DE2557805A1

DE2557805A1 - Maschinensatz mit mehrfach gelagertem rotor

Info

Publication number: DE2557805A1
Application number: DE19752557805
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Miller
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1977-06-23

Description

Maschinensatz mit mehrfach gelagertem Rotor
Die Erfindung betrifft einen Maschinensatz, dessen Rotor an drei oder mehr voneinander entfernten Stellen eine Radiallagerung gegenüber dem Fundament aufweist.
Solch ein bekannter Maschinensatz besteht beispielsweise aus einer Turbine, einer elektrischen Maschine und einer Pumpe. Das Laufrad der Turbine, der Läufer der elektrischen Maschine und das Laufrad der Pumpe bilden mit den sie verbindenden Wellensträngen einen einheitlichen Rotor.
Dieser Rotor ist in der Nähe des Laufrads der Turbine, zu beiden Seiten der elektrischen Maschine und in der Nähe des Laufrads der Pumpe in einer Radiallagerung gelagert. Durch diese überbestimmte Lagerung ergeben sich Schwierigkeiten. Wenn die vier Radiallagerungen infolge ungenauer Montage nicht, oder infolge von Fundamentversetzungen nicht mehr genau fluchten, ergeben sich Verbiegungen und ein unruhiges Laufen des Rotors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Maschinensatzes zu ermöglichen, dessen Rotor einwandfrei gelagert bleibt, auch wenn der Rotor an drei oder mehr voneinander entfernten Stellen durch eine Radiallagerung gegenüber dem Fundament abgestützt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwei der Radiallagerungen als Zentrierlager ausgebildet sind, die die Lage des Rotors gegenüber dem Fundament bestimmen, und dass die übrigen Radiallagerungen als radial verschiebliches Lager ausgebildet sind.
Auf diese Weise ist der Rotor bezüglich seiner Achse einwandfrei gegenüber dem Fundament bestimmt und an allen Lagerstellen durch Stützkräfte abgestützt, wobei sich die als radia verschiebliches Lager ausgebildeten Radiallagerungen entsprechend der durch die beiden Zentrierlager bestimmten Lage der Achse des Rotors einstellen.
Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich dadurch, dass mindestens eines der zwei Zentrierlager als Fixlager ausgebildet ist, das den Rotor radial unverschieblich führt.
Vorteilhafterweise wird eine oder mehrere der Radiallagerungen einen Lagerkörper aufweisen, der mit dem Fundament mittels eines Stellmotors verbunden ist zur radialen Verschieblichkeit des Lagerkörpers bezüglich des Fundaments.
Für eine als Zentrierlager ausgebildete Radiallagerung weist der Stellmotor dabei eine Zentrier-Vorrichtung auf, bei der bei einer entgegen der Stützrichtung erfolgenden Verschiebung des Lagerkörpers die Stützkraft des Lagerkörpers in der Stützrichtung zunimmt, und umgekehrt.
Für eine als radial verschiebliches Lager ausgebildete Radiallagerung weist der Stellmotor vorteilhafterweise eine Schwebe-Vorrichtung auf, bei der bei allen Verschiebungen des Lagerkörpers die Stützkraft des Lagerkörpers in der Stützrichtung gleichgross bleibt.
Ebenso ist es für eine als radial verschiebliches Lager ausgebildete Radiallagerung vorteilhaft, wann der Stellmotor eine Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung aufweist, bei der die Stützkraft des Lagerkörpers bei langsamen Verschiebungen des Lagerkörpers in der Stützrichtung gleichgross bleibt, bei plötzlicher entgegen der Stützrichtung erfolgender Verschiebung des Lagerkörpers aber zunimmt.
Vorteilhafterweise kann eine oder mehrere der Radiallagerungen gegenüber dem Fundament in zwei oder mehr Stützrichtungen, insbesondere in den Haupt-Stützrichtun-n abgestützt sein.
Unter Haupt-Stützrichtungen werden dabei die zum einwandfreien Festhalten des Rotors unbedingt erforderlichen Stützrichtungen bezeichnet. Im einfachsten Fall sind drei Haupt-Stützrichtungen erforderlich, um einen Körper am Ort zu halten. Dann beträgt der Winkel zwischen zwei Stützrichtungen vorteilhafterweise 120 Grad; praktisch kann der Winkel zwischen zwei Haupt-Stützrichtungen zwischen 80 bis 140 Grad gewählt werden. In der Technik werden aber oft vier Haupt-Stützrichtungen vorgesehen, die gegeneinander um je 90 Grad versetzt sind, wobei der Rotor von unten, von oben und von beiden Seiten abgestützt werden kann.
