DE2052079A1 - Axial plain bearings for high-speed shafts - Google Patents
Axial plain bearings for high-speed shaftsInfo
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Description
Axialgleitlager für hochtourige WellenAxial plain bearings for high-speed shafts
Die Erfindung bezieht sich auf ein Axialgleitlager für hochtourige Wellen, insbesondere Turborotoren, bestehend aus einer auf der Rotorwelle befestigten Gleitscheibe, die gegen eine lagerträgerseitig angeordnete, stillstehende Lagerscheibe anläuft. The invention relates to an axial sliding bearing for high-speed Shafts, in particular turbo rotors, consisting of a sliding washer fastened on the rotor shaft, which is pressed against a Bearing carrier side arranged, stationary bearing disk starts up.
Um bei Rotoren, die mit hoher Drehzahl umlaufen, Unwuchten auszugleichen und Schwingungen zu dämpfen, lagert man sie in Radialgleitlagern mit schwimmenden Büchsen, d.h. der hochtourige Rotor dreht sich in einer Gleitbüchse, die ihrerseits von einem ölpolster im Lagerträger aufgenommen wird. In den beiden Gleitpassungen befindet sich Schmiermittel. Eine solche Lagerung ist als reaktionsweiche Lagerung in radialer Richtung anzusehen und gibt dem Rotor durch ihre Pederungs- und Dämpfungseigenschaften entsprechend große Freiheiten um die Unwuchten und Schwingungen bei hohen Drehzahlen auszugleichen. Bei einem in radial nachgiebigen Lagern solcher Art aufgenommenen LäuferIn order to compensate for imbalances and to dampen vibrations in rotors that rotate at high speed, they are stored in Radial plain bearings with floating bushings, i.e. the high-speed rotor rotates in a sliding bush, which in turn is absorbed by an oil cushion in the bearing bracket. There is lubricant in the two sliding fits. Such Bearing is to be regarded as a flexible bearing in the radial direction and gives the rotor a correspondingly large amount of freedom to deal with the imbalances due to its suspension and damping properties and to compensate for vibrations at high speeds. In the case of a rotor received in radially flexible bearings of this type
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bereitet die Gestaltung des AxMlagers insofern Schwierigkeiten, als durch mögliche Taumelbewegungen des Läufers die auf diesen starr befestigte Axiallaufscheibe gegenüber der den Schub auf das Gehäuse übertragenden stillstehenden Axiallagerscheibe taumelt. Daraus ergeben sich örtlich und zeitlich auf dem Umfang unterschiedliche Laufspalte im Axiallager und als Folge davon Kantentragen und örtliche Überlastung des Lagers.the design of the AxMlager causes difficulties, than through possible wobbling movements of the rotor, the axial running disk rigidly attached to this opposite the the thrust on the housing transmitting stationary axial bearing washer staggers. This results in running gaps in the axial bearing that differ in terms of location and time on the circumference as a result, edge wear and local overloading of the bearing.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile unter Berücksichtigung eines vertretbaren wirtschaftlichen Aufwandes zu vermeiden.The object of the present invention is to address these disadvantages while taking into account a justifiable economic To avoid effort.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die stillstehende Lagerscheibe im Lagerträger kardanisch aufgehängt ist. Durch diese kardanische Aufhängung kann sich die stillstehende Lagerscheibe immer so einstellen, daß ihre Gleitfläche genau parallel zur umlaufenden Gleitscheibe steht, wodurch eine übermäßige Beanspruchung der Lagerscheiben und eine dadurch hervorgerufene vorzeitige Zerstörung vermieden wird.To solve this problem it is proposed according to the invention that the stationary bearing washer in the bearing bracket be cardanic is hung. Through this cardanic suspension, the stationary bearing disc can always adjust so that their The sliding surface is exactly parallel to the rotating sliding washer, causing excessive stress on the bearing washers and premature destruction caused thereby is avoided will.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung soll die kardanische Aufhängung so erfolgen, daß die stillstehende Lagerscheibe sich an ihrer Rückseite über zwei bezüglich der Rotorachse diametral gegenüberliegende Kugeln auf einen Zwischenring ab-In an advantageous embodiment of the invention, the cardanic suspension should take place in such a way that the stationary bearing washer on its rear side via two diametrically opposite balls with respect to the rotor axis on an intermediate ring.
