DE19952662C2 - Bearing for the impeller of a water turbine - Google Patents
Bearing for the impeller of a water turbineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lagern der Welle eines Turbinen-Wellenstranges.The invention relates to a device for supporting the shaft of a Turbine shafting.
Bei Wasserturbinen, beispielsweise bei Francisturbinen muß die Welle des Laufrades gegen die feste Umgebung gelagert werden, und zwar sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. Dabei ist die axiale Lagerung vergleichsweise unproblematisch. Die Lagerung in radialer Hinsicht hingegen bringt zahlreiche Probleme mit sich. Die Radiallagerung einer Turbinenwelle ist in DE 30 14 532 C1 beschrieben.In water turbines, for example Francis turbines, the shaft of the Impeller can be stored against the solid environment, both in axially as well as in the radial direction. Here is the axial bearing comparatively unproblematic. Radial storage however, there are numerous problems. The radial bearing one Turbine shaft is described in DE 30 14 532 C1.
Als Radiallagerung sind sogenannte Segmentführungslager bekanntgeworden. Dabei ist ein Kranz von feststehenden Segmentkörpern vorgesehen, der die Welle des Laufrades umschließt. Diejenige Fläche, die der Mantelfläche der Turbinenwelle zugewandt ist, ist konkav. Sie hat im wesentlichen dieselbe Gestalt, wie die Mantelfläche der Welle. Die beiden genannten Flächen bilden einen Lagerspalt miteinander. Der Lagerspalt ist mit Öl ausgefüllt.So-called segment guide bearings are used as radial bearings known. There is a wreath of fixed segment bodies provided that surrounds the shaft of the impeller. The area that facing the outer surface of the turbine shaft is concave. She has in essentially the same shape as the outer surface of the shaft. The two named surfaces form a bearing gap with each other. The bearing gap is filled with oil.
Der einzelne Segmentkörper, der feststeht, stützt sich indirekt am Gehäuse ab. Zwischen Segmentkörper und Gehäuse ist noch eine Druckscheibe angeordnet, ferner ein Keil, der in Richtung der Wellenachse verschiebbar ist, um somit die Weite des Lagerspaltes einzustellen. Die genannte Druckscheibe ist in eine Nut im Segmentkörper eingelassen. Dabei ist die dem Segmentkörper zugewandte Stützfläche der Druckscheibe ballig ausgebildet, so daß eine Winkelpositionierung des Segmentkörpers möglich ist; dabei kann der Segmentkörper um eine zur Wellenachse parallele Achse eine begrenzte Kippbewegung ausführen. The individual segment body, which is fixed, is supported indirectly on the housing from. There is a thrust washer between the segment body and the housing arranged, further a wedge that is displaceable in the direction of the shaft axis is to adjust the width of the bearing gap. The said Thrust washer is embedded in a groove in the segment body. Here is the the support surface of the thrust washer, facing the segment body, spherical formed so that an angular positioning of the segment body is possible; the segment body can move around the shaft axis Execute a limited tilting movement in parallel axis.
Diese bekannte Ausführungsform einer Lageranordnung hat den folgenden Nachteil: Die Bearbeitung der Grenzflächen zwischen den genannten Bauteilen, insbesondere zwischen Druckscheibe, Keil und Gehäuse, muß mit größter Genauigkeit und Sorgfalt durchgeführt werden. Geschieht dies nicht, so besteht die Gefahr, daß der Segmentkörper nicht die richtige Winkelposition erhält, was sich ungünstig auf den Lagerspalt auswirkt. Dessen Weite muß nämlich in Umfangsrichtung genau definierte Werte haben.This known embodiment of a bearing arrangement has the following Disadvantage: the processing of the interfaces between the above Components, especially between thrust washer, wedge and housing, must be carried out with the greatest accuracy and care. This happens not, there is a risk that the segment body is not the correct one Receives angular position, which has an adverse effect on the bearing gap. Its width must be precisely defined values in the circumferential direction to have.
