten l.agcmngsziisländc ist es ausreichend, wenn lediglich in eine der zu den Drosselkanalen der

ν» einzelnen Zonen der Lagerschale führenden Druckgas leitungen cm Absperrorgan eingebaut ist. das in Abhängigkeit von der Wellendrehzahl derart geöffnet und geschlossen wird, daß die die Welle gefährdenden Resonanzstellen der Rcsonanzkurven der ßicgeschwin

'■> gungen unterdrückt werden

Bei einer mit erfindungsgemäßen Lagern ausgestatteten Maschine kann - wie aus F ι g. I ersichtlich, in der die bei einer harten und weichen lagerung ermittelten ersten Resonanzkurven a und öder Biegeschwingurigen

mi der Welle über der Drehzahl η aufgetragen sind — beim Anfahren mit einer weichen Lagerung die Resonanz stelle n\ der Resonanzkttrve a der harten Lagerung ohne Gefahr überfahren werden, da die Welle in diesem Pail dent ansteigenden KurVcnasi def ersten ResönariZkurve

h¹) b der Weicheil Lagerung folgt. Im Schnittpunkt c des abfallenden Kurvenastes der ersten Resonanzkurve a der harten Lagerung mit dem ansteigenden Kurvenast def ersten Resonanzkufve b der weichen Lagerung wird

sodann das druckgasgeführle Lagerteil arretiert, d. h. mindestens eine der zu den einzelnen Zonen der Lagerschale führenden Druckgasleitungen wird abgesperrt. Da die Welle bei einer weiteren Drehzahlsteigerung nunmehr dem rechts des Schnittpunktes c liegenden Teil des abfallenden Kurvenastes der ersten Resonanzkurve a der harten Lagerung folgt, wird die Resonanzstelle /ji der ersten Resonanzkurve b der weichen Lagerung ohne Gefahr überschritten. Im Punkt d, der bereits wt:it genug von der Resonanzstelle /ji der Resonanzkurve b der weichen Lagerung entfernt ist, wird sodann die abgesperrte Druckgasleitung wieder freigegeben und somit die Arretierung des druckgasgeführten Lagerteils wieder gelöst. Dadurch wird erreicht, daß die Welle bei einer weiteren Drehzahlsteigerung vom Punkt e ab dem abfallenden Kurvenast der Resonanzkurve L· der weichen Lagerung folgt. Damit auch beim Abstellen der Maschine die Resonanzstellen Πι und /i) unterdrückt werden, muß das druckgasgeführte Lagerteil in umgekehrter Reihenfolge wieder arretiert und gelöst werden. Diese Maßnahmen können sinngemäß auch bei Rcsunun/.stc:l!i;ii höherer Ordnung wiederholt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung da^r. Erfindungsgedankens ist die Lagerschale lediglich an zwei 2ϊ Zonen ihrer Außcnmantelfläche mit Druckgas beaufschlagt, und die von der einen Zone erfaßten Drosselkanäle liegen den von der anderen Zone erfaßten Drosse'ikanälen diametral gegenüber. Dies ergibt einen einfachen und betriebssicheren Aufbau des erfindungsgemäßen Radiallagers, mit dem bei gleich/eiliger Beaufschlagung beider Zonen mit Druckgas ein Anliegen des Lagerteils an der Lagerschale sicher /u vermeiden ist.

Bei einer bevorzugten Ausführiingsform erfaßt jede der beiden mit Druckgas beaufschlagten Zonen jeweils zwei achscnparallele Reihen mit jeweils zwei Drosselkanälen. Dabei sind die Reihen in gleichmäßigen Abstanden voneinander über den Umfang der Lagerschale angeordnet.

Bei druck_easgeschmicrten Radiallagern mit mehreren in in gleichmäßigen Abständen über den Umfang verteilten, .ichsenparallelcn Ausnehmungen der Lagerschale angeordneten, druckgasgeführten Lagersegmenlcn als (jleiillächen bildenden Lagerteilen ist gemäß 4> einer anderen vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens jeder mit Druckgas beaufschlagten Zone jcweiK cmc Ausnehmung zugeordnet.

Die Steuerung des Absperrorgans kann von Kontak ten einer Drehzahlmeßeinrichtung ausgelöst werden, so >o daß bei vorbestimmten Vvellendrehzahlen der Entspannungsturbine die Druckgasleitung automatisch geöffnet bzw. geschlossen wird. Die durch das Schließen des Absperrorgans herbeigeführte seitliche Auslenkung des druckgasgeführti-n Lagerteils in Richtung auf die der ^r>^r> abgesperrten Druckgasleitung zugeordneten Zone der Lagerschale und die Arretierung des Lagerteils an dieser Lagerschalcnzone kann durch magnetische Kräfte beschleunigt bzw. unterstützt werden.

(in Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g, 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagers im Längsschnitt und die

Fig,3a und 3b einen Schnitt entlang der Linie Ill-ill

id F ig. 2,

In den F i g. 2,3a and 3b ist ein druckgasgeschmieries Rädiallagef 1 einer bei sehr tiefen Temperaturen arbeitenden Entspannufi&jturbine 2 dargestellt, deren Welle mit 3 bezeichnet ist. Das Radiallager 1 besteht aus einem Lagergehäuse 4, einer im Lagergehäuse 4 untergebrachten Lagerschale 5 und einer darin mt' radialem und axialem Spiel konzentrisch angeordneten druckgasgeführten Lagerbüchse 6, deren der Lagerschale 5 abgekehrte Innenseite 7 die Gleitfläche bildet. In die der Lagerschale 5 zugekehrte Innenseite 8 des Lagergehäuses 4 sind zwei nicht miteinander in Verbindung stehende, in Umfangsrichtung sich erstrekkende Ausnehmungen 9, 10 eingearbeitet, die so über den Umfang des Lagergehäuses 4 verteilt sind, daß sie sich gegenüber liegen. Jede Ausnehmung 9, 10 besitzt einen bis zur Außenseite 11 des Lagergehäuses 4 heranreichenden radial gerichteten Zufuhrkanal 12, 13, der jeweils an eine Druckgasleitung 14, 15 angeschlossen ist, v/obei in die zu dem einen mit der einen Ausnehmung 9 in Verbindung stehenden Zufuhrkanal !2 führende Druckgasleitung 14 ein drühzahlgesteuertes Absperrventil 16 eingebaut ist, das die Druckgasleitung 14 bei vorbestimmten Drehzahlen der Turbinenwelle 3 öffnet bzw. schließt. Die Lagerschale ^r .t im Bereich der Ausnehmungen 9, iO des Lagergehäuse* 4 jeweils mit zwei zur Drehachse parallelen Reihen 17,18 bzw. 19,20 von Drosselkanälen 21, 22 bzw. 23, 24 versehen, die in gleichmäßigen Abständen über den Umfang der Lagerschale 5 verteilt sind. Die mit den Ausnehmungen 9, 10 des Lagergehäuses 4 in Verbindung stehenden Drosselkanäle 21, 22 und 23, 24 erstrecken sich von der Außenseite 25 der Lagerschale 5 in radialer Richtung bis zur Innenseite 26 der Lagerschale 5 unJ stellen somit eine Verbindung zwischen den Ausnehmungen 9,10 des Lagergehäuses 4 und dem von der Innenseite 26 der Lagerschale 5 einerseits und der Außenseite 27 der Lagerbüchse 6 andererseits begrenzten Ringspalt 28 her.

