DE69818654T2

DE69818654T2 - Vorrichtung zum Schmieren von Lagern

Info

Publication number: DE69818654T2
Application number: DE69818654T
Authority: DE
Inventors: B. William JONES; L. Mark HALL; Vahe Hayrapetian; Jack Khajak MINASSIAN
Original assignee: Flowserve Management Co
Current assignee: Flowserve Management Co
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: BR9807267A; CN1249023A; JP4322964B2; EP0974025B1; CN1113181C; JP2001513175A; CA2282367C; EP0974025A1; US5779005A; WO1998038452A1; CA2282367A1; DE69818654D1; ES2209106T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Schmierung von Lagern auf einer drehbaren Welle und betrifft im Spezielleren die Zufuhr eines Schmierfluids zu Lagern innerhalb eines vertikalen Nasssumpf-Lagergehäuses mit einer konstanten Strömungsrate, die unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit ist.
Derzeitige Lagerschmiersysteme für vertikale Nasssumpf-Lagergehäuse sind typischerweise dazu ausgebildet, Schmiermittel mit einer Strömungsrate zuzuführen, die für eine erwartete Betriebsgeschwindigkeit spezifisch ist. Diese Systeme pumpen Schmiermittel von einem Sumpf am Boden des Gehäuses zu Lagern an der Oberseite des Gehäuses. Das Schmiermittel strömt durch die Lager nach unten und kehrt zu dem Sumpf zurück. Die Menge und die Strömungsrate des den Lager zugeführten Schmiermittels wird durch die Betriebsgeschwindigkeit des Pumpmechanismus, die Viskosität des Schmiermittels und die Größe der Durchführungen begrenzt, durch die das Schmiermittel zu den Lagern gepumpt wird. Während solche Systeme bei Annahme einer konstanten Viskosität bei der ausgelegten Geschwindigkeit in adäquater Weise funktionieren, können sie bei einer niedrigen Betriebsgeschwindigkeit unwirksam werden oder sie können bei einer hohen Betriebsgeschwindigkeit übermäßig Schmiermittel zuführen, wie dies bei einem Antriebseingang mit variabler Drehzahl der Fall sein könnte. Bei niedriger Geschwindigkeit kann somit die Schmierung unzulänglich sein, während bei hoher Geschwindigkeit ein übermäßiger Schmiermittelstrom einen Überdruck hervorrufen kann, der zum Versagen von Dichtungen und zur Leckage von Schmiermittel in die Umgebung führt.
Zusätzlich dazu handelt es sich bei Schmiermitteln um viskose Flüssigkeiten, die Viskositätsänderungen unterliegen, die in umgekehrter Beziehung zu Temperaturänderungen stehen. Steigende Temperaturen verursachen somit eine Verringerung der Viskosität, während sinkende Temperaturen eine Erhöhung der Viskosität verursachen. Selbst beim Arbeiten bei der ausgelegten Geschwin digkeit wird das Schmiermittel aufgrund mechanischer Wärmeerzeugung heiß, und es verliert Viskosität. Dies verursacht eine verminderte Pumpwirkung und führt zu unangemessener Schmierung der Lager. Solche Unzulänglichkeiten führen zu teuren Schäden bei den Gerätschaften und der Umgebung.
Die GB-A-444 496 offenbart eine Vorrichtung zum Schmieren von Lagern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen zum Schmieren von oberen und unteren Lagern auf einer vertikalen drehbaren Welle innerhalb eines Lagergehäuses, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: Einen unteren Schmiermittelsumpf in einem unteren Bereich des Lagergehäuses; ein oberes Schmiermittelreservoir in einem oberen Bereich des Lagergehäuses; einen Kanal, der eine Fluidverbindung zwischen dem unteren Schmiermittelsumpf und dem oberen Schmiermittelreservoir herstellt; eine Einrichtung zum dosierten Zuführen eines Schmiermittelstroms von dem oberen Schmiermittelreservoir in die oberen Lager; eine Einrichtung zum Pumpen von Schmiermittel von dem unteren Schmiermittelsumpf durch den Kanal hindurch in das obere Schmiermittelreservoir mit einer Rate, die die Rate der dosierten Strömung in die oberen Lager übersteigt; und eine Einrichtung in dem oberen Schmiermittelreservoir zum Aufrechterhalten einer konstanten Schmiermittelsäule über der Dosiereinrichtung und zum Ableiten von überschüssigem Schmiermittel zurück zu dem unteren Schmiermittelsumpf; gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen eines Teils des überschüssigen Schmiermittels zu den unteren Lagern, bevor das überschüssige Schmiermittel zu dem unteren Schmiermittelsumpf zurückgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Pumpvorrichtung vorgesehen, die Folgendes aufweist: ein becherartiges drehbares Element mit einer Achse, die im Gebrauch vertikal ist, sowie mit in Längsrichtung angeordneten schraubenlinienförmigen Nuten mit entgegengesetzter Gängigkeit an der inneren und der äußeren Oberfläche; eine glattwandige Bohrung in einem stationären Element, die die äußere Oberfläche des becherartigen drehbaren Elements eng umgibt, ohne diese zu berühren; ein glattwandiges stationäres zylindrisches Element, das von der inneren Oberfläche des becherartigen Elements eng umgeben ist, ohne von diesem berührt zu werden; sowie einen Sumpf, der Fluid auf einem Niveau enthält, das ausreichend ist, um einen unteren Bereich des drehbaren becherartigen Elements, der glattwandigen Bohrung sowie des glattwandigen zylindrischen Elements zu bedecken, so dass eine Rotation des becherartigen Elements dazu führt, dass das Fluid an der einen Oberfläche des becherartigen Elements nach oben gepumpt wird und an der anderen Oberfläche des becherartigen Elements nach unten gepumpt wird.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung sowie zur Veranschaulichung, wie diese ausgeführt werden kann, wird im Folgenden anhand eines Beispiels auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen; darin zeigen:
1 eine vertikale, schematische und teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer Pumpe, die mit einem vertikalen Feuchtsumpf-Schmiersystem ausgestattet ist;
2 eine fragmentarische, perspektivische Bodenansicht der Pumpvorrichtung; und
3 eine fragmentarische, im Schnitt dargestellte Aufrissansicht der Einrichtungen zum dosierten Zuführen und Ableiten von Schmiermittel eines oberen Schmiermittelreservoirs.
Alle wesentlichen Merkmale sind unter Bezugnahme auf 1 erkennbar; jedoch ist es auch von Hilfe, bei Bedarf die 2 und 3 zu betrachten, um weitere Details der Vorkehrungen zum Pumpen, dosierten Zuführen und Ableiten zu erkennen. In 1 ist die Erfindung bei Anwendung an einer vertikalen Pumpeinheit 60 dargestellt. Eine Lagergehäuseanordnung 50 weist obere Lager 14 und untere Lager 18 auf, die eine drehbare Welle 5 lagern, die in einem Lagergehäuse 10 angebracht ist. Ein unterer ringförmiger Schmiermittelsumpf 40 in einer unteren Endabdeckung 11 des Gehäuses 10 sowie ein oberes ringförmiges Schmiermittelreservoir 20 in einer oberen Endabdeckung 12 sind durch ei nen Kanal 35 miteinander verbunden, der vorzugsweise in die Wand des Gehäuses 10 gebohrt ist. Eine becherartige Pump- oder Hubvorrichtung 30, die auf der drehbaren Welle 5 angebracht ist, pumpt Schmiermittel mittels wenigstens einer schraubenlinienförmiger Nut 33 in ihrer äußeren Oberfläche, wobei die Nut mit der Innenwand 31 einer Bohrung zusammenwirkt, durch die sich die becherartige Pumpvorrichtung 30 nach unten in den unteren Schmiermittelsumpf 40 hinein erstreckt. Es ist darauf hinzuweisen, dass zwischen der becherartigen Pumpvorrichtung 30 und der Innenwand 31 der Bohrung keine Berührung besteht. Die Nut 33 ist derart dimensioniert, dass sie bei allen Betriebsgeschwindigkeiten einen Überschuss an Schmiermittel zu den oberen Lagern 14 pumpt. Diese Merkmale sind in den 1 und 2 zu sehen.
Das obere Schmiermittelreservoir 20, das in den 1 und 3 zu sehen ist, weist eine Überströmungs- oder Überlaufbarriere 26 auf, die eine konstante Drucksäule über einer Dosieröffnung 25 aufrechterhält. Die Dosieröffnung 25 ist derart dimensioniert, dass sie bei allen Betriebsgeschwindigkeiten und in allen Viskositätsbereichen für eine vollständige Schmierung sorgt, wie diese für die oberen Lager 14 erforderlich ist. Die Dosieröffnung 25 liegt mit ihrer Mündung geringfügig über dem Boden des oberen Reservoirs 20, um beim Stillsetzen eine geringe Menge an Schmiermittel in dem Reservoir 20 zu behalten. Dies gewährleistet eine minimale Ansprechzeit für das Zuführen von Schmiermittel zu den oberen Lagern 14, wenn die Einheit nach einer solchen Stillsetzung wieder gestartet wird. Jegliches überschüssige Schmiermittel, das das obere Reservoir 20 erreicht, strömt über die Überlaufbarriere 26 und wird durch eine Nebenpassage 19 zu dem unteren Sumpf 40 zurück abgeführt. Dieses Überlauf- und Ableitmerkmal erlaubt der Pumpvorrichtung einen Betrieb ohne Drosselung oder andere Verengung unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit, da die vollen Schmiermittelerfordernisse stets erfüllt werden und jegliches überschüssige Schmiermittel lediglich zu dem unteren Sumpf 40 zurückgeführt wird. Ein Teil des überschüssigen Schmiermittels wird durch die schüsselförmige untere Oberfläche des Gehäuses 10 durch die unteren Lager 18 hindurch geleitet, bevor es zu dem unteren Sumpf 40 abgeführt wird.
Schmiermittel, das die oberen Lager 14 passiert, fällt auf einen Anschlag- bzw. Schleuderring 45, der unterhalb der Lager 14 auf der Welle 5 angebracht ist. Der Schleuderring 45 schleudert das Schmiermittel gegen die Wandung des Lagergehäuses 10, wo es Wärme abgibt, die es durch die Berührung mit verschiedenen Teilen der Lager und der Welle 5 aufgenommen hat. Konstruktionsmäßig ist Schmiermittel, das nicht zum tatsächlichen Schmieren der Lager dient, in weitest möglicher Weise kühleren Oberflächen innerhalb des Lagergehäuses 10 ausgesetzt. Dies hilft beim Abführen von Wärme sowie zum Aufrechterhalten einer stabilen Betriebstemperatur.
Die becherartige Pumpvorrichtung 30 wirkt auch als Wärmesenke zum Abführen von Wärme von der Welle 5 angrenzend an das untere Lager 18. Die innige Mischberührung zwischen dem Schmiermittel und der Pumpvorrichtung 30 gewährleistet eine maximale Wärmeübertragung auf das Schmiermittel, das dann dazu dient, die Wärme zu den Gehäusewänden 10, 11, 12 zu befördern und diese somit an die Umgebung der Gehäuseanordnung 50 abzuführen. Dieses Merkmal ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Welle 5 einer externen Wärmequelle ausgesetzt ist, wie z. B. einem heißen Pumpen oder heißer Luft. Somit erreicht die Lagergehäuseanordnung 50 unter jeglichen Betriebsbedingungen rasch eine stabile Betriebstemperatur.
Es ist eine Dichtung vorgesehen, um das Entweichen von Schmiermittel aus dem unteren Sumpf 40 zu verhindern. Dies wird erreicht ohne Berührung zwischen den stationären und den drehbaren Teilen. Der untere Sumpf 40 weist eine Innenwand 39 auf, die sich über die Oberseite des stationären Schmiermittelniveaus hinaus erstreckt und die Welle 5 umschließt, ohne diese zu berühren, sowie in effektiver Weise eine statische Dichtung schafft. Es wäre keine weitere Dichtung erforderlich, mit Ausnahme für induzierte Turbulenz in dem Schmiermittel in dem unteren Sumpf 40. Um durch Turbulenz verursachtem Schmiermittelverlust entgegen zu wirken, ist eine berührungsfreie, dynamische axiale Gegenströmungsdichtungsvorrichtung vorgesehen, die von der becherartigen Pumpvorrichtung 30 Gebrauch macht. Eine schraubenlinienförmige Nut 36 an der inneren Oberfläche der Pumpvorrichtung 30, die entgegengesetzte Gängigkeit zu der der Pumpnut 33 aufweist, pumpt während des Betriebs Schmiermittel nach unten. Die Nut 36 wirkt mit der äußeren Oberfläche der Innenwand 39 in berührungsfreier Weise zusammen, und zwar in der gleichen Weise, wie auch die Nut 33 mit der Wand 31 der Bohrung in berührungsfreier Weise zusammenwirkt.
Das Lagerschmiersystem ist in 1 bei Anwendung an einer Pumpe dargestellt. Es versteht sich, dass jedes beliebige vertikale Lagergehäuse, das von einem Nasssumpf-Schmiersystem geschmiert wird, von den vorstehend offenbarten Merkmalen profitieren kann.

Claims

Vorrichtung zum Schmieren von oberen und unteren Lagern (14, 18) auf einer vertikalen drehbaren Welle (5) innerhalb eines Lagergehäuses (10), die Folgendes aufweist: einen unteren Schmiermittelsumpf (40) in einem unteren Bereich des Lagergehäuses; ein oberes Schmiermittelreservoir (20) in einem oberen Bereich des Lagergehäuses; einen Kanal (35), der eine Fluidverbindung zwischen dem unteren Schmiermittelsumpf und dem oberen Schmiermittelreservoir herstellt; eine Einrichtung (25) zum dosierten Zuführen eines Schmiermittelstroms von dem oberen Schmiermittelreservoir in die oberen Lager; eine Einrichtung (30) zum Pumpen von Schmiermittel von dem unteren Schmiermittelsumpf durch den Kanal hindurch in das obere Schmiermittelreservoir mit einer Rate, die die Rate der dosierten Strömung in die oberen Lager übersteigt; und eine Einrichtung (26) in dem oberen Schmiermittelreservoir zum Aufrechterhalten einer konstanten Schmiermittelsäule über der Dosiereinrichtung und zum Ableiten von überschüssigem Schmiermittel zurück zu dem unteren Schmiermittelsumpf; gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen eines Teils des überschüssigen Schmiermittels zu den unteren Lagern (18), bevor das überschüssige Schmiermittel zu dem unteren Schmiermittelsumpf (40) zurückgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (30) zum Pumpen von Schmiermittel von dem unteren Schmiermittelsumpf (40) durch den Kanal (35) zu dem oberen Schmiermittelreservoir (20) auch als Wärmesenke-Einrichtung zum Abführen von Wärme von der drehbaren Welle angrenzend an die unteren Lager sowie zum Übertragen der Wärme auf das Schmiermittel zum Abführen derselben an die Umgebung wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin mit einer Einrichtung (39) in dem unteren Schmiermittelsumpf (40) zum Bilden einer berührungsfreien Dichtung zum Rückhalten von Schmiermittel in dem Lagergehäuse (10).
