NO119124B - - Google Patents

Description

Anordning ved vertikale aksial- og radiallagre med væskesmøring.

Foreliggende oppfinnelse vedrører vertikale aksial- og radiallagre med væskesmøring,og hvor lageret er anbrakt i en beholder som er helt eller delvis fylt med smøremiddelet.

Ved væskesmurte lagre er det en forutsetning at væskenivået i lagerhuset velges slik at smøremiddeltilførselen til smørestedene er sikret. Som følge av dette er smøremiddelnivået så høyt at en stor del av lagerets roterende elementer vil arbeide neddykket i smøremid-delet. Det er kun en del av de roterende elementers overflate som del-tar aktivt i den egentlige MbærefunksJonenn, eksempelvis ved å virke som glideflate. De øvrige overflater roterer kun i smøremiddelet uten å utføre nyttig arbeidi de fremkaller turbulens, som videre avstedkommer et betydelig energitap, såkalt "rotasjonstap".

Rotasjonstapene er spesielt merkbare i de kombinerte aksial-radial-Kfr. kl. 47b-17/04 lagre ved store vannkraftgeneratorer og strømningsmaskiner. Det har ut-krystallisert seg to hovedtyper av slike kombinerte lagre. Ved den ene er radiallageret plassert på ytterkant av aksiallageret, slik at radial-lagerets glideflate-diameter er lik aksiallagerets ytterdiameter. Smøre-middelnivået innstilles vanligvis slik at radiallageret er tildekket, mens lagerhodets øvre horisontale eller koniske overflate roterer i luft. En annen meget brukt konstruksjon er at radiallageret anbringes over aksiallageret, men på en diameter som er betydelig mindre enn aksiallagerets ytterdiameter. Ved den førstnevnte utførelse unngår man rotasjonstap på lagerhodets øvre overflate som ligger over oljenivået, men på den annen side får man et betydelig lager-friksjonstap i radiallageret, som arbeider på en forholdsvis stor diameter. Ved den annen løs-ning er lagerfriksjonstapene i radiallageret redusert på grunn av den relativt mindre diameter, men til gjengjeld får man store rotasjonstap ved den delvis vertikale og horisontale overflate som er mellom aksiallagerets ytterkant og radiallageret, og som nødvendigvi3_ligger under smørenivået. Hvilken av de to løsninger som er å foretrekke, avhenger av belastning og omdreiningstall. Forskjellen er i alle fall ikke sær-lig stor.

Når det gjelder rotasJonstapets størrelse foreligger visse be-regnings formler i faglitteraturen. Disse viser at rotasjonstapene øker med femte potens av diameteren og tredje potens av omdreiningstallet.

I tillegg til disse har væskens spesifikke vekt, viskositet og omgivel-sens utforming en betydelig innflytelse på tapene. Ved store elektriske og vannkraftmaskiners lagring utgjør rotasjonstapene 20 - 70 % av det totale lagertap.

Oppfinnelsen tar sikte på å frembringe løsninger som reduserer rotasjonstapene uten å influere på lagerets øvrige parametere.

I henhold til oppfinnelsen taes det sikte på at smøremiddeletfjernes fra de uvirksomme overflater hvor rotasjonstapene oppstår, og erstattes med en gass, eksempelvis luft, som ifølge den lave spesifikke vekt kun avstedkommer et ubetydelig rotasjonstap.

I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning ved vertikale aksial- og radiallagre med væskesmøring, hvor lageret er anbrakt i et lagerhus som er helt eller delvis fylt med smørevæsken, og anordningen er kjennetegnet ved en skjerm som forløper rundt lagerhodet,hvilken skjerm ved begge sine endepartier er forsynt med spiralspor med pumpevirkning, og ved et hulrom som begrenses av skjermen og lagerhodet, idet pumpevirkningen av spiralsporene er rettet utad, slik at smøre-væsken pumpes ut av hulrommet og lagerhodets rotasjonstap forminskes. Herved oppnåes at i mellomrommet erstattes en væske av en gass, men uten at trykket derved forandres i dette mellomrom. Den eventuelle trykkforandrlng her er helt minimal, og kan kun skyldes, at væskemeng-den som fortrenges fra mellomrommet i en viss grad kan påvirke væskenivået i lagerhuset. Eksempelvis har man ved en vannkraftgenerator et aksialt flatetrykk på lagerets glideflate på ca. 40 kg/cm<2>, mens trykk-variasjonen ifølge væskenivåforandring i lagerhuset utgjør ca.50 mm VS, tilsvarende 0,005 kg/cm<2>. På denne måte vil anordningen i henhold til oppfinnelsen ikke påvirke lagerets belastning hverken i positiv eller i negativ retning.

Andre kjennetegn og fordeler ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse av de på tegningen viste utførelseseksemp-ler.

Tegningen viser et snitt gjennom et kombinert aksial-radial-lager. Den vertikale aksel (14) er opphengt via låseringer (16) til et medroterende lagerhode (4). Lagerhodet (4) er aksialt understøttet av lagerets stående elementer (12), som lagersegmenter, fjærringer og understøtninger. De stående elementer er videre anbrakt i lagerhuset (10), som ovenfra er lukket ved hjelp av lokk (7). Lagerhusets indre vegg mot den roterende aksel dannes av en stående, sylinderformet indre skjerm (13). Smørevæskenivået er merket med (8). Over smørevæskeni-vået (8) er lagerhuset (10) fylt med luft. Lagerets kjøling er sikret ved hjelp av en rørkjøler som er plassert i lagerhuset (10) mellom lageret og husveggen og markert med tre rader av sirkler. I samsvar med oppfinnelsen er det anbrakt en skjerm (1) rundt lagerhodet, slik at den dekker praktisk talt lagerhodets hele uvirksomme overflate mellom radiallageret (11) og aksiallageret (12). På skjermens (1) begge ender er det anbrakt spiralspor 2 og 3. Spiralsporenes (2,3) aksiale dimen-sjon er i\ 2 resp. h1. På figurens høyre side er det antydet også en utfoldet seksjon av spiralsporene, sett innenfra. På grunn av at spiralsporenes pumpevirkning er meget større i smørevæsken enn i luft og at pumpetrykket er proporsjonalt med den aksiale lengde av spiralspor-mønsteret som er fylt med smørevæsken, vil kun en del av spiralspor-mønsterets aksiale lengde fylles med luft. Det vil nemlig oppstå en balanse når den bredden, a resp. b, av spiralsporene som er fylt med smørevæske, produserer et like stort trykk som svarer til høydeforskjel-len mellom smøremiddelnivået (8) og spiralsporene (2 resp. 3). Feltene a og b vil bli øket ved avtagende periferihastighet.

I henhold til oppfinnelsen skal mellomrommet (5) forbindes med omgivelsen bg/eller lagerhusets (10) luftrom via elt eller flere rør(6).

Gjennom dette/disse rør (6) kan gassen eller luften som erstatter smø-

revæsken 1 mellomrommet (5)»strømme til.

Det vil oppstå visse frlksjonstap 1 spiralsporene• Disse tap

er omtrent proporsjonale med viskositeten, feltbredden a og b, kvadra-

tet av vinkelhastighet og tredje potens av diameteren, mens de er om-

vendt proporsjonale med klaringen i spalten. Ved et arrangement som er vist på tegningen vil det oppstå meget mindre tap i det øvre spiral-

spor 2 enn i det nedre 3. Det øvre spiralspor (2) vil bli kjølt ved at det varme smøremiddelet vil renne gjennom som en viss lekkasje og stadig erstattes av det tilstrømmende kalde smøremiddel. Ved det nedre spiralspor (3) er det et annet forhold, idet nemlig tapene er store,

og det oppvarmede smøremiddel ikke kan føres unna som en lekkasje. 1

henhold til oppfinnelsen skal skjermen (1) forsynes med ett eller flere små hull (9)»hvorigjennom det kontinuerlig vil strømme en viss smøre-middelmengde fra lagerhuset (10) til mellomrommet (5). Denne tilstrøm-

mende smøremiddelmengde vil bli pumpet ut av det nedre spiralspor (3),

slik at det smøremiddel som befinner seg i spiralsporet stadig skiftes og derved en overoppheting forhindres.

Slik som det fremgår av ovenstående beskrivelse er formen ogdimensjonsforholdet for de roterende deler (4), skjermen (1) samt spiralsporene (2,3) ikke definert, slik at de roterende deler kan ha en sylindrisk, avtrappet eller konisk form, og spiralsporene (2,3) kan ha like eller forskjellige diametere. Hovedsaken er at man tilstreber at mest mulig av de roterende deler (4) omsluttes av det mellomrommet (5)

som fylles med gassen.

Det er en meget stor fordel ved en anordning i henhold til denne oppfinnelse at smøremiddelnivået kan innstilles helt fritt, uten hensyn til rotasjonstapene, slik at man oppnår en optimal smøring og kjøling ved de aktive elementer.

Når det gjelder detaljutforming av spiralsporene (2,3) kan

disse utformes slik at spiralsporene plasseres enten på de roterende eller stående deler. Dette er et slikt detaljspørsmål som skal av-

gjøres individuelt, avhengig av bearbeidingsmullgheter samt av spor-dimensjonene som man kommer frem til ved hjelp av beregningene eller prøver.

Claims (2)

1. Anordning ved vertikale aksial- og radiallagre med væskesmøring. hvor lageret er anbrakt i et lagerhus som er helt eller delvis fylt med smørevæsken, karakterisert ved en skjerm (1) som for-løper rundt:lagerhodet.(4), hvilken skjerm ved begge sine endepartier er forsynt med spiralspor (2,3) med pumpevirkning, og ved et hulrom (5) som begrenses av skjermen og lagerhodet, idet pumpevirkningen av spiralsporene er rettet utad, slik at smørevæsken pumpes ut av hulrommet \ 5) og lagerhodets rotasjonstap forminskes.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at skjermens (1) vegg er utført med ett eller flere små hull (9)» hvorigjennom små mengder av smørevæsken kan trenge inn i mellomrommet (5).

3» Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at mellomrommet (5) er forbundet med omgivelsen og/eller lagerhusets (10) luftrom via ett eller flere rør (6).