NO142012B - Fleksibelt dempet lageranordning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fleksibelt dempet lageranordning for roterbar understøttelse av en rotoraksel av den type der lageret er montert i en bevegelig del som er opphengt i en stasjonær ramme ved hjelp av en rekke aksialt fettede bøye-fjærer, med et hulrom inneholdende en fluidumfilm som virker mellom den bevegelige del og den stasjonære ramme for dempning av lagerets reaksjon fra akselen, og hjelpefjærer anbrakt mellom den stasjonære ramme og den bevegelige del.

En utførelse av et fleksibelt dempet lager som opp-hever ustabilitet i en rotor for en motor er beskrevet i U.S. patent nr. 3.456.992. Som forklart i dette patent er akselen i en turbomotor dreibart lagret i en maskinramme ved hjelp av rullelagre. Lageret er på sin side montert i en bevegelig understøttelsesdel som er opphengt i motorrammen med en rekke bøyefjærer. Understøttelsen med bøyefjærer gir lageranordningen en mekanisk følsomhet overfor svingninger som demper skadelige . virkninger av vibrasjoner i akselen. En væskefilm dannes også mellom det fleksibelt monterte lagerunderstøttelse, og motorrammen tjener til å dempe systemets følsomhet overfor vibrasjoner som skyldes akselen.

Anvendelse av fleksible dempede lagre i tunge rota-sjonsmaskiner, såsom turbiner og kompressorer, har imidlertid skapt vanskeligheter. For at lageret skal reagere på en riktig måte er det viktig at lagerkomponentene monteres aksialt rettet inn med akselen for at væskefilmen skal bli ensartet og for å sikre at bøyefjærene virker symmetrisk. I de fleste rotasjons-maskiner er imidlertid den tunge, rotor-konstruksjon lagret horisontalt i maskinrammen, og dødvenkten av rotoren danner en stor statisk belastning på lagersysternet, noe som igjen fører til uensartede påkjenninger på lageret. Under disse forhold blir riktig innretning av lagerkomponentene meget vanskelig under monteringen.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en lageranordning av den innledningsvis nevnte art hvor lageret spennes mot vekten av akselen og den rotor som er anordnet på denne. . Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at hjelpefjærene er anbrakt under den horisontale senterlinje for akselen for å bære rotorvekten som virker på lageret, hvilken hjelpefjær er stavformet og har en utstikkende bærepute ved hver ende, beregnet på å ligge an mot den stasjonære ramme, og en utstikkende reaksjonspute omtrent på midten av staven beregnet på å komme i anlegg mot den bevegelige del, hvilke fjærer virker sammen for å bære den statiske belastning rotoren utøver på lageret.

Fortrinnsvis er staven forspent.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser i aksialt snitt en del av en rotasjons-maskin med en rotoraksel lagret i et fleksibelt dempet lager og med en hjelpefjær som utlikner vekten av rotorkonstruk-sjonen og

fig. 2 viser, i forstørret målestokk, et snitt av hjelpefjæren som er vist på fig. 1.

På fig. 1 er det fleksible dempede lager generelt be-tegnet med 10, og det er utført i henhold til oppfinnelsen ved at det er innrettet til å bære en aksel 11 i en rotasjons-maskin i en åpning 12 i maskinens endevegg 13. Det skal påpekes at rotasjonsmaskinen kan være av en hvilken som helst art, f.eks. en turbin eller en kompressor, med de roterende komponenter anbrakt på en stort sett horisontalt liggende aksel eller en hvilken som helst annen anordning, der rotoren vil utøve en forholdsvis høy statisk belastning på lageret. Lageret innbefatter et ytre stasjonært hus 15 med en sentral ringformet åpning hvori det sitter en sylindrisk bevegelig del 16. En rekke vippeskolagere 20 er bevegelig anbrakt på vippeputer (ikke vist) i den bevegelige del, og akslen er lagret for rotasjon på vippeskoene. Selv om vippeskolagring er anvendt i den foretrukne utførelsesform som her er beskrevet, skal det påpekes at en hvilken som helst lagertype kan benyttes uten at man derved går utenom oppfinnelsens ramme. Et par endedeksler 22, 23 er festet til den bevegelige del, og dekslenes innsider omslutter vippeskoene og vippeputene i anordningen.

Den bevegelige del 16 er ettergivende understøttet i lagerhuset på en rekke aksialt rettede bøyefjærer 25 som er jevnt fordelt rundt den bevegelige del. Fjærene 25 ender i en bolt-ring 26 som er festet til den venstre endeflate av huset, sett på fig. 1, ved hjelp av bolter eller liknende. Huset på sin side bæres i en ringformet åpning 28 i endeveggen og er stivt fastskrudd ved hjelp av bolter 29.

I anordningen fremkommer det et ensartet ringformet hulrom 30 for væskefilmen, mellom den ytre omkrets av den bevegelige del 16 og innsiden av åpningen i huset 15. Fluidum under et trykk som er tilstrekkelig høyt til å hindre sammen-brudd av væskefilmen på grunn av hastighetsavhengige dynamiske krefter som fremkommer når maskinen er i drift, tilføres hulrommet gjennom et ringformet kammer 32 i det stasjonære hus. Under drift slippes fluidum under høyt trykk fra hulrommet gjennom utmålingsåpninger 35 og føres til vippeskoområdet, der væsken benyttes til å skape en hydrodynamisk kile mellom skoene og akselen.

