DE3122810A1 - Shaft mounting device - Google Patents
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- G01L5/12—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants
Abstract
Description
Wellenbefestigungsvorrichtung Shaft fastening device
Die Erfindung bezieht sich auf das Befestigen einer Welle unter besonderer Rücksichtnahme auf die Axialbelastung und deren Steuerung.The invention relates in particular to the fastening of a shaft Consideration of the axial load and its control.
Es ist oft von Vorteil, die Axialbelastung zu messen, die von den Axiallagern einer Welle aufgenommen wird. Das Anzeigen solcher Lasten kann die Bedienungsperson befähigen, Beschädigungen der Axiallagerbedingungen zu vermeiden und dadurch die Lebensdauer der Lager und anderer Ausrüstungsgegenstände zu verlängern, die derartigen Belastungen unterworfen sind. Solche Vorrichtungen neigten zu einer Grenzwirksamkeit, wenn sie nicht eine sehr komplizierte Meßausrüstung zum Messen des Versetzens der Welle und der Axiallast benutzten. Eine derartige komplizierte und aufwendige Ausrüstung war notwendig, weil die sehr begrenzte Axialbewegung derartiger Anordnungen erforderte. Weiterhin waren die Axiallastanzeigesysteme häufig mit Propulsionsvorrichtungen wie Schraubenwellen auf Schiffen und Propellerwellen in Flugzeugen verbunden. Konsequenterweise waren diese Vorrichtungen dazu bestimmt, axiale Auflagerlasten nur in einer Richtung zu erfassen. Aus den vorstehenden Gründen fehlten den bisherigen Axiallastmeßgeräten die Vielseitigkeit, die Genauigkeit und die gewünschte Zuverlässigkeit.It is often beneficial to measure the axial load exerted by the Axial bearings of a shaft is added. The operator can display such loads enable to avoid damage to the axial bearing conditions and thereby the To extend the life of bearings and other equipment that has such Are subject to loads. Such devices tended to be marginally effective if they do not have very complicated measuring equipment for measuring the displacement of the Shaft and axial load used. Such complicated and expensive equipment was necessary because the very limited axial movement required such arrangements. Furthermore, the axial load indicator systems were often with propulsion devices how Connected propeller shafts on ships and propeller shafts in aircraft. Consistently these devices were designed to withstand axial loads in one direction only capture. For the above reasons, the previous axial load measuring devices were lacking the versatility, the accuracy and the desired reliability.
Um die vorgenannten Schwierigkeiten zu überwinden, wurden bereits durch die US-Patentschrirten 3 828 610 und 3 895 689 Geräte vorgeschlagen. Diese Geräte verwendeten die Messung des Schmiermitteldruckes als ein Mittel für das Erfassen der Axialbelastung. Jedoch ist es häufig wünschenswert, mechanische Mittel zum Durchführen einer solchen Messung zu verwenden. Weiterhin können bestimmte Axialversetzungen in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, die Wellenanordnung, Lager und Dichtungen zu schützen.In order to overcome the aforementioned difficulties, have already been proposed by U.S. Patent Nos. 3,828,610 and 3,895,689 devices. These Devices used the measurement of lubricant pressure as a means of sensing the axial load. However, it is often desirable to have mechanical means of performing it to use such a measurement. Furthermore, certain axial displacements can advantageously be used for the shaft assembly, bearings and seals to protect.
Gegenüber den bisher bekannten Geräten besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Wellenbefestigung zu schaffen, mit der mit einfachen Mitteln die Axialbelastung in beiden Richtungen so leicht und exakt gemessen werden kann, daß alle durch die Axialbelastung belasteten Teile wirkungsvoll überwacht werden können.Compared to the previously known devices, the object of the invention is in creating a shaft attachment with which the axial load can be reduced with simple means can be measured so easily and precisely in both directions that all through the Axially loaded parts can be effectively monitored.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Axialbelastungen der Welle in jeder Richtung durch eine elastische Befestigung abgefangen werden. Dieses System umfaßt Mittel zum genauen und einfachen Messen der Größe der aufgebrachten Axialbelastungen. Ebenso sind Mittel vorgesehen, um die Messung der Axialbelastung zum Steuern der Axiallasten während des Anfahrens und der vollen Drehzahl zu verwenden. Axiallager werden in Verbindung mit entgegengesetzt weisenden Schultern verwendet, die an der zugehörigen Welle angeordnet sind, um die Welle axial gegen zu erwartende Axiallasten zu halten. Elastische Einrichtungen spannen die Welle in eine zentrale Lage zwischen die Lager, während die Welle sich in einem begrenzten aber relativ großen Umfang gegenüber diesen elastischen Einrichtungen bewegen kann, und zwar in beiden Richtungell.This object is achieved according to the invention in that the axial loads the shaft can be intercepted in each direction by an elastic fastening. This system includes means for accurately and easily measuring the size of the applied Axial loads. Means are also provided for measuring the axial load to be used to control the axial loads during start-up and at full speed. Thrust bearings are used in conjunction with oppositely facing shoulders, which are arranged on the associated shaft to the shaft axially against expected To hold axial loads. Elastic Facilities tension the shaft in a central position between the bearings, while the shaft is in a limited one but can move a relatively large extent in relation to these elastic devices, in both directions.