DE 27 10 706 C2 beschreibt ein radiales Führungslager mit Lagersegmenten für Maschinen mit vertikaler Welle. Die Spalteinstellung beruht dabei auf einer Keilwirkung. FR 2282 543 beschreibt eine hydraulische Maschine mit vertikaler Welle. Dabei ist ein Lagerkörper vorgesehen, der eine zylinderschalenförmige Lagerfläche aufweist. Diese stützt wiederum an einer entsprechenden zylindrischen Lagerfläche im Gehäuse ab.DE 27 10 706 C2 describes a radial guide bearing Bearing segments for machines with a vertical shaft. The column setting is based on a wedge effect. FR 2282 543 describes one hydraulic machine with vertical shaft. There is a bearing body provided that has a cylindrical shell-shaped bearing surface. This is based on a corresponding cylindrical bearing surface in Housing.
Auch diese bekannten Ausführungsformen weisen wie oben genannt Nachteile auf.These known embodiments also have, as mentioned above Disadvantages.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der genannten Art derart zu gestalten, daß die Lagerfläche des einzelnen Segmentkörpers ungeachtet der Fertigungsqualität der beteiligten Bauteile beim Montieren automatisch richtig positioniert wird.The invention has for its object a bearing arrangement mentioned type in such a way that the storage area of the individual Segment body regardless of the manufacturing quality of the components involved automatically positioned correctly during assembly.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Durch das Vorsehen eines Lagerkörpers, der sich mit einer zylinderschalenförmigen Lagerfläche im Gehäuse abstützt, wird automatisch ein richtiges Positionieren der Lagerfläche des einzelnen Segmentkörpers erreicht, ungeachtet der Fertigungsqualität. Fehlstellungen des Segmentkörpers werden vermieden. Es kommt nicht zu einem unzulässigen Verspannen. Die Montage wird vergleichsweise einfach. Es bedarf keines Nacharbeitens.By providing a bearing body, which is with a supports cylindrical shell-shaped bearing surface in the housing automatically correct positioning of the individual's storage area Segment body reached regardless of the manufacturing quality. deformities of the segment body are avoided. There is no one unacceptable bracing. Installation is comparatively easy. It does not require rework.
Die Erfindung hat aber noch weitere Vorteile.However, the invention has further advantages.
Die Welle einer Turbine weist einen Flansch auf, der einen gewissen Außendurchmesser hat. Das Gehäuse weist eine Bohrung zur Aufnahme der Lagerung auf. Der Außendurchmesser des Wellenflansches und die lichte Weite der Gehäusebohrung müssen derart aufeinander abgestimmt sein, daß die Welle mit dem genannten Flansch in axialer Richtung in die Bohrung des Gehäuses eingeführt werden kann. Das Gehäuse hat sehr große Abmessungen, die mehrere Meter Durchmesser betragen können. Die Gefahr von Verformungen und Fertigungsungenauigkeiten sind sehr groß.The shaft of a turbine has a flange that has a certain Has outside diameter. The housing has a hole for receiving of storage. The outer diameter of the shaft flange and the Clearance of the housing bore must be coordinated with one another in this way be that the shaft with said flange in the axial direction in the Bore of the housing can be inserted. The case has a lot large dimensions, which can be several meters in diameter. The risk of deformation and manufacturing inaccuracies is very high large.
Durch die erfindungsgemäßen Lagerkörper wird das genannte Problem gelöst. Die Lagerkörper sind relativ klein und somit wesentlich leichter und genauer zu bearbeiten als große Bauteile. Bisher mußte die zylindrische Lagerfläche im Durchmesser insgesamt groß bemessen werden. Jetzt ist dies nicht mehr notwendig. Statt dessen brauchen lediglich die zylindrischen Lagerflächen für die erfindungsgemäßen Lagerkörper radial nach außen verlagert zu werden.The problem mentioned arises from the bearing body according to the invention solved. The bearing bodies are relatively small and therefore much lighter and to process more precisely than large components. So far, the cylindrical Storage area with a large overall diameter. Now is this is no longer necessary. Instead, only those need cylindrical bearing surfaces for the bearing body according to the invention radially to be outsourced.
Ferner entfallen durch die Erfindung die bisher notwendigen, meterlangen dicken Schweißnähte zwischen Gehäuseflansch und Lagerabstützung samt der aufwendigen Schweißnaht-Vorbereitung.The invention also eliminates the meter-length that was previously necessary thick welds between the housing flange and the bearing support together the elaborate weld preparation.