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stützt, der seinerseits auf zwei bezüglich der Rotorachse sich diametral gegenüberliegenden Kugeln gegen den Lagerträger abgestützt iäb, wobei die vier Kugeln gegeneinander jeweils um 90 versetzt angeordnet sind. Durch diese einfache, betriebssichere und wartungsfreie Vorrichtung ergeben sich zwei aufeinander senkecht stehende Achsen, um die die stillstehende Lagerscheibe nach allen Seiten gekippt werden kann.which in turn is supported against the bearing carrier on two balls which are diametrically opposite with respect to the rotor axis iäb, whereby the four balls against each other by 90 are arranged offset. This simple, reliable and maintenance-free device results in two perpendiculars standing axes around which the stationary bearing disk can be tilted in all directions.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die stillstehende Lagerscheibe auf ihrer Rückseite von einem Druckmittel beaufschlagt sein. Dadurch wird die Druckbelastung auf die Lagerkugeln erheblich vermindert, da das Druckmittel auf der gesamten Ringfläche der stillstehenden Lagerscheibe angreift und -eine Druckkraft erzeugt, die dem Axialschub des Rotors entgegengerichtet ist. Ein am Außenumfang der axialen Lagerscheibe angeordneter Kolbenring, der an der Lagerträgerbohrung anliegt,verhindert dabei einen Druckausgleich und ist somit Gewähr für das Wirksamwerden der Entlastungsdruckkraft.In a further embodiment of the invention, the stationary bearing disk is to be acted upon by a pressure medium on its rear side be. As a result, the pressure load on the bearing balls is significantly reduced, since the pressure medium on the entire Attacks the annular surface of the stationary bearing disk and generates a compressive force which counteracts the axial thrust of the rotor is. A piston ring which is arranged on the outer circumference of the axial bearing disk and rests against the bearing carrier bore prevents it a pressure equalization and is therefore a guarantee that the pressure relief force will take effect.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sollen die stillstehende Lagerscheibe und/oder die rotierende Gleitscheibe an ihren aufeinander gleitenden Laufflächen mit hydrodynamisch wirksamer Profilierung versehen sein. Eine solche, auch als Mehrgleitflächenprofil bezeichnete Profilierung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand einer Zeichnung beschrieben.According to a further feature of the invention, the stationary Bearing disk and / or the rotating sliding disk on their sliding surfaces with one another with hydrodynamically more effective Profiling be provided. Such a profiling, also referred to as a multi-slide surface profile, and further details of the invention are described using a drawing.
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In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Turborotorlagerung mit einem erfindungsgemäßen Axialgleitlager1 shows a longitudinal section of a turbo rotor bearing with an axial sliding bearing according to the invention
Fig. 2 einen Meridianschnitt durch eine erfindungsgemäße Gleitpaarung mit einer Gleischeibe die ein hydrodynamisch wirksames Profil aufweist.2 shows a meridional section through a sliding pairing according to the invention with a sliding disk has a hydrodynamically effective profile.
Ein Turboläufer bestehend aus einer Welle J> und einem drehfest damit verbundenen Turbinenrad 2 ist in Radialgleitlagern 4 und 5 in einem Gehäuse 1 gelagert. In Pfeilrichtung wirkt ein z.B. aus den Gaskräften resultierender Axialschub S auf den Turboläufer, der in einem Axialgleitlager 12 abgestützt wird. Die Radialgleitlager 4 und 5 sind mit schwimmenden Büchsen (4a, 5&, 5b) ausgestattet, d.h. es ergeben sich jeweils zwei Schmierspalte zwischen Lagerträger und Rotor, nämlich der eine zwischen Welle und schwimmender Büchse, der andere zwischen schwimmender Büchse und Lagergehäuse. Durch die zwei Schmierspalte in jedem Lager ergibt sich eine begrenzt radial nachgiebige Lagerung, diejfür Turborotoren mit hohen Drehzahlen besonders geeignet ist. Das Radialgleitlager 5 soll zur Erzielung einer besseren Schmierung und Kühlung unterteilt sein, in der Weise, daß zwei schwimmende Büchsen (5a, 5b) axial nebeneinander liegen, wobeiA turbo rotor consisting of a shaft J> and a turbine wheel 2 connected to it in a rotationally fixed manner is supported in radial plain bearings 4 and 5 in a housing 1. In the direction of the arrow, an axial thrust S resulting, for example, from the gas forces acts on the turbo rotor, which is supported in an axial sliding bearing 12. The radial plain bearings 4 and 5 are equipped with floating bushings (4a, 5 &, 5b), ie there are two lubrication gaps between the bearing carrier and the rotor, namely one between the shaft and the floating bush, the other between the floating bush and the bearing housing. The two lubrication gaps in each bearing result in a bearing that is radially flexible to a limited extent and is particularly suitable for high-speed turbo rotors. To achieve better lubrication and cooling, the radial sliding bearing 5 should be subdivided in such a way that two floating bushings (5a, 5b) are axially adjacent to one another, with