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung werden eine ganze Reihe von Vorteilen erzielt. Eine dieser Vorteile besteht darin, daß die Axialbewegung der Welle in Erwiderung auf die Axialbelastung durch das Vorhandensein der elastischen Einrichtungen vergrößert wird. So ist keine komplizierte Erfassungsvorrichtung notwendig, um die Bewegung der Welle in Axialrichtung zu erfassen und anzuzeigen. Durch Reduzierung der notwendigen Kompliziertheit des Meßgerätes und der Ausrüstung können die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit erhöht werden. Die elastischen Vorrichtungen können ebenso nicht linearer Natur sein, um ein maximales und minimales axiales Versetzen vorzusehen, um die Steuerungen und die Sensoren am besten an das bestehende System anzupassen. Weiterhin können die elastischen Einrichtungen so konstruiert sein, daß sie einen weiten Bereich einer Vorbelastung einschließlich einer fehlenden Vorbelastung bei allen Axiallagern vorsieht. Die Zweirichtungs-Erfassungs-Fähigkeiten des Systems machen die vorliegende Erfindung für eine Vielzahl von Vorrichtungen anwendbar, beispielsweise für Turboexpandern, Kompressoren, Zentrifugalpumpen und dgl. Eine Abänderung der Welle kann ebenso verwendet werden, um die Ausgangssignale, die sich aus dem Versetzen der Welle ergeben, zu konditionieren. Die so erhaltenen Messungen können dazu verwendet werden, die Wellenanordnung, die Lager und die Dichtungen zu schützen.This solution according to the invention has a number of advantages achieved. One of these advantages is that the axial movement of the shaft in Response to the axial load due to the presence of the elastic devices is enlarged. So no complicated detection device is necessary to the Detect and display movement of the shaft in the axial direction. By reducing the necessary complexity of the meter and equipment can reduce reliability and the accuracy can be increased. The elastic devices cannot either be linear in nature to provide maximum and minimum axial displacement, to best adapt the controls and sensors to the existing system. Furthermore, the elastic means can be designed so that they one wide range of preload including no preload provides for all axial bearings. The system's bidirectional sensing capabilities make the present invention applicable to a variety of devices, for example for turbo expanders, compressors, centrifugal pumps and the like. One Modification of the wave can also be used to change the output signals result from the displacement of the shaft to condition. The measurements thus obtained can be used to make the shaft assembly, the bearings and the seals to protect.
Durch das besondere angegebene Verfahren kann eine konische Dichtung zwischen Welle und Gehäuse auf besondere Weise vor einem frühzeitigen Verschleiß geschützt werden.By the particular method specified, a conical seal between shaft and housing in a special way to prevent premature wear to be protected.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Drehvorrichtung mit einem Auflagerdetektions- und -Kontrollsystem entsprechend der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit einer zweiten Ausführungsform des Wellenmeßabschnittes und einer bezogenen Detektor-Betätigereinrichtung, Fig. 4 eine vergrößerte Einzelheit ähnlich der der Fig. 3 mit der Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Wellenmeßabschnittes und Fig. 5 eine vergrößerte Einzelheit ähnlich der der Fig. 3 und 4 mit der Darstellung einer vierten Ausführungsform eines Wellenmeßabschnittes.Further details, features and advantages of the invention result from the following description of the drawings in a purely schematic manner illustrated embodiments. It shows: FIG. 1 a schematic view of a Rotating device with a support detection and control system according to Invention in longitudinal section, FIG. 2 is a cross-sectional view along the line 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 an enlarged detail of a second embodiment of the Shaft measuring section and a related detector actuator device, Fig. 4 a enlarged detail similar to that of FIG. 3 with the representation of a third Embodiment of a shaft measuring section and FIG. 5 shows an enlarged detail similar to that of FIGS. 3 and 4 showing a fourth embodiment of a Shaft measuring section.
In Figur 1 ist eine Drehvorrichtung in Form eines Zentrifugalkompressor dargestellt. Während die Erfindung insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Strömungsmittel-Drehvorrichtungen, wie Turboexpandern, Kompressoren und dgl. geeignet ist, kann die Erfindung auch in Verbindung mit jeglicher anderen Drehvorrichtung verwendet werden, die einer Auflagerlast zur Anderung unterworfen ist, sei es ausgeglichen oder unausgeglichen. Die Umgebung der bevorzugten Ausführungsform umfaßt beispielsweise einen Rotor 10 urid ein diesen umgebendes Rotorgehäuse 12.In Figure 1 is a rotating device in the form of a centrifugal compressor shown. While the invention is particularly for use in connection with fluid rotating devices such as turbo expanders, compressors and the like. is suitable, the invention can also be used in conjunction with any other rotating device be used, which is subject to a bearing load to change, be it balanced or unbalanced. The environment of the preferred embodiment includes, for example a rotor 10 and a rotor housing 12 surrounding it.
Der Rotor 10 wird von einer Welle 14 angetrieben, die ihrerseits von einem Motor 16 angetrieben wird. Das Rotorgehäuse 12 hat einen im wesentlichen axial gerichteten Einlaß 18 zur Aufnahme von zu verdichtenden Gasen.The rotor 10 is driven by a shaft 14, which in turn is driven by a motor 16 is driven. The rotor housing 12 has a substantially axial directed inlet 18 for receiving gases to be compressed.
Der Einlaß 18 steht mit Einlaßöffnungen 20a einer Reihe von Kanälen 20 in Verbindung, die durch den Rotor 10 geführt sind. Die Kanäle 20 sind entlang ihrer Länge gekrümmt, um an ihrem Einlaß Öffnungen 20a im wesentlichen axial und an ihren Auslaßöffnungen 20b im wesentlichen radial ausgerichtet zu sein. Die Auslaßöffnungen 20b stehen in Verbindung mit einem umgebenden Ringraum oder Spirale 22 im Gehäuse 12 in Verbindung, welche ihrerseits mit einem Gehäuseauslaß 24 in Verbindung stehen. Wie es in der Technik bekannt ist, zieht die Drehung eines von der Welle 14 angetriebenen Rotors 10 Gase durch die Kanäle 20 für eine Zentrifugalverdichtung.The inlet 18 is connected to inlet openings 20a of a series of channels 20 in connection, which are passed through the rotor 10. The channels 20 are along their length curved to at their inlet openings 20a substantially axially and to be substantially radially aligned at their outlet openings 20b. The outlet openings 20b are in communication with a surrounding annulus or spiral 22 in the housing 12 in connection, which in turn are in communication with a housing outlet 24. As is known in the art, rotation pulls one driven by shaft 14 Rotor 10 gases through channels 20 for centrifugal compression.
