NO131181B - - Google Patents

Description

Aksiallager.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et aksiallager

for en dynamoelektrisk maskins vertikale aksel, og spesielt, et stort aksiallager av typen med svingbart opplagrede lagerklosser.

Store aksiallagre' for de vertikale aksler på maskiner såsom vannhjulsgeneratorer, er vanligvis av den type hvor en.trykk-løpering på akselen understøttes av et antall segmentlagerklosser som er svingbart montert for å tillate klossene å skråstille seg noe for å etablere en kileformet oljefilm. Disse lågere er utformet hydrodynamisk for å understøtte relativt høye belastninger, men lagerets belastningskapasitet blir redusert når flaten på lagerklossen blir forvrengt fra en plan flate. I tilfelle med et stort lager med svingbart opplagrede klosser, kan klossene ha et areal av størrelsesorden 28 til 37 dm 2, og hvis lagerklossen er understøttet direkte på en lagringstapp, vil hele understøttelsen bli konsentrert på et meget lite område ved eller nær klossens senter. Den resulterende belastning på lagerflaten blir også konsentrert ved dette understøttelsespunkt eller lille område, og med denne konsentrerte belastning og understøttelse kan det oppstå relativt store forvrengninger eller bøyninger av lagerklossen med følgende reduksjon av belastningskapasiteten. Slik forvrengning kan forhindres eller nedsettes kun ved å gjøre klossen ekstremt tykk for å oppnå tilstrekkelig stivhet for å forhindre vesentlig forvrengning. Dette er imidlertid lite ønskelig på grunn av den store vanskelighet ved fremstilling og behandling av slike lagerklosser på grunn av den store størrelse og vekt som er nødvendig for å oppnå ønsket grad av stivhet.

For å overvinne danne vanskelighet er det blitt fore-slått å understøtte lagerklosser på deres lagringstapper ved hjelp av understøttelsesstrukturer plassert mellom klossene og lagringstappene og utformet for å fordele belastningen jevnere eller for å understøtte klossen ved et flertall punkter eller regioner, for således å nedsette forvrengningen av lagerflaten uten at det er nød-vendig med meget tykke klosser. Slike understøttelsesstrukturer er vist f.eks. i U.S.-patent nr. 3.018.144, 3.423.139 og 3.271.088. De hittil foreslåtte lagerklossunderstøttelser har imidlertid vært beheftet med relativt vanskelige fremstillingsproblémer og skjønt de reduserte forvrengninger av lagerklossflaten i høy grad, kunne de ikke helt eliminere forvrengning som skyldtes enten den tilførte mekaniske belastning på klossen eller varmegradienter i klossen. Ettersom kravene til fysisk størrelse og belastning av disse store

lågere har øket, har de tidligere anvendte typer av lagerklossunder-- støttelser blitt utilstrekkelige og det er påkrevet med en forbedret understøttelse som i vesentlig grad eliminerer forvrengning av lagerflaten. Den foreliggende oppfinnelse omfatter således et aksiallager for en dynamoelektrisk maskins vertikalaksel med trykkløpering,

hvilket aksiallager omfatter segmentlagerklosser anbragt rundt akselen og som har lagerflater for anlegg mot trykkløperingen,

en stasjonær lagringstapp for hver lagerkloss, understøttelses-innretning for understøttelse av hver lagerkloss på dens opplagringstapp, og hvor det karakteristiske er at hver understøttelses-innretning omfatter to understøttelsesdeler som strekker seg hovedsakelig radielt idet hver understøttelsesdel har to adskilte øvre kontaktpartier på hvilke klossen hviler, samt at hver understøt-telsesdel hviler på et basislegeme via et annet kontaktparti, hvilke kontaktpartier er smale fremspring arrangert til å strekke seg radielt i hovedsakelig klossens radielle lengde, hvilket basislegeme har et bunnplateparti som hviler på opplagringstappen og bærer to hovedsakelig radial-elastiske partier på hvilke understøt-telsesdelene hviler, hvilke elastiske partier strekker seg hovedsakelig likt med understøttelsesdelene for derved å variere elastisiteten i radiell retning.

