DE2034946A1

DE2034946A1 - Axiallager

Info

Publication number: DE2034946A1
Application number: DE19702034946
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Toshima Hisashi Hitachi Sato (Japan) M F16c29 02
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-07-14
Filing date: 1970-07-14
Publication date: 1971-04-08
Also published as: US3620582A; CH517902A; JPS4824571B1; DE2034946B2; DE2034946C3; SE358452B

Description

DA-3947 " ■ - '■

B β se far e i b η η & au-der Patent anme !dung

der Firma

HITACHI,-MJD.

1=5-1, Mar,unouchi, Ghlyoda-ku, Solcio, Japan

betreffend

Axiallager Priorität: 14. Juli 1969» Nr₀ 5511.1/69» Japan

Die Erfindung betrifft ein Axiallager zur Verwendung in um» laufenden Vertikalmaschinen, insbesondere in großen Maschinen wie etwa großen Wasserturbinen-Generatoren.

Ein neuerdings zu beobachtender rascher Anstieg des Bedarfs an elektrischer Energie erfordert ee, daß die Kapazität und der Aufbau von -umlaufenden Maschinen wie Wassertiirbinen-Generatoren erhöht werden, um die Gesamtlelstungsfähigleeit zu ver— bessern»

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Diese 'Tendenz hat zur Folge, daß die Druckplatten in den Axial« lagern solcher Maschinen eine hohe Last aufzunehmen haben· üblicherweise werden deshalb die.Lager-Bruckplatten in eine Vielzahl von kleineren Drucksegmenten unterteilt., ims die Belastung je Drucks-egment au

2ur Erläuterung äes Problems wird im folgenden auf die Pig* bis 9 der Zeichnungen Bezug genonffiienj darin aeigea

Pig. 3 und 5 Draufsiehten auf
die in herkömmlicher Weise auf einer federplatte gelagert sind;

Fig. 4 und 6 Seitenansichten von PIg₀ 3 bzw_o 5-5

Pig, 7 einen fertikalschnitt durch" einen Teil einer Axiallager-Anordnung;

Pig· 8 eine Seitenansicht eines ©rucksegments zur Erläuterung der lastverteilung bei einem Lager naeh deia Stand der Technik; und

Pig, 9 eine Seitenansicht eines weiteren, konventionellen Axial lager-Druckaegiaent es»

Wie in Pig. 3 .geneigt* ist das Lager-Drucksegmenifc 1 als Sektor ausgebildet, der in Radialriehtung der (nicht ten) Rotorwelle länglich 1st.

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Ist ä&s längliche Drucksegment· 1 an einem einzigen Punkt gelagert, so wird es beim Betrieb der elektrischen Maschine leicht deformiert, und seine Belastungsfähigkeit kann dabei erheblich abnehmen. Um diesen Mangel zu beseitigen, wird eine Lagerstruktur verwendet, bei der das Drucksegment an zwei Punkten in Radialrichtung der Rotorwelle, d„h. in Längsrichtung des Segmentes gelagert ist. Wie in I¹Ig₀ 3 bis 6 gezeigt,, arbeitet die Zweipunkt-Lagerung des Drucksegmentes mit einem Paar iron Auflager-Federplatten 2a und 2b, die jeweils an den entgegengesetzten Enden einer Haupt-Oberfläclie fußvorSprünge 4a und 4b und an einer mittleren Stelle der anderen Haupt~ Oberfläche einen Mittelvorsprung 3 haben,, "

Gemäß Fig. 3 und 4 ist Jede der Federplatten. 2a und 2b so an« geordnet, daß ihre Längslinie, auf der die Fußvorarünge und der Mittelvorsprung liegen, im wesentlichen parallel zur Längsricbitiing des Drucksegmentes 1 verläuft. Gemäß Fig. 5 und δ sind die Pederplatten 2a und 2b jeweils so angeordnet, daß ihre Längslinien₍ auf der die Fußvorsprünge und der Mittelvor·» I sprung liegen, rechtwinklig zu der durch den Mittelpunkt des Drucksegmentes 1 gehenden Radialrichtung der Rotorwelle verlaufen. Bei einer solchen Art der Lagerung können sämtliche Drucksegmente über die Federplatten 2a und 2b auf einer Basisplatte P angeordnet sein, wobei jedes Drucksegment 1 unabhängig von den anderen gelagert ist und keine Beziehung zu den jeweiligen benachbarten Drucksegmenten hat.

