WO2009135584A1 - Verfahren und vorrichtung zum bremsen einer strömungsmaschine - Google Patents

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WO2009135584A1
WO2009135584A1 PCT/EP2009/002721 EP2009002721W WO2009135584A1 WO 2009135584 A1 WO2009135584 A1 WO 2009135584A1 EP 2009002721 W EP2009002721 W EP 2009002721W WO 2009135584 A1 WO2009135584 A1 WO 2009135584A1
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lubricant
gap
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Benjamin Holstein
Norman Perner
Klaus Spiegel
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Voith Patent Gmbh
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    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for braking a turbomachine, in particular an underwater power plant or a wind turbine.
  • Wind turbines typically have a mechanical brake in addition to the aerodynamic brake.
  • This is usually designed as a disc brake and serves as a parking or emergency brake, the mechanical brake unit is provided to improve the effect mostly on the fast shaft, if the speed is increased by means of a gear stage for operating an electric generator.
  • the mechanical brake thus serves to supplement the aerodynamic brake, which is formed either by a change in the setting angle of the rotor blades or as a blade tip brake, which operates on the principle of stall.
  • the additional mechanical brake is a maintenance-prone component. This is particularly important for an underwater power plant, which stands as a freestanding power plant in a driving water flow, such as a tidal flow. For such an underwater power plant access to perform maintenance is difficult, so for such systems a low-maintenance construction is to be selected.
  • the known from wind power mechanical brake systems with disc brakes can be used only with difficulty. This is due to a fouling problem for the not always used mechanical brake of an underwater power plant. Accordingly, an encapsulation should be provided which is structurally complex.
  • the brake units known from wind turbines have an activation device that uses a spring element for generating a prestressing force that is compressed in normal operation by a hydraulic or pneumatic device. there represents the spring element is a possible source of wear, which is to be avoided in terms of a robust and low-maintenance system design.
  • the invention is based on the object, a method for braking a turbomachine, in particular an underwater power plant or a
  • Wind turbine to specify that is safe and easy to run, and a low-maintenance device for carrying out the process, which leads to a reduced design effort.
  • the braking method or the device used for this purpose especially when an overload occurs, reduce or limit the mechanical power absorbed by the system.
  • the braking method according to the invention is based on a turbomachine with a plain bearing for the rotating unit.
  • the circulating unit comprises the driven by the fluid flow rotor and an adjoining support body, which may be formed, for example, hub-shaped or cylindrical, and which serves to derive the introduced via the bearings and the rotor forces and moments.
  • the slide bearing fulfills a dual function. On the one hand the actual storage task during normal operation and on the other hand a brake function for generating a braking torque for the deceleration of the rotating unit. Accordingly, a separate brake system is dispensed with.
  • the loss of heat generated during braking is dissipated via the lubricant.
  • lubricant water for an underwater power plant efficient cooling by the influx of ambient water to the bearings are effected.
  • the bearing friction and the resulting friction torque in the plain bearing are changed.
  • the friction characteristic is changed by an increasing shift of fluid friction components to solid friction components. This is achieved by the following measures, which can be carried out individually or in combination:
  • the sliding surface pairing be designed so that a sufficient dry-running capability is ensured.
  • a radial bearing or a thrust bearing of the turbomachine can be used as a plain bearing for braking the rotating unit.
  • two axial bearings for bidirectional support are provided in the turbomachine in order, for example, to realize an underwater power plant that can be flowed in from two directions. For such a system can then perform an actuating movement of the sliding blocks of the two segmented trained for carrying out the braking method according to the invention
  • Axial sliding bearings take place in the opposite direction.
  • the one of the two Axialgleitlager associated sliding shoes each move in the direction of its associated counter sliding, so that the bearing gap is narrowed accordingly.
  • the sliding block is moved with its sliding layer to the complete concern to the mating sliding surface.
  • the adjusting movement of the sliding shoe takes place in the form of a tilting, the bearing gap expanding in the braking operation along the sliding layer of the sliding shoe as compared to the normal bearing operation seen from the direction of movement of the sliding surface, so that the carrying capacity of the lubricant film decreases.
  • the method according to the invention can be carried out both with hydrodynamic and with hydrostatic plain bearings.
  • hydrodynamic plain bearings the dynamically constructed lubricant film is disturbed by an adjusting movement of the plain bearing components.
  • both the above-described adjusting movement of the sliding blocks as well as a use of additional plain bearing components come into consideration, which are used exclusively in the braking operation.