For å tette væskefilmhulrommet mot uønsket lekkasje finnes et par ringformede tetninger, f.eks. O-ringer 37, 38

som ligger utenfor væskefilmhulrommet. Tetningen er beregnet på

å ligge i ringformede spor som er maskinert eller formet på annen måte i to motstående, radielt rettede sidevegger av lagerhuset. Et par radielt rettede flenser 41, 42 som sitter på den bevegelige del 16, ligger utenpå sideveggene av lagerhuset og virker mot O-ringene for å danne en væsketetning mellom disse deler. Den sammentrykkende tetningskraft på hver tetning utøves stort sett perpendikulært på bevegelsesretningen for delene 16, og har derved liten innvirkning på de horisontale dempekrefter det her gjelder. Anbringelse av tetningene på utsiden av hulrommet hindrer derfor av sammen grunn tetningene i å bli ytter-ligere sammentrykket av den bevegelige del når denne beveger seg radielt sammen med akselen når akselen nedbøyes under belast-ninger som fremkaller vibrasjoner. Resultatet av dette er at tetningene ikke innvirker på den dempning man får ved hjelp av

væskefilmen, og dette setter den dempende væskefilm i stand til å opptre på en på forhånd bestemt måte over et stort område for arbeidsfrekvenser. Videre kan tetningene være laget av et materi-ale med en forholdsvis lav overflatespenning, f.eks. teflon, for derved å redusere størrelsen på den friksjon som oppstår mellom tetningen og de radielt rettede flenser.

Det skal pekes på at de ettergivende bøyefjærer og væskefilmen er beregnet på å gi både radiell stivhet og demping av lageranordningen slik at lageret blir i stand til, ved på-virkning fra akselvibrasjoner, å oppheve vibrasjonenes skadelige virkninger. Det er viktig for riktig oppførsel av det fleksible dempede lager at lageret er i stand til å oppføre seg ensartet rundt hele omkretsen av akselen. For å få til en slik ensartet og symmetrisk følsomhet er det viktig at hver av de jevnt for-delte bøyefjærer reagerer på omtrent samme måte for en gitt belastning akselen danner. For å få til en ensartet dempning rundt lageret er det på liknende måte også nødvendig å bevare ensartet-heten for væskefilmen mellom den bevegelige del og det stasjonære hus. Når det fleksible dempede lager anvendes til under-støttelse av en forholdsvis tung rotorkonstruksjon slik man har det i en turbin eller kompressor vil vekten av rotoren være slik at man får en høy ensrettet statisk belastning på lageranordningen, noe som fører til en begynnelsesdeformasjon av hver av bøyefjærene. Som et resultat av denne belastning har den bevegelige understøttelse tilbøyelighet til å sige i anordningen, noe som fører til at filmen i filmhulrommet kan bli ødelagt.

Minst en hjelpefjær 44 er her anbrakt i lageranordningen for å oppta dødvekten av akselen og for derved å utlikne skadelige virkninger av den tunge rotor på bøyefjærene og filmhulrommet. Som vist på fig. 1 og 2 sitter hjelpefjæren i et langstrakt spor 42 utformet på innsiden 43 av lagerhuset 15. Selv om hjelpefjæren kan ha en hvilken som helst hensiktsmessig form er det fordelaktig at fjæren har en langstrakt bjelke 45 som er aksialt rettet inn langs rotorakselen 11. Som tydeligere vist på fig. 2 er bjelken montert i husets spor direkte under den be^ vegelige del 16. De to ytre ender av bjelken er forsynt med fortykkede støtteputer 47, 48 som hviler på lagerhuset slik at bjelken er spent mellom dem. Oversiden av bjelken er også forsynt med en sentralt anbrakt reaksjonspute 50 som skal ligge an mot den ytre omkrets av den bevegelige del. I praksis står bjelken slik at reaksjonsputen virker mot den vertikale senterlinje for lagerskoene som bæres i den bevegelige del. Dybden av det langstrakte spor som gir plass for bjelken, er slik at bjelken er forspent i anordningen for å utøve en kontinuerlig forspenningskraft mot den bevegelige del til utlikning av rotor-konstruksjonens dødvekt.

Selv om en enkel hjelpefjær er vist i den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen er det mulig å anvende en rekke like hjelpefjærer på samme måte uten at man dermed går utenom oppfinnelsens ramme. For eksempel kan et par hjelpefjærer an-bringes under den horisontale senterlinje for akselen omtrent 30° fra akselens vertikale senterlinje, og fjærene vil da sammen virke slik at de bærer rotorens dødvekt.

Den utførelse som her er beskrevet er bare et eksempel på oppfinnelsen, og den beskyttelse dette patent gir omfatter også modifkasjoner og endringer.

Claims (2)

1. Fleksibelt dempet lageranordning for roterbar under-støttelse av en rotoraksel (11) av den type der lageret er montert i en bevegelig del (16) som er opphengt i en stasjonær ramme ved hjelp av en rekke aksialt rettede bøyefjærer (25), med et hulrom inneholdende en fluidumfilm som virker mellom den bevegelige del og den stasjonære ramme for demping av lagerets reaksjon fra akselen, og hjelpefjærer (45) anbrakt mellom den stasjonære ramme og den bevegelige del, karakterisert ved at hjelpefjærene er anbrakt under den horisontale senterlinje for akselen for å bære rotorvekten som virker på lageret, hvilken hjelpefjær er stavformet og har en utstikkende bærepute (47, 48) ved hver ende beregnet på å ligge an mot den stasjonære ramme, og en utstikkende reaksjonspute (50) omtrent på midten av staven beregnet på å komme i anlegg mot den bevegelige del, hvilke fjærer virker sammen for å bære den statiske belastning rotoren utøver på lageret.

2. Fleksibelt dempet lageranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at staven er forspent for å utøve en lagerkraft som er tilstrekkelig til å utlikne den statiske belastning rotoren utøver på lageret.