Den nye klossunderstøttelsesstruktur kan med fordel be-stå av et ^basislegeme som har et bunnplateparti som hviler på opplagringstappen og som bærer to generelt radialt-elastiske partier. Understøttelsesbjelken hviler på de elastiske partier og hver bjelke har to smale kontaktpartier som strekker seg radielt og understøtter direkte lagerklossen. Lagerklossen understøttes således på fire hovedsakelig parallelle understøttelser som er anbragt på en slik måte at reaksjonskreftene hovedsakelig balanserer belastningene slik at kreftene og momentene på klossen er i likevekt og resulterer i hovedsakelig null avbøyning av klossen i omkretsretningen. De elastiske understøttelser på- hvilke bjelkene hviler, varierer i elastisitet i radiell retning på en måte for å kompensere for avbøyning av basisplaten slik at klossen får så godt som ingen forvrengning i radiellretningen. Således blir avbøyning av klossflaten i både radiell og omkretsretningene så godt som null, og lagerklossflaten forblir plan slik at belastningskapasiteten ikke blir redusert ved forvrengning av lagerflaten. Enhver forvrengning av flaten på grunn av varmegradienter i klossen kan også lett kompenseres forT'vefi ut-formningen slik at det ikke oppstår noen varmeforvrengning.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ved hjelp av et eksempel med henvisning til tegningen hvor

fig. 1 er et skjematisk, perspektivisk riss av en enkel lagerkloss og dens understøttelse,

fig.. 2 er et diagram som viser kreftene og momentene søm lagerklossen utsettes for og dens understøttelse i lagerets omkrets-retning,

fig. 3A', 3B og 3C er diagrammer som viser belastningen og kreftene på lagerklossen og dens understøttelser i radialretningen,

fig. 4 er et vertikalt riss i snitt av et stort aksiallager,

fig. 5 er et forstørret sideriss av en lagerkloss og dens understøttelse,

fig. 6 er et fragmentarisk topplanriss av lageret, og

fig. 7 er et tverrsnitt hovedsakelig etter linjen VII-VII

i fig. 5.

Oppfinnelsen tilveiebringer en understøttelse for lagerklossene i et aksiallager av typen med svingbart understøttede klosser, hvilken så godt som eliminerer enhver forvrengning eller avvenning av lagerklossen i både radial- eller omkretsretningen. Lagerklossunder-støttelsen er vist skjematisk i fig. 1 hvilken viser en understøt-telsesstruktur for understøttelse av en lagerkloss 1 på en lagringstapp. Et komplett lager vilromfatte et antall lagerklosser 1 arrangert i en sirkel rundt akselen for samvirke med en trykkløpering, og hver av klossene har sin egen understøttelse og opplagringstapp. Under-støttelsesstrukturen omfatter et basislegeme 2 med et bunnplateparti 3 som hviler på en fiksert opplagringstapp tilnærmet ved dens senter

4. Bunnplaten 3 er relativt stiv og bærer via et sentralt parti 5

av basislegemet, to elastiske understøttelsespartier 6 som strekker seg hovedsakelig radielt i hovedsakelig lagerklossens 1 hele radielle lengde. De elastiske partier 6 kan ha form av vinger som vist, som rager frem fra det sentrale parti 5 med hvilke de er integrale, og de har større elastisitet eller fleksibilitet enn den relativt stive bunnplate 3. De elastiske partier 6 varierer i elastisitet i radiell retning hvilket .vil bli nærmere forklart i det følgende.

En bjelke 7 understøttes på hver av.de radielle elastiske partier 6. Hver bjelke 7 har to hovedsakelig parallelle, relativt smale kontaktpartier 8 som strekker seg radielt i forhold til lagerklossen 1 i hovedsakelig dennes hele radielle lengde. Lagerklossen 1 hviler direkte på kontaktpartiene 8 slik at den understøttes av fire hovedsakelig parallelle, radielle bjelkeunderstøttelser. Hver bjelke 7 hviler på en av de elastiske partier 6 på et relativt smalt kontaktparti 9 som for illustreringens skyld er vist inte-gral med bjelken 7 skjønt det ikke behøver å utgjøre noen del av bjelken. Belastningen på lagerklossen 1 er representert av vektorer 10 som representerer en illustrativ hydrodynamisk belastning slik som klossen 1 kan utsettes for i et typisk stort aksiallager skjønt det er underforstått at andre belastningsfordelinger også

kan oppstå.

