DE60219261T2

DE60219261T2 - Lageranordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE60219261T2
Application number: DE60219261T
Authority: DE
Inventors: Herve H. Dourlens; Dale F. Marshall; Philipe Auber
Original assignee: Dresser Rand Co
Current assignee: Dresser Rand Co
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: DE60219261D1; US20030063821A1; EP1300600B1; EP1300600A2; CA2406299C; CA2406299A1; DE02022237T1; JP2003176822A; US6637942B2; EP1300600A3

Description

Hintergrund
Diese Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung und ein Verfahren für ein rotierendes Element und im Besonderen eine Lagervorrichtung und ein Verfahren, das einen Lagerkäfig enthält, der sich zwischen dem Rotationselement und einem Lagergehäuse erstreckt.
Bei vielen Lagerentwürfen der obigen Art ist es notwendig, einen ziemlich genauen Eingriff zwischen dem Lagerkäfig und dem Lagergehäuse vorzusehen, wobei der Bereich von Herstellungstolleranzen des Lagergehäuses und des Lagerkäfigs ausreichen wird, jedoch eine nicht zu hohe Klemmkraft erzeugen wird, um das Gehäuse und den Käfig zu verformt, wobei gleichzeitig eine positive Dichtung an der Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Käfig aufrecht erhalten und eine Steuerung der Lagergeometrie verbessert wird.
Das US-Patent 5,215,385 offenbart einen Geringprofil-Wechselmotor für eine Disk in einem magnetischen Diskantrieb, der ein hydrodynamisches Lager verwendet, bei dem eine Lagerunterstützung Ablenkpolster unterstützt, um die Achse zu unterstützen.
Das US-Patent 4,027,931 offenbart ein Lager für einen Kompressor oder eine Turbine, wobei Kippbackenlager (tilt shoe bearings) durch einen sich bewegenden Bereich gehalten werden, der mittels einer Feder an einer starren Position befestigt ist. Ein Quetschschichtfreiraum ist zwischen dem sich bewegenden Element und dem befestigten Element ausgebildet.
Das deutsche Patent 2 847 979 offenbart eine Lagervorrichtung, die eine Vielzahl von radialen Federelementen offenbart, welche die äußere Oberfläche eines Kugellagers unterstützen.
Zusammenfassung
Entsprechend der Erfindung nach Anspruch 1 erstreckt sich ein Lagerkäfig zwischen einem rotierenden Element und einem Lagergehäuse und steht mit dem Gehäuse auf eine Weise im Eingriff, dass sichergestellt wird, dass der Eingriff durch einen Bereich von Herstellungstolleranzen jeder Komponente ausreicht, dabei jedoch eine nicht zu hohe Klemmkraft erzeugt wird, um das Gehäuse und den Käfig zu verformen, dabei eine positive Dichtung an einer Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Käfig aufrecht erhalten wird, und eine Steuerung der Lagergeometrie verbessert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht einer Lagervorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in betrieblichem Eingriff mit einem Rotor gezeigt ist, der in einer Erhebung gezeigt ist.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs der Lagervorrichtung von 1.
Detaillierte Beschreibung
Bezüglich 1 der Zeichnungen bezieht sich das Referenzzeichen 10 allgemein auf eine Lagervorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, die einen Rotor 12 umgibt. Es versteht sich, dass sich der Rotor 12 um seine Achse dreht und einen Teil einer Vorrichtung ausbildet, die ein Antriebssystem zur Übermittlung eines Drehmoments an einen Rotor enthält, wie auf herkömmliche Art und Weise.
Ein ringförmiger Lagerkäfig 16 erstreckt sich um den Rotor 12 und weist eine darin ausgebildete interne Aussparung auf, um eine Serie von Neigungspolstern 18 aufzunehmen, wobei einer davon gezeigt ist, welche die Lagerelemente ausbilden. Da die Neigungspolster 18 von herkömmlicher Art sind, werden sie nicht im Detail beschrieben. Es versteht sich außerdem, dass ein oder mehrere Käfige 16 und die Gehäuse 20 durch zweigeteilte gebogene Bereiche ausgebildet sein können, die an ihren auf herkömmliche Weise jeweiligen Enden angebracht sind.
Eine Vielzahl von winklig-beabstandeten, sich axial erstreckende Nuten, wobei zwei davon durch die Referenzzeichen 16a und 16b bezeichnet werden, sind in dem äußeren Umfang des Käfigs 16 ausgebildet. Die Nuten 16a und 16b sind von der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs 16 radial nach innen um einen vorbestimmten Abstand beabstandet, um freitragende Bereiche 16c und 16d auszubilden, die sich von den entsprechenden Nuten radial nach außen erstrecken. Die Dicke jedes freitragenden Bereichs 16c und 16d ist so, dass er als mechanische Feder auf eine zu beschreibende Weise fungiert.
Ein sich radial erstreckender Durchgang 16e ist durch den Käfig 16 ausgebildet, um Schmieröl den Neigungspolstern 18 in einer zu beschreibenden Weise zuzuführen.
Ein ringförmiges Gehäuse 20 umgibt den Käfig 16 und weist eine interne ringförmige Aussparung 20a auf, die mit einem sich radial erstreckenden Durchgang 20b kommuniziert. Daher kann Öl in den Durchgang 20b eingebracht werden und den letzteren Durchgang, die Aussparung 20a und den Durchgang 16e des Käfigs 16 durchlaufen, um Öl den Neigungspolstern 18 zuzuführen.
Der größte Teil der radialen inneren Oberfläche des Gehäuses 20 ist leicht von der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs 16 beabstandet, der die freitragenden Bereiche 16c und 16d enthält, um einen ringförmigen Freiraum C auszubilden, der mit der Aussparung 20e des Gehäuses 20 kommuniziert und damit einiges des oben genannten Öls erhält.
Die entsprechenden axialen Endbereiche der radialen äußeren Oberfläche der freitragenden Bereiche 16c und 16d sind vergrößert, so dass sie nach außen von der Ebene der letzteren Bereiche hervorstehen und mit den inneren Oberflächen des Gehäuses 20 festsitzend im Eingriff stehen. Der vergrößerte Bereich, der mit dem Käfigbereich 16c verbunden ist, ist durch das Referenzzeichen 16f in 2 gezeigt. Diese vergrößerten Bereiche, die den Bereich 16f enthalten, beugen dem Auslaufen von Öl aus dem Freiraum C vor; und die axialen Längen der erhöhten Bereiche, die den Bereich 16f enthalten, sind konzipiert, um Kontaktbelastungen zwischen dem Käfig 16 und dem Gehäuse 20 zu minimieren.
Die Dicke jedes Käfigbereichs 16c und 16d ist so, dass die Steifigkeit der mechanischen Federn, die durch jeden Bereich ausgebildet sind, relativ zu der Lagersteifigkeit der Neigungspolster 18 angepasst werden kann.
Das System 10 der obigen Ausführungsform weist daher die folgenden Vorteile auf:

