SE437410B - Segmentlager, serskilt for stora roterande maskiner med vertikal axel - Google Patents

Description

45 290 50 55 40 7902695-1 2 Detta tryck verkar som en över lagerytan ojämnt fördelad be- lastning som avtager mot kanterna och orsakar en böjning av glídytorna.

Denna mekaniska deformation överlagras av uppvärmning av glidskorna eller lagerskålsegmenten och tillhörande bärelement, dvs. bärplattor vid axiallager och bärsegment vid radiallager.

För att undvika brott på smörjfilmen och beröring metall mot metall i lagerytorna och därmed blandfriktion måste tjock- leken av den under drift uppträdande smörjfilmen alltid vara större än den genom ovan nämnda faktorer erhållna resulterande deformationen. Endast därigenom tillförsäkras att lagrens glid- ytor och axeltapparna hâlles skilda från varandra genom smörj- filmen. I annat fall kan skador uppstå och till och med för- störing av lagerytorna och axeln. ' Uppfinningen såsom definierad i den kännetecknande delen av åtföljande patentkrav 1 har till syfte att åstadkomma ett lager vid vilket lagerytorna genom uppträdande mekaniska och termiska pàkänningar förskjutes praktiskt endast parallellt med sin ursprungliga form och där de geometriska avvikelserna av de deformerade lagerytorna från deras form i obelastat till- stånd ligger inom mycket snäva gränser och är mindre än de normalt under drift'uppträdande'tjocklekarna av smörjfilmen, så att flytande friktion under alla omständigheter tillförsäk- ras. ~ Uppfinningen beskrives nedan i form av utföringsexempel och med hänvisning till åtföljande ritningar.

Fig; 1 visar vänstra hälften av ett snitt genom lagringen av en vattenkraftgenerator. Fig. 2 är ett delsnitt av ett aki- alsegmentlager med glidsko, stödelement för denna, bärplatta och inställningsspindel. Fig. 5 visar en utföringsform av glid- skon med de på glidskons stödelement verkande krafterna i schematisk framställning. Eig. 4 visar grafiskt deformations- fältet genom tryckbelastning vid en glidsko enligt fig. 5.

Fig. 5 visar deformationsfältet genom tryckbelastning vid en cbärplatta för glidskon enligt fig. 5. Fig. 6 visar deforma- tionsfältet vid ovannämnda glidsko under temperaturinflytande; Fig. 7 visar deformationsfältet vid ovannämnda glidsko under kombinerad tryck- och värmebelastning. Fig. 8, 9 och 40 visar ' glidskor med olika utföringsformer av ingående stödelement.

Fig. 41 visar ett segmentradiallager enligt uppfinningen. -f-:s w v* -øiï -.- . T _ :fieoiÖ--w *- - ._~:__.--ø-- ~ 10 45 25 50 ast 40 5 7962695-1 Fig. 1 visar den övre delen 1 av en hängande axelsträng för en generator med tillhörande vattenturbin. Överdelen har två kopplingsflänsar 2 och 5, av vilka den nedre flänsen 2 tjänar till anslutning av en ej visad vattenturbinaxel och den övre flänsen 5 till anslutning av en likaledes ej visad rotor till en.generator. I den nedre änden av generatorns ro- tor är fäst.en lagerfläns. Denna är sammansatt av en ringskiva 5, en mellanríng 6, en radiallagerring 7 och en axiallager- ring 8. Radiallagerringen 7 har en cylindrisk glidyta och sam- verkar med ett segmentradiallager, av vilket ett lagersegment 9 är visat på fig. 1. Den fria nedre ändytan av axiallager- ringen 8 bildar den glidyta som samverkar med ett axialseg- mentlager 10, av vilket en glidsko 11, en bärplatta 12, en inställningsspindel 15 och stödbultar 14 är visade på fig. 1.

Inuti lagerhuset 15 är anordnad en vattengenomfluten oljekylare 16 med samlingskammare 17 och 18 och en kylslinga 19. Utmed omkretsen av lagerhuset är i stjärnform anordnade bärflänsar 20, över vilka lagringen stöder på ett fundament 21.'i* Fig. 2 visar i radialsnitt en av de segmentenheter som tillsammans bildar ett axialsegmentlager. Figuren visar i större skala ett från fig. 1 något avvikande utförande.

Denna segmentenhet består av en glidsko 11, en bärplatta 12, som är tippbar i alla riktningar relativt inställninga- spindeln 15 kring en bomberad tapp 22 för att under drift möjliggöra inställning svarande mot den mellan axiallager- ringen och glidskon utbildade smörjoljekilen. Vidare ingår stödbultar 14 mellan glidsko och bärplatta.

Fíg. 5 visar i planvy en glidsko och exemplifierar en schematisk anordning av stödbultarna 14 för ett konkret be- räknat utföringsexempel. Här är även läget av tappen 22 in- ritat med streckad linje. De genom stödbultarnas mittpunkter riktade pilarna 25 symboliserar axonometriskt de på respek- tive stödbultar 14 verkande tryckkrafterna från belastningen på glidskon genom den under drift mellan axiallagerringen 8 (fig. 1) och glidskon 11 bildade smörjoljekilen. Dessa kraf- ter verkar väsentligen normalt mot glidskons plan och deras storleksförhàllande anges enligt fig. 5 genom längden av de axonometriskt visade vektorerna 25.

