DE2352023A1

DE2352023A1 - Gasgeschmiertes, selbstdruckerzeugendes radiallager

Info

Publication number: DE2352023A1
Application number: DE19732352023
Authority: DE
Inventors: Werner Purtschert
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1973-10-11
Filing date: 1973-10-17
Publication date: 1975-05-07
Also published as: FR2247640A1; GB1481879A; NL161553B; JPS5322607B2; FR2247640B1; NL161553C; CH550340A; CA1015014A; US3944304A; JPS5065743A; NL7317108A

Description

P. 4742

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

GasReschmiertes, selbstdruckerzeugendes Radiallager

Die Erfindung betrifft ein gasgeschmiertes, selbstdruckerzeugendes Radiallager für eine Welle, besonders für Wellen hochtouriger Maschinen, bei dem die Welle auf mehreren sich selbsttätig einstellenden Lagersegmenten gelagert ist.

Bekanntlich bilden sich bei solchen Lagern bei Drehung der Welle zwischen den Lagersegmenten und der Welle keilförmige Spalten, auch wohl Druckkeile genannt, in denen der dynamische Druck für den Auftrieb zur Lagerung der Welle erzeugt wird. Bei geeigneter Wahl des Drehpunktes der Lagersegmente stellt sich die Steilheit der Druckkeile selbsttätig ein. Die Steilheit der Druckkeile ist abhängig von der Lage des Drehpunktes sowohl in Umfangs- wie in radialer Richtung, der mittleren Spalthöhe und weiterhin von der Reibung, die die Lagersegmente in den Lagerschalen, worin sie sich befinden, erfahren« Ausschlaggebend ist dabei die Reibung j sie soll so klein wie möglich sein. Um ein reibungsarmes Einstellen der Lagersegmente in die optimale Lage zu gewährleisten, ist es bekannt, ein statisches Gaspolster zwischen Lagerschale und angrenzender Lagerfläche der Lagersegmente zu erzeugen, so dass, keine Berührung zwischen beiden' stattfindet. Es ist bekannt,

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das statische Gaspolster zu erzeugen, indem durch den festen Lagerteil, worin die Lagerschalen ausgenommen sind, Kanäle gebohrt •sind, die in den Boden der Lagerschalen ausmünden und durch welche Kanäle ein Schmiergas zugeführt wird. Der statische Druck eines solchen Gaspolsters muss jedoch der Drehzahl der Welle, d. h. dem dynamischen Druck im Druckkeil ständig angepasst sein. Der statische Druck muss daher ständig in Abhängigkeit der Drehzahl von aussen her geregelt werden. Diese Regelung ist kompliziert und dies.stellt einen Nachteil des bekannten Lagers dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager der eingangs definierten Gattung zu schaffen, wobei der statische Druck im Spalt zwischen den Lagersegmenten und dem festen Lagerteil in allen Betriebsphasen den Druckverhältnissen im Druckkeil zwischen Lagersegmenteh und Welle entspricht, ohne eine komplizierte Regelvorrichtung dazu zu benötigen. Gemäss der Erfindung wird dies erreicht durch die. Kombination folgender Merkmale: a) Die Lagerflächen der Lagersegmente für die Welle /sind konkave Rotationsregelflächen; b) Die Lagerflächen der Lagersegraente im festen Lagerteil sind konvexe Rotationsregelflächeni c) Die Lagerfläc-hen für die Welle sind hinsichtlich der Drehachse der Lagersegmente asymmetrisch; d) Die Lagersegmente vreisen zumindest eine Strömung sver bindung zwischen der konkaven und der konvexen Lagerfläche auf.

Die Strömungsverbindung kann innerhalb des Lagersegments einen Zvreigpunkt aufweisen, wovon mindestens zwei Strömung sver bindung en zur konvexen Lagerflächen führen.

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Die Strömungsverbindungen können in Richtung der konvexen Lagerfläche fächerförmig verlaufen.

Die Strömungsverbindung kann in eine in der konvexen Lagerfläche angebrachte Ausnehmung münden.

Die Strömungsverbindung kann einen porösen Körper aufweisen, der zumindest einen Teil der konvexen Lagerfläche bildet.

Es kann zumindest eine zusätzliche Strömungsverbindung zwischen der konkaven Lagerfläche und zumindest einer der Seitenwände des Lagersegments vorgesehen sein.

Die Seitenwände des Lagersegments können zumindest zum Teil porös sein.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes \?erden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. la einen Teil des erfindungsgemässen Lagers im Querschnitt;. Fig. Ib einen Querschnitt entlang der Linie Ib-Ib in Fig. la; Fig. 2a ein Lagersegment mit gegenüber Fig. 1 abgewandelter Form;, Fig. -2b . einen Querschnitt entlang der Linie 2b-2b in Fig. 2a; ^; Fig. 3-7 weitere Ausführungsformen von Lagersegmenten.