  • a fluid medium in the simplest case compressed air, can be blown into the bearing gap in order to reduce the carrying capacity of the dynamically constructed lubricant film.
  • a simplified process variant is to reduce the static lubricant pressure in the plain bearing. This can be achieved by controlling the inflow and / or outflow of lubricant.
  • Figure 1 shows a partial section of a sliding bearing according to the invention with a movable shoe for normal storage operation in
  • FIG. 2 shows the sliding shoe from FIG. 1 after carrying out a
  • Figure 3 shows a further embodiment of a sliding bearing according to the invention with a tiltable shoe in normal storage operation in
  • FIG. 4 shows the tilting of the bearing shoe from FIG. 3 for the braking operation.
  • Figure 5 shows a further embodiment with a sliding block, the one
  • FIG. 6 shows a bearing shoe with a stripping body for engagement in the bearing gap.
  • FIG. 7 shows an underwater power plant with an adjusting device according to the invention for the axial and radial plain bearings.
  • FIG. 8 shows a plain bearing arrangement corresponding to the section AA from FIG. 7.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a single sliding shoe 2 of a segmented sliding bearing 1, the plane of rotation of the bearing being selected as the cutting plane.
  • the sliding shoe 2 comprises for the illustrated embodiment, a base body 3 and a sliding layer 4, which faces the Gegengleit Structure 5.
  • adjusting devices 6.1, 6.2 which are arranged laterally relative to the main body 3, are shown with associated fastening means 7.1, 7.2. These serve to adjust the static position of the base body 3 relative to the support body 9 and additionally they produce a sufficient lateral support for the shoe 2.
  • the fasteners 7.1, 7.2 and parts of the body 3 are embedded in a recess 10 of the support body 9, the walls give additional lateral support , Further, an elastic support layer 38 is disposed between the shoe 2 and the bottom of the recess 10, which is preferably formed of an elastomer and which serves the Abstützu ⁇ g the Gieitschuhs 2.
  • a device for carrying out an adjusting movement of the sliding shoe 2 in the direction of the counter sliding surface 5 is provided in order to reduce the dimensions of the bearing gap 12 for the braking operation.
  • a membrane 8 spans between the two adjusting devices 6.1 and 6.2, which creates a sealed area formed in the recess 10 in the supporting body 9, which is connected at the rear to a pressure connection 11 extending through the supporting body 9.
  • the membrane 8 extends for the present embodiment between the shoe 2 and the elastic support layer 38.
  • the back pressure is applied to the membrane 8 such that the dynamic or static lubricant pressure in the lubricant gap 12 is exceeded and an investment of the sliding layer 4 of the shoe 2 on the mating sliding surface 5, which then dry and substantially mixed friction or solid friction slide over each other.
  • the pressurization chosen so that it corresponds approximately to four times the pressure of the bearing during normal operation lubricant film, the desired change in the friction characteristic can be safely effected. Further pressing of the shoe 2 with its sliding layer 4 against the Gegengleit Structure 5 on this pressurization addition is not necessary.
  • a pressure supply by means of a pressure accumulator or a pump device can take place. The necessary device components and control and valve devices are not shown in detail in the figures.
  • the sliding layer 4 on the basic body 3 of the sliding shoe 2 must be sufficiently dry-run-proof. If water is used as the lubricant, the use as a brake requires a bearing material for the polymer-based sliding layer 4, which can be used in water lubrication and in dry running. It must have a low water absorption, must not tend to hydrolysis when exposed to hot water and must withstand pure dry running at temperatures well above 100 ° C and may only have low wear. Such materials are used for example in stern tube layers and in pivot bearings of locks. An example of this is Orkot ®.
  • the Gegengleit Structure 5 must be as hard and wear-free as well as corrosion resistant. For this example, stainless steel can be used.
  • FIGS. 3 and 4 show a further embodiment of a sliding bearing 1 according to the invention.
  • the sealed by means of the membrane chamber 8 back to the main body 3 of the shoe 2 within the recess 10 of the support body two or two generally created in several parts. Shown are the separate pressure ports
  • the two separate pressure chambers 18.1, 18.2 separates.
  • the rest position is in turn determined by the elastic support layer 38.1, 38.2, which is formed in two parts.
  • FIGS. 5 and 6 show alternative configurations for which the lubricant film is disturbed or at least partially interrupted in the area of the bearing gap 12.
  • the resulting from the air pressure supply blast stream is carried along with the lubricant in the bearing gap 12 corresponding to the direction of movement of the mating sliding surface 14 and reduces its load capacity.
