DE4308325C2

DE4308325C2 - Einstellbares Lager, insbesondere für Turbosätze

Info

Publication number: DE4308325C2
Application number: DE19934308325
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Birke; Helmut Dipl Ing Wenzel
Original assignee: ABB Kraftwerke Berlin GmbH
Current assignee: ABB Kraftwerke Berlin GmbH
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2013-03-17
Also published as: DE4308325A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung bekannter Bauart mit Komponenten einer kugelig gela gerten Traglagerschale, wie sie insbesondere bei Rotoren von Turbomaschinen zur Anwendung kommen.

Zur Vermeidung unzulässiger Laufflächentemperaturen während transienter Betriebszustände des Turbosatzes wurden Traglagerkonstruktionen entwickelt, die sich auf die Zapfenposition der Welle einstellen.

So werden beispielsweise in bekannten Ausführungen kugelige Traglagerschalen in Kugeleinsätze eingepaßt und mittels Lagerbügel mit dem Lagergehäuse verspannt.

Bei anderen technischen Lösungen wird die parallele Einstellung der Gleitflächen der Wellenzapfen und Lagerschalen im Montageprozeß durch eine zweckmäßige Anordnung von kugeligen Paß segmenten erreicht.

Desweiteren ist eine Lagerausführung mit Lagerschalen in kugelig gedrehten Auflageflächen und zwei Druckschrauben mit sphärischen Kontaktflächen im Lagerdeckel bekannt. Durch diese Druck schrauben werden die Lagerschalen im Lagerbock festgespannt, nachdem dem Lager bei Erstin betriebsetzung bzw. nach Lagerrevision durch zunächst noch lose Druckschrauben die Möglichkeit gegeben wird, sich bei Turndrehzahl der Wellenlage entsprechend einzustellen.

Diese Lösungen weisen den Nachteil auf, daß die Lagerschalen während des Leerlauf- und Last betriebes der Wellenzapfenposition in der Lagergleitfläche nicht angepaßt werden können.

In einer fortgeschrittenen Entwicklungsstufe zeigt die DE-OS 21 55 519 jedoch eine Lösung auf, bei der die untere Lagerschalenhälfte von einer halbkugelförmigen und in einer Kugelpfanne des Lager bodens unter Flüssigkeitsreibung gelagerten Lagerstütze gehalten wird.

Mit dieser sich selbständig einstellenden Bauart ist jedoch durch das Spiel (0,05-0,1 mm) der kuge ligen Sitzfläche zwischen der oberen Lagerschale und dem Gegenstück eine feste, definierte Ver spannung der Lagerschale nicht gesichert. Erfahrungsgemäß können bei dieser Lösung im Betrieb unerwünschte Schwingungen des Systems Welle-Lager auftreten.

Bei einem aus der DE-OS 20 45 675 bekannten Gleitlager stützen sich die unteren Teile des Lager gehäuses, welche die untere Kugelschale bilden, auf dem Boden des Lagerbockes über eine federelastisch auslenkbare doppel-T-förmige Pendelstütze ab.

Dabei ist die obere Kugelschale mit einer Spielvorgabe "s" gleitfähig gelagert, während die Kugel schale der unteren Lagergehäuseteile unter Auslenkung der Pendelstütze mitgenommen wird. Die Auslenkung erfolgt jedoch nur solange, wie die Reibungskräfte der unteren Kugeltrennflächen größer sind als die Verstellkraft der Welle. Das bringt den Nachteil mit sich, daß ein unkontrolliert von der Reibungskraft abhängiger verspannter Zustand des Lagersystems eintritt, der sich erst in einem risikobehafteten Stick-slip-Effekt entspannt.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, zur Vermeidung unzulässiger Laufflächentemperaturen eine optimale Anpassung des Gleitlagers an die mit den verschiedensten Betriebszuständen verbun denen Lagepositionen des Wellenzapfens zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Traglagerkombination zu schaffen, die sich bei unzulässigen Laufflächentemperaturen automatisch auf die Wellenzapfenposition während des Be triebsregimes einstellt und das Temperaturproblem zur Gewährleistung der Betriebssicherheit des Lagers beseitigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Angleichung der kugelig gestalteten Lagerschale an die jeweilige Wellenzapfenlage ein Hydrauliksystem integriert wird, welches nach Erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur im Lagermetall ein mechanisches Entkoppeln der Lagerschale (Übergang von Haftreibung in hydraulische Reibung) ermöglicht, ohne daß die Lager schalenverspannung aufgehoben wird.

Dazu sind im Kugeleinsatz hydraulische Anhebetaschen in der kugeligen Auflagefläche und im Lager bügel federbelastete Kolben mit Hydraulikpolster in der konkaven Kugelfläche integriert.

Die Unterschale weist zudem in der Lagerfläche zwei axial nebeneinanderliegende Druckflächen der hydraulischen Wellenanhebung auf.

Druckflächen und Pumpendrücke des Hydrauliksystems sind so ausgelegt, daß sich nach der mecha nischen Entkoppelung im Gleichgewicht aller Kräfte die vorgegebene Spalthöhe zwischen Lagerkugel und Auflagefläche im Lagergehäuse einstellt.