Bei einer solchen Konstruktion ist es wichtig, daß alle in der Axiallager-Anordnung verwendeten i'ederplatten 2a und 2b so geformt sind, daß sie identische mechanische Eigenschaf* ten wie Dimension und Elastizität haben. Weisen die i'ederplatten nicht die gleiche Elastizität auf, so konzentriert sich die Last auf eines der Drucksegmente, und es läßt sich keine gleichmäßige lastverteilung auf die Drucksegraente 1 erzielen. Deshalb müssen die Materialien für die Federplatten 2a und 2b sorgfältig und gleichmäßig ausgewählt werden»

Wie oben erwähnt, besteht die Tendenz, die Drucksegmente 1 in mehr und schmälere Segmente weiter zu unterteilen, um die Belastung pro Segment zu reduzieren, so daß die Anzahl an Federplatten 2a und 2b enorm wird. Infolgedessen ist es praktisch unmöglich, alle Federplatten identisch auszubilden, und die Herstellung dieser Platten kostet viel unnötigen Ärbeita- und Zeitaufwand. Bei der Bearbeitung der Federplatten 2a und 2b lassen sieh nämlich kleine Unregelmäßigkeiten in der Form kaum vermeiden. TJm sie identisch auszubilden und die Unregelmäßigkeiten in den Abmessungen auf die zulässigen Fehlerbereiche zu bringen, ist bei der Herstellung sehr hohe Präzision erforderlich»

Beim Betrieb eines Wasserturbinen-Öenerators verursachen andererseits Schwankungen des Wasserdrucks in Richtung der Axialkraft eine elastische Verformung in der Struktur der Basisplatte F, auf der die Federplatten 2a und 2b lagern«

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Infolgedessen nehmen einige Drucksegmente mehr Last auf als andere, und eine gleichmäßige lastverteilung auf die Drucksegmente läßt sich nicht erreichen. Dieses Problem wird im folgenden genauer erläutert» Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Grundplatte F, auf der die Drucksegmente 1 über die Federplatten 2a und 2b gelagert sind, von Stützarmen A getragen, die vom Stator des Aggregats radial auf die Rotorwelle S zu ragen.

Da die Rotorwelle im unbelasteten Zustand auf die erwähnte Basisplatte aufgebaut wird, befinden sich die Stützarme A und die Basisplatte F in horizontaler Richtung in den sogenannten Standardebenen, Wird jedoch der Wasserturbinen-Generator angetrieben, so werden die Stützarme A und die Basisplatte F durch die Last des Wasserdrucks bzw. die Axial-Schubkraft tellerartig verformt, wobei der mittlere Teil nach unten gedruckt wird, wie es in Fig» 7 durch die beiden strichpunktierten linien gezeigt ist.

Dementsprechend neigen auch die auf der Basisplatte F angeordneten Drucksegmente dazu, sich gegen die Rotorwelle zu neigen» Da sich die rechtwinklig zur Rotorwelle S konstruierte Fläche der Axialdruck-Laufscheibe R nicht deformieren kann, sind die Drucksegraente gezwungen, ihre horizontale lage längs der Fläche der Laufscheibe R beizubehalten« Die sich aus der Neigung der Grundplatte F gegenüber den einzelnen Drucksegmenten 1 ergebende Abstandsdifferenz sollte von den Federplatten 2a und 2b

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aufgenommen werden. Sie wird insbesondere durch eine starke Biegeverformung der am äußeren Teil des Dnicksegmentes 1 angeordneten Federplatte 2a aufgenommen» Die Gegenkraft der federplatte 2a ist daher weitaus größer als die der Federplatte Zb* Da sich der ölfilmdruck des Brucksegmentes 1 auf einen nur begrenzten Teil der Federplatte 2a konzentriert, wie dies durch die strichpunktierte Linie in Fig. 8 gezeigt ist, ist die Verteilung des Ölfilms unausgeglichen_s seine Dick© nimmt an dem beschränkten Seil ab, und die Belastbarkeit der einzelnen Drucksegmente sinkt. Die Doppelpunkt-Strieh-Linie in Fig. 8 zeigt die Verteilungskurve des Ölfilmdrucka in dem Fall, daß die Gegenkräfte der Federplatten 2a und.2b gleich sind.

