DE594339C - Lagerung fuer umlaufende Massen, deren Welle in zwei Lagern, von denen das eine festund das andere nachgiebig ist, gelagert ist - Google Patents

Description

Gegenstand derlSrfindung ist eine Lagerung für umlaufende Massen, deren Welle in einem festen und einem nachgiebigen Lager ruht. Hierbei ist die eine Masse zwischen den Lagern und die andere fliegend angeordnet. In einem umlaufenden Körper, der in feststehenden Lagern ruht, entsteht bekanntlich infolge der Unmöglichkeit einer vollkommen genauen Ausbalancierung des Körpers eine Durchbiegung des zwischen den Lagern befindlichen Teiles des Körpers, und zwar nimmt diese Durchbiegung so lange zu, bis die kritische Drehzahl erreicht ist. Bei dieser Drehzahl erreicht die Durchbiegung ihren Höchstwert.

Nach Überschreiten dieser Drehzahl schafft sich der Körper eine andere Drehachse, und zwar so, daß die durch die genannte Durchbiegung erzeugten Schwingungen des Körpers aufhören. Diese Durchbiegung kann in gewissen Fällen schädlich sein, z. B. dann, wenn die Welle des Körpers außerhalb des einen Lagers die Beschaufelung einer radial beaufschlagten Turbine trägt. In dem gleichen Maße, wie der zwischen den Lagern liegende Teil des Körpers durchgebogen wird, erfährt der außerhalb des betreffenden Lagers befindliche Teil der Achse eine Verlagerung, die in bezug auf die Durchbiegung des zwischen den Lagern liegenden Teiles in der entgegengesetzten Richtung verläuft. Die auf dem betreffenden Wellenende sitzende Beschaufelung erfährt natürlich die gleiche Verlagerung. Die in der Ruhelage gegen die Wellenachse senkrechte Fläche der die Schaufeln tragenden Turbinenscheibe ist, bestrebt, auch während der Umdrehung eine Stellung senkrecht zur Drehachse einzunehmen. Je nach der Größe der Durchbiegung der Welle nimmt somit die betreffende Fläche der Turbinenscheibe einen immer größer werdenden Winkel mit der ursprünglichen Achsrichtung ein. Bei Turbinen, die aus zwei auf getrennten Wellen sitzenden Turbinenscheiben bestehen, wobei die Schaufelringe der einen Scheibe zwischen die Schaufelringe der anderen Scheibe eingreifen und die Scheiben in entgegengesetzten Richtungen umlaufen, kann die Durchbiegung leicht zum Anstreifen und Verschleiß aller Dichtungsränder führen, zumal die Spielräume zwischen den Schaufelringen derartiger Turbinen äußerst klein sind.

Die vorliegende Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, die vorerwähnten Übelstände zu beseitigen. Erfindungsgemäß wird dies in der Hauptsache dladurch erreicht, daß das am freien Ende der Welle befindliche Lager nachgiebig und das in der Nähe der fliegend angeordneten Masse vorgesehene

Lager fest angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird die Verlagerung der Welle während des Umlaufes wesentlich verringert, da das am freien Ende der Welle befindliche nachgiebige Lager eine gewisse Neigung der Drehachse zuläßt, durch die infolge Kreiselwirkung schwingungsberuhigende Gegenkräfte hervorgerufen werden. Ferner wird durch die nachgiebige Ausbildung des am freien Wellenende befindlichen Lagers auch eine Herabsetzung der kritischen Drehzahl erreicht und ein Gebiet kritischer Drehzahlen mit weniger hervortretender Resonanz als bei einer symmetrischen Lagerung geschaffen, welches infolge der geringeren Schwingungen leichter durchlaufen werden kann, als wenn es sich um eine einzige ausgeprägte Resonanz handelt.

Es sind zwar schon Lagerungen für senkrecht angeordnete Spindeln von Spinn-, Zwirn- und ähnlichen Maschinen bekannt, bei denen das eine Lager der Spindel nachgiebig angeordnet ist, um unerwünschte Schwingungserscheinungen¹ zu vermeiden. Diese bekannten Lagerungen, bei denen die Anordnung getroffen ist, daß das in der Nähe der fliegend gelagerten Masse befindliche Lager nachgiebig und das am freien Ende der Spindel vorgesehene Lager fest ist, sind jedoch für den Zweck der vorliegenden Erfindung nicht geeignet, da es hier darauf ankommt, Ausschläge der fliegend gelagerten Masse, durch die beispielsweise bei Turbinenschaufeln ein Anstreifen der Dichtungsränder herbeigeführt werden kann, soweit wie möglich zu vermeiden.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise einige Ausführungsformen des Erfindungsgedankens, und zwar ist

Fig. ι eine Teilansicht eines Turbogenerators mit radial beaufschlagter Turbine teilweise im Schnitt.

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das elastische Lager des Läufers in vergrößertem Maßstab.

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer abgeänderten Lagerausführung.