Der Rotor 10 ist hinsichtlich des Rotorgehäuses 12 durch ein Paar von Ringlabyrinthdichtungen 26 und 28 abgedichtet, die an der Umfangsfläche jeder Seite der Auslaßöffnungen 20b angeordnet sind. Die Welle 14 hat einen konischen Abschnitt 14a mit dem kleineren Ende in der Nähe des Rotors 10. Eine korrespondierende konische Labyrinthdichtung 30 ist im Rotorgehäuse 12 um den genannten Wellenabschnitt 14a vorgesehen. Die vorgenannten Labyrinthdichtungen 26, 28 und 30 sind von der Art, die eine gewisse Strömungsmittelleckage zuläßt. Die Leckage durch die Dichtungen 26 und 28 erfolgt in Längsrichtung außerhalb des Hochdruckbereiches 22. Eine derartige Leckage kann eine Veränderung der Auflagerkräfte verursachen, die auf die Welle 14 einwirken und kann daher eine Einrichtung für die Steuerung derartiger Axialauflagerkräfte vorsehen. Das Hochdruckströmungsmittel, welches an der Dichtung 26 vorbeileckt, wird einfach vom einkommenden Gas eingefangen und gelangt so wieder in die Rotorkanäle 20.The rotor 10 is by a pair with respect to the rotor housing 12 sealed by annular labyrinth seals 26 and 28 attached to the peripheral surface of each Side of the outlet openings 20b are arranged. The shaft 14 has a conical Section 14a with the smaller end near the rotor 10. A corresponding one conical labyrinth seal 30 is in the rotor housing 12 around said shaft section 14a provided. The aforementioned labyrinth seals 26, 28 and 30 are of the Kind that allows some fluid leakage. The leakage through the seals 26 and 28 takes place in the longitudinal direction outside of the high pressure area 22. Such an area Leakage can cause a change in the bearing forces acting on the shaft 14 act and can therefore be a device for controlling such axial bearing forces provide. The high pressure fluid leaking past the seal 26, is simply captured by the incoming gas and thus gets back into the rotor ducts 20th
Wenn jedoch das Strömungsmittel an der Dichtung 28 vorbeileckt, gelangt es in einen Bereich 32 hinter dem Rotor 10.However, if the fluid leaks past the seal 28, it arrives it into an area 32 behind the rotor 10.
Dieser Bereich 32 ist im wesentlichen durch die Dichtung 30 geschlossen. Konsequenterweise kann sich ein Strömungsmitteldruck in dem Bereich 32 aufbauen. Es ist gerade dieser Druck im Bereich 32, welcher zu einer Veränderung der Auflagerlast auf den Rotor 10 beiträgt und daher für die Steuerung der Auflagerlast verwendet werden kann, wenn selektiv entlüftet wird. Für diesen Zweck laufen Kanäle 34 vom Bereich 32 zu einem relativ niedrigen Druckbereich, der am Einlaß 18 des Gehäuses 12 ausgebildet ist. Ein Drosselventil 36 ist in der Leitung 34 vorgesehen. Durch Vergrößerung der öffnung durch das Ventil 36 kann das Strömungsmittel relativ hohen Drucks im Bereich 32 in den Gehäuseeinlaß 18 entlüftet werden. Dies erlaubt eine Erhiung der Auflagerkraft auf die Welle 14 nach rechts, wenn die Vorrichtung in Fig. 1 betrachtet wird. Wenn dagegen das Ventil 36 mehr geschlossen wird, kann sich der Strömungsmitteldruck im Raum 32 aufbauen. Dies führt zu einer inksgerichteten Auflagerkraft auf die Welle 14, wiederum bei Betrachtung der Fig. 1. Diese Anordnung ist mehr im einzelnen in der US-Patentschrift 3 895 689 beschrieben, deren Inhalt Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist.This area 32 is essentially closed by the seal 30. As a consequence, a fluid pressure can build up in the area 32. It is precisely this pressure in area 32 that leads to a change in the bearing load contributes to the rotor 10 and is therefore used to control the bearing load can be, if selective bleeding takes place. For this purpose channels 34 run from Area 32 to a relatively low pressure area at the inlet 18 of the housing 12 is formed. A throttle valve 36 is provided in line 34. By Enlargement of the opening through the valve 36 can make the fluid relatively high Pressure in the area 32 are vented into the housing inlet 18. This allows one Increase in the reaction force on the shaft 14 to the right when the device is in Fig. 1 is considered. If, however, the valve 36 is closed more, can the fluid pressure build up in space 32. This leads to an inks-directed Support force on the shaft 14, again when looking at FIG. 1. This arrangement is described in more detail in U.S. Patent 3,895,689, the contents of which The subject of the present application is.