Aus den obigen Gründen ist eine Anpassung an die verschiedenen Abmessungen der Grundplatte F, der Stütsarme A und ihrer speziellen Konstruktion erforderlich, um Fehler infolge der Deformationen der Grundplatte F beim Betrieb des Wasserturbinen-Generators zu vermeiden«, Um eine Abnahme der Belastbarkeit der einzelnen Drucksegmente als Folge ihrer Meigung gegenüber der Grundplatte zu verhindern, ist versucht worden? die Elastizität oder Flexibilität der Federplatten 2a und 21s so groß zu machen, daß ihre Gegenkräfte in einen bestimmten Bereich gebracht werden. Dabei ist insbesondere der Abstand zwischen den FußvorSprüngen 4a und 4b an den entgegengesetzten⁵ Enden der einen Haupt-Oberfläche der Federplatten 2a und '2b """'■

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so lang wie möglich zu machen. Wird die Elastizität der Feder-, platten 2a und 2b groß gemacht, so nehmen sie die Verschiebung der Grundplatte gegenüber der Standardebene infolge der Verformung der Grundplatte F oder der Stützarme A mühelos auf, so daß die Abnahme der Belastungsfähigkeit verhindert wird· Da jedoch die beiden Federplatten 2a und 2b gewöhnlich an einem Drucksegment eingesetzt werden und der Raum für ihre Unterbringung in Beziehung zu den übrigen Teilen der Axiallager-Anordnung beschränkt ist, kann der Abstand der Fußvorsprünge 4a und 4b bei der praktischen Ausführung des Axiallagers nicht so stark verlängert werden.

Man hat daher weiterhin versucht, jedes Segment auf einer einzelnen Federplatte 2 zu lagern, deren Fußvorsprünge 3a und 3b mit dem Segment und dessen Mittelvorsprung 4 mit der Basisplatte in Berührung stehen, wie es in Fig. 9 gezeigt ist₀ Bei dieser Konstruktion kann der Abstand zwischen den FuB-vorsprängen 3a und 3b gegenüber den Federplatten nach Fig.

bis 6 verlängert werden. ί

Da außerdem der einzelne Mittelvorsprung 4 der Federplatte das Drucksegment auf der Basisplatte F an einem Punkt lagert, kann das Drucksegment ohne Schwierigkeit stets horizontal gehalten werden, auch wenn sich die Basisplatte F und die Stützanne A gemäß der strichpunktierten linie in Fig. 9 neigen. Da jedoch der Abstand zwischen den Fußvorsprüngen 3a und 3b durch

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die Längsabmessung dee Drucksegments "bestimmt und verhältnismäßig kurz ist, ist es praktisch schwierig, die Federplatte 2 mit der gewünschten Elastizität oder Flexibilität herzustellen, .

Da außerdem die erwähnte Federplatte keinen Ausgleich einer ungleichmäßigen Belastung zwischen dem zugehörigen und den anderen Drucksegmenten bewirkt, ist ein Ausgleich der Schul)-belastung auf die einzelnen Drucksegmente nicht ssu erwarten₀

Ein Ziel der Erfindung besteht somit darin, mehrere Lager-Drucksegmente in ausgeglichener Weise durch eine besondere ,. Anordnung von Federplatten mit awei Fußvorsprüagen an ä©n . -entgegengesetzten Enden einer Haupt-Oberfläche- und eine® Mittelvorsprung an einer mittleren Stelle der -anderen Haupt-Ober fläche zu lagern. Ziel der Erfindung ist es weiterhin» die An zahl der Einsselteile der Axiallager~Anordnung gu vermindern und das Lager leicht herstellbar zu

Gemäß einer Ausfttaaagsiorii der Erfindung umfaßt ®in Axial lager zur ferweiitaag in milaiXfeniem ?ertlkalma®<sfoin®n- ein© auf einer Rotorwell© montierte i?lngfHffidge teialiruek scheibe, mehrere getresat© 3)ni©ks©©neat©₉ ■&£© ait der echelbe zusamiaeiaarbe
rere Lagerelement© aur
Basisplatte, die sefeli
fincteigageraäi sind äie £ag©^©l©a©sat© ffe

platten mit Fußvorsprttngen an den entgegengesetzten Enden einer Haupt-Oberfläche und einem Mittelvorsprung an einem mittleren Teil der anderen Haupt-Oberfläche, wobei jedes Drucksegment derart auf den Federplatten gelagert ist, daß jedes Segment ein Paar von in seiner Längsrichtung angeordneten Lagerpunkten aufweist, daß ein Fußvorsprung einer Federplatte den einen Lagerpunkt eines Segmentes und der anderen Vorsprung einen Lagerpunkt eines anderen Segmentes bildet, wobei der Abstand zwischen den Fußvorsprüngen größer ist als der zwischen den Lagerpunkten eines Segmentes.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand von Fig. 1, 2 und 7 im Detail beschrieben, wobei

Fig» 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer erfindungögemäßen Axiallager-Anordnung zeigt, während