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Einrichtung (35) zum dosierten Zuführen von Schmiermittel von dem oberen Schmiermittelreservoir (20) in die oberen Lager (14) zumindest eine Durchführung (25) durch eine Bodenwand des oberen Schmiermittelreservoirs zu den oberen Lagern aufweist, wobei die mindestens eine Durchführung derart dimensioniert ist, dass unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit ein vollständiger Schmiermittelstrom zu den Lagern geschaffen wird.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (26) in dem oberen Schmiermittelreservoir (20) zum Aufrechterhalten einer konstanten Schmiermittelsäule und zum Ableiten von überschüssigem Schmiermittel eine Außenwand (26) des oberen Schmiermittelreservoirs aufweist, die einen Überlauf zu einer Nebenpassage (19) aufweist, die überschüssiges Schmiermittel durch das Lagergehäuse hindurch zurück zu dem unteren Schmiermittelsumpf abführt.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (30) zum Pumpen von Schmiermittel von dem unteren Schmiermittelsumpf (40) durch den Kanal hindurch zu dem oberen Schmiermittelreservoir (20) einen im Wesentlichen zylindrischen Kragen (30) aufweist, der unter den unteren Lagern auf der drehbaren Welle (5) befestigt ist und einen becherartigen Bereich aufweist, der sich nach unten durch eine Bohrung in einer unteren Wand des Lagergehäuses hindurch in den unteren Schmiermittelsumpf hinein erstreckt, wobei der becherartige Bereich in der Bohrung eng anliegend sitzt sowie eine schrau benlinienförmige Nut (33) in seiner äußeren zylindrischen Oberfläche aufweist, durch die Schmiermittelfluid durch den Kanal (35) hindurch in das obere Schmiermittelreservoir gehoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin mit einer Einrichtung (39) an einer inneren zylindrischen Oberfläche des becherartigen Bereichs zum Bilden einer berührungsfreien Dichtung zum Rückhalten von Schmiermittel in dem Lagergehäuse.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung zum Bilden einer berührungsfreien Dichtung eine schraubenlinienförmige Nut (36) mit entgegengesetzter Gängigkeit zu der der Nut (33) in der äußeren zylindrischen Oberfläche aufweist und in unmittelbarer Nähe zu einer ringförmigen Wand (39) angeordnet ist, wobei die ringförmige Wand die drehbare Welle (5) umgibt und sich von einer unteren Wand des unteren Schmiermittelsumpfes (40) nach oben zu einer Stelle etwas unterhalb der Befestigungsstelle des im Wesentlichen zylindrischen Kragens (30) auf der drehbaren Welle erstreckt, wobei die schraubenlinienförmige Nut (36) die Erzeugung eines gegenläufigen Stroms von Fluid an der ringförmigen Wand nach unten bewirkt, um einem Entweichen von Schmiermittel von dem Lagergehäuse (10) dynamisch entgegenzuwirken.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Einrichtung (45) zum Abführen von übermäßiger Wärme von dem Schmiermittel an die Umgebung des Lagergehäuses (10).
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Einrichtung zum Abführen von übermäßiger Wärme von dem Schmiermittel eine Anschlageinrichtung (45) aufweist, die unterhalb der oberen Lager (14) auf der drehbaren Welle (5) befestigt ist, um von den Lagern kommendes Schmiermittel zu Seitenwänden des Lagergehäuses (10) umzulenken und den gesamten Schmiermittelstrom, der nicht durch Lager stattfindet, auf relativ kühle Wände des Lagergehäuses zu richten.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 10 bei deren Rückbeziehung auf Anspruch 3, wobei die in dem unteren Schmiermittelsumpf (40) vorgesehene Einrichtung zum Schaffen eines berührungsfreien Rückhaltens von Schmiermittel eine ringförmige Wand (39) aufweist, die die drehbare Welle (5) umgibt und sich von einer unteren Wand des unteren Schmiermittelsumpfes nach oben zu einer Stelle über dem stationären Schmiermittelniveau in dem Sumpf erstreckt, wobei die ringförmige Wand stationär ist und keine Berührung zu der drehbaren Welle oder irgendeinem anderen beweglichen Teil hat.