Fig. 2 viser kreftene på lagerklossen og understøttelses-strukturen i omkretsretningen, dvs. i dreieretningen til en trykk-løpering som er understøttet på klossen. Klossen 1 hviler på fire smale bjelkeunderstøttelser 8 som overfører reaksjonskrefter Fl, F2, F3 og F4 til klossens i bunn. Belastningen på lageret overfører kreftene som indikert med vektorer 10, på klossens øvre flate. Den hydrodynamiske belastning på klossen blir delt i fire like seksjoner indikert ved Wl, W2, W3 og W4. Understøttelsene 8 er arrangert slik at reaksjonskreftene Fl, F2, F3 og F4 fremkommer ved tyngdesentrene til de fire resulterende belastninger Wl, W2, W3 og W4 respektive som vist i tegningen. Reaksjonskreftene er derved like og motsatte av de tilsvarende resulterende belastninger, og kreftene og momentene på lagerklossen 1 er i likevekt og er effektivt balanserte. Resul-tatet av dette er at det blir hovedsakelig ingen forvrengning av klossen i omkretsretningen ettersom avbøyningene på grunn av belastninger og avbøyningene på grunn av reaksjonskreftene er hovedsakelig like og motsatte, eller i det minste kun er av en neglisjerbar grad slik at det ikke forekommer noen vesentlige bøyningsmomenter. Således blir enhver forvrengning av klossflaten i omkretsretningen så liten at den kan oversees.

De nedre kontaktpartier 9 er anbragt omtrent halvveis mellom de øvre kontaktpartier 8, og kreftene F5 og F6 som tilføres gjennom kontaktpartiene 9 til de elastiske partier 6, er resultat-ene av reaksjonskreftene Fl og F2 og F3 og F4 respektive. Enhver avbøyning av bjelkene 7 i forhold til deres kontakter med de elastiske partier 6, er materielle da bjelkene kan dreie noe ved disse punkter ettersom det er nødvendig, slik at lagerklossen selv forblir plan. Tilsvarende er tykkelsene til de to bjelker 7 ikke ma-terialle og er ikke nødvendigvis like, slik at tykkelsene kan bestemmes for å oppnå sikre belastningsgrenser i begge bjelker, og også for å få lik avbøyning av bjelkene for å nedsette enhver drei-ning ved deres kontaktpunkter med de elastiske partier 6 og så-

ledes eliminere slitasje og gnidning ved disse kontakter. Det sam-lede resultat er derfor at alle krefter og momenter er balanserte og i likevekt, ,og .lagerflaten til klossen 1 har så godt som null avbøyning i omkretsretningen.

Det vises til fig. 3 hvor kreftene som virker på under-støttelsesstrukturen i lagerklossens radialretning, er vist. I

fig. 3A er kreftene som tilføres klossens 1 lagerflate representert ved vektorene 10 i fig. 1 som viser en typisk hydrodynamisk belastning. Klossen 1 hviler på bjelken 7 og belastningen som således tilføres bjelkene 7 i radialretningen er vist i fig.3B. Bjelkene 7 hviler igjen på de elastiske partier 6 på basislegemet 2 og den kombinerte belastning på de to elastiske partier 6 som vist i fig.