In der Zeichnung, anhand welcher die Erfindung näher erläutert wird, ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch den Rotor eines Maschinensatzes, und Fig. 2 ein Schema mit Schnitten nach den Linien II-II bis V-V in Fig. 1 in grösserem Massstab.
Ein Rotor 1 des dargestellten hydroelektrischen Maschinensatzes setzt sich aus einem Laufrad 2 einer Turbine, einem Läufer 3 einer elektrischen Maschine, einem Laufrad 4 einer Pumpe, einem das Laufrad 2 der Turbine und den Läufer 3 der elektrischen Maschine miteinander verbindenden Wellenstück 5 und einem den Läufer 5 der elektrischen Maschine mit dem Laufrad 4 der Pumpe verbindenden Wellenstück 6 zusammen. Der Läufer 1 ist in Radiallagerungen 7, 8, 9 und 10 an vier voneinander entfernten Stellen gegenüber einem Fundament 11 gelagert.
Dabei sind die Radiallagerungen 7 und 10, die sich neben dem Laufrad 2 der Turbine bzw. neben dem Laufrad 4 der Pumpe befinden, als Zentrierlager ausgebildet, die den Rotor 1 gegenüber dem Fundament 11 zentrieren.
Die übrigen Radiallagerungen 8 und 9 sind als radial verschiebliche Lager ausgebildet.
Die als Zentrierlager ausgebildeten Radiallagerungen 7 und 10 könnten als übliche Fixlager ausgebildet sein, die an der Lagerstelle jegliche radiale Bewegung des Rotors ausschliessen.
Beim Ausführungsbeispiel aber wird der Lagerkörper aller Radiallagerungen jeweils durch drei Lagerschuhe 12 gebildet. Der aus den drei Lagerschuhen 12 bestehende Lagerkörper, d.h. jeder der Lagerschuhe 12 ist mit dem Fundament 11 mittels eines Stellmotors 15 verbunden zur radialen Verschieblichkeit des Lagerkörpers bezüglich des Fundaments.
Dabei ist jede der Radiallagerungen gegenüber dem Fundament in drei Haupt-Stützrichtungen abgestützt. Die beiden unteren Lagerschuhe 12 sind um 45 Grad gegenüber der Vertikalen geneigt und der obere Lagerschuh 12 liegt genau in der Vertikalen.
Bei den als Zentrierlager ausgebildeten Radiallagerungen 7 und 10 weisen die Stellmotoren 15 der beiden unteren Lagerschuhe 12 eine Zentrier-Vorrichtung 14 auf, bei der bei einer entgegen der Stützrichtung erfolgenden Verschiebung des Lagerkörpers bzw. des Lagerschuhs 12 die Stützkraft des Lagerkörpers in der Stützrichtung des Lagerschuhs zunimmt, und umgekehrt. Dadurch ergibt sich unter dem auf die jeweilige Radiallagerung fallenden Anteil des Rotorgewichts und der Stützkraft des jeweiligen oberen Lagerschuhs eine genaue Zentrierung der Achse des Rotors.
Die jeweilige Zentrier-Vorrichtung 14 besitzt eine Druckmittelquelle 15, die über eine Leitung 16 Druckmittel konstanten Drucks liefert. Die Leitung 16 ist jeweils über eine mit einem Ventil 17 versehene Leitung 18 mit dem Druckraum des Stellmotors 15 verbunden. Weiter besitzt die Zentrier-Vorrichtung 14 eine Messvorrichtung 19, die die Zusammendrückung des Stellmotors 15 misst und das Ventil 17 so steuert, dass sich der Druck im Druckraum des Stellmotors 15 bei Zusammendrücken des Stellmotors erhöht und bei Auseinandergehen des Stellmotors verkleinert.
Zwei weitere Ausführungsbeispiele für eine solche Zentrier-Vorrichtung sind in unserer gleichzeitig mit der vorliegenden Patenbanmeldung eingereichten Patentanmeldung "P 4964 Hydrostatische Stützvorrichtung'1 und in unserer schweizerischen Patentanmeldung Nr. 8839/74 ausführlich beschrieben.
Bei den als radial verschiebliches Lager ausgebildeten Radiallagerungen 8 und 9 weist der Stellmotor 13 der beiden unteren Lagerschuhen 12 eine Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung 20 auf, bei der die Stützkraft des Lagerkörpers, d.h. des Lagerschuhs 12 bei langsamen Verschiebungen des Lagerkörpers in der Stützrichtung des Lagerschuhs gleichgross bleibt, bei plötzlicher entgegen der Stützrichtung erfolgenden Verschiebung des Lagerkörpers bzw. Lagerschuhs aber zunimmt.
Die Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung 20 besitzt eine Druckmittelquelle 21, die Druckmittel konstanten Drucks liefert und durch jeweils eine mit einer Drosselstelle 22 versehene Leitung mit dem Druckraum der Stellmotoren 13 verbunden ist. Dadurch bleibt der Druck im Druckraum des Stellmotors bei langsamen Bewegungen des Lagerschuhs gleichgross, bei schnellerem Zusammendrücken des Stellmotors aber erhöht sich der Druck im Stellmotor. Der Lagerkörper, d.h. der Lagerschuh 12 folgt also allen Verschiebebewegungen der Achse des Rotors mühelos, bei plötzlichen Radialstössen aber stützt er den Rotor sicher ab.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine solche Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung ist in unserer gleichzeitig mit der vorliegenden Patentanmeldung eingereichten Patentanmeldung "P 4950 Stützeinrichtung" ausführlich beschrieben.
Bei einer als radial verschiebliches Lager ausgebildeten Radiallagerung, bei welcher keine Stösse aufgenommen werden müssen können die Drosselstellen 22 entfallen.
Ohne die Drosselstellen 22 würde die Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung 20 als reine Schwebe-Vorrichtung wirken, bei der bei allen Verschiebungen des Lagerkörpers bzw. des Lagerschuhs die Stützkraft des Lagerkörpers in der Stützrichtung des Lagerschuhs gleichgross bleibt.
Eine solche Schwebe-Vorrichtung könnte dann den jeweils auf die Lagerstelle anfallenden Anteil des Rotorgewichts und der Stützkraft des oberen Lagerschuhs tragen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für solch eine Schwebe-Vorrichtung ist in der schweizerischen Patentschrift Nr. 560 334 ausführlich beschrieben.
Die oberen Lagerschuhe 12 dienen bei allen vier Radiallagerungen 7 bis 10 dazu, den Rotor 1 sicher auf den unteren Lagerschuhen zu halten. Dazu weisen die Stellmotoren 15 der oberen Lagerschuhe 12 eine Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung auf, die der Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung 20 entspricht, jedoch eine um die entsprechenden Anteile des Rotorgewichts verringerte Stützkraft erzeugt.
Die Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung der oberen Lagerschuhe 12 weist eine Druckmittelquelle 24 auf, die über jeweils eine Drosselstelle 25 aufweisende Leitungen mit den Druckräumen der Stellmotoren 15 verbunden ist.
Die Lage des dargestellten Rotors 1 ist also durch die beiden als Zentrierlager ausgebildeten Radiallagerungen 7 und 10 genau bestimmt, wobei diese Radiallagerungen 7 und 10 den auf sie fallenden Gewichtsanteil des Rotors 1 tragen und Radialstösse aufnehmen können. Die beiden als radial verschiebliches Lager ausgebildeten Radiallagerungen 8 und 9 tragen jeweils den auf sie fallenden Gewichtsanteil des Rotors 1 und fangen Radialstösse auf, im übrigen aber schieben sie sich unbehindert in die durch die beiden als Zentrierlager ausgebildeten Radiallagerungen 7 und 10 bestimmte Achse des Rotors 1.
Für einen Rotor mit senkrechter Achse werden für die beiden als Zentrierlager ausgebildeten Radiallagerungen mit Vorteil in allen Haupt-Stützrichtungen Stellmotoren mit Zentrier-Vorrichtung vorgesehen, wobei die Stützrichtungen gleichmässig über den Umfang des Aussenkranzes verteilt angeordnet und die Stützkräfte gleichgross gewählt werden können.
Ebenso ist es bei einem Rotor mit senkrechter Achse vorteilhaft, drei oder mehr Lagerschuhe mit Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung gleichmässig über den Lagerumfang zu verteilen und deren Stützkräfte gleichgross zu machen.
Ist der Rotor wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel von nichtgezeichneten Gehäusen umgeben, bedeutet die 11Radiallagerung gegenüber dem Fundament" soviel wie Radiallagerung gegenüber den betreffenden, auf dem Fundament gelagerten Gehäusen.

Claims

Patent ansprüche Di. Maschinensatz, dessen Rotor an drei oder mehr voneinander entfernten Stellen eine Radiallagerung gegenüber dem Fundament aufweist, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass zwei der Radiallagerungen als Zentrierlager ausgebildet sind, die die Lage des Rotors gegenüber dem Fundament bestimmen, und dass die übrigen Radiallagerungen als radial verschiebliches Lager ausgebildet sind.
2. Maschinensatz nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass mindestens eines der zwei Zentrierlager als Fixlager ausgebildet ist, das den Rotor radial unverschieblich führt.
3. Maschinensatz nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass eine der Radiallagerungen einen Lagerkörper aufweist, der mit dem Fundament mittels eines Stellmotors verbunden ist zur radialen Verschieblichkeit des Lagerkörpers bezüglich des Fundaments.
Maschinensatz nach Anspruch 3 d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Radiallagerungals Zentrierlager ausgebildet ist, und der Stellmotor eine Zentrier-Vorrichtung aufweist bei der bei einer entgegen der Stützrichtung erfolgenden Verschiebung des Lagerkörpers die Stützkraft des Lagerkörpers in der Stützrichtung zunimmt, und umgekehrt.
5. Maschinensatz nach Anspruch 5, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Radiallagerung als radial verschiebliches Lager ausgebildet ist, und der Stellmotor eine Schwebe-Vorrichtung aufweist, bei der bei allen Verschiebungen des Lagerkörpers die Stützkraft des Lagerkörpers in der Stützrichtung gleichgross bleibt.
6. Maschinensatz nach Anspruch 5, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Radiallagerung als radial verschiebliches Lager ausgebildet ist, und der Stellmotor eine Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung aufweist, bei der die Stützkraft des Lagerkörpers bei langsamen Verschiebungen des Lagerkörpers in der Stützrichtung gleichgross bleibt, bei plötzlicher entgegen der Stützrichtung erfolgender Verschiebung des Lagerkörpers aber zunimmt.
7. Maschinensatz nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass eine der Radiallagerungen gegenüber dem Fundament in zwei oder mehr Stützrichtungen abgestützt ist.
8. Maschinensatz nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass eine der Radiallagerungen gegenüber dem Fundament in den Haupt-Stützrichtungen abgestützt ist.
9. Maschinensatz nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Radiallagerung als Zentrierlager ausgebildet ist, und in den Haupt- Stützrichtungen je ein Stellmotor mit einer Zentrier-Vorrichtung angeordnet ist,
10. Maschinensatz nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Radiallagerung als Zentrierlager ausgebildet ist, und in zwei Haupt-Stützrichtungen je ein Stellmotor mit Zentrier-Vorrichtung und in der oder den übrigen Haupt-Stützrichtungen ein Stellmotor mit Schwebe-Vorrichtung oder Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung angeordnet ist.
11. Maschinensatz nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass die Radiallagerung als radial verschiebliches Lager ausgebildet ist, und in den Haupt-Stützrichtungen je ein Stellmotor mit einer Schwebe-Dämpfungs-Vorrichtung angeordnet ist.
12. Maschinensatz nach Anspruch 5, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der den Lagerkörper mit dem Fundament verbindende Stellmotor den Lagerkörper schwenkbar gegenüber dem Fundament lagert.