Der Hauptteil der Welle 14 befindet sich in dem Gehäuse, welches von dem Abschnitt des Rotorgehäuses 12 gebildet wird, welches auf der dem Einlaß 18 gegenüberliegenden Seite sich befindet. Dabei handelt es sich um zwei zusätzliche Gehäuseabschnitte 38 und 40, die auf irgendeine geeignete Weise am Gehäuse 12 befestigt sind. Diese Welle 14 hat einen vergrößerten zentralen zylindrischen Abschnitt 14b, welcher an entgegengesetzten Enden ein Paar von Ringschultern 42 und 44 bildet. Diese Schultern 42 und 44 sind axial nach außen in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet. Natürlich kann die Anordnung der Schultern umgruppiert werden, um eine bessere Anpassung an die Erfordernisse des Systems vorzunehmen. Es ist nur erforderlich, daß die Schultern in entgegengesetzter Richtung voneinander weisen, um Auflagerflächen für die Lager zu bilden. Neben der Schulter 42 befindet sich ein zylindrischer Abschnitt relativ kleinen Durchmessers 14c der Welle 14, welcher nach außen durch den Gehäuseabschnitt 40 verläuft und relativ zum Gehäuseabschnitt 40 durch eine Labyrinthdichtung 46 abgedichtet ist.The main part of the shaft 14 is located in the housing, which of the portion of the rotor housing 12 is formed, which on the inlet 18 opposite side is located. There are two additional ones Housing sections 38 and 40 attached to housing 12 in any suitable manner are. This shaft 14 has an enlarged central cylindrical portion 14b, which forms a pair of ring shoulders 42 and 44 at opposite ends. These shoulders 42 and 44 are axially outward in opposite Directions aligned. Of course, the arrangement of the shoulders can be regrouped to better adapt to the needs of the system. It is only necessary that the shoulders are facing in opposite directions from each other to form bearing surfaces for the bearings. Located next to shoulder 42 a cylindrical section of relatively small diameter 14c of the shaft 14, which extends outward through the housing section 40 and relative to the housing section 40 is sealed by a labyrinth seal 46.
Neben der Scnulter 44 befindet sich ein zylindrischer Wellenabschnitt 14d. Dieser Abschnitt 14d verbindet den großen zentralen Abschnitt 14b mit dem konisch sich verjüngenden Abschnitt 14a.Next to the shoulder 44 is a cylindrical shaft section 14d. This section 14d connects the large central section 14b with the conical tapered section 14a.
Die Welle 14 ist für eine Relativbewegung zum Gehäuse in diesem durch in Längsrichtung beabstandete erste.ngd zweite Lagermittel abgestützt. Diese tatsächlichen Lager können von jeglicher herkömmlicher Auflagerart sein, welche in der Lage sind, zur Aufnahme der hier verwendeten Vorrichtungen geändert zu werden. Das erste Lagermittel umfaßt bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein Ringlagerglied 48, welches koaxial den Wellenabschnitt 14c umgibt und von den Gehäuseabschitten 38 und 40 starr und fest getragen wird. Neben diesem ersten Lagermittel befindet sich ein Axiallagerring 50, welcher ebenso koaxial den Wellenabschnitt 14c zwischen dem Lagerglied 48 undder Schulter 42 umgibt. Die radial nach innen gerichtete Fläche 48b des Lagergliedes 48 dient als eine Lagerfläche für das Zusammenwirken mit der gegenüberliegenden Außenfläche des Wellenabschnittes 14c zum Abstützen der auf die Welle aufgegebenen Auf lagerkräfte. An diesem Ende dienen die axial gegenüberliogenden Flächen 48a und 50a des Lagergliedes 48 und der Axiallagerring 50 als Axiallagerflächen zum Abfangen der Axialbelastungen zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse 12, 38 und 40, wenn die Welle nach rechts gedrückt wird. In Übereinstimmung mit der üblichen Praxis in dieser Technik kann die Lagerung mit einem geeigneten Schmiersystem versehen sein.The shaft 14 is through for a relative movement to the housing in this supported in the longitudinal direction spaced first.ngd second bearing means. This actual Bearings can be of any conventional type of bearing capable of to be changed to accommodate the devices used here. The first storage means comprises in this preferred embodiment a ring bearing member 48 which is coaxial surrounds the shaft section 14c and rigidly and from the housing sections 38 and 40 is firmly worn. In addition to this first bearing means there is an axial bearing ring 50, which also coaxially supports the shaft section 14c between the bearing member 48 and the Shoulder 42 surrounds. The radially inwardly directed surface 48b of the bearing member 48 serves as a bearing surface for interaction with the opposite one Outer surface of the shaft portion 14c for supporting the abandoned on the shaft Stock forces. At this end the axially opposed surfaces 48a serve and 50a of the bearing member 48 and the thrust bearing ring 50 as thrust bearing surfaces for Interception of the axial loads between the shaft 14 and the housing 12, 38 and 40 when the shaft is pushed to the right. In accordance with The usual practice in this technique is to use a suitable lubrication system for bearings be provided.
Das Lagerglied 48 und der Axiallagerring 50 sind dazu bestimmt, eine Axialbewegung mit der Welle 14 zu erlauben.The bearing member 48 and the thrust bearing ring 50 are intended to have a To allow axial movement with the shaft 14.
Es ist jedoch bevorzugt, daß der Ring 50 sich mit der Welle 14 dreht. Konsequenterweise umfaßt die Schulter 42 drei über den Umfang im Abstand angeordnete Ausnehmungen, von der eine bei 42c dargestellt ist, die in die Schulter 42 verlaufen. Auf ähnliche Weise ist die Oberfläche 50b des Ringes 50 mit drei Ausnehmungen 50c versehen, von denen jede mit einer entsprechenden Ausnehmung 42c ausgerichtet ist. Stifte 52 werden verschiebbar von den aufgerichteten Ausnehmungen 42c und 50c zum Kuppeln des Ringes 50 mit der Welle 14 aufgenommen. Diese Stifte erlauben ein axiales Versetzen zwischen der Welle 14 und dem Ring 50 in einem bestimmten Umfang. Wie mehr noch später beschrieben wird, ist eine Ringfeder im Raum zwischen der Schulter 42 und der Oberfläche 50b des Ringes 50 angeordnet. Diese Feder 54 hat drei Löcher 54, durch den die Stifte 52 ragen können, wie dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist.However, it is preferred that the ring 50 rotate with the shaft 14. Consequently, shoulder 42 includes three circumferentially spaced apart Recesses, one of which is shown at 42c, extending into shoulder 42. Similarly, the surface 50b of the ring 50 has three recesses 50c each of which is aligned with a corresponding recess 42c. Pins 52 are slidable from the erected recesses 42c and 50c to the Coupling of the ring 50 to the shaft 14 was added. These pins allow an axial Offset between the shaft 14 and the ring 50 to a certain extent. As more to be described later, there is a ring spring in the space between the shoulder 42 and the surface 50b of the ring 50. This spring 54 has three holes 54, through which the pins 52 can protrude, as can be seen in particular from FIG is.