Die Erfindung läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen. So kann die Lageranordnung wie seither - in radialer Richtung gesehen von innen nach außen - die folgende Bauteile aufweisen: Zunächst den Segmentkörper, sodann die Druckscheibe, die sich am Segmentkörper mit einer balligen oder annähernd balligen Fläche abstützt, sodann der Keil, sodann der Lagerkörper mit seiner zylinderschalenförmigen Lagerfläche, und schließlich das Gehäuse, das eine ebenfalls zylinderscheibenförmige Fläche zur Aufnahme des Lagerkörpers aufweist, wobei der Keil in entsprechenden Nuten in der Druckscheibe bzw. im Lagerkörper eingesetzt ist.The invention can be implemented in various ways. So it can Bearing arrangement as ever since - viewed from the inside in the radial direction outside - have the following components: first the segment body, then the thrust washer, which is crowned on the segment body or approximately spherical surface, then the wedge, then the Bearing body with its cylindrical cup-shaped bearing surface, and finally the housing, which also has a cylindrical disk-shaped surface Includes recording of the bearing body, the wedge in corresponding Grooves in the pressure plate or in the bearing body is used.
Alternativ hierzu kann aber auch die Druckscheibe entfallen. Als Bauteile zwischen Welle und Gehäuse verbleiben somit nur der Segmentkörper, der Keil und der Lagerkörper. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig, da das Herstellen der Druckscheibe mit ihrer balligen oder quasi-balligen Stützfläche entfällt. Der Keil greift einerseits in eine Nut im Segmentkörper, und andererseits in eine Nut im Lagerkörper ein. Die genannten Bauteile lassen ein leichtes Kippen und damit ein automatisches Positionieren des betreffenden Segmentkörpers zu, da der Lagerkörper im Gehäuse aufgrund der Zylinderschalenform eine gewisse Drehbewegung um den Zylinderschalen-Mittelpunkt ausführen kann. Dabei wird der Lagerspalt zwischen dem Zylinderschalenkörper und dem Gehäuse vorzugsweise ebenfalls mit einem Schmiermedium geschmiert.Alternatively, the thrust washer can also be omitted. As components thus only the segment body remain between the shaft and the housing Wedge and the bearing body. This embodiment is special inexpensive because the manufacture of the thrust washer with its crowned or quasi-spherical support surface is eliminated. The wedge engages in a groove on the one hand Segment body, and on the other hand in a groove in the bearing body. The mentioned components allow easy tilting and thus an automatic Position the relevant segment body because the bearing body in Housing has a certain rotational movement due to the shape of the cylindrical shell around the center of the cylinder shell. The Bearing gap between the cylinder shell body and the housing preferably also lubricated with a lubricant.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:The invention is explained with reference to the drawings. In it is in detail shown the following:
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in einem achssenkrechten Schnitt. Fig. 1 shows a first embodiment of a bearing arrangement according to the invention in a section perpendicular to the axis.
Fig. 2 zeigt den Gegenstand von Fig. 1 in einem achsparallelen Schnitt. Fig. 2 shows the object of Fig. 1 in an axially parallel section.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in einem achssenkrechten Schnitt. Fig. 3 shows a second embodiment of a bearing arrangement according to the invention in an axially perpendicular section.
Fig. 4 zeigt den Gegenstand von Fig. 3 in einem achsparallelen Schnitt. Fig. 4 shows the object of Fig. 3 in an axially parallel section.
Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ist der Welle 1 ein Segmentkörper 2 zugeordnet. Dabei ist die radial innere Fläche 2.1 des Segmentkörpers 2 kreisbogenförmig mit dem selben Radius, wie die Mantelfläche 1.1 der Welle 1. Die beiden Flächen 1.1 und 2.1 schließen einen Spalt zwischen sich ein, der mit Schmieröl versorgt wird.In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the shaft 1 is assigned a segment body 2 . The radially inner surface 2.1 of the segment body 2 is in the form of a circular arc with the same radius as the lateral surface 1.1 of the shaft 1 . The two surfaces 1.1 and 2.1 enclose a gap between them, which is supplied with lubricating oil.