Durch Einleitung eines Hydraulikmomentes über eine der Druckflächen der Wellenanhebung (mit Zeitglied und Oder-Verknüpfung) wird durch das Rückstellmoment die normale Einstellung der Lagerschale zur Zapfenposition im jeweiligen Betriebszustand herbeigeführt. Nach Ausbildung eines normalen hydrodynamischen Kennfeldes im Schmierfilm des Lagers hinsichtlich der Spalthöhen, Drücke, Viskosität und Temperaturen schaltet das Hydrauliksystem über einen Grenzwertschalter ab. Die Lagerschale ist anschließend wieder mechanisch verspannt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt der Lagerschale mit automatischer Einstellung;

Fig. 2 zwei Teilquerschnitte der Traglagerkombination.

In dem Lagergehäuse 1 mit dem Lagerdeckel 2, im dargestellten Beispiel als ein Außenlager einer Kondensationsturbine größerer Leistung gekennzeichnet, ist die einstellbare Traglagerkombination, bestehend aus dem Kugeleinsatz 3 mit der kugelig ausgedrehten Auflagefläche 4 und dem Lager bügel 5, in dem zwei federbelastete Kolben 6 mit sphärischen Kontaktflächen 7 integriert sind, ange ordnet.

Die hydraulische Anhebung der Lagerschale 8, bestehend aus der Unterschale 8a und der Ober schale 8b, erfolgt nach Erreichen eines voreingestellten Grenzwertes für den Grenzwertschalter, der vom Temperaturfühler im Lagermetall 9 über einen Meßumformer angesteuert wird, über die Anhe betaschen 10 im Kugeleinsatz 3 mit Hochdrucköl. Zur Minderung des Reibungswiderstandes wird gleichfalls über die Ölzuführungsbohrungen 11 Hochdrucköl zwischen die Kontaktflächen 7 des Kolbens 6 und der Oberschale 8b gepreßt.

Durch Einleitung eines Hydraulikimpulses über eine der Druckflächen 12a oder 12b der Wellen anhebung in der Unterschale 8a (mit Zeitglied und Oder-Verknüpfung der automatischen Regelung) wird durch ein Drehmoment(Hebelarm Mitte Druckfläche 12a oder 12b und Lagerschalenmitte 8) die normale hydrodynamische Einstellung der Lagerschale 8 zur Position des Wellenzapfens 13 herbeigeführt.

Nach Unterschreitung einer vorgegebenen unteren Grenztemperatur (Soll-Hysterese) schaltet sich das Hydrauliksystem über den Grenzwertschalter ab.

Die Kenngrößen S1 als Scheitelspiel und S2 als Seitenspiel kennzeichnen das Traglager mit Zitronenspiel (Zweikeillager mit dem Elliptizitätsverhältnis m = 1-S₁/2S₂). Das Spiel S₀ ist das Mindestmaß für den Spalt zwischen Lagerschale 8 und Lagerbügel 5 (Bewegungsspiel). Die Bohrungen 14 dienen zur Aufnahme für die berührungslosen Weg-Aufnehmer, die Anschlüsse 11, 15a, 15b und 16 der Zuführung für das Hochdrucköl.

Bezugszeichenliste

1 = Lagergehäuse
2 = Lagerdeckel
3 = Kugeleinsatz
4 = Auflagefläche
5 = Lagerbügel
6 = Kolben
7 = Kontaktflächen
8 = Lagerschale
8a = Unterschale
8b = Oberschale
9 = Lagermetall
10 = Anhebetaschen
11 = Ölzuführungsbohrungen
12a, 12b = Druckflächen
13 = Wellenzapfen
14 = Bohrung
15a, 15b = Anschlüsse
16 = Anschluß

Claims

1. Einstellbares Lager, insbesondere für Turbosätze, mit kugelig gestalteten Lagerschalen, unterem Kugeleinsatz und oberem Lagerbügel, gekennzeichnet dadurch, daß im Lager bügel (5) mehrere auf die Oberschale (8b) gerichtete federbelastete und mit Ölzufüh rungsbohrungen (11) versehene Kolben (6) eingesetzt sind, im unteren Kugeleinsatz ein und oder mehrere hydraulische Anhebetaschen (10) in die Auflagefläche (4) eingearbeitet sind und die Unterschale (8a) zwei axial nebeneinander in der Lagerfläche angeordnete hydraulische Druckflächen (12a, 12b) aufweist.

2. Einstellbares Lager nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Leit- und Regelungs komponenten, bestehend aus Temperaturfühler, Meßumformer, Grenzwertschalter und Steuerhydraulik vorgesehen sind.

3. Einstellbares Lager nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Druckflächen (12a, 12b) zur Einstellung nur separat beaufschlagt werden.

4. Einstellbares Lager nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Hydrauliksystem zur Angleichung der Lagerschale (8) an die jeweilige Lageposition des Wellenzapfens (13) vorgesehen ist, dessen Ein- und Ausschaltung nach Signalisierung der Überschreitung der Grenztemperatur des Lagermetalls vom Bedienpersonal auch manuell erfolgen kann, indem das Hydrauliksystem zum Beispiel durch Handtaster aktiviert wird.