Die zweiten Lagermittel, welche koaxial den Wellenabschnitt 14d umgeben, sind im wesentlichen identisch mit, jedoch spiegelbildlich zu den unmittelbar zuvor beschriebenen Lagermitteln. Insbesondere umfaßt das zweite Lagermittel ein Lagerglied 56, welches mit einem Axiallagerr-ing 58 zusammenwirkt. Dieses Lagerglied 56 wird ebenfalls starr vom Gehäuse getragen und hat eine axial innenliegende Axiallagerfläche 56a und eine radial innenliegende Radiallagerfläche 56b. Der Ring 58 befindet sich zwischen dem Lagerglied 56 und der Schulter 44. Der Ring 58 hat eine axial nach außen gerichtete Axiallagerfläche 58a, die der Fläche 56b gegenüberliegt, um die Auflagerkräfte zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse abzufangen. Auf diese Weise stützt das zweite Lagermittel die Axialbelastung in einer zweiten Richtung, d.h. in Richtung nach links in Fig. 1.The second bearing means, which coaxially surround the shaft section 14d, are essentially identical to, but a mirror image of, those immediately before described storage means. In particular, the second bearing means comprises a bearing member 56, which cooperates with an axial bearing ring 58. This bearing member 56 is also rigidly supported by the housing and has an axially internal axial bearing surface 56a and a radial inner bearing surface 56b. The ring 58 is located between the bearing member 56 and the shoulder 44. The ring 58 has a axial outwardly directed thrust bearing surface 58a opposite surface 56b to absorb the bearing forces between the shaft 14 and the housing. In this way the second bearing means supports the axial load in a second direction, i.e. in the direction to the left in FIG. 1.
Wie bei dem ersten Ring 50 sind über den Umfang verteilte Stifte 60 in gegenüberliegenden Ausnehmungen 44c und 58c angeordnet, um den Ring 58 drehfest mit der Welle 14 zu verbinden. Eine Feder 42 ist mit drei Löchern zur Aufnahme der Stifte 60 versehen.As with the first ring 50, there are pins 60 distributed over the circumference arranged in opposing recesses 44c and 58c, around the ring 58 in a rotationally fixed manner to connect to the shaft 14. A spring 42 has three holes for receiving the Pins 60 provided.
Die Federn 54 und 62 sind dazu bestimmt, als elastische Teile zwischen der Welle und den Lagermitteln zu wirken.The springs 54 and 62 are intended as elastic parts between the shaft and the bearing means to act.
Eine forcierte Axialbewegung der Welle 14 resultiert in einem Zusammendrücken einer der beiden Federn 54 und 62, um der Axialbewegung der Welle zu widerstehen und die Belastung auf die Axiallagerringe 50 oder 58 zu übertragen. Die bei der bevorzugten Ausführungsform dargestellte Feder umfaßt eine ringförmige, gewellte Druckfeder, die im Ringraum zwischen den Schultern und den Ringen angeordnet ist.Forced axial movement of the shaft 14 results in compression one of the two springs 54 and 62 to resist axial movement of the shaft and to transfer the load to the thrust bearing rings 50 or 58. The at the The preferred embodiment illustrated spring comprises an annular, corrugated Compression spring, which is arranged in the annulus between the shoulders and the rings.
Die Anordnung der Federn zwischen den Ringen und den Schultern der Welle schaffen den wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung. Ohne eine gewisse Form von elastischen Mitteln ist der Betrag der aus jeglicher Axialbelastung resultierenden Axialbewegung sehr klein und schwierig zu messen. Jedoch mit den am angegebenen Ort befindlichen elastischen Mitteln ist die Reaktionsänderung der Welle, d.h. die Lageänderung der Welle infolge der auftretenden Axialbelastung wesentlich größer und kann besser und leichter beobachtet werden.The arrangement of the springs between the rings and the shoulders of the Wave create the essential advantage of the present invention. Without a certain Form of elastic means is the amount resulting from any axial loading Axial movement very small and difficult to measure. However, with the specified on Resilient means located in place is the change in reaction of the wave, i.e. the Change in position of the shaft as a result of the axial load that occurs is significantly greater and can be observed better and more easily.
Weiterhin sorgt der durch die Federn vorgeschene Abstand für eine wesentliche Wärmeausdehnung ohne Ereichen eines Beeinträchtigungszustandes. Jegliche Vorbelastung ignorierend wirken die Federn und Lager unabhängig als Axiallastresistoren. Die Federn können ebenso mit einer anfänglichen Vorbelastung an ihrem Bestimmungsort angeordnet werden, um einen wesentlichen Bewegungswiderstand sicherzustellen, wenn dies gewünscht wird. Nicht lineare Federn können ebenso die Axialbewegung begrenzen, wenn dies gewünscht ist. Ein Beispiel einer nicht-linearen Feder, die mit dem vorliegenden System kompatibel ist, ist die Belleville-Feder.Furthermore, the distance provided by the springs ensures a substantial thermal expansion without reaching a state of impairment. Any Ignoring preload, the springs and bearings act independently as axial load resistors. The springs can also be at their destination with an initial preload be arranged to ensure substantial resistance to movement when this is desired. Non-linear springs can also limit axial movement, if this is desired. An example of a non-linear spring that can be used with the present System compatible is the Belleville spring.
