DE2349190A1

DE2349190A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE2349190A1
Application number: DE19732349190
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Hohn
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1975-03-13
Also published as: CH562972A5

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Gleitlager

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager für rasch umlaufende Wellen bei hoher Belastung, insbesondere für Dampfturbinen, mit einer Kühlung der Lagerschale durch das Schmiermittel.

Die hydrodynamische Schmiertheorie beurteilt dann ein Gleitlager als funktionstüchtig, wenn die im Betrieb sich einstellende minimale Schmierfilmdicke die Summe der Rauhigkeitswerte der Wellen- und Lagerschalenoberfläche überschreitet. Sie nimmt dabei in keiner Weise Rücksicht auf die Belastung des Lagermetalls unter dem Einfluss der im Oelspalt infolge

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der Scherung des Oelfilms erzeugten hohen Temperaturen. Das Niveau der maximalen Lagermetalltemperatur steigt dabei mit steigender Lagerbelastung, Das führt zu einem beträchtlichen Bauaufwand, der bei grosseri schweren Lagern besonders deutlich hervortritt. Aufgrund der grossen Umfangsgeschwindigkeit der Wellen an solchen Lagern und der grossen Belastung des Lagermetalls ist die Gewährleistung der oben definierten Funktionstüchtigkeit nur durch aufwendige Mittel erreichbar. Deshalb erscheint eine Verbesserung der Lager mit dem vorhandenen Stand der Technik nicht durchführbar. Man hat versucht hochtemperaturbeständige Lagermetalle einzusetzen, aber diese bieten nur eine Ausweichslöung, deren Möglichkeiten auf wenxige Werkstoffe begrenzt sind. Die Verarbeitung einzelner dieser Werkstoffe wird ausserdem durch Auftreten giftiger Dämpfe erschwert, und bei Bleibronzen oder anderen Hartlagermetallen ist die Härtung der Wellenzapfen eine Vorbedingung. Bei Werkstoffen mit gerin ge_m Kohlenstoffanteil ist eine genügende Härtung nicht mehr ausreichend durchführbar ohne die Schweissbarkeit zu beeinflussen.

Zur Lösung dieser Probleme wurden schon viele Wege vorgeschlagen. So ist z.B. ein Verfahren zur Herstellung von Lagerschalen mit Kühlkanälen bekannt, bei dem axial ge-

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richtete Nuten in einer Lagerschale gegossen und danach mit aufschweisbaren Abdeckstreifen abgeschlossen werden. Anschliessend wird die Lagerschale im Innern auf Mass gedreht und mit einer Weissmetallschicht oder einer anderen Lagermetall-Legierung versehen.

Zur Herstellung einer solchen Lagerschale ist eine Vielzahl von Arbeitsschritten notwendig, die einen beträchtlichen Aufwand erfordern, Ausserdem wird die Geometrie der Lagerschale durch das Einschweissen der Abdeckstreifen beeinflusst, so dass eine zusätzliche Nachbearbeitung erforderlich ist. Darüberhinaus können die Kühlkanäle nach dem Verschliessen nicht mehr gereinigt werden, so dass es leicht zur Verstopfung derselben kommen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gleitlager zu schaffen,, dessen Lagerschale trotz hoher Belastung soweit gekühlt werden kann, dass die Lebensdauer und Funktionstüchtigkeit des Lagers während der gesamten Betriebsbelastung gewährleistet bleibt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemass dadurch ausgezeichnet, dass die mit einem Lagermetall versehene Lagerschale in Nuten eines Stützkörpers eingesetzt ist, wobei

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der Stützkörper mit in der Umfangsrichtung und in Radialebenen verlaufenden Kühlkanälen ausgerüstet ist und auf den dazwischenliegenden Stegen die Lagerschale aufliegt und das Kühl- bzw. Schmiermittel über eine Bohrung und eine Verteilkammer den Kühlkanälen zugeführt wird und über die Einlauföffnung zur Lauffläche an der Lagerschale gelangt.

Die sich ergebenden Vorteile liegen einerseits in der raschen und ohne Zusatzarbeiten möglichen Austauschbarkeit der Lagerschalen, und andererseits in der ebenso einfachen Handhabung der Lager bei der Wartung. Zur Reinigung der Kühlkanäle wird die Lagerschale aus den Nuten im Stützkörper entfernt und die Kühlkanäle mit mechanischen Mitteln oder ähnlichem von Schmutzresten und Rückständen befreit.

Ferner ist bei gleichzeitiger Verwendung des Schmiermittels als Kühlmittel von Vorteil, dass das Schmiermittel mit nahezu über den gesamten Betriebsbereich gleichbleibender Temperatur der Lagerschale zugeführt wird, also die Lagerschale keinen oder minimalen Temperaturschwankungen unterworfen ist. Daraus ergibt sich ein weiterer Vorteil, der die Betriebssicherheit beeinflusst. Neben dem besser kalkulierbaren· Betriebsverhalte werden die Abweichungen von der konstruktiv festgelegten geometrischen Form der Lager-

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schale vermindert, so dass sowohl die Lagerverluste als auch der Schmiermittelverhrauch günstig beeinflusst werden.