Fig. 4 visar deformationsfältet-vid den enligt fig. 5 POOR QÜÄLITY 15 20 25 50 55 40' 7902695-1 4 belastade och på den visade stödbulten lagrade glidskon under förutsättning att stödbultarnas upplagsytor kvarligger i että plan. I stället för stödbultarna är på figur 4 endast deras pro- jektionspunkter på glidskons glidyta inritade. Linjerna 25 repre- senterar orten för lika nedsänkning, varvid skillnaden mellan ned-r sänkningen enligt två närliggande linjer uppgår till 2 pm. Nedan beskrives hur stödbultarna under beaktande av bärplattans defor- mation skall dimensioneras, så att deras övre ändsidor samtliga sänkas lika mycket under den på figur 3 visade belastningen; så att sålunda alla stödpunkter i belastat tillstånd kvarstår i ett och samma plan, vilket är förskjutet enbart parallellt från sitt ursprungliga läge i obelastat tillstånd. Sänkningen av en godtycklig punkt.av glidytan relativt en närliggande stödpunkt framgår av antalet linjer för lika sänkning mellan den betraktade punkten och ifrågavarande stödpunkt._Utgående från stödpunkten 28 uppgår sålunda sänkningen av punkten 26 till 4 x 2 pm = Slpm och sšínlfningen. av punkten 27 till 5 x 2 Pm = 10 Pm, då mellan stöd- punkten 28 och punkten 26 finnes fyra linjer och mellan stödpunk- ten 28 och punkten 27 finnes fem linjer representerande lika sänkning av ytan. . “ ' _ _ 2 Figur 5 visar deformationsfältet vid bärplattan, på vilken belastningarna från glidskon överföras via stödbultarna 14. Lin- jerna representerar även i detta fall orten för lika sänkning av ytan. Då bärplattan enbart.stödes genom den excentriskt placerade tappen 22, är dess böjningsdeformation trots dess väsentligt större böjningsstyvhet mycket större än deformationen av glid- skon. På figur 5 uppgår skillnaden i sänkning mellan två när- liggande linjer till Sßnm, varav följer att sänkningen vid de från tappen 22 längst bort belägna kanterna uppgår till 60 pm gentemot en största sänkning av lO)um vid glidskon enligt figur 4.

Här observeras att deformationsfältet för det statiskt fler- faldigt obestämda systemet enligt figur 4 och 5 och deformationen till följd av termisk påkänning och även den relativt enkelt *bestämda tryckstyvheten av stödelementen.kan erhållas snabbt och enkelt med hjälp av elektronräknare och räkneprogram med tillämpning av den finita elementmetoden. ' När deformationsfält och reaktionskrafter för glidskon och bärplattan enligt figur 4 och 5 föreligger, kan erforderlig tryckstyvhet av de enskilda stödbultarna erhållas enligt villkoret att nedsänkningen av alla stödställen på glidskon skall vara lika' V_ fast, , keeps*- . -- V» ÉQMH. gå - g, -q~,....šI_-:. .u 10 15 20 25 50 55 40 7902695-1 stor. Då är nämligen det uppställda villkoret fyllt, att glid- skons lageryta är förskjuten enbart parallellt med sig själv och dess planhet bibehållen.

Nedsänkningen av nämnda stödställen sammansättes av bär- nlattans nedsänkning under respektive stödbultar och dessas stukning under påverkan av tryckkraft.

Då summan av dessa nedsänkningar måste vara lika för alla stödställen, är den erforderliga tryckstyvheten av stödbultarna på de kraftigare böjda partierna av bärplattan (enligt figur 5 sålunda i riktning mot kanterna) större än i området kring tap- pen 22. Vid användning av cirkulärcylindriska, lika långa bultar kommer dessa sålunda att ha mindre diameter i det inre området än i det yttre området av plattan, där huvuddelen av nedsänk- ningen faller på bärplattan och stödbultarna sålunda måste vara tryckstyvare. Över tappen 22 är nedsänkningen av bärplattan lika med noll, så att den totala tryckdeformationen där faller på en i detta område eventuellt befintlig stödbult.

Förutom deformationen av glidskon på grund av tryckbelast- ning genom smörjfilmkilen uppträder under drift även en deforma- tion genom lagrets friktionsvärme. Därvid erhålles den krafti- gaste uppvärmningen i ett skikt nära glidytan, varigenom detta utsättas för den största värmedeformationen och därigenom böjes konvext. En glidsko utan stöd deformeras därvid såsom framgår av figur 6, varvid deformationen vid kanterna är ungefär lika stor som deformationen av bärplattan. På figur 6 svarar avstån- det mellan tvà linjer, vilka representerar orten för lika ned- sänkning, en sänkningsskillnad av 10 pm så att sänkningen i hör- nen till och med överskrider 5OApm. Då emellertid bärplattan all- tid är mycket böjningsstyvare än glidskon, kommer den att i stor utsträckning eliminera den från värmetöjning resulterande sänk- ningen av glidskon, utan att därvid utsättas för större ytter- ligare deformation.