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zwischen den Büchsen eine Schmierölzufuhr 7 angeordnet ist. Das den Axialschub aufnehmende Axialgleitlager 12 besteht aus einer auf der Rotorwelle 3 befestigten Gleitscheibe 11 und einer stillstehenden Lagerscheibe 6, die im Lagerträger 1 kar-. danisch aufgehängt ist. Diese kardanische Aufhängung erfolgt dabei so, daß sich die Axiallagerscheibe 6 über zwei sich bezüglich der Rotorachse J>o diametral gegenüberliegende Kugeln auf einen Zwischenring 14 abstützt, der seinerseits auf zwei sich diametral gegenüberliegenden Kugeln 15 gegen eine Gehäusebüchse 16 abgestützt ist. Die Kugeln 13 und 15 sind bezüglich der Maschinenachse um 9° gegeneinander versetzt. Auf diese Weise entstehen' zwei aufeinander senkrecht stehende Kippachsen, die jeweils durch die Kugelmittelpunkte verlaufen, und um die die stillstehende Axiallagerscheibe 6 in der gewünschten Weise nach allen Seiten kippen kann. Dadurch kann die Axiallagerscheibe 6 sich auch bei einer taumelnden Bewegung der Welle 3 und damit der Gleitscheibe 11 dieser anpassen, so daß in jedem Fall ein paralleler Gleitspalt zwischen den Scheiben 6 und 11 vorhanden ist.A lubricating oil supply 7 is arranged between the bushes. The axial sliding bearing 12, which absorbs the axial thrust, consists of a sliding disk 11 fastened to the rotor shaft 3 and a stationary bearing disk 6, which is in the bearing carrier 1. danish is hung up. This cardanic suspension takes place in such a way that the axial bearing disk 6 is supported on an intermediate ring 14 via two diametrically opposite balls with respect to the rotor axis J> o , which in turn is supported on two diametrically opposite balls 15 against a housing sleeve 16. The balls 13 and 15 are offset from one another by 9 ° with respect to the machine axis. In this way, two mutually perpendicular tilting axes are created which each run through the center of the sphere and about which the stationary axial bearing disk 6 can tilt in the desired manner in all directions. As a result, the axial bearing disk 6 can adapt itself to a wobbling movement of the shaft 3 and thus the sliding disk 11 so that a parallel sliding gap between the disks 6 and 11 is always present.
Die Lagerscheibe 6 bildet in der Bohrung 2o des Gehäuses 1 einen Kolben. Das durch eine Bohrung 17 in den Ringraum zwischen Gehäusebüchse 16 und Axiallagerscheibe 6 eintretende, unter Druck stehende Schmieröl wirkt auf die Rückseite 6a der Axiallagerscheibe 6 und entlastet dadurch die kardanische Aufhängung teilweise von dem zu übertragenden Axialschub S des Läufers. AmThe bearing disk 6 forms a piston in the bore 2o of the housing 1. That through a hole 17 in the annular space between the housing sleeve 16 and thrust bearing disk 6 entering, pressurized lubricating oil acts on the rear side 6a of the thrust bearing disk 6 and thereby partially relieves the cardanic suspension from the axial thrust S of the rotor to be transmitted. At the
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Außenumfang 6b der Axiallagerscheibe 6 verhindert ein Kolbenring 18, der an der Lagerträgerbohrung 2o anliegt, den Austritt des Schmieröls.Am inneren Durchmesser der Scheiben 6 und lA kann das Schmieröl nach beiden Seiten den Schmierspalten von Axial- und Radiallager zufließen. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften des Axialgleitlagers ist entweder die umlaufende Gleitscheibe 11 oder die stillstehende Axiallagerscheibe 6 mit einer hydrodynamisch wirksamen Profilierung versehen. Eine solche Kontur Io ist an der Scheibe 6 in Pig. 2 angebracht.Outer circumference 6b of the axial bearing disk 6 prevents a piston ring 18, which rests against the bearing carrier bore 2o, the outlet of the lubricating oil. On the inner diameter of the discs 6 and lA, the lubricating oil can on both sides The lubrication gaps of the axial and radial bearings flow in. To improve the sliding properties of the axial plain bearing is either the rotating sliding disk 11 or the stationary axial bearing disk 6 with a hydrodynamically effective one Profiling provided. Such a contour Io is on the disk 6 in Pig. 2 attached.
Während des Betriebes des Turboläufers liegt die Gleitscheibe 11 eindeutig an der Axiallagerscheibe 6 an. Beim Anfahren des Läufers, wenn der Schub S noch nicht voll wirksam ist, wird der auf die Axiallagerscheibe 6 wirkende Öldruck den Läufer über die Gleitscheibe 11 zunächst in die dem Axialschub S entgegengesetzte Richtung drücken. Deshalb ist eine Anlaufscheibe 19 im Gehäuse 1 angeordnet, die zur Verbesserung der Gleiteigenschaften ehenfalls mit einem hydrodynamisch wirksamen Profil wie es in Pig. 2 gezeigtist, versehen sein kann.During the operation of the turbo runner, the sliding disk 11 is clearly in contact with the axial bearing disk 6. When the rotor starts up, when the thrust S is not yet fully effective, the oil pressure acting on the axial bearing disk 6 will initially press the rotor via the sliding disk 11 in the direction opposite to the axial thrust S. Therefore, a thrust washer 19 is arranged in the housing 1, which in order to improve the sliding properties if necessary with a hydrodynamically effective profile as in Pig. 2 may be provided.
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19.I0.70T-309
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