Eine andere Ausführungsform ist dadurch ausgezeichnet, dass der Stützkörper und die Lagerschale im wesentlichen einen Lagerschuh eines Kippsegmentlagers bilden, wobei der Lagerschuh an einem Lagerbock abgestützt ist und mit einem Zapfen zentriert ist.

Daraus resultiert die Anwendung des Erfindungsgegenstandes bei sogenannten Kippsegmentlagern mit den gleichen Vorteilen wie sie oben genannt wurden.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Schmier- bzw. Kühlmittel die Kühlkanäle entgegen der Drehrichtung der Welle durchströmt.

Daraus ergibt sich eine besonders gute Kühlwirkung an der Lagerschale und am Stützkörper, weil an den Stellen der grössten Wärmebelastung auch die stärkste Kühlung vorgesehen wird. Diese Wirkung wird noch durch die an der den Kühlkanälen des Stützkörpers zugekehrten Seite der Lagerschale vorgesehenen Rippen oder Nuten verstärkt. Wegen der damit wesentlich vergrösserten Wärmetauschfläche an Lager-

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schäle und am Stützkörper wird der Temperaturgradient verbessert und somit die Belastbarkeit der Lagermetallschicht nochmals gesteigert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Gleitlager, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-H in Fig, I,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Lagerschuh eines Kippsegmentlagers,

Fig. M einen Axialschnitt durch den Lagerschuh entlang der Linie B-B in Fig. 3.

Für einander entsprechende Teile sind in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen eingesetzt.

In Fig. 1 ist ein vollumschlossenes, in einer Axialebene geteiltes Gleitlager dargestellt, dessen Lagerschalen 2 und 2¹ mit dem Lagermetallausguss 1 versehen sind. Die Lagerschalen 2 und 2* sind im ebenfalls zweigeteilten Stützkörper per 3 und 3' eingesetzt.

Die Lagerschalen 2 und 2¹ können zweckmässigerweise zu-

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sammen mit dem Lagermetallausguss 1 als Verschleisselement betrachtet werden und sind nach Erreichen einer bestimmten Verschleissmarke austauschbar. Diese Massnahme erleichtert die Ersatzteilhaltung, da die Stützkörper 3 und 3' wieder verwendet werden können.

Im Stützkörper 3 und 3' sind mehrere die Kühlkanäle H bildende Umfangnutei 6 eingedreht. Auf den dazwischen ausgebildeten Stegen 5 liegt die Lagerschale 2 bzw. 2' auf. Diese ist durch seitliche im Stützkörper 3 bzw. 3¹ vorgesehene Nute 12 geführt und mittels nicht gezeigter Nasen in ihrer Position fixiert. Das Schmier- bzw. Kühlmittel wird über die Bohrung 7 in die Verteilkammer 8 eingeführt, die an der Teilungsfuge durch das Leitblech 9 abgeschlossen ist. Das Kühl- bzw. Schmiermittel gelangt von der Verteilkammer 8 in die Kühlkanäle 1 über die Einlauföffnung 10 zu den unbelasteten Stellen am Schmierkeil der Lagerschale 2.

Es ist besonders zweekmässig, wenn das Schmier- bzw. Kühlmittel entgegen der Drehrichtung der Welle 11 die Kühlkanäle M durchströmten.

Auf seinem Weg von der Bohrung 7 durch die Kühlkanäle 4 zur Einlauföffnung 10 nimmt das in den Umfangnuten 6 mit

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hoher Geschwindigkeit (5-10 m/s) fliessende Schmiermittel einen Teil der Reibungswärme des Schmierfilmes auf und kühlt die Lagerschale 2 bzw. 2', Durch diesen intensiven Wärmetransport wird die Lagermetalltemperatur herabgesetzt und der Verschleiss vermindert.

Eine zusätzliche Senkung der Lagermetalltemperatur erreicht man, wenn der Stützkörper 3 der dünnen Lagerschale 2 aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer, gefertigt wird.

In Fig. 2 ist der Stützkßrper 3 auf dem schematisch angedeuteten Lagerbock 14 abgestützt und seine Lage mittels des Zapfens 15 zentriert. Der Stützkörper 3 bzw. 3' weist mehrere Umfangsnuten 6 auf, die die Kühlkanäle H bilden. An den Randstegen 5' des Stützkörpers 3 und 3¹ sind Nute vorgesehen, in die die Ringleiste 13 der Lagerschale 2 eingeschoben wird. An der Innenseite der Lagerschale 2 ist der Lagermetallausguss 1 vorgesehen. Der Aussenumfang der Lagerschale 2 liegt an den Stegen 5 auf, so dass die Lagerschale 2 gleichmässig abgestützt wird.