På glidskon erhåller man genom den ringa kvarblivande sänk- ningen från värmetöjningen en svagt kullrig lagerglidyta, vilken emellertid visat sig fördelaktig för lagrets glidförhàllande, särskilt för bildning av smörjoljekilen.

Om bärplattan exempelvis är tre gånger så hög som glidskon, uppgår dess böjningsstyvhet till det 27-faldiga av glidskons böj- ningsstyvhet, då det för böjningsstyvheten avgörande ekvatoriella yttröghetsmomentet växer med tredje potensen av tvärsnittets höjd.

POÛR QUÄLïidf tio 15 20 25 50 7902695E1e 6 Därigenom reduceras i detta fall deformationen av glidskon till en tjugosjundedel. i För fullständighetens skull visas på figur 7 även det från mekanisk och termisk belastning resulterande deformationsfältet, i vilket linjeavståndet motsvarar en sänkningsskillnad av 10 pm.

Det observeras att sänkningen i en övervägande del av glidskons yta ligger under 20 pm. Man erhåller sålunda en mycket fördel- aktig bäryta av glidskon.

Figur 8 visar ett utförande av ett axiallagersegment med glidsko 29 och bärplatta 50, varvid den olika styvheten av de cirkulärcylindriska stödbultarna 51 med samma diameter uppnås genom avpassning av deras längd. I mitten befinner sig de längre bultarna med mindre tryckstyvhet, i det yttre området befinner sig de kortare och därmed styvare bultarna.

Envytterligare utföringsform är visad på figur 9. Stöd- elementen består här av rör 52, vilkas tryckstyvhet kan varieras genom olika väggtjocklek.

Vid utförandet enligt figur 10 består stödelementen av tallrikscylindrar 55, vid vilka förutom tryckdeformationen även uppträder en böjningsdeformation. Styvheten kan varieras genom olika väggtjocklek av tallrikskanten och/eller bottnen och genom olika basdiameter.

Godtyckliga kombinationer av ovan beskrivna åtgärder för att variera styvheten av stödelementen är givetvis möjliga, så- väl som användning av koncentriskt anordnade rörelement med olika väggtjocklek, längd osv. Bultarna kan även tillverkas exempelvis av olika material med olika elasticitetsmodul.

Nämnda varianter avseende stödelementens utförande gäller även för radialsegmentlager med motsvarande anpassade modifieringar.

Figur ll visar ett radialsegmentlager, vid vilket cirkulärcylind- riska bultar 56 med varierande diameter är anordnade som stöd- element mellan glidlagersegment 54 och bärsegment 55.

Claims (9)

10 15 20 25 30 -, 7902695-1 PATENTKRAV

1. Segmentlager, särskilt för stora roterande maskiner med vertikal axel, varvid lagrets glid- yta bildas av flera glidlagersegment, som via stödelement vilar på tippbara bärsegment, k ä n n e t e c k n a t av att de mellan glid- lagersegmenten (glidskor ll respektive 29) och bärsegmenten (bärplattor 12 respektive 30) an- ordnade stöaelementen (14,31,32,33) är fördelaae över hela segmentytan och deras tryckstyvhet och deras inbördes avstånd så avpassade, att stöd- elementens (l4,31,32,33) uppslagspunkter på glid- lagersegmenten (ll,29) under beaktande av de~ formationerna på bärsegmentet (l2,30) förskjutes_ lika mycket genom verkan av påkänning under drift.

2. Segmentlager enligt krav l, k ä n n e t e c k -i n a t .av att böjningsstyvheten av bärplattorna (l2,30) är väsentligen större, företrädesvis en tiopotens större, än böjningsstyvheten av glid- skorna (ll,29).

3. Segmentlager enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att såväl bärplattan ll2,30) som även glidskon (ll,29) är utförda i form av plattor med konstant tjocklek.

4. Segmentlager enligt krav 3, ik ä n n e t e c k - n a t av att tjockleken av bärplattan (l2,30) är I mer än dubbelt så stor som tjockleken av glidskon (ll,29).

5. Segmentlager enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a t av att stödelementen är utförda i form av cirkulärcylindriska bultar (14) av lika längd och Olika diameter. Pool: 10 l5 7902695-1 ¿

6. Segmentlager enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a t av att stödelementen är utförda i form av olika långa cirkulärcylindriska bultar (31) med lika diameter. '

7. Segmentlager enligt krav l, k ä n n e t e c k - n'a t långa hàlcylindrar (32) med olika väggtjocklek.

8. Segmentlager enligt krav 1, k ä n n e't e c k - n a t av att stödelementen är utförda i form av tallrikscylindrar (33).

9. Segmentlager enligt krav l, .k ä n n e t e c k - 'n a t av att stödelementen består av olika material med olika elasticitetsmodul. ' av att stödelementen är utförda i form av lika,