Radial außerhalb des Segmentkörpers 2 befindet sich eine Druckscheibe 3. Die Druckscheibe 3 ist in eine Nut im Segmentkörper 2 eingelassen. Ihre radial innere Fläche 3.1 ist leicht ballig ausgebildet. Die zugeordnete Fläche der Nut hingegen ist eben. Durch die Balligkeit ist eine gewisse Kippbewegung um eine Achse möglich, die parallel zur Welle 1 verläuft.Radially outside of the segment body 2 is a thrust washer. 3 The thrust washer 3 is embedded in a groove in the segment body 2 . Its radially inner surface 3.1 is slightly spherical. The assigned area of the groove, however, is flat. Due to the crowning, a certain tilting movement is possible about an axis that runs parallel to shaft 1 .
Man erkennt ferner einen Lagerkörper 5. Dieser ist im vorliegenden Falle ein zylindrischer Körper. Er ist radial außerhalb des Segmentkörpers 2 angeordnet. Er stützt sich über einen Keil 4 einerseits an der Druckscheibe 3 ab, und andererseits am Gehäuse 6. Wie man sieht, ist der Keil 4 in entsprechende Nuten in der Druckscheibe 3 beziehungsweise im Lagerkörper 5 eingelassen.A bearing body 5 can also be seen. In the present case, this is a cylindrical body. It is arranged radially outside of the segment body 2 . It is supported by a wedge 4 on the one hand on the thrust washer 3 and on the other hand on the housing 6 . As can be seen, the wedge 4 is embedded in corresponding grooves in the thrust washer 3 or in the bearing body 5 .
Das entscheidende, erfindungsgemäße Bauteil ist der Lagerkörper 5. Dieser weist eine Umfangsfläche 5.1 auf, die naturgemäß zylinderschalenförmig ist. Der zylinderschalenförmigen Fläche 5.1 des Lagerkörpers 5 entspricht eine zylinderschalenförmige Fläche 6.1 des Gehäuses 6. Deshalb kann Lagerkörper 5 eine Drehbewegung um seine Längsachse 5.2 ausführen. Es versteht sich, daß die Längsachse 5.2 parallel zur Achse der Welle 1 verläuft. The decisive component according to the invention is the bearing body 5 . This has a peripheral surface 5.1 , which is naturally cylindrical in shape. The cylindrical shell-shaped surface 5.1 of the bearing body 5 corresponds to a cylindrical shell-shaped surface 6.1 of the housing 6 . Therefore, bearing body 5 can perform a rotary movement about its longitudinal axis 5.2 . It goes without saying that the longitudinal axis 5.2 runs parallel to the axis of the shaft 1 .
Die Möglichkeit der Verdrehung des Lagerkörpers 5 und seiner Achse 5.2 bedeutet zugleich die Möglichkeit einer Schwenkbewegung oder Kippbewegung der gesamten Einheit, umfassend den Segmentkörper 2, die Druckscheibe 3 und den Keil 4. Damit ist es möglich, diese Einheit bei der Montage derart einzustellen, daß die Fläche 2.1 des Segmentkörpers 2 die richtige Position relativ zur Mantelfläche 1.1 der Welle hat.The possibility of rotating the bearing body 5 and its axis 5.2 also means the possibility of a pivoting or tilting movement of the entire unit, including the segment body 2 , the thrust washer 3 and the wedge 4 . This makes it possible to adjust this unit during assembly such that the surface 2.1 of the segment body 2 has the correct position relative to the outer surface 1.1 of the shaft.
Ist die Montage vollzogen, so kann der Lagerkörper 5 relativ zum Gehäuse 6 fixiert werden, so daß er keine Drehbewegung mehr auszuführen vermag. Dies kann beispielsweise durch einen Stift vorgenommen werden, der teils in das Fleisch des Lagerkörpers 5, teils in das Fleisch des Gehäuses 6 eingesetzt wird. Aufgrund der Balligkeit der Fläche 3.1 der Druckscheibe 3 kann sich der Segmentkörper 2 frei einstellen, so daß die Flächen 1.1 und 2.1 die richtige Lage relativ zueinander einnehmen.If the assembly is complete, the bearing body 5 can be fixed relative to the housing 6 so that it can no longer perform a rotary movement. This can be done, for example, by means of a pin, which is inserted partly into the meat of the bearing body 5 and partly into the meat of the housing 6 . Due to the crowning of the surface 3.1 of the thrust washer 3 , the segment body 2 can adjust itself freely so that the surfaces 1.1 and 2.1 assume the correct position relative to one another.
Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 3 und 4 ist die Druckscheibe 3 entfallen. Stattdessen greift Keil 4 direkt in eine Nut in Segmentkörper 2 ein.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the thrust washer 3 has been omitted. Instead, wedge 4 engages directly in a groove in segment body 2 .
Die radialinnere Fläche 4.1 des Keiles 4 kann aber ballig gemacht werden, so wie im Falle der Fig. 1 und 2 die Fläche 3.1 der Druckscheibe.The radially inner surface 4.1 of the wedge 4 can, however, be made spherical, as in the case of FIGS. 1 and 2, the surface 3.1 of the thrust washer.
In beiden Fällen ist der Lagerkörper, wie erwähnt, ein Zylinderkörper. Dies muß jedoch nicht unbedingt so sein. Entscheidend ist lediglich, daß es zwei zylinderschalenförmige Flächen 5.1, 6.1 gibt. Wie der Lagerkörper 4 außerhalb dieser Flächen gestaltet ist, ist belanglos.In both cases, the bearing body, as mentioned, is a cylinder body. However, this does not necessarily have to be the case. The only important thing is that there are two cylindrical shell-shaped surfaces 5.1 , 6.1 . How the bearing body 4 is designed outside of these surfaces is irrelevant.
Claims (4)
- 1. 1.1 mit einem Kranz von feststehenden Segmentkörpern (2), der dazu bestimmt ist, die Welle (1) zu umschließen und mit deren Mantelfläche (1.1) einen Lagerspalt zu bilden;
- 2. 1.2 radial außerhalb eines jeden Segmentkörpers (2) ist ein Lagerkörper (5) angeordnet, der dazu bestimmt ist, sich am Turbinengehäuse abzustützen;
- 3. 1.3 zwischen Segmentkörper (2) und Lagerkörper (5) ist ein Keil (4) vorgesehen, der in Achsrichtung der Weile (1) zwecks Einstellens des Lagerspaltes in entsprechende Nuten eintreibbar ist;
- 4. 1.4 der Lagerkörper (5) weist eine zylinderschalenförmige Lagerfläche (5.1) zum Abstützen an einer entsprechenden zylindrischen Lagerfläche (6.1) im Turbinengehäuse auf.
- 1. 1.1 with a ring of fixed segment bodies ( 2 ), which is intended to enclose the shaft ( 1 ) and to form a bearing gap with its outer surface ( 1.1 );
- 2. 1.2 radially outside of each segment body ( 2 ) a bearing body ( 5 ) is arranged, which is intended to be supported on the turbine housing;
- 3. 1.3 between the segment body ( 2 ) and the bearing body ( 5 ) a wedge ( 4 ) is provided, which can be driven in the axial direction of the while ( 1 ) for the purpose of adjusting the bearing gap in corresponding grooves;
- 4. 1.4 the bearing body ( 5 ) has a cylindrical shell-shaped bearing surface ( 5.1 ) for support on a corresponding cylindrical bearing surface ( 6.1 ) in the turbine housing.
- 1. 3.1 es ist eine Druckscheibe (3) vorgesehen, die in eine Nut im Segmentkörper (2) eingreift;
- 2. 3.2 die Druckscheibe (3) weist auf ihrer dem Segmentkörper (2) zugewandten Seite eine wenigstens annähernd ballige Stützfläche auf;
- 3. 3.3 der Keil (4) greift einerseits in eine Nut in der Druckscheibe (3), und andererseits in eine Nut im Lagerkörper (5) ein.
- 1. 3.1 a thrust washer ( 3 ) is provided which engages in a groove in the segment body ( 2 );
- 2. 3.2 the thrust washer ( 3 ) has on its side facing the segment body ( 2 ) an at least approximately spherical support surface;
- 3. 3.3 the wedge ( 4 ) engages on the one hand in a groove in the thrust washer ( 3 ), and on the other hand in a groove in the bearing body ( 5 ).
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