Eine Lagerschale 1 in einem festen Lagerteil 2 eines Lagers ent- ! hält ein Lagersegment 3. Auf einer Lagerfläche 4 des Lagersegments ist eine Welle 5 gelagert. Die Lagerschale 1 weist eine Widerlagerflache 6 auf _s auf der das Lagersegment 3 mit einer Lager-

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•fläche 7 gelagert ist. Das Lager weist meistens drei oder mehr solcher über dem Umfang der Welle verteilte Lagersegmente auf. Beide Lagerflächen 4 und 7 des Lagersegments haben eine zylindri- ^c sehe Form, wobei die Lagerfläche 4 konkavzylindrisch, die Lagerfläche 7 konvexzylindrisch gestaltet ist. Das Lagersegment weist auf seiner Auslaufseite 8 eine Ausnehmung 9 auf, die sich parallel zur Längsachse - quer zur Zeichnungsebene - des Lagersegments erstreckt. Durch die Anwesenheit der Ausnehmung 9 ist die Lagerfläche 4 unsymmetrisch hinsichtlich der Achse 10, irorauf der Drehpunkt des Lagersegments liegt. Dieser Drehpunkt kann sich dabei innerhalb oder ausserhalb des Lagersegments befinden. Im Lagersegment ist eine Strömungsverbindung in der Form eines Kanals 11 angebracht, der einerseits in die Lagerfläche 4, anderseits in die Lagerflache 7 mündet. Bei Drehung der !»/eile 5 in Pfeilrichtung steigt der Druck des Schmiergases zwischen dem Umfang 15 der Welle und der Lagerfläche 4, so dass ein dynamischer Auftrieb auf das Lagersegment 3 wirkt, wodurch sich das Lagersegment im Gegenuhrzeigersinn dreht und ein keilförmiger Spalt 16 zwischen beiden entsteht. Ein Teil des Schmiergases strömt aus dem Druckkeil im Spalt 16, dem Druckgefälle folgend, durch den Kanal 11 zu einem Spalt 18 zwischen. Lagersegment 3 und Widerlagerfläche 6 in der Lagerschale 1. Dadurch steigt der Druck in j diesem Spalt 18, so dass das Lagersegment vom Boden der Lagerschale abgehoben und berührungsfrei in der Lagerschale zu liegen kommt. Es folgt, dass durch die Verbindung über den Kanal 11 zwisehen beiden Spalten 16 und 18 sich die Tragfähigkeit des statischen Gaspolsters im Spalt 18 dauernd der Tragfähigkeit des

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Druckkeils im Spalt 16 zwischen Welle und Lagersegment 3 selbsttätig anpasst. Durch die Asymmetrie der Lagerfläche A hinsichtlich ^der Achs.e 10 lässt sich die auftriebsoptimale Neigung des Druckkeils 16 erreichen.

Der Kanal 11 kann eine Mündung 12 in der Lagerfläche 7 aufweisen, deren Durchmesser grosser ist als der des Kanals. Dadurch wird die Stabilität des Lagersegments erhöht. Die Mündung kann verschiedene Gestalt.haben, z. B. kann sie rund oder rechteckig sein. Sie kann auch die Form einer Nut aufweisen, die sich in Längsrichtung des Lagersegments erstreckt. Die Nut kann auch rabmenförmig sein.

Das Lagersegment gemäss Fig. 2a, b weist einen Kanal 25 auf, der innerhalb des Lagersegments an einem Zweigpunkt 26 in zwei Zweigkanäle 27 und 28 übergeht. Beide Zweigkanäle münden in eine Lagerfläche 29 des Lagersegments, der sich in einer (nicht gezeichneten) Lagerschale befindet. Alle drei Kanäle liegen in einer Normalebene zur Drehachse der Welle. Das Lagersegment ist weiterhin mit einem zweiten, ebenfalls in zwei Zweigkanäle übergehenden Kanal 30 versehen. Durch die Anordnung mehrerer Verbindung skanäle und Zweigkanäle wird die Druckverteilung über die Lagerfläche 29 verbessert und dadurch die Stabilität des Lager segments erhöht.- .

Wie aus Fig. 2a, b ersichtlich, braucht die Mündung des Kanals 25 in der Lagerfläche 31 nicht notwendigerweise in der Drehachse des Lagersegments zu liegen (wie in Fig, 1 gezeigt), sondern kann

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in Umfangsrichtung verschoben sein. Auf diese Weise kann die Höhe des vom Kanal 25 im Druckkeil angezapfte Druck gewählt werden, da.ja dieser Druck in der Drehrichtung der Welle erst zu, dann wieder abnimmt.

Fig. 3 zeigt ein Lagersegment mit zwei getrennten Kanälen 35 und 36, die in einer Iior malebene zur Drehachse der Welle liegen. Auch hier kann in einer zweiten, parallelen Ebene.ein zweites Paar ■ ■ Kanäle angeordnet sein. Statt einer solchen parallelen Anordnung kann das Lagersegment einen fächerförmigen Verlauf von Kanälen aufweisen. Dabei kann der Anfang eines jeden Kanals in einem geeigneten Gebiet des Druckkeils verlegt werden.