  • compressed air another medium whose specific material properties, for example the viscosity, deviates from that of the lubricant film can be used for targeted disruption of the lubricant film.
  • the gas outlets 16.1, 16.2 are arranged symmetrically at both ends of the sliding layer 4. Accordingly, there are two pressure ports 11.1 and 11.2 and two pressure chambers 18.1 and 18.2. Furthermore, embodiments are conceivable for which a plurality of pressure outlets 16.1, 16.2 are distributed over the sliding layer 4 or for which the pressurized gas supply is formed separately from the sliding block 2.
  • the compressed gas is introduced in the region of the bearing gap 12 in such a way that the desired, at least partial interruption of the lubricant film in the bearing gap 12 results.
  • Figure 6 shows a variant with Abstreif Statisticsn 17.1, 17.2, which are arranged in the holes 15.1, 15.2 in the base body 3 and at
  • Pressurization is introduced by the back of the pressure chambers 18.1, 18.2 supplied compressed gas into the bearing gap 12 for interrupting the lubricant film.
  • Conceivable are alternative arrangements of the stripping 17.1, 17.2, in particular separately to the shoe 2, as well as a different Aktuation. This can be done for example by means of a hydraulic adjusting cylinder or a motor drive.
  • controllable exhaust ports can be created, which serve to remove the lubricant for braking the bearing.
  • FIG. 7 shows a partial axial section of an underwater power plant, wherein the sliding bearings are assigned adjusting devices 33.1, 33.2 for carrying out the braking method according to the invention.
  • the underwater power plant consists of a housing 34, which is articulated on a support structure 35.
  • the generator stator 26 of the electric generator 24 is housed and the aforementioned actuators 33.1, 33.2.
  • the circulating unit 37 of the underwater power plant comprises a rotor 21, which is connected via a hub-shaped structure with the support body 23 mounted within the housing 34.
  • An additional component of the rotating unit forms the hood 21.
  • the rotating unit 37 is supported axially via a first thrust bearing 29 and a second thrust bearing 30 by means of the first support plate 27 and the second support plate 28 from.
  • the axial bearing on both sides allows a bidirectional flow of the underwater power plant, according to the rotor 21 is provided with a bilaterally inflatable blade profile or rotating propeller blades.
  • Radial sliding bearing 31 and the rear radial sliding bearing 32 wherein portions of the cylindrical outer surface of the support body 23 form the Gegengleit Structure to the stationary sliding shoes. Segmented according to the first thrust bearing 29 and the second thrust bearing 30 are applied. From the sectional view AA of Figure 8, the bearing shoes for the first thrust bearing 29.1 - 29 n and the bearing shoes for the front radial bearing 31.1 - 31 n can be seen. A symmetrical structure is selected for the rear radial slide bearing 32 and the second axial slide bearing 30.
  • Solid friction components increases the frictional torque in the bearings during braking.
  • the braking method according to the invention can be used in the operation of an underwater power plant or a wind power plant for the initiation of an active stall for capping the front rotor 21 recorded mechanical power. Furthermore, by means of the method according to the invention an emergency stop or shutdown of the system can be effected. Furthermore, it is conceivable to carry out the method according to the invention only with a part of the plain bearings. For the sketched in Figure 7
  • Submersible hydropower plants offer for this purpose the first axial plain bearing and the second axial plain bearing.
  • the flow pressure acts on the rotor 21 in the axial direction as a counter force against the lubricant pressure in the sliding bearing in the axial direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsverfahren für eine Strömungsmaschine mit einer umlaufenden Einheit (37), umfassend einen von einer Fluidströmung angetriebenen Rotor (21), die mittels wenigstens eines Gleitlagers (1) in einem Gehäuse (34) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitlager beim Bremsen der umlaufenden Einheit die Lagerreibung erhöht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bremsen einer Strömungsmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bremsen einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Unterwasserkraftwerks oder einer Windkraftanlage.
Windkraftanlagen weisen typischerweise zusätzlich zur aerodynamischen Bremse eine mechanische Bremse auf. Diese wird meist als Scheibenbremse ausgebildet und dient als Park- oder Notbremse, wobei die mechanische Bremseinheit zur Verbesserung der Wirkung meist auf der schnellen Welle vorgesehen ist, falls die Drehzahl mittels einer Getriebestufe zum Betrieb eines elektrischen Generators erhöht wird. Die mechanische Bremse dient demnach der Ergänzung der aerodynamischen Bremse, die entweder durch eine Veränderung des Einstellungswinkels der Rotorblätter oder als Blattspitzenbremse, die nach dem Prinzip des Strömungsabrisses arbeitet, ausgebildet ist.
Die zusätzliche mechanische Bremse stellt ein wartungsanfälliges Bauteil dar. Dieses ist insbesondere für ein Unterwasserkraftwerk von Bedeutung, das als freistehende Energieerzeugungsanlage in einer antreibenden Gewässerströmung, beispielsweise einer Tidenströmung, steht. Für ein solches Unterwasserkraftwerk ist der Zugang zur Ausführung von Wartungsarbeiten erschwert, sodass für derartige Anlagen eine wartungsarme Konstruktion zu wählen ist. Dabei können die aus der Windkraft bekannten mechanischen Bremssysteme mit Scheibenbremsen nur erschwert verwendet werden. Dies liegt zum einen an einer Bewuchsproblematik für die nicht ständig verwendete mechanische Bremse eines Unterwasserkraftwerks. Entsprechend wäre eine Kapselung vorzusehen, die konstruktiv aufwendig ist. Zum anderen weisen die von Windkraftanlagen bekannten Bremseinheiten eine Aktivierungseinrichtung auf, die ein Federelement zur Erzeugung einer Vorspannungskraft verwendet, das im normalen Betrieb durch eine hydraulische oder pneumatische Einrichtung komprimiert wird. Dabei stellt das Federelement eine mögliche Verschleißquelle dar, die im Sinne einer robusten und wartungsarmen Anlagenauslegung zu vermeiden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bremsen einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Unterwasserkraftwerks oder einer
Windkraftanlage, anzugeben, das sicher und einfach in der Ausführung ist, sowie eine wartungsarme Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, die zu einem verringerten konstruktiven Aufwand führt. Dabei soll das Bremsverfahren beziehungsweise die hierfür verwendete Vorrichtung, insbesondere beim Eintritt eines Überlastsfalls, die von der Anlage aufgenommene mechanische Leistung verringern oder begrenzen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Bremsverfahren beruht auf einer Strömungsmaschine mit einer Gleitlagerung für die umlaufende Einheit. Dabei umfasst die umlaufende Einheit den von der Fluidströmung angetriebenen Rotor und einen daran anschließenden Tragkörper, der beispielsweise nabenförmig oder zylindrisch ausgebildet werden kann, und der zur Ableitung der über die Lager und den Rotor eingeleiteten Kräfte und Momente dient.
Erfindungsgemäß erfüllt das Gleitlager eine Doppelfunktion. Zum einen die eigentliche Lagerungsaufgabe während des Normalbetriebs und zum anderen eine Bremsfunktion zum Erzeugen eines Bremsmoments für die Verzögerung der umlaufenden Einheit. Demnach wird auf ein separat angelegtes Bremssystem verzichtet.
Die beim Bremsen anfallende Verlustwärme wird über den Schmierstoff abgeführt. Für den bevorzugten Fall, dass als Schmierstoff Wasser verwendet wird, kann für ein Unterwasserkraftwerk eine effiziente Kühlung durch den Zustrom von Umgebungswasser zu den Gleitlagern bewirkt werden.
Zur Ausführung einer Bremsung der umlaufenden Einheit werden die Lagerreibung und das daraus resultierende Reibmoment im Gleitlager verändert. Hierzu wird die Reibcharakteristik durch eine zunehmende Verlagerung von Flüssigkeitsreibungsanteilen auf Festkörperreibungsanteile verändert. Dies gelingt durch folgende Maßnahmen, die einzeln oder in Kombination ausgeführt werden können:
a) Bewegung oder Verkippung der Gleitschuhe eines segmentierten Gleitlagers gegen die Gegengleitfläche
b) Beeinflussung der Tragfähigkeit des Schmierstofffilms im Lagerspalt durch einen mechanischen Eingriff über Abstreifkörper oder durch das Einblasen eines Mediums mit vom Schmierstofffiim abweichenden Eigenschaften, zum Beispiel Druckgas.
c) Veränderung des Schmierstoffdrucks in einem hydrostatischen Gleitlager durch eine Steuerung des zufließenden und/oder des abfließenden
Schmierstoffvolumenstroms
Zum Einleiten einer effektiven Bremsung der umlaufenden Einheit ist es nicht notwendig, hohe Anpresskräfte zwischen den aufeinander abgleitenden Lagerflächen aufzubringen, da mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen die Tragfähigkeit des Schmierstofffilms im Lager so weit reduziert wird, dass die aneinander abgleitenden Lagerflächen wenigstens partiell in den Mischreibungszustand fallen und somit die grundlegende Reibungscharakteristik zu höheren Reibungswerten hin verschoben wird. Demnach muss zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zu den Stellkomponenten zur Beeinflussung des Schmierstofffilms die Gleitflächenpaarung so gestaltet sein, dass eine hinreichende Trockenlauffähigkeit sichergestellt ist.
Als Gleitlager zur Bremsung der umlaufenden Einheit kann ein Radiallager oder ein Axiallager der Strömungsmaschine verwendet werden. Für eine besonders bevorzugte Gestaltung sind in der Strömungsmaschine zwei Axiallager für eine bidirektionale Abstützung vorhanden, um beispielsweise ein aus zwei Richtungen anströmbares Unterwasserkraftwerk zu realisieren. Für eine solche Anlage kann dann zur Ausführung des erfindungsgemäßen Bremsverfahrens eine Stellbewegung der Gleitschuhe der beiden segmentiert ausgebildeten
Axialgleitlager in entgegengesetzte Richtung erfolgen. Dabei bewegen sich die einem der beiden Axialgleitlager zugeordnete Gleitschuhe jeweils in Richtung der ihm zugeordneten Gegengleitfläche, sodass der Lagerspalt entsprechend verengt wird.
Bevorzugt wird der Gleitschuh mit seiner Gleitlage bis zum vollständigen Anliegen an die Gegengleitfläche verfahren. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Stellbewegung des Gleitschuhs in Form einer Verkippung, wobei gegenüber dem normalen Lagerbetrieb aus der Bewegungsrichtung der Gegengleitfläche gesehen sich der Lagerspalt im Bremsbetrieb entlang der Gleitlage des Gleitschuhs aufweitet, sodass die Tragfähigkeit des Schmierstofffilms abnimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl mit hydrodynamischen als auch mit hydrostatischen Gleitlagern ausgeführt werden. Wobei für hydrodynamische Gleitlager der dynamisch aufgebaute Schmierstofffilm durch eine Stellbewegung der Gleitlagerkomponenten gestört wird. Dabei kommen sowohl die voranstehend erläuterte Stellbewegung der Gleitschuhe als auch eine Verwendung zusätzlicher Gleitlagerkomponenten in Betracht, die ausschließlich im Bremsbetrieb verwendet werden. Ferner kann ein fluidisches Medium, im einfachsten Fall Druckluft, in den Lagerspalt eingeblasen werden, um die Tragfähigkeit des dynamisch aufgebauten Schmierstofffilms zu verringern. Im Fall von hydrostatischen Gleitlagern besteht eine vereinfachte Verfahrensvariante darin, den statischen Schmierstoffdruck im Gleitlager zu verringern. Dies kann durch die Kontrolle des zu- und/oder abfließenden Volumenstroms an Schmierstoff realisiert werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand von Figurendarstellungen genauer erläutert. In diesen ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt einen Teilausschnitt eines erfindungsgemäßen Gleitlagers mit einem bewegbaren Gleitschuh für den normalen Lagerbetrieb in
Schnittdarstellung.
Figur 2 zeigt den Gleitschuh aus Figur 1 nach dem Ausführen einer
Stellbewegung für den Bremsbetrieb.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gleitlagers mit einem kippbaren Gleitschuh im normalen Lagerbetrieb in
Schnittdarstellung.
Figur 4 zeigt die Verkippung des Lagerschuhs aus Figur 3 für den Bremsbetrieb.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung mit einem Gleitschuh, der eine
Vorrichtung zum Einblasen von Druckluft in den Lagerspalt aufweist.
Figur 6 zeigt einen Lagerschuh mit einem Abstreifkörper zum Eingriff in den Lagerspalt.
Figur 7 zeigt ein Unterwasserkraftwerk mit einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung für die Axial- und Radialgleitlager. Figur 8 zeigt eine Gleitlageranordnung entsprechend des Schnitts A-A aus Figur 7.
Figur 1 zeigt einen einzelnen Gleitschuh 2 eines segmentierten Gleitlagers 1 in Schnittansicht, wobei als Schnittebene die Rotationsebene des Lagers gewählt ist. Der Gleitschuh 2 umfasst für die dargestellte Ausführung einen Grundkörper 3 und eine Gleitlage 4, die der Gegengleitfläche 5 zugewandt ist. Des Weiteren sind seitlich zum Grundkörper 3 angeordnete Einstellvorrichtungen 6.1 , 6.2 mit zugeordneten Befestigungsmitteln 7.1 , 7.2 gezeigt. Diese dienen zur statischen Lageeinstellung des Grundkörpers 3 relativ zum Tragkörper 9 und zusätzlich erzeugen sie einen hinreichenden Seitenhalt für den Gleitschuh 2. Dabei sind die Befestigungsmittel 7.1 , 7.2 und Teile des Grundkörpers 3 in eine Ausnehmung 10 des Tragkörpers 9 eingelassen, deren Wandungen zusätzlichen Seitenhalt geben. Ferner ist zwischen dem Gleitschuh 2 und dem Grund der Ausnehmung 10 eine elastische Tragschicht 38 angeordnet, die vorzugsweise aus einem Elastomer gebildet ist und die der Abstützuπg des Gieitschuhs 2 dient.
Für die in Figur 1 dargestellte Erfindungsvariante ist eine Vorrichtung zur Ausführung einer Stellbewegung des Gleitschuhs 2 in Richtung der Gegengleitfläche 5 vorgesehen, um für den Bremsbetrieb die Dimensionen des Lagerspalts 12 zu verringern. Hierzu spannt sich zwischen den beiden Einstellvorrichtungen 6.1 und 6.2 eine Membran 8 auf, die einen in der Ausnehmung 10 im Tragkörper 9 ausgebildeten abgedichteten Bereich schafft, der rückseitig mit einem durch den Tragkörper 9 verlaufenden Druckanschluss 11 verbunden ist. Die Membran 8 verläuft für das vorliegende Ausführungsbeispiel zwischen dem Gleitschuh 2 und der elastischen Tragschicht 38. Über den Druckanschluss 11, der als Durchgang durch den Tragkörper 9 und die elastische Tragschicht 38 angelegt ist, kann Druckluft oder ein hydraulisches Arbeitsmedium zugeführt werden, das für den Bremsbetrieb so den Druck im abgedichteten Bereich erhöht, dass die Membran entsprechend zu der Darstellung in Figur 2 ausgewölbt wird und den Gleitschuh 2 entlang den Einstellvorrichtungen 6.1 und 6.2 in Richtung der Normale der Gegengleitfläche 5 verschiebt.
Entsprechend zur Darstellung in Figur 2 erfolgt die rückseitige Druckbeaufschlagung an der Membran 8 derart, dass der dynamische oder statische Schmierstoffdruck im Schmierstoffspalt 12 überschritten wird und eine Anlage der Gleitlage 4 des Gleitschuhs 2 an der Gegengleitfläche 5 erfolgt, die dann im Wesentlichen trockenfallen und in Mischreibung beziehungsweise Festkörperreibung übereinander gleiten. Wird beispielsweise die Druckbeaufschlagung so gewählt, dass diese in etwa dem Vierfachen des Drucks des im Normalbetrieb tragenden Schmierstofffilms entspricht, kann die gewünschte Änderung der Reibungscharakteristik sicher bewirkt werden. Ein weiteres Anpressen des Gleitschuhs 2 mit seiner Gleitlage 4 gegen die Gegengleitfläche 5 über diese Druckbeaufschlagung hinaus ist nicht notwendig. Für eine pneumatische Druckbeaufschlagung kann eine Druckversorgung mittels eines Druckspeichers oder einer Pumpeinrichtung erfolgen. Die hierfür notwendigen Vorrichtungskomponenten sowie Steuerungs- und Ventileinrichtungen sind im Einzelnen nicht in den Figuren gezeigt.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Sinne von Figur 1 und 2 muss die Gleitlage 4 auf dem Grundkörper 3 des Gleitschuhs 2 hinreichend trockenlaufsicher ausgebildet sein. Wird als Schmierstoff Wasser verwendet, erfordert der Einsatz als Bremse einen Lagerwerkstoff für die Gleitlage 4 auf Polymerbasis, der bei Wasserschmierung und im Trockenlauf eingesetzt werden kann. Er muss eine geringe Wasseraufnahme aufweisen, darf beim Einwirken von Heißwasser nicht zur Hydrolyse neigen und muss einem reinen Trockenlauf bei Temperaturen von weit über 100° C standhalten und darf dabei nur einen geringen Verschleiß aufweisen. Solche Werkstoffe werden beispielsweise in Stevenrohrlagen und in Schwenklagern von Schleusen eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist Orkot ®. Die Gegengleitfläche 5 muss möglichst hart und verschleißfrei sowie korrosionsbeständig sein. Hierzu kann beispielsweise Edelstahl verwendet werden.
In den Figuren 3 und 4 ist eine Weitergestaltung eines erfindungsgemäßen Gleitlagers 1 gezeigt. Entsprechend der Darstellung in Figur 4 erfolgt im Bremsmodus die wesentliche Stellbewegung des Gleitschuhs 2 als Winkelanstellung gegen die Normale der Gegengleitfläche 5. Hierzu ist die mittels der Membran 8 abgedichtete Kammer rückseitig zum Grundkörper 3 des Gleitschuhs 2 innerhalb der Ausnehmung 10 des Tragkörpers 9 zwei- oder allgemein mehrteilig angelegt. Dargestellt sind die separaten Druckanschlüsse
11.1 und 11.2 sowie ein Zwischensteg 13, der zwei getrennte Druckkammern 18.1 , 18.2 abteilt. Die Ruhelage wird wiederum durch die elastische Tragschicht 38.1 , 38.2, die zweiteilig ausgebildet ist, festgelegt.
Ausgehend von der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Bewegungsrichtung der Gegengieitfläche 14 erfoigt eine Druckbeaufschlagung über den Druckanschluss
11.2 für die Druckkammer 18.2. Entsprechend wird sich in diesem Bereich die Membran 8 aufwölben und den Gleitschuh 2 an dieser Stelle aus der Ausnehmung 10 heraus auf die Gegengleitfläche 4 bewegen. Hieraus resultiert die dargestellte Verkippung des Gleitschuhs 2, die so angelegt ist, dass der im Lagerspalt 12 geführte Schmierstofffilm in Bewegungsrichtung auf einen sich aufweitenden Lagerspalt 12 trifft und hierdurch die Tragfähigkeit des Gleitlagers verringert wird. Alternativ kann für Gleitlager 1 , die für den normalen Lagerbetrieb mit verkippten Gleitschuhen 2 zum Erzeugen von Schmierstoffkeilen arbeiten, der zur verbesserten Tragfähigkeit dienende Anstellwinkel zurückgeführt beziehungsweise in die Gegenrichtung verkippt werden. Eine solche Ausgestaltung ist im Einzelnen nicht in den Figuren gezeigt.
Die Figuren 5 und 6 zeigen alternative Gestaltungen, für die im Bereich des Lagerspalts 12 der Schmierstofffilm gestört oder wenigstens bereichsweise unterbrochen wird. Dies gelingt für eine erste Ausführung durch die in Figur 5 gezeigte Variante, wobei über den Druckanschluss 11.2 einer rückseitig zum Grundkörper 3 des Gleitschuhs 2 angelegten Druckkammer 18.1 Druckluft zugeführt wird, die über die Bohrung 15.2 zu einem Gasauslass 16.2 in der Gleitlage 4 gelangt. Diese durchstößt eine Abdichtung 19, die rückseitig am Grundköper 3 des Gleitschuhs 2 vorgesehen ist. Der aus der Luftdruckzuführung resultierende Blasenstrom wird mit dem Schmierstoff im Lagerspalt 12 entsprechend zur Bewegungsrichtung der Gegengleitfläche 14 mitgeführt und reduziert dessen Tragfähigkeit. Anstatt Druckluft kann zur gezielten Störung des Schmierstofffilms ein anderes Medium verwendet werden, dessen Materialeigenschaften, zum Beispiel die Viskosität, von jenen des Schmierstofffilms abweicht.
