DE2236754C3 - Lagerabstützung für eine Maschine mit senkrechter rotierender Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerabstützung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer großen Maschine mit senkrecht rotierender Welle muß das teilweise erhebliche Gewicht durch ein Axiallager auf die Grundplatte übertragen werden. Handelt es sich dabei z. B. um eine Wasserturbine mit einem Generator, so hat das Axiallager das Gewicht aller umlaufenden Teile, sowohl der Turbine als auch des Generators, sowie die auf die Turbine wirkende Schubkomponente zu tragen. Ein derartiges Lager muß mitunter mehrere tausend Tonnen Last auf die Grundplatte übertragen.

Bei einer Lagerabstützung der eingangs erwähnten Gattung (US-PS 35 49 922) ist der Stützkörper als Kranz mehrerer von dem das Axiallager enthaltenden ölbehälter ausgehender, sich sternförmig nach außen auf das Fundament erstreckender Arme ausgebildet. Die Arme liegen dabei notwendig auf kleinen Teilen eines verhältnismäßig kleinen Fundamentrings auf. Die Belastung auf dem Ring drängt sich damit auf wenigen, schmalen Sektoren des Fundamentrings zusammen. Um die Anlagefläche zu vergrößern, sind daher bei der bekannten Ausführung zwei Axiallager übereinander, und zwar unter und über dem Generatorläufer, vorgesehen. Wird der gesamte Schub durch einen Armstern übertragen, werden die Arme auf Biegung und auf Scherung beansprucht und wird so nur mit besonderen Ausbildungen eine ausreichende Starrheit erreicht. Es wird bei einer derartigen Abstützung über einen Armstern schwierig, eine hohe Eigenschwingungszahl zu erreichen.

Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, daß es beim Entwurf einer mechanischen Tragkonstruktion wünschenswert ist, daß alle Teile der Konstruktion einen gleichmäßigen Anteil an der Last tragen, damit die Konstruktion möglichst leicht wird. Ferner ist erwünscht, daß jeder Teil der Konstruktion nur eine einfache Beanspruchung erfährt, z. B. Zug- oder Druckbeanspruchung. Da der Gleitmodul im Vergleich zum Elastizitätsmodul verhältnismäßig niedrig ist, so ist es unerwünscht, einen Bauteil unter Scherbeanspruchung zu verwenden.

Von diesem Standpunkt aus ist die übliche Stützkonstruktion unvorteilhaft, da die Last durch die Biegeoder Scherbeanspruchung der Arme getragen und der Werkstoff der Konstruktionsteile nicht wirksam ausgenutzt wird. Daher ist es nicht möglich, das Gewicht der Konstruktion zu verringern, außer wenn man die zulässige Beanspruchung erhöht Wenn die zulässige Beanspruchung erhöht wird, dann nimmt die Starrheit der Konstruktion entsprechend ab, was in unerwünschter Weise die Verformung und Schwingungen vergrößert

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lagerabstützung der eingangs erwähnten Gattung so auszubilden, daß mit einem minimalen Gewicht der gesamten Abstützung ein Optimum an Festigkeit und Steifheit und ein Ausschalten von schädlichen Vibrationen aller Art erreicht werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Unteranspruch betrifft eine bevorzugte Weiterbildung.

Die erfindungsgemäße Lagerabstützung kann mit verhältnismäßig niedrigen Herstellungskosten gebaut werden, weil alle den Stützkörper bildenden Bauteile einen Anteil an der Last tragen. Ferner ist die Konstruktion außerordentlich starr und geeignet, schädliche Schwingung und Verformung auszuschließen. Schließlich wird ein von Hauptbauteilen umschlossener Raum wirksam als Teil des Ölbehälters ausgenützt, so daß das Fassungsvermögen des Ölbehälters vergrößert und ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.

Der Stützkörper liegt auf dem Fundament mit der gesamten nach außen gerichteten Ringkante auf der ganzen Fläche der schmalen Oberfläche des Fundamentrings auf, so daß die Last gleichmäßig innerhalb der an sich kleinen Fläche verteilt wird. In jedem Bauteil wirkt nur eine einfache Druck- oder Zugspannung, so daß eine erhebliche Starrheit auch bei großem Durchmesser erreicht wird. Das Gewicht des Stützkörpers läßt sich wesentlich verringern, und es ist auch in waagerechter Richtung eine Starrheit gegeben, bei der Eigenschwingungsfrequenzen kein Problem mehr darstellen.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben, die einen Axialschnitt zeigt.

Als Ausführungsbeispiel wurde die Verwendung einer Lagerabstützung gemäß der Erfindung bei einer mit einem Generator gekoppelten Wasserturbine gewählt. Die Zeichnung zeigt einen Teil der umlaufenden Welle 1 dieser Maschine und dann das Drucklager 2, den ölbehälter 3 und den Stützkörper 4.

Die umlaufende Welle 1 ist am Wellenende 5 mit einem Wellenflansch 6 versehen. Im ölbehälter 3 ist das Drucklager^ angeordnet, das aus Lagerklötzen 8 und einem Träger 9 besteht. Im ölbehälter 3 befinden sich Schmieröl und ein (nicht gezeichneter) Kühler zur Kühlung des Schmieröls.

Der Ölbehälter 3 ist durch eine innere zylindrische Wand 10 und eine Bodenplatte It und durch einen Teil des Stützkörpers^gebildet.