Bei Lagern mit hoher Wärmebelastung können ohne weiteres die in den Lagerschalen 2 durch strichlierte Linien ange-

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deuteten Nute 16 vorgesehen werden. Dadurch wird die Wärmetauschfläche vergrössert, so dass das Kühl- bzw. Schmiermittel einen grösseren Wärmetransport übernehmen kann. Allerdings ist dabei darauf zu achten, dass die Festigkeitsbzw. Stabilitätsbedingungen der Lagerschale 2 nicht gestört werden. Zu diesem Zweck können anstatt der Nuten 16 auch einzelne Rippen vorgesehen werden, die in die Kühlkanäle ^ hineinreichen.

In Fig. 3 ist der Lagerschuh 17 eines Kippsegmentlagers im Längsschnitt dargestellt, dessen Lagerschalensegment 2¹· mit einem Lagermetallausguss 1 versehen ist.

Der Lagerschuh 17 wird im wesentlichen aus dem Stützkörper 3^tf gebildet, der am Lagerbock 14 aufliegt und durch den Zapfen 15 in seiner Lage ausgerichtet wird. Einfacherweise ist im Zapfen 15 die Bohrung 7 für die Schmier- bzw. Kühlmittelzufuhr vorgesehen, von der das Schmiermittel über eine weitere Bohrung 18 zur Verteilkammer 8 gelangt und anschliessend die Kühlkanäle ¹I durchströmt. Durch die Einlauföffnung 10 gelangt das Schmiermittel in den Schmierspalt zwischen Lagerschalensegment 2^ff und der Welle 11. Zweckmässig wird auch hier die Strömungsrichtung de3 Schmier- bzw. Kühlmittels in den Kühlkanälen ¹J entgegen

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der Drehrichtung der Welle 11 gerichtet sein, damit eine gegenüber der Wärmeverteilung an der Lagerschale 2 ausgleichen de Kühlwirkung erzielt wird. Somit bleiben auch bei solchen Kippsegmentlagern die vorgenannten Vorteile gewahrt.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt in einer Axialebene durch den Lagerschuh 17 gemäss Fig. 3. Es sind im Stützkörper 3'· wiederum die aus Umfarigsnuten 6 und Stegen 5 gebildeten Kühlkanäle Ί erkennbar. Auf den Stegen 5 liegt das Lagerschalenßegment 2¹¹ auf, das durch seitliche Nute 12 im Stützkörper 3'¹ befestigt ist und an der Gleitfläche mit einem Lagermetallausguss 1 ausgerüstet ist.

Der Stützkörper 3^fl sitzt am Lagerbock 14 auf und ist mit einem Zapfen 15 versehen, durch den über die Bohrung 7 die Schmier- bzw. Kühlmittelzuführung erfolgt.

Der Uebersichtlichkeit halber wurden Dichtungselemente an den seitlichen Nuten 12 bzw. am Zapfen 15 weggelassen, da deren Einfluss auf den Erfindungsgegenstand sekundär ist. An den Stirnseiten des Stützkörpers 3¹¹ des Lagerschuhes 17 können zur einfacheren Herstellung Abschlussbleche befestigt werden, die die Verteilkammer 8 bzw. die Einlauföffnung 10 aufnehmen und gleichzeitig zur Lagefixierung der in die Nute 12 eingeschobenen Lagerschale 2"dienen.

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Claims

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Pat e. η .t. a i\ ".s p. r^ ,ti, c, Jx e

Gleitlager für rasch umlaufende Wellen bei hoher Belastung, insbesondere für Dampfturbinen, mit einer Kühlung der.Lagerschale durch das Schmiermittel, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Lagermetall (1) versehene Lagerschale

(2) in Nuten (12) eines Stützkörpers (3) eingesetzt ist,

mit,
•wobei der Stützkörper (3)'in der Umfangsrichtung und in Radialebenen verlaufenden Kühlkanälen (4, 6) ausgerüstet ist und auf den dazwischenliegenden Stegen (5) die Lagerschale aufliegt und das Kühl- bzw. Schmiermittel über eine Bohrung (7) und eine Verteilkammer (8) den Kühlkanälen zugeführt wird und über die EinlaufÖffnung (10) zur Lauffläche an der Lagerschale gelangt.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der 'Stützkörper und die Lagerschale im wesentlichen einen Lagerschuh (17) eines Kippsegmentlagers bilden, wobei der Lagerschuh an einem Lagerbock (I¹O abgestützt ist und mit einem Zapfen (15) zentriert ist.

3. Gleitlager nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass das Schmier™ bzw. Kühlmittel dem Lagerschuh (17) über eine Bohrung im Zapfen (15) zugeführt wird.

¹I. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmier- bzw, Kühlmittel die Kühlkanäle (*O entgegen der Drehrichtung der Welle (11) durchströmt.

5. Gleitlager nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, dass an der den Kühlkanälen (H) des Stützkörpers (3) zugekehrten Seite der Lagerschale (2) Rippen oder Nute (16) vorgesehen sind.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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