Fig. 2 ein Querschnitt längs der Linie H-II der FIg. T

ist. -

Gemäß Fig. 1 und 2 sind die Lager-Drucksegmente 1a, 1b, 1c, 1d und so weiter konzentrisch auf einem gemeinsamen Kreis um die Rotorwelle S herum angeordnet· Die Lagerflächen der einzelnen Drucksegmente sind Sektorförmig und in Radialrichtung der Rotorwelle lang ausgebildet,

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Die Drucksegmente sind auf Federplatten 2 gelagert, die an entgegengesetzten Enden einer Haupt-Oberfläche zwei Fußvorsprünge 3a und 3n aufweisen, die ein Paar von Lagerpunkten bilden. Ein Mittelvorsprung 4 an einem mittleren Teil der anderen Haupt-Oberfläche der Federplatten 2 bildet einen lagerfuß. Die Spitze des Hittelvorsprungs 4 ist mit einer konvexen Oberfläche ausgebildet. Gemäß Fig. 7 sind die Drucksegmente 1a, 1b, 1c, 1d usw. mit den Federplatte 2 auf der Basisplatte 3? angeordnet, die von Stützarmen A getragen wird.

Der Abstand zwischen den Lagerpunkten der Drucksegmente ist durch die Belastungsfähigkeit bestimmt· An jedem Drucksegment sind zwei Lagerpunkte vorgesehen, die auf der in Radialrichtung der Rotorwelle verlaufenden Symmetrielinie des Segments angeordnet sind.

Der am inneren Teil des Drucksegments 1b befindliche Lagerpunkt ist drehbar auf dem Fußvorsprung 3a gelagert, der von einem Ende einer Federplatte 2 gebildet wird. Der vom anderen Ende der Federplatte 2 gebildete Fußvorsprung 3b unterstützt drehbar den Lagerpunkt, der sich am äußeren Teil des dem Segment 1b benachbarten Drucksegments 1c befindet.

In ähnlicher Weise ist der am äußeren Teil des Drucksegmentes 1d befindliche Lagerpunkt drehbar von dem Fußvorsprung 3b¹ am einen Ende einer weiteren Federplatte 2' unterstützt, während der Fußvorsprung 3a* am anderen Ende der Federplatte

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den Iiagerpunkt drehbar unterstützt, der sich am inneren Teil des dem Segment 1d benachbarten Drucksegment 1c befindet·

Die Art der Lagerung ist somit für das Drucksegment 1c erläutert worden? die übrigen Drucksegmente sind nach der gleichen Anordnung gelagert.

Ist bei der obigen Sauweise ein Drucksegment, beispielsweise das Segment 1c, Über das Standardniveau der übrigen Druck- * segmente verlagert und nimmt es dadurch eine konzentrierte Last auf, so hebt die Druckkraft, die das Segment 1e nieder» drückt, die benachbarten Drucksegmente 1b und 1d infolge der Wippwirkung der Federplatten 2 und 2'.

Wird beispielsweise das Drucksegment 1c im Vergleich zu den oenachbarten Segmenten 1b und 1d niedergedrückt» so wird diese Druckkraft auf die Fußvorsprünge 3a' und 3b.der beiden_Federplatten 2 bzw. '2* verteilt und diese verteilte Kraft auf. die entgegengesetzten Fußvorsprünge 3a bzw« 3b' Übertragen^ " die sich -unter den benachbarten Segmenten 11» und ld be fin« ■■■ ίβη» wobei die Mittelvorsprünge 4 und 4^r der Federplatten 2 · "SaWa/E¹ die Drehpunkte bilden« Dies bewirkt ein Anheben' tar "■ beiden Drucksegmente 1b und 1d_f bo daß diese aafangen₀ eiia@E 'Teil ^iT Last zu übernehmen, die sichtesprünglieii auf das·' . IXcucksegB&ent" Ic konzentrierte. · Brflndxtags gemäß wird-'-also ile " auf ein ©injselnes Drttoksegment (ic)'konzentrierte last" auf:. . .. ■ die benaeiträarten Segmente (1^»-1'ώ) irert©ilt* M@@rd'©ia ist

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Abstand zwischen den Fußvorsprüngen 3a und 3b der einzelnen !Federplatten 2 so ausgelegt, daß er langer ist als der Abstand zwischen den Lagerstellen eines einzelnen Drueksegmentes· Auf diese Weise läßt sich eine Konzentration der Last vermeiden und eine ausreichende elastische Verformung erzielen, um bei der Herstellung verursachte Dimensionsfehler aufzunehmen. Unzulässige Verformungen, merkliche Abnützung und Überhitzungsschäden, die dadurch verursacht werden, daß der Ölfilm durch Konzentration der Belastung abgeschnitten wird, werden somit wirksam vermieden,.

Befindet sich andererseits ein Drucksegment 1c auf Grund einer Verformung der Basisplatte F unter dem normalen .Niveau der übrigen Drucksegmente, so bewirkt die Gegenkraft der von den benachbarten Drucksegmenten Ib und Id aufgenommenen Last über die Federplatten 2 und 2' ein Anheben des Drucksegmentes Ic auf das normale Niveau, so daß sämtliche Drucksegmente la, 1b, 1c, 1d usw. die gleiche Last aufnehmen. Im Vergleich zu herkömmlichen Lager-Anordnungen, bei denen die einzelnen Drucksegmente unabhängig voneinander gelagert sind, bewirkt die Erfindung, daß die Segmente 1a, 1b, 1c, 1d usw. gleiche Teil» lasten aufnehmen_c

Erfindungsgemäß ist die gleiche Wirkung auch dann zu erwarten, wenn das Drucksegment 1d auf dem Fußvorsprung 3b der Federplatte 2 gelagert ist, deren anderer Fußvorsprung 3a das Segment 1b lagert«

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Erflndungsgemäß läßt sich also eine gut ausgeglichene Axiallager-Anordnung bauen, bei der eine höhere Belastbarkeit erzielt und merkliche Abnützung verhindert wird. Da die Federplatte 2 so angeordnet ist, daß sie zwei benachbarte Drucksegmente lagert und dabei den inneren Teil eines Segmentes mit dem äußeren Teil des anderen Segmentes funktionell verbindet, läßt sich der Abstand zwischen den Fußvorsprüngen 3a und 3b im Vergleich zu den herkömmlichen Federplatten verlän- '.-gern«,

Demgemäß kann die Federplatte 2 genügend elastisch sein, um kleine Dimensionsfehler der Federplatte 2 und der Drucksegmente sowie Deformationen der tragenden Basisplatte F zu absorbieren. Dadurch läßt sich eine Abnahme der Belastungsfähigkeit verhindern.

Da die Federplatte 2 ferner so angeordnet ist, daß sie zwei benachbarte Drucksegmente nach der Art der Zweipunkt-Lagerung \ lagert, ist die Anzahl der Federplatten 2 halb so groß wie bei den Lagern nach dem Stand der Technik,und der Lageraufbau der Segmente läßt sich vereinfachen· Diese Reduzierung in der Anzahl der verwendeten Teile vereinfacht den Aufbau der Lagersegmente und Federplatten und verkürzt dadurch die Zeit für den Zusammenbau und vereinfacht die Überwachung und Wartung nach dem Zusammenbau.

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Die geringe Zahl an Federplatten 2 und ihre hohe Elastizität machen eine hochpräzise Herstellungstechnik unwesentlich und gestatten dadurch eine einfachere und weniger Zeit beanspruchende Fabrikation. Da die Federplatten 2 die Drucksegmente so lagern, daß sie auf der Basisplatte F, auch wenn diese geneigt ist, schwenkbar sind, können die Federplatten 2 die Drucksegmente unabhängig von dieser Neigung stets horizontal lagern, so daß diese stets in engem Kontakt mit der Laufscheibe stehen.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

( 1i Axiallager mit Drucksegmenten, die jeweils an zwei in Längsrichtung angeordneten Lagerpunkten auf Federplatten gelagert sind, dadurch ge kennz e i c h η e t, daß jeweils ein Fußvorsprung (3a) einer Federplatte (2) einen Lagerpunkt für ein Drucksegment (1b) und der andere Fußvorsprung (3b) einen Lagerpunkt für ein anderes Drucksegment (1c) bildet und der Abstand zwischen den Fußvorsprüngen größer ist als zwischen den Lagerpunkten eines Drucksegmentes.

2ο Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Fußvorsprung (3a) einer Federplatte (2) den inneren Lagerpunkt eines Drucksegmentes (1b) und der \ andere FuSvorsprung (3b) dieser Federplatte den äußeren Lagerpunkt des benachbarten Drucksegments (1c) unterstützt.

3. Axiallager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ eic h n e t, daß sämtliche Federplatten (2, 2',...) so angeordnet sind, daß ihre Mittelvorsprünge (4) auf einem gemeinsamen Kreis liegen.

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109815/1276 original inspected

4, Axiallager »ach Anspsuon 1> Z oto J₉ ü^äumh g e-Jt e η η η i e Ii η g ΐ, äaß sSmtliefet Tedlejiplatten (2_r E¹,*,) mit

5, Axiallager nach einem der Ansprttofce 1 bis 4» I

der Federplatten (2) mit den Syimetrf©linien A^ mente (1) liegen.

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