Der in Fig. 1 dargestellte Turbogenerator, der die eine Hälfte eines Turbogenerators mit radial beaufschlagter Gegenlaufturbine sein kann, besteht aus dem Ständer 1, dem Läufer 2 und! der Beschaufelung 3. Der Ständer 1 ■ist einerseits mit einer Endkappe4 und andererseits mit dem Turbinengehäuse 5 fest verbunden. Der Läufer 2 ruht in zwei Lagern 6 und 7, von denen das eine in der Endkappe 4 und das andere im Turbinengehäuse 5 angeordnet ist. Die Beschaufelung 3 wird von dem außerhalb des Lagers 7 befindlichen Ende der Läuferwelle getragen und ist somit frei fliegend. Das Lager 7, das somit dem Läufer 2 und der Beschaufelung 3 gemeinsam ist, ist fest angeordnet, während das Lager 6 dagegen in gewissem Maße beweglich ausgeführt ist, und zwar dadurch, daß es von Federn 8 und 9 getragen wird. Diese Federn sind in Fig. 2 näher veranschaulicht. Die Endkappe 4 ist in Richtung einer Horizontalebene geteilt, wie aus Fig. 2 hervorgeht, und auch das Lager 6 ist entsprechend geteilt. Die untere Hälfte des Lagers wird durch die Fedem 8 und die obere Hälfte durch die Federn 9 gehalten. Die Federn 8 und 9 können aus einem Stück mit der unteren bzw. oberen Hälfte der Kappe 4 bestehen und sind sämtlich derart senkrecht angeordnet, daß sie in seitlicher Richtung eine Verschiebung des Lagers zulassen, die größer ist als die sehr geringe Verschiebung in senkrechter Richtung, die durch den von dem Lager auf die Federn in deren Längsrichtung ausgeübten Druck bedingt ist. Dieser auf der Schleuderkraft beruhende Druck hat zur Folge, daß die Kappe 4, die etwas federn kann, die Federn 8, 9 voneinander entfernt, wodurch die Bewegung des Lagers in senkrechter Richtung größer wird. Durch entsprechende Bemessung der Nachgiebigkeit der Federn bzw. der Endkappe kann die Beweglichkeit des Lagers in senkrechter Richtung größer gemacht werden als seine Beweglichkeit in seitlicher Riehrung.

Durch die vorstehend beschriebene Ausführung des der Beschaufelung abgekehrten Lagers 6 des umlaufenden Körpers werden die Verbiegungen der Welle während des Umlaufes wesentlich verringert, da die von dem nachgiebigen Lager zugelassenen Neigungen infolge Kreiselwirkung schwingungsberuhigende Gegenkräfte hervorrufen. Daneben tritt auch gegenüber Lagerungen mit fester Anordnung beider Lager eine Herabsetzung der kritischen Drehzahl ein, so daß die Turbine beispielsweise schon bei 3000 Umdrehungen in der Minute im überkritischen Gebiet laufen kann, was bei den bisher bekannten Lagerungen nicht möglich ist.

Durch die Nachgiebigkeit des am freien Ende befindlichen Lagers 6 ist zwar eine gewisse senkrechte Bewegung bedingt, die die Abweichung der Wellenmitte des umlaufenden Körpers von der theoretischen Achsenlinie um einen Betrag vergrößert, der für einen mitten auf dem Körper gelegenen Punkt etwa gleich der halben Lagerbewegung ist. Diese Vergrößerung der Abweichung wird jedoch um so kleiner, je näher der Punkt an dem festen Lager liegt, wo die Abweichung gleich Null ist, um dann auf der anderen Seite des Lagers wieder zuzunehmen. Da der Wellenzapfen, der die Beschaufelung trägt, sehr kurz ist, d. h. der Abstand der Beschaufelung von dem Lager gering ist, ist auch die durch

das bewegliche Läger hervorgerufene Abweichung dort sehr gering.

Die vorstehend beschriebene Ausführung ist ausschließlich bei Maschinen von Bedeutung, die mit einer über der kritischen Drehzahl liegenden Drehzahl umlaufen.

Jeder Körper, der in Umdrehung versetzt wird, ist bestrebt, um seine Trägheitsachse zu rotieren. Dieses Bestreben nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit stark zu. Die Einstellung auf die Trägheitsachse wird durch die elastische Lagerung erleichtert. Der Hauptvorteil der einseitigen, elastischen Lagerung besteht aber in der Herabsetzung der kritischen Tourenzahl der Wellen. Besonders vorteilhaft ist die elastische Ausbildung daher, wenn die Beweglichkeit in mehreren Richtungen verschieden ist. Dann setzt sich die tatsächliche kritische Geschwindigkeit aus diesen einzelnen Geschwindigkeiten zusammen. Die letzterwähnte Bedingung ist, wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, bei der Ausführung nach Fig. 2 erfüllt, da hier eine gewisse Beweglichkeit in senkrechter Richtung und eine andere Beweglichkeit in waagerechter Richtung vorhanden ist.

Fig. 3 stellt eine abgeänderte Ausführung dar, bei welcher der gleiche Erfolg durch Verwendung von nur drei Federn zum Tragen des Lagers 6 erreicht wird, und zwar einer senkrechten unteren Feder 10, die von der unteren Hälfte der Endkappe 4 ausgeht und die untere Lagerhälfte trägt, und zwei schräg nach unten gerichteten Federn 11, die von der oberen Hälfte der Endkappe 4 ausgehen und die obere Lagerhälfte stützen. Die Federn 10 und 11 können je nach dem gewünschten Wert der kritischen Drehzahl verschieden stark ausgeführt werden.

Die Erfindung ist nicht auf Läufer elekirischer Maschinen beschränkt, sondern kann bei umlaufenden Körpern beliebiger Art Anwendung finden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lagerung für umlaufende Massen, deren Welle in zwei Lagern, von denen das eine fest und das andere nachgiebig ist, gelagert ist und zwischen den Lagern eine Masse und am einen Ende eine fLiegend angeordnete Masse trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das am freien Ende der Welle befindliche Lager nachgiebig und das in der Nähe der fliegend angeordneten Masse vorgesehene Lager fest angeordnet ist.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebig angeordnete Lager durch Federn getragen wird, die dem Lager in verschiedenen Richtungen verschiedene Beweglichkeit verleihen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen