SE450726B - Hydrodynamiskt fluidfilmaxiallager innefattande folieelement - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 4 5 0 7 2 6 2 finning, vilket innefattar ett stationärt hållarelement (stödplatta), ett roterande element (tryckrotor), som tillsammans med det stationära elementet avgränsar ett mellanrum, ett eller flera folieelement anordnade i mellanrummet, och två ej hopkopplade elastiska stödelementsatser, anordnade mellan folieelementen och det stationära elementet. En av satserna tjänar till att bibehålla formerna på fluidkilar, upprättade och bibehållna mellan det roterande elementet och folierna, genom att motstå folienedböjning beroende på trycksättningen därav.

Den andra satsen åstadkommer adekvata eftergivlighetsegenskaper hos lagret för förhöjd belastningskapacitet och dämpningsegenskaper. Vid den föredragna utföringsformen är de tvâ satserna av elastiska element anordnade ovanför varandra och placerade på motsatta sidor av åtminstone en skiljeplatta eller -folie.

I de bifogade ritningarna är Figur l en sidovy av det hydrodynamiska fluidfilmaxiallagret enligt uppfinningen, och Figur 2 är en sprängperspektivvy av det i Figur l visade hydrodynamiska axiallagret. s Med hänvisning till ritningarna innefattar ett hydrodynamiskt fluidfilm- axiallager 10 i enlighet med uppfinningen ett stationärt element eller en bas 15, också känd som stödplatta, och en överliggande tryckrotor 20, som tillsammans med basen avgränsar ett mellanrum 22.

Tryckrotorn roterar i pilens riktning och är anordnad för anslutning till en höghastighetsrotor för sådan utrustning som elektriska höghastighetsmotorer eller skovelrotorer för användning i godtycklig typ av höghastighetsturbo- kompressoraggregat, som t.ex. de som används i luftcirkulationsmaskineri för kylning och trycksättning av flygplanskabiner.

Ovanför basen 15, och anordnad runt dess periferi, finns en första sats av stympat sektorformade korrugerade fjädrar eller elastiska stödelement 25, som vart och ett omfattar ett flertal elastiska ytupphöjningar. Fjädrarna kan genom lödning, svetsning eller liknande vara fästa vid antingen basen eller, såsom visas, vid en skiljeplatta eller -folie 30 med väsentligen plan ringform. Såsom fackmannen inser är fjädrarna 25 elastiskt deformerbara i normalriktningen mot planet för skiljefolien. En andra platt, ringformig skiljeplatta. #0 ligger över den första skiljeplattan 30 och bildar en monteringsyta för en andra sats av stympat sektorformade korrugerade fjädrar eller elastiska stödelement #5, som vart och ett omfattar ett flertal med mellanrum anordnade elastiska ytupphöjningar och är fäst vid plattan 40 genom svetsning, lödning eller annan lämplig teknik. Även om korrugeringarna på fjädrarna 25 och 45 visas som löpande i radialriktningen, är det underförstått att föreliggande uppfinning inte är begränsad till sådan 1:10. _, J, 10 15 20 25 30 35 4 5 Û 7 2 6 3 konfiguration på korrugeringarna. I det fall då fjädrarna 25 är fästa på basen l5 behövs inte skiljeplattan 30, varvid plattan 40 bildar såväl en monteringsyta för fjädrarna 45 som en mekanism för den radiellt utåtriktade belastningsöverá föringen till fjädrarna 25. Även fästa vid plattan 40 med sådana tekniker och anordnade över fjädrarna #5 finns ett flertal stympat sektorformade folier 50, som är fästa vid plattan 40 längs motsvarande kantpartier därav vid ställen intill kanterna på fjädrarna 45. Såsom visas är folierna 50 från de fastgjorda ändpartierna vinklade mot rotorn 20 och avgränsar tillsammans därmed kílfor- made gap 55. Folierna och fjädrarna liksom skiljeplattorna kan vara bildade av godtyckligt material med lämplig hâllfasthet och elasticitet, såsom är känt inom tekniken. Det har befunnits, att lnconel -nickellegering är väl lämpad för sådana lager, som används i luftcirkulationsmaskiner. Dimensionerna på basen, fjädrarna och folierna beror givetvis på de förväntade belastningarna på lagren. När exempelvis det använda lagret är ett 50.000-100.000 rpm turbokompressor- aggregat för ett luftcirkulationsluftkonditioneringssystem är folierna 50 av storleksordningen 0,0l27-0,0l524 cm (0,005-0,006 tum) tjocka, skiljeplattorna 30 och 40 är vardera i närheten av 0,0l02-0,0l27 cm (0,00#-0,005 tum) tjocka. Vid sådan tillämpning är lagret 7,62-lO,l6 cm (3-4 tum) i diameter. Dessutom kan något eller alla av dessa element vara belagt med någon godtycklig av olika lågfriktionsbeläggningar för minimering av komponentförslitning under igångsätt- ning.

Fackmannen inser, att lagret 10 arbetar enligt principen med alstring av hydrodynamiskt tryck i mellanrummet 22 mellan rotorn 20 och folierna 50.,När rotorn roterar i den i ritningen angivna riktningen pumpas fluid i gränsskiktet intill tryckrotorns innerytai konvergeringsriktningen för de kilformade gapen 55.