Die Axialbewegung der Welle kann mittels einer Anomalie auf der zylindrischen Fläche der Welle wie einem Zentralabschnitt 14b der Welle 14 erfaßt werden, welcher Abschnitt beispielsweise mit einem radial verlaufenden Flansch 64 versehen ist. Der Flansch 64 bildet eine radial verlaufende Fläche, wlche unter Axialbelastung mit der Welle bewegt wird. Eine Einrichtung zum Erfassen der Axialversetzung der Welle 14 in Form eines Näherungsmeßwertumwandlers 66 ist in einer festen Lage relativ zum Gehäuscabschnitt 38 montiert. Dieses Gerät 66 kann den Abstand zwischen der Detektorfläche 66a und der Meßfläche 64a des Flansches 64 erfassen. Auf diese Weise kann eine Axialbewegung der Welle 14 erfaßt und in einer Axialbelastung übersetzt werden.The axial movement of the shaft can be caused by an anomaly on the cylindrical Surface of the shaft such as a central portion 14b of the shaft 14 can be detected, which Section is provided with a radially extending flange 64, for example. The flange 64 forms a radially extending surface which is subject to axial load is moved with the shaft. A device for detecting the axial displacement of the Shaft 14 in the form of a proximity transducer 66 is in a fixed relative position mounted to the housing section 38. This device 66 can measure the distance between the Detector surface 66a and the measuring surface 64a of flange 64 detect. In this way an axial movement of the shaft 14 can be detected and translated into an axial load will.
Das vom Meßwertumwandler 66 besorgte Signal kann über eine elektrische Leitung 68 vom Wandler auf eine Anzahl von Steuer- oder Kontrollvorrichtung oder Untersystemen übertragen werden. Das erste dieser Untersysteme ist ein Lesegerät 70, welches eine sichtbare Anzeige für die Richtung und Größe der unausgeglichenen Axialbelastung der Welle vorsieht. Wie schematisch durch. die Linie 72 angezeigt wird, kann das vom Gerät 66 kommende Signal ebenso über einen geeigneten Schaltkreis 74 dem Ventil 36 zugeführt werden.The signal obtained from the transducer 66 can be via an electrical Line 68 from the transducer to a number of control or monitoring devices or Subsystems are transmitted. The first of these subsystems is a reader 70, which is a visual indicator of the direction and size of the unbalanced Provides axial load on the shaft. How schematically through. line 72 is displayed the signal coming from device 66 can also be via a suitable circuit 74 are fed to the valve 36.
Wie zuvor erwähnt, kann die Richtung und die Größe der Axiallast auf dem Rotor 10 und konsequenterweise auf die damit verbundene Welle 14 durch Drosselung des Ventils 36 eingestellt werden. Wenn eine unausgeglichene Axiallast auf die Welle 14 einwirkt, erlaubt die entsprechende Feder eine Axialbewegung der Welle. Da eine solche Bewegung durch das Gerät 66 erfaßt wird und das Signal unmittelbar ankdas Ventil 36 gegeben wird, kann eine restorative Kraft zum Ausgleichen der Axialbelastung eingeleitet werden, bevor die Lager überlastet werden.As previously mentioned, the direction and magnitude of the axial load can be up the rotor 10 and consequently on the shaft 14 connected therewith by throttling of the valve 36 can be adjusted. When an unbalanced axial load on the shaft 14 acts, the corresponding spring allows axial movement of the shaft. There one such movement is detected by the device 66 and the signal immediately ankdas Valve 36 is given a restorative force to balance the axial load initiated before the bearings are overloaded.
Der Schaltkreis 74, welcher das Ventil 36 in Übereinstimmung mit dem vom Gerät 66 kommenden Signal betreibt, ist dazu bestimmt, das Signalisieren und das Drosseln des Ventils in wechselseitige Beziehung zu setzen, um so die Axiallast auf den Rotor 10 und die Welle 14 während des normalen Betriebs zu erhalten. Wenn die Axialbelastung auf diese Weise ausgeglichen wird, ist der zentrale Abschnitt 14b der Welle im Gehäuseabschnitt 38 zentriert und der konisch verjüngte Wellenabschnitt 14a befindet sich mit seiner eåuSeren Fläche in tadellos enger Nachbarschaft zur Labyrinthdichtung 30 des Gehäuses. Jedoch während des Anfahrens der Vorrichtung kann die Welle gewissen unsteten Zuständen unterworfen sein, die für die Dichtung schädlich sind.The circuit 74, which the valve 36 in accordance with the The signal coming from the device 66 operates, is intended for signaling and correlate the throttling of the valve so as to reduce the axial load on the rotor 10 and the shaft 14 during normal operation. if the axial load is balanced in this way is the central section 14b of the shaft centered in the housing section 38 and the conically tapered shaft section 14a with its outer surface is in perfect close proximity to the Labyrinth seal 30 of the housing. However, during the start-up of the device the shaft may be subject to certain unsteady conditions that affect the seal are harmful.
Konsequenterweise ist es wünschenswert, die Welle während des Anfahrens leicht nach rechts zu drücken, um den Freiraum zwischen dem Abschnitt 14a und der Dichtung 30 zur Vermeidung von Beschädigungen zu vergrößern.Consequently, it is desirable to keep the shaft open during start-up slightly to the right to remove the space between section 14a and the Enlarge seal 30 to avoid damage.
Zu diesem Zweck ist der Schaltkreis 74 mit einem Ubersteuerungsmerkmal versehen. Der konische Winkel der Dichtung 30 und die erlaubte Axialversetzung der Welle 14 muß so sein, daß weder ein übermäßiger Raum noch ein Klemmen der Dichtung auftreten kann.To this end, circuit 74 is provided with an override feature Mistake. The conical angle of the seal 30 and the allowed axial displacement of the Shaft 14 must be such that neither excessive space nor jamming of the seal can occur.