3C, blir tilført via det sentrale parti 5 på basislegemet 2. til bunnflaten 3 som hviler på opplagringstappen 4. Bunnflaten 3 er relativt stiv, men ettersom den understøttes kun på lagringstappen 4 tilnærmet ved dennes senter, blir avbøyning av platen 3 effektivt forhindret ved dens senter og øker henimot hver ende av platen hvor den ikke er understøttet. Maksimal avbøyning av platen 3 er således ved endene og avbøyningen minsker til så godt som null ved dens senter. Bunnplaten 3 bærer de elastiske partier 6 som tidligere antydet, er utformet for å variere i elastisitet eller fleksibilitet i den radielle retning. Således som vist i tegningen, kan hver av de elastiske partier omfatte en serie av utkragede bjelker av for-skjellige tykkelser slik at de varierer i stivhet eller fleksibilitet. De tynneste bjelker har størst fleksibilitet og er vist anordnet ved senter av basisdelen 2 mens de etterfølgende bjelker øker i tykkelse henimot hver ende av basislegemet slik at de elastiske partier øker i fleksibilitet mot endene. De elastiske partier 6 er således for å kompensere avbøyningen av bunnplaten 3 ettersom de elastiske partier 6 er mest fleksible ved senteret hvor bunnplaten 3 har eten minste avbøyning, og er stivere ved endene hvor bunnplatens 3 avbøyning er størst. Ved'riktig utformning er det derfor relativt lett å bestemme variasjonen i fleksibilitet i de elastiske partier 6 på en slik måte at de kompenserer eksakt for avbøyningen av bunnplaten 3 og resulterer i null avbøyning av lagerklossen 1 i radiell retning. Med andre ord, bunnplaten 3 søker å avbøye nedad ved endene mens belastningen på de elastiske partier er størst ved senter hvor de har størst fleksibilitet og er minst ved endene hvor de er stivest. Avbøyningen av de elastiske partier er derfor størst ved senter og minsker mot endene. Summen av avbøyningene til bunnplaten 3 og de fleksible partier 6 kan derfor gjøres konstant langsmed understøt-telsesstrukturens radielle lengde slik at det blir null forvrengning av de flate understøttelsesflater til de elastiske partier 6 og bjelkene 7.

Bjelken 7 opprettholder en rettlinjet, ikke forvrengt understøttelse for klossen 1 i radiell retning som ovenfor forklart, og forvrengningen av klossen i omkretsretningen er så god som null som tidligere forklart. Lagerklossen 1 får derfor så godt som ingen forvrengning og dens lagerflate forblir plan over hele området. Ut-formningen kan også lett gjøres slik at en tar hensyn til enhver varmegradient som forefinnes i klossen 1 slik at forvrengning som skyldes slike gradienter også blir så godt som eliminert. Et stort aksiallager er vist i fig. 4-7.

Fig. 4 viser et vertikalt snitt av et stort aksiallager for understøttelse av en vertikal aksel 15 som f.eks. er akselen til en stor vannhjulsgenerator og som er beregnet til å bli forbundet med sin øvre ende til generatorens rotor. Akselen 15 bærer en aksial-trykkblokk 16 og en trykkløpering 17 er festet til trykkblokken 16

på en hensiktsmessig måte slik at den roterer med akselen.

Lageret kan understøttes i en understøttende og omgiv-ende struktur 18 av en hvilken som helst hensiktsmessig type som hviler på et fundament og som også understøtter generatorens stator (ikke vist). Lagerføringssko 19 kan også monteres på strukturen 18 for samvirke med en lagerføringsflate på trykkløperingen 17. Et stigerør 20 er montert på understøttelsesstrukturen 18 og omgir akselen- for å danne et ringformet oljekammer rundt lageret som vanligvis er fylt med olje for smøring av dette. Oljekjølespiraler 21 av en hvilken som helst hensiktsmessig type er også anordnet for å fjerne varme fra oljen.

En lagerunderstøttelse 22 bæres av understøttelsesstruk-turen 18 og kan være et ringformet legeme som omgir akselen 15. Lageret omfatter et antall segmentlagerblokker 23 montert for svak krengebévegelse, på lagringstapper 24, idet det er anordnet et hensiktsmessig antall lagerblokker som vist i fig. 6. Lagringstappene 24 for lagerklossene bæres av understøttelsen 22 og' er fortrinnsvis regulerbart montert for å tillate individuell regu-lering av lagringstappene for å utligne belastningen mellom klossene.

