DE2658925C3

DE2658925C3 - Notlauflager für schnellaufende Drehkörper

Info

Publication number: DE2658925C3
Application number: DE19762658925
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Sprang
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1976-12-24
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1980-05-08
Also published as: GB1540690A; DE2658925B2; FR2375483A1; DE2658925A1; NL7713835A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Notauflager für ichnellaufende Drehkörper mit vertikaler Drehachse, bei dem ein Lagerelement den Drehkörper in einer axialen Ebene berührungsfrei umgibt und wirksam wird, sobald radiale Auslenkungen des Drehkörpers eine bestimmte Amplitude überschreiten.

Notlauflager werden zusätzlich zu einem allgemeinen, den Drehkörper tragenden Lagersystem als Hilfslager für kritische Situationen des Drehkörpers verwendet. Während eines normalen Rotalionsbetriebes ist das Notlauflager unwirksam und auch mit keinem Energieverbrauch verbunden. Es steht jedoch stets funktionsbereit.

Notauflager werden insbesondere bei überkritisch laufenden Drehsystemen Verwendet, wie z. B, Gastürbl· nen, Verdichteranlagen, Schleudertrommeln, wobei sie mit ihrem Einsatz beim Durchfahren der kritischen Drehzahlen ein Anlaufen des Rotors am Gehäuse oder übermäßige Durchbiegungen des Rotors Verhindern sollen.

Rein aktiv magnetisch gelagerte Rotoren werden im allgemeinen durch zusätzliche passive Lager gesichert, wozu insbesondere Notauflager geeignet sind. Sollte die Stromzufuhr für die aktive Lagerung ausfallen, so

• 5 bewahrt das oder bewahren die Notauflager den Rotor vor seiner Zerstörung. Selbstverständlich erstreckt sich die Wirkung der Notlauflager auch auf die Funktion einer Unterstützung der anderweitig dem Rotor zugeordneten Lager, insbesondere beim Durchfahren

ίο kritischer Drehzahlen.

Es ist ein Notlauflager der oben genannten Art bekannt, das aus einem Kugellager besteht, das mit einem vorbestimmten Spiel den Schaft eines Rotationskörpers reibungslos umgreift. Der senkrechte Rotationskörper ist am unteren Ende mittels eines Spurlagers und am oberen Ende mit ringzylindrischen Magneten gelagert. Das Notlauflager ist am oberen Ende axial neben dem Magnetlager angeordnet und hat zum Schaft einen geringeren Spalt als d-in Ringspalt zwischen den Magnetkomponenten. Große Auslenkungen des Rotors bzw. des Schaftes werden somit vom Notauflager aufgenommen, bevor die Magnetelemente gegenseitig zum Anliegen kommen.

Diese Ausführung ist jedoch insofern nachteilig, als

2I daß beim Auftreten einer großen Schwingungsamplitude, bei der das Notlauflager zum Einsatz kommt, eine Rückführung in die stabile Lage infolge des konstanten Ringspaltes zwischen dem Kugellager und dem Schaft nur sehr zögernd erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Notlauflager der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, das unter Berücksichtigung einer einfachen und zuverlässigen Konstruktion einen schnellen und wirksamen Einsatz bei außergewöhnlichen Betriebsbedingun-

ίϊ gen des Rotationskörpers gewährleistet.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lagerelement in Umfangsrichtung und axial beweglich zwischen zwei konzentrischen, nach oben divergierend kegligen Ringflächen angeordnet ist, wovon die erste Ringfläche einem Gehäuse und die zweite Ringfläche dem Drehkörper zugeordnet sind, wobei die radial innere Ringfläche einen größeren Öffnungswinkel hat als die radial außenliegende Ringfläche, und daß zwischen dem Lagerelement und

4¹) der zweiten Ringfläche ein Ringspalt vorgesehen ist, der bei Auslenkungen des Drehkörpers durch das in Rotation gebrachte und sich aufgrund der Fliehkraft zwischen den beiden Ringflächen nach oben verschiebende Lagerelement sich verkleinert.

Hierdurch ist ein v/irksames Notlauflager geschaffen, das im Falle eines Einsatzes den Drehkörper wieder rasch zu stabilisieren vermag. Kontaktstöße zwischen dem Drehkörper und dem Notlauflager, die zu Beginn der Ausbreitung von Schwingungsamplituden auftreten

">> können, verringern sich ebenfalls mit abnehmender Spaltbreite zwischen dem Lager und dem Drehkörper.

Das Lagerelement kann nach einer weiteren Ausgestaltung gemäß der Erfindung ein mit Kugeln besetzter nach oben divergierender, kegliger Ringkäfig sein, in

«ι dem die Kugeln drehbar und radial beweglich angeordnet sind. Ein solcher Käfig kann die erforderliche axiale Wegstrecke zwischen den kegligen Ringflächen überwinden.

Die dem Gehäuse zugeordnete kegligi; Ringfläche

M kann vorteilhaft durch die Innenfläche etaes Tragele* mentes gebildet sein, das axial Verstellbar an einem Gehäuseteil befestigt oder über eine Dämpfungsvorrichtung mit dem Gehäuse verbunden ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die dem Gehäuse zugeordnete Ringfläche am unteren Ende ein Schmiermittelreservoir bilden. Das zwischen den kegeligen Ringflächen frei bewegliche Lagerelement taucht somit in seiner Ruhestellung in das Schmiermittel ein, wodurch eine einfache Schmierung für den jeweiligen kurzzeitigen Einsatz des Lagerelementes gewährleistet ist

In der Zeichnung ist ein Absführungsbeispiel schematisch dargestellt

Es ist ein mit einem Drehkörper 10 zusammenwirkendes Notauflager 11 gezeigt Der Drehkörper 10 kann beispielsweise die Verbindungswelle zwischen einem Antrieb und einem Rotationssystem z. B. Verdichter oder auch ein Lagerschaft oder der Rotor selber sein. Das Notauflager besteht aus einem Lagerelement 12 und zwei kegeligen Ringflächen 14 und 15. Die erste kegelige Ringfläche 14 ist durch den Außenmantel eines mit dem Drehkörper 10 verbundenen Zwischenstückes 18 gebildet Koaxial zur ersten Ringfläche 14 ist die zweite Ringfläche 15 angeordnet, die den Innenmantel eines elastisch und dämpfend an einem nicht mitdrehenden Gehäuse 19 befestigten Tragelementes 20 bildet. Die beiden Ringflächen bilden miteinander einen spitzen Winkel«.

In dem zwischen den beiden Ringflächen gebildeten Ringraum 22 ist das Lagerelement 12 frei drehbar und axial verschiebbar angeordnet Das Lagerelement 12 besteht aus einem kegeligen Ringkäfig 24, in dem drehbar und radial beweglich Kugeln 25 angeordnet sind. Der Käfig 24 ist so ausgelegt daß er in seiner Ruhestellung auf dem Boden 27 des Tragelementes 20 aufliegt und mit seinem Außenmantel die Ringfläche 15 gerade noch nicht allseitig berührt, während der Innenmantel weit genug ist, um das obere Ende des Zwischenstückes 18 noch umgeben zu können, ohne allseitig zur Anlage zu kommen. Der Sitz für die Kugeln 25 ist radial nach außen mit herabführender Neigung ausgeführt, damit die Kugeln in Ruhestellung durch Schwerkraft an der äußeren Ringfläche 15 anliegen. Der Durchmesser der Kugeln 25 ist so gewählt, daß in der Ruhelage ein Abstand bzw. Ringspalt 28 zwischen ihnen und der ersten Ringfläche 14 verbleibt, der aufgrund der Neigung der beiden Ringflächen 14 und 15 zueinander zum oberen Ende sich bis auf einen minimalen Wert verkleinert.

In Ruhestellung und bei ruhigem L-\uf des Drehkörpers 10 liegt das Lagerelement 12 am Boden 27 des Tragelementes 20 auf, wo es zumindest zum Teil in ein Schmiermittelreservoir eintaucht.