Wie bei 76 schematisch angezeigt ist, ist ein geeignetes Gerät zum Anzeigen der Drehzahl der Welle 14 und zum Übertragen dieser Information zum Schaltkreis 74 über die Leitung 78 vorgesehen. In Übereinstimmung mit wohl bekannten elektronischen Prinzipien ist der Schaltkreis 74 so ausgelegt, daß er das Signal des Meßumwandlers 66 übersteuert, wenn die Geschwindigkeit der Welle unterhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt. Dies dient dem Halten des Ventils 36 in einer offenen Stellung so, daß die Welle leicht nach rechts triften kann. Wenn das von dem Gerät 76 kommende Signal anzeigt, daß die Welle die endgültige Drehzahl erreicht hat, wird die Ubersteuerung so deaktiviert, daß das Signal vom Meßwertumwandler (Detektor-Betätiger) erneut den Betrieb des Ventils 36 steuert.As indicated schematically at 76, a suitable device for Displaying the speed of the shaft 14 and transmitting this information to the circuit 74 is provided via line 78. In accordance with well-known electronic In principle, the circuit 74 is designed to receive the signal from the transducer 66 overrides when the speed of the shaft is below a certain limit lies. This is to hold the valve 36 in an open position so that the Wave can drift slightly to the right. When the signal coming from the device 76 indicates that the shaft has reached the final speed, the override is activated deactivated so that the signal from the transducer (detector actuator) is renewed controls the operation of valve 36.
Um automatisch eine Lagerüberbelastung zu verhindern, kann in der Leitung 82 ein Operator 80 angeordnet sein, der den Motor 16 steuert. Wenn das Signal vom Gerät 66 ein bestimmtes Niveau erreicht, kann der Motor vom Operator 80 abgestellt werden.In order to automatically prevent overloading of the bearings, the Line 82 an operator 80 can be arranged, which controls the motor 16. When the signal When the device 66 reaches a certain level, the operator 80 can switch off the engine will.
Die vorstehende Diskussion war auf das Erfassen und Steuern der Axialbelastung abgestellt, welche durch die verschiedenen Faktoren verursacht werden, welche sich bei Normalbetrieb der Drehvorrichtung ergeben. Das System ist allerdings auch zum Erfassen einer übermäßigen Belastung der Lagerglieder verwendbar. Wenn die Axiallagerflächen 50a, 48a, 56a und 58a sich abnützen, vergrößert sich der lastabstützende Zwischenraum zwischen den jeweiligen Paaren von diesen Flächen und erlaubt ein größeres axiales Spiel der Welle 14. Da das Gerät 66 dazu bestimmt ist, über die Messung der axialen Wellenbewegung die axiale Auflagerbelastung zu erfassen, kann dieses Gerät ebenso andere Faktoren, wie beispielsweise die vorgenannte Lagerabnützung feststellen.The above discussion was on sensing and controlling the axial load eliminated which are caused by the various factors which are result in normal operation of the rotating device. However, the system is also for Detecting excessive load on the bearing links can be used. When the thrust bearing surfaces 50a, 48a, 56a and 58a wear out, the load-supporting space increases between the respective pairs of these faces and allows a greater axial Game of the shaft 14. Since the device 66 is intended to measure the axial This device can also detect the axial bearing load determine other factors, such as the aforementioned bearing wear.
Das axiale Spiel der Welle kann beobachtet werden durch Aufzeichnung des Lesegerätes 70. Wenn weiterhin die Abnützung bis zu einem gewissen Grade angegeben wird, aktiviert das dadurch bedingte Triften der Welle 14 den Operator 18, so daß die Vorrichtung abgestellt wird.The axial play of the shaft can be observed by recording of the reader 70. If the wear and tear continues up to one is given to a certain degree, activates the drifting of the wave caused by it 14 the operator 18 so that the device is turned off.
Bei verschiedenen. Systemen kann es wünschenswert sein, verschiedene Arten von mathematischen Verhältnissen zwischen dem Ausgangssignal des Gerätes 66 und der Bewegung der Welle 14 vorzusehen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, daß das Ausgangssignal des Gerätes 66 eine nichtlineare Funktion der Axiallast oder der axialen Wellenbewegung ist. Es kann wünschenswert sein, daß das Signal vom Gerät 66 nicht linear mit der Wellenbewegung zunimmt, um relativ große Schritte des oeffnens und Schließen des Ventils 36 vorzusehen, wenn die Axiallast sich in der Nähe des oberen Endes des durch die Federn 54 und 62 eingenommenen Bereiches nähert. Die vorliegende Erfindung erlaubt dies mit mechanischen Mitteln zu tun, und zwar ohne teure oder komplizierte elektronische Schaltkreise oder dergleichen.At different. Systems it may be desirable to have different Types of mathematical relationships between the output of the device 66 and the movement of the shaft 14 to provide. For example, it may be desirable that the output of the device 66 is a non-linear function of the axial load or of the axial wave movement. It may be desirable to have the signal from the device 66 does not increase linearly with the wave movement to relatively large steps of opening and to provide closing of valve 36 when the axial load is near the the upper end of the area occupied by the springs 54 and 62 approaches. the The present invention allows this to be done by mechanical means, and without expensive or complicated electronic circuitry or the like.
Beispielsweise können die Federn 54 und 62 nicht lineare Federn sein, entweder irgendeines Typs oder insbesondere des Belleville-Typs.For example, springs 54 and 62 can be non-linear springs, either of any type or, in particular, of the Belleville type.