Hver av lagerklossene 23 er understøttet av sin lagringstapp 24 ved hjelp av en understøttelsesstruktur av den type som er vist skjematisk i fig. 1 og beskrevet i det foregående. Understøt-telsesstrukturen for hver kloss omfatter et- basisl-egeme 25 som har'

et bunnplateparti 26 med en foring 27 av herdet stål ved eller nær sitt senter som hviler på lagringiappen 24. Basislegemet' 24 hår en fordypning 27 på hver side som avgrenser et sentralt parti mellom fordypningene med elastiske partier 28 som strekker seg fra de sentrale partier på hver side. Basislegemet 25 har tilnærmet samme radielle lengde som lagerklossen 23 slik at de 'elastiske partier 28

strekker seg i hovedsakelig lagerklossens hele radielle lengde. De elastiske partier 28 er utført med varierende elastisitet eller fleksibilitet fra senter mot hver ende som forklart i det foregående, og som vist i tegningen, oppnås denne variasjon i elastisitet ved å ut-forme de elastiske partier 28 som et antall utkragede bjelker 29, hvilke bjelker har varierende dybde slik at de fårfbrskjellig stivhet. De elastiske partier 28 danner således en hovedsakelig kontinuerlig understøttelse over basislegemets 25 radielle lengde men' er av varierende fleksibilitet i radiell retning for det formål som er forklart tidligere.

En langsgående bjelke 29 hviler på hver av de elastiske partier 28. Bjelkene 29 er også hovedsakelig lik klossenes 23 radielle lengde og hviler på smale kontaktpartier 30 som korresponderer med kontaktpartiene 9 i fig. 1, men i dette tilfellet er det utført integrale med de elastske partier 28. Funksjon og virkning er imidlertid som tidligere beskrevet. ' Hver av bjelkéne 29'har to smale kontaktpartier 31 ved sin øvre overflate som strekker seg langsmed disse i bjelkens hele lengde. Kontaktpartiene 31 danner således' fire hovedsakelig parallelle bjelkeunderstøttelser for klossen 23 som hviler direkte på disse, og de er plassert i forhold til'belastningen på lagerklossen 23 på samme måte som beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 1 og 2. Lagerklossen 34 hviler direkte på understøttelsene 31 og kan holdes i stilling ved hjelp av hvilke som helst hensiktsmessige midler slik som f.eks. fastholdelsesplate 32 ved hver ende av bjelken 29. Tilsvarende kan det tilveiebringes hvilke som helst hensiktsmessige midler for å hindre lagerklossene 23 og understøt-telsene fra å dreie og for å holde dem i ønsket shilling, idet fast-holdelsesinnretningene er av en hvilken som helst hensiktsmessig type som tillater den nødvendige lille krengebévegelse av basislegemene: 25 på lagringstappene 24.

Strukturen i fig. 4-7 er hovedsakelig de samme som vist skjematisk i fig. 1 og den opererer på den måte som er beskrevet tidligere for understøttelse av lagerklossen 23 på dens lagringstapp på en slik måte at det blir så godt som ingen avbøyning av lagerflaten i hverken omkrets- eller radialretningen. Lagerklossen får således så godt som ingen forvrengning og lagerflaten forblir plan for maksimal belastningskapasitet.

F.eks. er det ikke riktig at lagringstappen skal være i senter av bunnplaten ettersom bunnplatens avbøyning letjb kan beregnes ved kjente metoder for enhver plassering av lagringstappen, og den varierende fleksibilitet av de elastiske partier 28 kan tilsvarende bestemmes for å kompensere for bunnplatens avbøyning som tidligere beskrevet. På samme vis kan den varierende fleksibilitet av de elastiske understøttelsespartier 28 oppnås på enhver ønsket måte. De elastiske partier 28 er utformet av en serie utkragede bjelker med varierende dybde eller tykkelse, men variasjonen i elastisitet kan også oppnås ved å nytte en serie momentbjeiker av forskjellig lengde for å oppnå den ønskede variasjon i fleksibilitet. Tilsvarende kan andre midler nyttes for å tilveiebringe en hovedsakelig kontinuerlig understøttelse som varierer i fleksibilitet fra et punkt nær lagringstappen mot hver ende av basislegemet. Det skal også påpekes at dimensjonene og elastisitet av de to bjelker 29 og de to elastiske partier 28 ikke behøver å være den samme som tidligere antydet og som vist i fig. 7.