Detta alstrar högtrycksområden intill foliernas fria kanter och områden med lägre tryck intill de partier, som är fästa vid skiljeplattan #0, varigenom etableras en film i gapet, vilken film bär upp tryckrotorn och förhindrar denna från att komma i kontakt med folien.

I ett flerfolieaxiallager fyller de fjädrar, som bär upp folíerna, huvudsakligen två syften. För det första skall fjädrarna åstadkomma ett stöd, som upprättar en bärande fluidkilgeometri och motstår folienedböjning under tryck för att upprätthålla en sådan optimal fluidfilmgeometri. För det andra skall fjädern åstadkomma total lagereftergivlighet för dämpnings- och belast- ningsbärande förmåga. I ett axiallager är dessa två krav i allmänhet oförenliga med en enda sats fjädrar. Exempelvis krävs en relativt hög fjäderkonstant för att åstadkomma korrekt motstånd mot folienedböjning och förstöring av fluidkilarna under driftsbetingelser. För att åstadkomma adekvat lagereftergivlighet för total belastningskapacitet och dämpning av störningar på rotorn måste fjädern ha en 10 15 20 25 450 726 ll lägre fjäderkonstant, men en sådan lägre fjäderkonstant förhindrar upprätt- hållande av korrekt kilform och medför risk för kontakt mellan rotorn och folierna under driftsbetingelser, varigenom det finns risk för skador på dessa element och skärning i lagret.

Man ser sålunda, att fjädern för adekvat eftergivlighet och dämpning skall ha relativt låg karakteristisk fjäderkonstant, medan fjäderkonstanten skall vara relativt hög för etablering och upprätthållande av optimal fluidfilmgeometri under alla driftsbetingelser. Genom föreliggande uppfinning uppfylls dessa krav med de första och andra, okopplade satserna av fjädrar 25 och 45. Fjädrarna 25, som bär upp folierna, är väsentligt styvare (har högre fjäderkonstant) än fjädrarna 25 intill basen 30. Följaktligen motstår fjädrarna 45 nedböjning av folierna 50 beroende på trycksättning därav genom filmskiktet över alla olika driftsbetingelser för lagret för att därigenom säkerställa upprätthållande av korrekt fluidkilform etablerad av folierna. Emellertid ger fjädrarna 45 lagret tillräcklig eftergivlighet för att uppta rörelse hos skiljeplattorna för adekvat dämpning av obalanser hos rotorn och upptagande av avvikelser hos denna under alla belastnings-, hastighets- och driftsbetingelser. Under betingelser med extremt kraftig belastning eller obalans, där fjädrarna 25 har komprimerats till sitt yttersta, kommer fjädrarna 45, som är något styvare, att ha bibehållit tillräcklig eftergivlighet för att tillåta viss nedböjning av folierna under trycksättningen därav genom fluidfilmskiktet för att minska risken för höghastig- hetskontakt mellan rotorn och folierna och därmed sammanhängande skador på lagret. Även om, såsom angivits ovan, fjäderkonstanten för den andra fjäder- satsen är högre än för den för första satsen, inser man att de aktuella fjäderkonstanterna och skillnaderna däremellan beror på storleken och den förväntade belastningen på axiallagren, liksom på de förväntade obalanserna hos den roterande tryckrotorn. -qafl

Claims (5)

1. 0 15 20 25 30 4- 5 D 7 2 6 s PArENtKR/xv l. Hydrodynamiskt fluidfilmaxiallager innefattande en stationär stödplatta (15), en roterbar tryckrotor (20), som tillsammans med stödplattan (15) avgränsar ett mellanrum däremellan, åtminstone ett slätt folieelement (50) anordnat i mellanrummet och vinkelförskjutet från tryckrotorn (20), varvid tryckrotorn (20) uppbärs på ett tryckfluidfilmskikt, som upprätthålls genom relativ rörelse mellan tryckrotorn (20) och folieelementet (50), varvid fluidfilmaxiallagret vidare innefattar minst ett första elastiskt stödelement (25), som är anordnat i mellanrummet och genom elastisk deformation därav upptar avvikelser _hos tryckrotorn (20) beroende på belastning och obalanser hos denna, och åtminstone ett andra elastiskt stödelement (45), som har större styvhet än det första elastiska stödelementet (25), varvid detta andra elastiska stödelement (45) är anordnat mellan det första elastiska stödelementet (25) och tryckrotorn (20), k ä n n e t e c k n a t av att det andra elastiska stödelementet (45) inte är kopplat med det första elastiska stödelementet (25) och har en styvhet vald för att motstå nedböjningar av folieelementet (50), varigenom optimal geometri på fluidfilmskiktet upprätthålls under driftsbetingelser.

2. Hydrodynamiskt fluidfilmaxiallager enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att de första och andra elastiska elementen (25, 45) omfattar korrugerade element, som vart och ett har ett flertal med mellanrum anordnade, elastiska ytupphöjningar.

3. Hydrodynamiskt fluidfilmaxiallager enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att de första och andra elastiska elementen (25, 45) är anordnade i beröring med och på motsatta sidor av minst ett slätt skiljeelement (30, ao).

4. Hydrodynamiskt fluidfilmaxiallager enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att de första och andra stödelementen (25, 45) innefattar korrugerade element, som vart och ett ligger under nämrida folier (50).

5. Hydrodynamiskt tluidfilmaxiallager enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att folierna (50) och de elastiskaistödelementen (25, 45) har stympad sektorform.