Fig. 4 zeigt ein. Lager segment mit einem. Kanal 40, der etwa in der Mitte des Lagersegments liegt und wovon vier Zweigkanäle 41, 42, 43 und 44 abzweigen. Die Mündungen der Zweigkaiiäle in der Lagerfläche 45 können paarweise auf einer Linie parallel zur Längsachse des' Lagersegments- liegen.

Fig. 5 zeigt ein Lagersegment mit zwei Verbindungskanälen .50 und 51, die je in eine Nut 52 bzw. 53 in einer konvexzylindrischen Lagerfläche 54 münden. Beide Nuten können dabei durch eine oder mehrere Nuten in der Lagerfläche 54 miteinander verbunden sein.

Fig. 6 zeigt ein Lagersegment, das mit einem porösen Körper 60 versehen ist, der in einer Ausnehmung 61 des Lagersegments befestigt ist. Die Ausnehmung steht anderseits in Verbindung mit einem Kanal 6 2, der in eine Lagerfläche 63 des Lagersegments

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mündet. Durch den porösen Körper wird das durch den Kanal 62 aus' dem an der Lagerfläche 63 grenzenden Druckkeil angeführte Gas diffus über die Lagerfläche 64 verteilt, was die Stabilität des Lagersegments erhöht, , . ·

Um auch eine praktisch reibungsfreie Lagerung der Lagersegmente hinsichtlich der Seitenwände der. Lagerschale zu gewährleisten, kann auch der Spalt zwischen den Seitenvränden der Lagersegmente und den Seitenwänden der Lagerschalen mit einem Schmiergas versehen werden. Dazu wird gemäss Fig. 4 das Lagersegment in Längsrichtung mit einem Kanal 70 versehen, der in eine Seitenwand 71 mündet. Der Kanal schliesst sich bei 7 2 dem Kanal 40 an. Die zwischen der Seitenwand 71 und der angrenzenden Wand der Lagerschale entstehende Gasschicht setzt die Reibung erheblich herab. Selbstverständlich" kann auch die gegenüberliegende. Seitenwand 73 mit einer Gasschicht versehen werden, in dem eine zweite Bohrung angebracht wird, die in diese Seitenwand mündet.

Statt mit einem Kanal kann für den selben Zweck das Lagersegment auf einer oder auf beiden Seiten mit einer porösen Seitenwand versehen sein. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel..Der untere, massive Teil 75 des Lagersegments ist versehen mit einer porösen Kappe 76, die eine Lagerfläche 77 und zwei Seitenwände 78 und 79 bildet. Das durch eine Bohrung 80 aus dem Druckkeil strömende Gas durchströmt den Hohlraum 81 des Lagersegments und daraufhin die Lagerfläche 77 und die beiden Seitenwände 78 und 79. Es bildet sich somit ein Gaspolster 82 zwischen der Seitenwand 84 der Lagerschale und der Seitenwand 78 des Lägersegments. Auf der anderen Seite des Lagersegments bildet sich in ähnlicher Weise

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ein Gaspolster 86.

■Obschon die Erfindung für ein Lagersegment mit zylindrischen La-

■' gerflächen beschrieben ist, können selbstverständlich beide Lagerflächen auch andere Rotationsregelflächen, z. B. Kegelflächen, sein.

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Claims

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Patentansprüche ♦

'Gasge schmiertes, selbstdruckerzeugendes Radiallager für eine Welle, besonders für Wellen hochtouriger Maschinen, bei dem die Welle auf mehreren sieh selbsttätig einstellenden Lagersegmenten gelagert ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: -

ä. Die Lagerflachen der Lagersegmente für die Welle sind konkave

Rotationsregelflächen; '

b«, Die Lagerflächen der Lagersegmente im festen Lagerteil sind konvexe Rotationsregelflächenj

c. Die Lagerflächen für die Welle sind hinsichtlich der Drehachse der Lagersegmente asymmetrischj . .

d. Die Lagersegmente weisen zumindest eine Strömungsvar-bindung zwischen der konkaven und der konvexen Lägerfläche auf.

£. Lager nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, 4ass die Strοι mungsverbindung innerhalb des Lagersegments einen Zweigpunkt ; aufweist, wovon mindestens zwei Strömungsverbindungen zur kon·* j vexen Lagerfläche führen. "' . -\ '. ·

J3. Lager nach Anspruch Ij dadurch gekennzeichnet, dass die StrÖmungs-»»

, "■ ■■'■"""."■.-" '■""■■■"",.-

: verbindungen in Richtung der konvexen Lagerfläche fächerförmig.'

verlaufen. . ·

A. Lager nach einem der Ansprüche 1- 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung in eine in der .konvexen Lagerfläche an- , gebrachte Ausnehmung mündet. . · ■

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5. Lager nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,

dass die Strömungsverbindung einen porösen Körper aufweist, de] ' ; zumindest einen Teil der konvexen Lagerfläche bildet.

-6» Lager nach einem der Ansprüche 1 -,. 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zusätzliche Strömungsverbindung zwischen der konkaven Lagerfläche und zumindest einer der Seitenwände des Lagersegments vorgesehen ist.

Im Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände des Lagersegments zumindest zum Teil porös sind.

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