In den Mitten der zwischen den gleichmäßig über den Umfang der Lagerschale 5 verteilten Reihen 17, 18, 19 20 von Drosselkanälen 21, 22, 23, 24 liegenden Lagerschalenstege befinden sich zur Drehachse ptralle-Ie Kanäle 29, welche mit ihrem einen Ende in einen Ringkanal 30 und mit ihrem anderen Ende in einen Rin^kanal 31 der Lagerschale 5 münden. Die Rmgkanä Ic 30 und 31 der Lagerschale 5 stehen mit dem von der Innenseite 7 der Lagerbüchse 6 einerseits und der Turbinenwellc 3 andererseits begrenzten Lagerspaltraum 32 in Verbindung, welcher mittels Labyrinthdichtungen 33, 34 nach außen hin abgedichtet ist. Der eine 31 der beiden Ringkanäle 30, 31 ist über radial gerichtete Strömungswege 35 mit einem auf der Innenseite 25 des Lagergehäuses 4 vorgesehenen ringförmigen Sammelraum 36 verbunden, von dem ein radial gerichteter Strömungsweg 37 nach außen führt. An den radial gerichteten Strömungsweg 37 des Lagergehäuses 4 ist eine I ntung angeschlossen, die zu einer Eintrittsleitung eines nicht dargestellten Verdichters führt.

Die innerhalb der Lagerschale 5 mit ratiiilem und axialem Spiel konzentrisch angeordnete Lagerbuchse 6 besitzt bei dieser Ausführungsform vier in gleichmäßigen Abständen voneinander über ihren Umfang verteilte, zur Drehachse parallele Kanäle 39, von denen mittlere radial gerichtete Bohrungen 40 sich bis zur Außenseite- 27 der Lagerbüchse 6 erstrecken. Auf der Innenseite 26 der Lagerschale 5 ist im Bereich der Bohrungen 40 der Lagerbuchse 6 eine Ringnut 41, welche über radial gerichtete Bohrungen 42 mit den Ausnehmungen 9 und 10 des Lagergehäuses 4 in Verbindung steht. Von jedem zur Drehachse parallelen Kanal 39 def Lagerbüchse 6 führen zwei ifi axialer

Richtung in einem bestimmten Abstand hintereinander angeordnete, radial gerichtete Drosselbohrungen 43 zum Lagerspaltraum 32.

Während des Betriebes der Turbine 2 gelangt, wenn das drehzahlgesteuerte Ventil 16 offen ist, sowohl durch die Druckgaslciiung 14 als auch durch die Dfuckgasleilung 15 als Schmiermittel dienendes Druckgas, das beispielsweise dem Kältemittelkreislauf der Turbine 2 vor der Entspannung entnommen werden kann, zu dem Radiallager 1. Das in der Druckgasleitung 14 strömende Druckgas tritt in den Zufuhrkanal 12 ein, gelangt von dort in die Ausnehmung 9 des Lagergehäuses 4, durchströmt die Drosselkanäle 21 und 22 der Lagerschale 5 und bildet im an die Drosselkanäle 21 und 22 angrenzenden Bereich des Ringspalles 28 ein Druckgaspolstcr. Gleichzeitig tritt aus der Druckgasleitung 15 Druckgas in den Zufuhrkanal 13 ein, gelangt von dort in die Ausnehmung 10 des Lagergehäuses 4, durchströmt

Λ'._η Γ\ ^—.ti—. — »l^> no ..~*4 --IA ,J-,.. I »„_nnPnU»!_n C ..«J

UIU U^l IS33UII\UI I«IU X~* UIIU *.T UUf LiUgV. I JV.I ItIIU ~J UIIU

bildet im an die Drosselkanäle 23, 24 angrenzenden Bereich des Ringspalles 28 ebenfalls ein Druckgaspolster, so daß die Lagerbüchse 6 in der Lagerschale 5 schwimmt. Diesen mit weich bezeichneten Lagerungszustand gibt F i g. 3a wieder.

Wird das Ventil 16 geschlossen, also die Druckgaszufuhr zu den Drosselkanälen 21,22 unterbrochen, so wird das im Bereich dieser Drosselkanäle im Ringspalt 28 vorhandene Druckgaspolster abgebaut. In diesem Fall erfährt die Lagerbuchse 6 unter der Einwirkung des über die Drosselkanälc 23, 24 in den Ringspall 28 einströmenden Druckgases eine Auslenkung in Richtung auf die Drosselkanälc 21 und 22 und kommt schließlich im Bereich der letztgenannten Drosselkanäle zur Anlage an die Lagerbüchse 5. Diesen Lagerurtgszustafid. der, da die Lagerbüchse 6 nicht auf einem Druckgaspolster schwimmt, sondern arretiert ist, nls hart bezeichnet wird, gibt F i g. 3b wieder.

ίο Aus dem Ringspalt 28 zwischen Lagerschale 5 und Lagerbüchse 6 strömt ein Teil des Druckgases, das die radialen Bohrungen 43 versorgt, zur Ringnut 4( der Lagerschale 5 und von der Ringnut 41 über die radialen Bohrungen 40, die zur Drehachse parallelen Kanäle 39

und die von diesen ausgehenden radialen Drosselbohrungen 43 in den Lagcrspaltraüm 32 zwischen Turbincnwelle 3 und Lagerbüchse 6. Den Lagerspaltrauni 32 verläßt das Gas über die Riilgkanäle 30,31 und

radial nach außen führenden Sli'öimingswege 35 der Lagerschale 5. Das aus den Ströiiiungswegen 35 ausströmende Gas sammelt sich in dem Sammclraum 36 des Lagergehäuses 4, von dem es über den radialen Strömungsweg 37 und eine nicht dargestellte Leitung, die an die Eintrittslcitung eines ebenfalls nicht dargestellten Verdichters angeschlossen ist. abgezogen wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckgasgeschmiertes Radiallager, insbesondere für hochtourige Entspannungsturbinen in Tieftemperaturanlagen, bei denen das zu entspannende Gas als Schmiermittel dient, mit einer Lagerschale, welche mit Drosselkanälen für die Zufuhr von Druckgas in den Lagerschaleninnenraum versehen ist, und mit mindestens einem darin angeordneten druckgasgeführten Lagerteil, welches die Gleitfläche bildet und mit in den von der Gleitfläche begrenzten Lagerspaltraum mündenden Drosselbohrungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale (5) zur Versorgung ihrer Drosselkanäle (21 bis 24) mit Druckgas an über den Umfang verteilten, achsparallelen und strömungsmäßig voneinander getrennten Zonen ihrer Außenmantelfläche mit Druckgas beaufschlagt ist und daß zu jeder dieser jeweils wenigstens einen Drosselkanal erfassenden Zonen eine eigene Druckgasleitung 414 b/w. 15) führt, von denen mindestens eine ein Absperrorgan für das Druckgas aufweist.

2. Druckgasgeschmiertes Radiallager nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Lager schale (5) an zwei Zonen ihrer Außenmantelfläche mit Druckgas beaufschlagt ist und die von der einen Zone erfaßten Drosselkanäle (21, 22) den von der anderen Zone erfaßten Drosselkanälen (23, 24) diametral gegenüberliegen

3. Druckgasgeschmiertes Radiallager nach Anspruch 2. dadurch gekenn/eichnei. daß jede der beiden mit druckgas beaufschlagten Zonen jeweils zwei achsparallele Reihen (17, 18 b/w 19, 20) mit jeweils /we: Drossclkanälen (21, 22 b/w. 23, 24) erfaßt und die Reihen in ^leicbmaßigcn Abständen voneinander über den Umfang der Lagerschale (5) angeordnet sind.

4. Druckgasgeschmiertes Radiallager nach Anspruch 1 mit mehreren in in gleichmaßigen Abständen über den I 'nifang verleihen, achsparallelen Ausnehmungen der Lagerschale angeordneien druckgasgcschmierjen Lagersegmenten alsGlcilfla chen bildenden Lagerteilen, dadurch gekennzeichnet. ii.iü jeder mit Druckgas beaufschlagten Zone jeweils eine Ausnehmung zugeordnet ist.

5. Druckgasgeschmicrtcs Radiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan ein drehzahlgesteuertes Ventil (16) isi. das bei vorbcstimmlcn Drehzahlen die Druckgasleiiiingt 14)öffnet bzw. schließt.