Det er åpenlyst at det er tilveiebragt en relativ enkel struktur som lett kan fremstilles og sammensettes og som understøt-ter en lagerkloss på dens lagringstapp slik at lagerflaten får så

godt. som null forvrengning i bégge retninger.

Claims (10)

1. .1. Aksiallager for en dynamoelektrisk maskins vertikale aksel med trykkløpering, hvilket aksiallager omfatter segment-

   lagerklosser anbragt rundt akselen og som har lagerflater for anlegg mot trykkløperingen,. en stasjonær lagringstapp for hver lagerkloss, understøttelsesinnretning for understøttelse av hver lagerkloss på dens lagringstapp, karakterisert ved at hver understøttelsesinnretning omfatter to understøttelsesdeler (7) som strekker seg hovedsakelig radielt idet hver understøttelsesdel (7) har to atskilte øvre kontaktpartier (8) på hvilke klossen (1) hviler, såmt at hver understøttelsesdel (7) hviler på et basislegeme (2) via et annet kontaktparti (9), hvilke kontaktpartier (8,9) er smale fremspring arrangert til å strekke seg radielt i hovedsakelig klossens (1) hele radielle lengde, hvilket basislegeme (2) har et bunnplateparti (3) som hviler på lagringstappen (4) og bærer to hovedsakelig radiale, elastiske partier (6) på hvilke understøttelses-delene (7) hviler, hvilke elastiske partier (6) strekker seg hovedsakelig likt med understøttelsesdelene (7) for derved å variere elastisiteten i radiell retning.
2. 2. Aksiallager ifølge krav 1, karakterisert ved at understøttelsesdelenes (7) øvre kontaktpartier (8) er anbragt i forhold til lagerklossen (1) slik at reaksjonskraften som tilføres klossen (1) ved hvert kontaktparti (8), blir tilført hovedsakelig motsatt av resultantbelastningen på en forutbestemt seksjon av klossen (1).
3. 3. Aksiallager ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at basislegemets (2) elastiske parti (6) minsker i elastisitet fra punktet nærmest lagringstappen (4) mot begge ender av lagerklossen (1).
4. 4. Aksiallager ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at hvert kontaktparti (8) utøver en reaksjonskraft på klossen (1) motsatt av resultantbelastningen på en kvart seksjon av klossen, og at basislegemets (2) elastiske partier (6) minsker i elastisitet fra punktet(4)nærmest lagringstappen mot hver ende av klossen.
5. 5. Aksiallager ifølge krav 4, karakterisert ved at hver av de elastiske partier (6) omfatter en serie utkragede bjelkeseksjoner av forskjellig stivhet.
6. 6. Aksiallager ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved et radielt forløpende understøt-telseslegeme (7) som hviler på hver av de elastiske partier (6) med et smalt kontaktområde idet hver understøttelsesdel (7) har to smale kontaktpartier (8) på sin øvre flate, hvilke kontaktpartier er atskilte og forløper hovedsakelig radielt over lagerklossens (1) hele lengde for derved å danne fire smale, hovedsakelig parallelle understøttelser, og at lagerklossen (1) hviler direkte på nevnte understøttelser (7).
7. 7. Aksiallager ifølge krav 6, karakterisert ved at de elastiske partier (6) har sin minimumstivhet nær lagringstappen (4) og øker i stivhet mot begge ender av lagerklossen (1).
8. 8. Aksiallager ifølge krav 7, karakterisert ved at understøttelsesdelenes (7) kontaktpartier (8) er atskilt på tvers av lagerklossen : (1) slik at hvert kontaktparti utøver en reaksjonskraft på klossen motsatt belastningen på en forutbestemt seksjon av klossen.
9. 9. Aksiallager ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at de elastiske partier (6) øker i stivhet fra punktene nærmest lagringstappen (4) mot begge ender av klossen (1), og hvor de smale kontaktpartier (8) til understøttelsesdelene (7) er atskilt på tvers av klossen (1).
10. 10. Aksiallager ifølge hvilket som helst av kravene 6-9, karakterisert ved at hver utkraget bjelke strekker seg på tvers av understøttelsesdelene (7) og øker i dybde mot klossens (1) ender.