Der StützkörpeMist als hohler ringförmiger Körper von dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet, der eine

Außenwand 12, einen Boden 13 und eine Innenwand 15 aufweist. Wenn die Außenwand 12 und der Boden 13 des Stützkörpers 4_ die Außenwand des Ölbehälters bilden, sind der Innenraum des Ölbehälters 3 um den Hohlraum 14 des Stützkörpers 4 und die aufnehmbare ölmenge und damit die Wärmeaufnahmefähigkeit vergrößert Wenn aber das Fassungsvermögen des Ölbehälters nicht vergrößert zu werden braucht, dann kann die Innenwand 15 des Stützkörpers ± als Außenwand des ölbehälifJ^-S 3 dienen. i ■ ■

Der Stützkörper 4. hat an jeder der Ecken des Querschnittsdreiecks je einen Ringflansoh 16,17 und 18. Der Außenringflaissch 18 ist auf dem Fundament 19 mittels Schrauben 20 befestigt, so daß der Stützkörper£ von dem Fundament getragen wird. Die von der Welle 1 ι auf das Axiallager 2 wirkenden Kräfte werden vom Träger 9 über einen Ring 21 auf den Innenringflansch 16 übertragen. Dieser Ring 21 ist bei dem gewählten Ausführungsbeispiel notwendig, da es nLht möglich ist, den Träger 9 unmittelbar auf dem Flansch 16 aufsitzen ..„■ zu lassen. Es ist aber erwünscht, den Aufiagerpunkt 22 des Trägers 9 unmittelbar auf dem Flansch 16 aufsitzend anzuordnen. In jedem Falle soll die Last gleichmäßig auf den Innenringflansch 16 des Stützkörpers 4_ verteilt werden.

Der Ringflansch 17, der an der oberen Seite des Stützkörpers 4. angeordnet ist, dient dazu, ein Radiallager 23 und eine Bremseinrichtung 24 zu tragen, sowie dazu, eine Verwindung des ringförmigen Stützkörpers 4 zu verhindern. m

Der Stützkörper 4_ ist ferner an seiner Innenwand oder Außenwand mit Versteifungsplatten, wie z. B. der durch das Bezugszeichen 25 angedeuteten, versehen, welche jede Verformung verhindern sollen. Ferner kann der Stützkörper 4_ mit Auflageflächen für den Anbau ., anderer nötiger Teile und auch mit Zugangs-, Entlüftungs- und Entleerungslöchern versehen sein.

Was nun die Lastübertragung im Stützkörper betrifft, so wird, da die Flanschen 16,17 und 18 mit den Wänden des ringförmigen Stützkörpers an den Ecken seines „, dreieckigen Querschnittes verbunden sind, die Last an einer der Ecken eingeführt und an einer anderen Ecke abgegeben. Da eine auf eine Verbindung von Bauteilen ausgeübte Last in zu den Bauteilen parallele Komponenten zerlegt werden kann, so kann die Last auf jeden der Bauteile in Form reiner Zugkraft oder Druckkraft ausgeübt werden. Ferner läßt sich, wenn jeder der Bauteile eine entsprechende Lastk-omponente trägt, eine gleichmäßige Beanspruchungs-Verteilung erreichen. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung, den Werkstoff günstig auszunutzen.

In einer Maschine hoher Leistung und hoher Drehzahl nehmen die Belastung des Drucklagers und die Umfangsgeschwindigkeit des Lagers mit der Folge zu, daß auch die Temperatur im Drucklager-Ölbehälter zunimmt, so daß die Kühlung des Öls im ölbehälter problematisch wird. Üblicherweise wird ein Kühler innerhalb oder außerhalb des Ölbehälters vorgesehen und das öl durch ihn umgewälzt und in ihm gekühlt. Wenn das durch den Kühler hindurchzuführende Kühlmittel durch irgendeinen Unfall ausbleibt, entsteht eine ernste Gefahr. Damit ein sicherer Betrieb der Maschine selbst bei Versagen des Kühlers verbürgt ist, empfiehlt es sich, den Fassungsraum des Ölbehälters zu vergrößern, so daß jeder Temperaturanstieg des Lagers von dem im ölbehälter befindlichen Schmieröl aufgenommen werden kann, bis irgendeine Schutzmaßnahme vom Maschinenwärter getroffen wird.

Es war bisher schwierig, den Fassungsraum des Ölbehälters zu vergrößern, ohne die Stützkonstruktion zu schwächen. Bei der erfindungsgemäßen Bauart aber besteht die Stützkonstruktion aus einem ringförmigen Stützkörper von hohlem, dreieckförmigen Querschnitt, so daß der hohle Innenraum des ringförmigen Stützkörpers als Teil des Ölbehälters benutzt werden kann. So kann das Fassungsvermögen des Ölbehälters leicht vergrößert werden. Daher ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion bei einer Maschine hoher Leistung und hoher Drehzahl einen sicheren und verlängerten Betrieb.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lagerabstützung für eine Maschine mit senkrechter rotierender Welle mit einem Axiallager und einem Radiallager zur Aufnahme der von der Welle ausgehenden Kräfte, die über einen Stützkörper auf das Fundament übertragbar sind, wobei das Axiallager innerhalb eines Ölbehälters liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der als hohler ringförmiger Körper von dreieckförmigem Querschnitt ausgebildete Stützkörper (4) mit einem an einer radial nach außen gerichteten Ringkante des Querschnittsdreiecks vorgesehenen Ringflansch (18) am Fundament (19) festgelegt ist, daß an einem an einer anderen Ringkante des Quersrhnittsdreiecks vorgesekenen Ringflansch (16) die Axialkräfte und am Ringflansch (17) an der verbleibenden weiteren Ringkante die Radialkräfte aufgenommen werden und daß der ölbehälter (3) von mindestens dem die Axialkräfte aufnehmenden Ringflansch (16 bzw. 16 und 18) getragen wird.

2. Lagerabstützung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (14) des Stützkörpers (4) radial nach innen derart offen ist, daß er einen Teil des Ölbehälters (3) bildet.