1. Es wirkt eine relativ kleine Klemmkraft an dem Lagergehäuse 20, um das Risiko der Verformung und des Auslaufens zu verringern.
2. Es tritt keine Verformung des Inneren des Käfigs 16 auf, wo die Neigungspolster 18 mit dem Käfig in Kontakt stehen, was eine wesentlich bessere Steuerung der Neigungspolster-Lager-Geometrie erlaubt.
3. Es gibt eine geringere Anfälligkeit bezüglich Temperaturwirkungen an dem Gehäuse 20, was eine Minimierung von schädlichen Wirkungen an der Befestigung zwischen den, den Bereich 16f enthaltenden, vergrößerten Bereichen der freitragenden Bereiche 16c und 16d und der entsprechenden Oberflächen des Gehäuses 20 bewirkt.
4. Das Vorhandensein von Öl in dem Freiraum C stellt im Allgemeinen eine zusätzliche Dämpfung der Lagervorrichtung 10 bereit, womit die für den Rotor 12 vorgesehene Dämpfung merklich erhöht wird.

Die Anzahl der winklig-beabstandeten Nuten, die in dem Gehäuse ausgebildet sind, kann variieren. Tatsächlich kann lediglich eine in schräger Richtung kontinuierliche Nut ausgebildet sein. Außerdem können die radialen und axialen Längen der Käfigbereiche 16c und 16d, die den vergrößerten Bereich 16f enthalten, im Vergleich zu denen, die in den Figuren gezeigt sind, variieren. Außerdem kann die Dichtung zwischen dem Lagergehäuse und dem Käfig durch andere Mittel als einem Metall-zu-Metall-Kontakt, wie in den Zeichnungen gezeigt ist, ausgebildet sein.

Claims

Lagervorrichtung (10) für einen Rotor (12), wobei die Vorrichtung (10) einen Käfig (16), der den Rotor (12) umgibt und ein Gehäuse (20), das den Käfig (16) umgibt, umfasst, wobei sich ein erster Bereich (16c) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16) in einem leicht beabstandeten Verhältnis zum entsprechenden Bereich der inneren Oberfläche des Gehäuses (20) erstreckt, um einen Freiraum (C) bereit zu stellen; wobei ein zweiter Bereich (16f) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16), vom ersten Bereich (16c) in einer radialen Richtung hervorsteht und mit dem entsprechenden Bereich der inneren Oberfläche des Gehäuses (20) in Eingriff steht; wobei wenigstens eine sich in axialer Richtung erstreckende Nut (16a oder 16b), die in dem Käfig (16) ausgebildet ist, um einen freitragenden Bereich auszubilden, der sich zwischen der Nut (16a oder 16b) und der entsprechenden äußeren radialen Oberfläche des Käfigs (16) erstreckt; wobei die Lagervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: das Gehäuse (20) einen sich in radialer Richtung erstreckenden Durchgang (20b) umfasst; das Gehäuse (20) eine Aussparung (20a) auf der Oberfläche des Gehäuses (20) neben dem ersten Bereich (16c) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16), wo der Freiraum (C) bereitgestellt wird, aufweist; und die Aussparung (20a) in dem Gehäuse (20) mit dem Durchgang (20b) in dem Gehäuse kommuniziert; wobei Öl, welches in den Durchgang (20b) in dem Gehäuse (20) eingebracht ist, durch den Durchgang (20b) in dem Gehäuse (20) in die Aussparung (20a) in dem Gehäuse (20) läuft; wobei Öl, das durch die Aussparung (20a) in dem Gehäuse (20) aufgenommen wird, in den Freiraum (C) läuft; und wobei Öl, das durch den Freiraum (C) aufgenommen wird, in eine Passage (16e) läuft, die durch den Käfig (16) ausgebildet ist, um Neigungspolstern (18) zugeführt zu werden, die in einer Aussparung im Käfig (16) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Käfig (16) und das Gehäuse (20) ringförmig sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der freitragende Bereich (16c) eine mechanische Feder ausbildet.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Vielzahl von Nuten (16a) im Käfig (16) ausgebildet sind und sich in einer winklig-beabstandeten Beziehung erstrecken, um dementsprechend eine Vielzahl von freitragenden Bereichen (16c) auszubilden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der jeder der freitragenden Bereiche (16c) eine mechanische Feder ausbildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine kontinuierliche ringförmige Nut (16a) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der zweite Bereich (16f) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16) an dem entsprechenden axialen Endbereich des Käfigs (16) angeordnet ist.
Verfahren zur Positionierung eines Lagerkäfigs (16) und eines Lagergehäuses (20) um ein rotierendes Element (12), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: den Käfig (16) um den Rotor anzuordnen; Anordnen des Gehäuses um den Käfig; und Anordnen eines ersten Bereichs (16c) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16) in einer leicht beabstandeten Beziehung zu dem entsprechenden Bereich der inneren Oberfläche des Käfigs, um einen Freiraum (C) auszubilden, Anordnen der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs mit einem zweiten Bereich (16f) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16), der von dem ersten Bereich (16c) in einer radialen Richtung hervorsteht; in Eingriff bringen des zweiten Bereichs (16f) mit einem entsprechenden Bereich der inneren Oberfläche des Gehäuses (20); und Ausbilden wenigstens einer sich in axialer Richtung erstreckenden Nut (16a oder 16b) in dem Käfig (16), um einen freitragenden Bereich auszubilden, der sich zwischen der Nut (16a oder 16b) und der entsprechenden äußeren Oberfläche des Käfigs (16) erstreckt; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Bereitstellen eines sich in radialer Richtung erstreckenden Durchgangs (20b) in dem Gehäuse (20); Bereitstellen einer Aussparung (20a) auf der Oberfläche des Gehäuses (20) neben dem ersten Bereich (16c) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16), wo der Freiraum (C) bereitgestellt wird; und in Kommunikation bringen der Aussparung (20a) in dem Gehäuse (20) mit dem Durchgang (20b) in dem Gehäuse; wobei Öl, welches in den Durchgang (20b) in dem Gehäuse (20) eingebracht ist, durch den Durchgang (20b) in dem Gehäuse (20) in die Aussparung (20a) in dem Gehäuse (20) läuft; wobei Öl, das durch die Aussparung (20a) in dem Gehäuse (20) aufgenommen wird, in den Freiraum (C) läuft; und wobei Öl, das durch den Freiraum (C) aufgenommen wird, in eine Passage (16e) läuft, die durch den Käfig (16) ausgebildet ist, um Neigungspolstern (18) zugeführt zu werden, die in einer Aussparung im Käfig (16) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Käfig (16) und das Gehäuse (20) ringförmig sind.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der freitragende Bereich (16c) eine mechanische Feder ausbildet.
Verfahren nach irgendeinem Anspruch 8 bis 10, bei dem eine Vielzahl von Nuten (16a) im Käfig (16) ausgebildet werden und sich in einer winklig-beabstandeten Beziehung erstrecken, um dementsprechend eine Vielzahl von freitragenden Bereichen (16c) auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem eine kontinuierliche ringförmige Nut (16a) ausgebildet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der zweite Bereich (16f) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16) an dem entsprechenden axialen Endbereich des Käfigs (20) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der zweite Bereich (16f) der radialen äußeren Oberfläche des Käfigs (16) an dem entsprechenden axialen Endbereich des Käfigs (16) angeordnet ist, um dem Auslaufen des Öls aus dem Freiraum vorzubeugen.