Fängt nun aber der Drehkörper 10, sei es beim Anlaufen odor Auslaufen oder im Nennbetneb aufgrund eines Störeinflusses, an zu schwingen und erreicht dabei eine Amplitude, die dem Spalt 28 entspricht, so legt das Zwischenstück 18 mit seiner Ringfläche 14 kurzzeitig an den Kugeln 25 an und treibt somit das Lagerelement zu einer Rotationsbewegung an. Aufgrund der Zentrifugalkraft wandern die sich beschleunigenden Kugeln an der kegeligen Ringfläche 15 nach oben, bis sie in einem gekrümmten, aus der Ringfläche 15 herausgebildeten Anschlag 32 eingefangen werden. Der Käfig 24 nähert sich dabei der Kegelfläche 14 des Zwischenstückes 18, wenn das Lagerelement, wie in der rechten Zeichnungsseite gezeigt seine obere Endstellung 34 erreicht. In dieser Stellung 34 besteht zwischen dem Zwischenelement 18 und den Kugeln 25 nur noch ein geringes, empirisch für jeden Fall ermitteltes Spiel, das so

bemessen ist, daß eine rasche Stabilisierung des Drehkörpers 10 mit geringstmöglichen Reibungsverlusten erfolgt Die stabilisierende Wir- :ng wird durch eine mittels eines Dämpfers 36 und eir;r Feder 37 symbolisierte Dämpfungsvorrichtung unterstützt.

Sobald die Schwingungsamplituden soweit abgenommen haben, daß ein Kontakt des Zwischenstückes 18 mit den Kug -In nicht mehr erfolgt, wird das Lagerelement aufgrund von Reibungsverlusten abgebremst und läuft (spiralförmig) wieder in seine Ausgangslage zurück, wo

i(/ es, ohne die drehenden Teile zu berühren, funktionsbereit im Schmiermittel liegt

Es gibt Fälle, in denen ein Drehkörper ausschließlich aktiv elektromagnetisch gelagert ist. Derartige Lagersysteme sind nur unter Zufuhr einer elektrischen Energie wirksam, so daß bei einem Ausfall der Stromzufuhr nicht nur die Stabilisierung ausfällt, sondern der Drehkörper auch nicht mehr in seiner frei beweglichen Lage gehalten wird. Für solche Fälle dient das erfindungsgemäße Notlauflager gleichzeitig als Fanglager. Hierzu muß lediglich zwischen den sich drehenden Teilen und den gestellfesten Teilen eir axiales Spiel vorgesehen sein, das ein Herabsinken des Drehkörpers 10 bis zur Auflage des Zwischenstückes 18 auf die Kugeln 25 erlaubt, ohne daß sich anderweitig relativ

3 zueinander bewegende Teile berühren. Der nun auslaufende Drehkörper 10 wird somit zumindest auf den Kugeln gelagert, bis er zum Stillstand kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Notlauflager für schnellaufende Drehkörper mit vertikaler Drehachse, bei dem ein Lagerelement den Drehkörper in einer axialen Ebene berührungsfrei umgibt und wirksam wird, sobald radiale Auslenkungen des Drehkörpers eine bestimmte Amplitude überschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (12) in Umfangsrichtung und axial beweglich zwischen zwei konzentrischen, nach oben divergierend kegeligen Ringflächen (14, 15) angeordnet ist, wovon die erste Ringfläche (15) einem Gehäuse und die zweite Ringfläche (14) dem Drehkörper (10) zugeordnet sind, wobei die radial innere Ringfläche einen größeren öffnungswinkel hat als die radial außenliegende Ringläche, und daß zwischen dem Lagerelement und der zweiten Ringfläche ein Ringspalt (28) vorgesehen ist, der bei Auslenkungen des Drehkörpers und dadurch in Rotation gebrachtem und sich aufgrund der Fliehkraft zwischen den beiden Ringflächen nach oben verschiebendem Lagerelement sich verkleinert.

2. Notlauflager nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (12) ein mit Kugeln (25) besetzter nach oben divergierender kegeliger Ringkäfig (24) ist, in dem die Kugeln (25) drehbar und radial beweglich angeordnet sind.

3. Notlauflager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkäfig (24) ein Massivkäfig ist.

4. Notlauflager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse zugeordnete kegelige Ringfläche durch die Innenfläche eines Tragvilemen.js (20) gebildet ist, das axial verstellbar an e-nem Gehäuseteil (19) befestigt ist.

5. Notlauflager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (20) über eine Dämpfungsverrichtung (36, 37) mit dem Gehäuse (19) verbunden ist.

6. Notlauflager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse zugeordnete Ringfläche (15) arr unteren Ende ein Schmiermittelreservoir (30) bildet.