Andere Mittel zur mechanischen Veränderung des Verhältnisses zwischen der Wellenbewegung und dem Ausgangssignal des Gerätes 66 wird durch Veränderung der Konfiguration des Meßabschnittes der Welle 14 erreicht. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Welle 14' mit einem konisch sich verjüngenden oder kegelstumpfförmigen Meßabschnitt 84 versehen. Die Außenfläche des Abschnittes 84 würde- im Längsschnitt linear sein. Der Näherungsmeßwertumwandler 66' unterscheidet sich vom entsprechenden Gerät 66 in Fig. 1 dahingehend, daß die Detektorfläche 66a' radial nach innen gerichtet ist (eher als axial) und weist auf den sich konisch verjüngenden Meßabschnitt 84 der Welle 14'. Wenn der Abschnitt 84 sich axial relativ zur Meßfläche 66a' bewegt, verändert sich der Abstand zwischen der letzteren Fläche und dem jeweiligen Teil des Abschnittes 84, welcher unmittelbar damit ausgerichtet ist. Obwohl das Ausgangssignal des Gerätes 66' eine Linearfunktion der axialen Wellenbewegung ist, kann sich das Verhältnis zwischen der Signalstärke und dem Betrag einer solchen Bewegung durch Veränderung des Neigungswinkels der Fläche 84 verändern.Other means of mechanically changing the relationship between the wave motion and the output signal of the device 66 is changed by changing the configuration of the measuring portion of the shaft 14 is achieved. As shown in FIG the shaft 14 'is conically tapered or frustoconical Measuring section 84 is provided. The outer surface of the section 84 would be in longitudinal section be linear. The proximity transducer 66 'is different from the corresponding one Device 66 in Fig. 1 to the effect that the detector surface 66a 'is directed radially inward is (rather than axial) and points to the conically tapered measuring section 84 of shaft 14 '. When the portion 84 is axially relative to the Measuring surface 66a 'moves, the distance between the latter surface and the respective one changes Part of section 84 which is directly aligned therewith. Though that The output signal of the device 66 'is a linear function of the axial shaft movement, can be the relationship between the signal strength and the amount of such Change movement by changing the angle of inclination of surface 84.
Figur 4 zeigt auf ähnliche Weise einen Näherungsmeßwertumwandler 66', dessen Meßfläche 66a' radial nach innen auf die Welle 14" gerichtet ist. Wie bei der Welle 14' in Fig. 3 hat die Welle 14" einen radial und in Längsrichtung sich verjüngenden Meßabschnitt 86. Jedoch ist der Meßabschnitt 86 nicht strikt kegelstumpfförmig, sondern ist im Längsschnitt nicht-linear, sondern in der Nähe seiner longitudinalen Extremitäten gekrümmt, wie dies bei 86a und 86b angedeutet ist. So wäre das Verhältnis zwischen dem Abstand von der Meßfläche 66a und dem unmittelbar ausgerichteten Meßflächenabschnitt des Abschnittes 86 nichtlinear. Entsprechend würde das Ausgangssignal des Gerätes 66' eine nicht-lineare Funktion sein, bespielsweise eine Exponentialfunktion einer axialen Wellenbewegung.Figure 4 shows a proximity transducer 66 'in a similar manner, whose measuring surface 66a 'is directed radially inward onto the shaft 14 ". As in of the shaft 14 'in Fig. 3, the shaft 14 "has a radial and a longitudinal direction tapered measuring section 86. However, the measuring section 86 is not strictly frustoconical, but is non-linear in longitudinal section, but close to its longitudinal Curved extremities, as indicated at 86a and 86b. That would be the relationship between the distance from the measuring surface 66a and the directly aligned measuring surface section of section 86 non-linear. The output signal of the device would be accordingly 66 'be a non-linear function, for example an exponential function of a axial wave movement.
Figur 5 zeigt eine weitere geänderte Ausführungsform der Welle 14''' mit einem Meßabschnitt 88,deren Außenfläche im Längsschnitt sägezahnförmig ist. Diese Fläche bildet eine Reihe von konkaven Stellen 88a, die sich mit einer Reihe von Spitzen 88b abwechseln. Der Durchmesser der konkaven Stellen 88a wird jedoch schrittweise von links nach rechts vermindert, wie ebenfalls die Durchmesser der Spitzen 88b.Figure 5 shows another modified embodiment of the shaft 14 '' ' with a measuring section 88, the outer surface of which is sawtooth-shaped in longitudinal section. This surface forms a series of concave points 88a that coincide with a series alternate from tips 88b. However, the diameter of the concaves 88a becomes gradually decreased from left to right, as did the diameter of the Tips 88b.
So würde das Ausganyssignal des Gerätes 66' sich in stufenweisen Schritten mit der Axialbewegung der Welle 14t'" verstärken oder vermindern.The output signal of the device 66 'would thus increase in gradual steps with the axial movement of the shaft 14t '" increase or decrease.
Zahlreiche andere Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen sind denkbar. Dies betrifft nicht nur zusätzliche Veränderungen in der Modifikation des MetSabschnittfs der Welle, sondern ebenfalls Modifikationen der anderen Teile des Gerätes entsprechend Fig. 1.Numerous other modifications to the preferred embodiments are conceivable. This does not only apply to additional changes in the modification of the shaft section, but also modifications of the other parts of the device according to FIG. 1.
Mehr noch könnte die Erfindung nicht nur auf andere Typen von Strömungsmitteldrehvorrichtungen angewendet werden, wie beispielsweise Turboexpander, sondern auf jede Art von Geräten mit einem oder zwei Paaren von Axiallagergliedern, die im Betrieb einer unterschiedlichen Belastung unterworfen sind.Moreover, the invention could not only apply to other types of fluid rotating devices can be applied, such as turbo expanders, but to any type of device with one or two pairs of thrust bearing members, which in operation of a different Are subject to stress.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813122810 DE3122810A1 (en) | 1981-06-09 | 1981-06-09 | Shaft mounting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813122810 DE3122810A1 (en) | 1981-06-09 | 1981-06-09 | Shaft mounting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3122810A1 true DE3122810A1 (en) | 1982-12-30 |
Family
ID=6134252
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19813122810 Withdrawn DE3122810A1 (en) | 1981-06-09 | 1981-06-09 | Shaft mounting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3122810A1 (en) |
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