Zur Realisierung einer bidirektionalen Anströmbarkeit sind an beiden Enden der Gleitlage 4 symmetrisch die Gasauslässe 16.1 , 16.2 angeordnet. Entsprechend liegen zwei Druckanschlüsse 11.1 und 11.2 sowie zwei Druckkammern 18.1 und 18.2 vor. Ferner sind Ausgestaltungen denkbar, für die eine Vielzahl von Druckauslässen 16.1 , 16.2 über die Gleitlage 4 verteilt sind oder für welche die Druckgaszuführung separat zum Gleitschuh 2 ausgebildet ist. Für solch eine Variante wird das Druckgas im Bereich des Lagerspalts 12 so eingebracht, dass die gewünschte, wenigstens partielle Unterbrechung des Schmierstofffilms im Lagerspalt 12 resultiert.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsvariante mit Abstreifkörpern 17.1 , 17.2, die in den Bohrungen 15.1 , 15.2 im Grundkörper 3 angeordnet sind und bei
Druckbeaufschlagung durch das rückseitig über die Druckkammern 18.1 , 18.2 zugeführte Druckgas in den Lagerspalt 12 zur Unterbrechung des Schmierstofffilms eingeführt werden. Denkbar sind alternative Anordnungen der Abstreifkörper 17.1, 17.2, insbesondere separat zum Gleitschuh 2, sowie eine abweichende Aktuation. Diese kann beispielsweise mittels eines hydraulischen Stellzylinders oder einen motorischen Antriebs erfolgen. Für eine alternative Gestaltung, die im Einzelnen nicht in den Figuren dargestellt ist, erfolgt die Beeinflussung des Schmierstofffilms über die Steuerung der Schmierstoffmenge im Gleitlager. Dabei können steuerbare Abzugsöffnungen angelegt sein, die zum Abziehen des Schmierstoffs für das Bremsen des Lagers dienen.
Figur 7 zeigt im partiellen Axialschnitt ein Unterwasserkraftwerk, wobei den Gleitlagern Stellvorrichtungen 33.1 , 33.2 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Bremsverfahrens zugeordnet sind. Im Einzelnen besteht das Unterwasserkraftwerk aus einem Gehäuse 34, das auf einer Stützstruktur 35 angelenkt ist. In diesen ortsfesten Anlagekomponenten ist der Generatorstator 26 des elektrischen Generators 24 untergebracht sowie die bereits genannten Stellvorrichtungen 33.1 , 33.2.
Die umlaufende Einheit 37 des Unterwasserkraftwerks umfasst einen Rotor 21 , der über eine nabenförmige Struktur mit dem innerhalb des Gehäuses 34 gelagerten Tragkörper 23 verbunden ist. Eine zusätzliche Komponente der umlaufenden Einheit bildet die Haube 21. Die umlaufende Einheit 37 stützt sich axial über ein erstes Axiallager 29 und ein zweites Axiallager 30 mittels der ersten Stützscheibe 27 und der zweiten Stützscheibe 28 ab. Die axial beidseitig angelegte Lagerung erlaubt eine bidirektionale Anströmung des Unterwasserkraftwerks, entsprechend ist der Rotor 21 mit einem beidseitig anströmbaren Blattprofil oder drehbaren Propellerblättern versehen.
Zur radialen Abstützung der umlaufenden Einheit dient das vordere
Radialgleitlager 31 und das hintere Radialgleitlager 32, wobei Abschnitte der zylindrischen Außenfläche des Tragkörpers 23 die Gegengleitfläche zu den ortsfest angeordneten Gleitschuhen bilden. Entsprechend segmentiert sind das erste Axiallager 29 und das zweite Axiallager 30 angelegt. Aus der Schnittdarstellung A-A aus Figur 8 sind die Lagerschuhe für das erste Axiallager 29.1 - 29. n sowie die Lagerschuhe für das vordere Radiallager 31.1 - 31. n ersichtlich. Ein symmetrischer Aufbau ist für das hintere Radialgleitlager 32 und das zweite Axialgleitlager 30 gewählt. Erfindungsgemäß stehen einzelne und vorzugsweise alle Lagerschuhe der einzelnen Gleitlager mit einer zugeordneten Stellvorrichtung 33.1 , 33.2 in Verbindung, die zum Bremsen entweder eine örtliche Verlagerung oder Verkippung der Gleitschuhe bewirkt oder die durch andere Lagerkomponenten Einfluss auf die Tragfähigkeit des Schmierstofffilms in den einzelnen Lagerspalten der Gleitlager nimmt. Hierdurch wird erfindungsgemäß die Reibcharakteristik in den Gleitlagern verändert und mit zunehmenden
Festkörperreibungsanteilen nimmt das Reibmoment in den Lagern beim Bremsen zu.
Das erfindungsgemäße Bremsverfahren kann beim Betrieb eines Unterwasserkraftwerks oder einer Wind kraftan läge zur Einleitung eines aktiven Strömungsabrisses zur Deckelung der vorn Rotor 21 aufgenommenen mechanischen Leistung verwendet werden. Des Weiteren kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Notstopp oder ein Stillsetzen der Anlage bewirkt werden. Ferner ist es denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren nur mit einem Teil der Gleitlager auszuführen. Für das in Figur 7 skizzierte
Unterwasserkraftwerk bieten sich hierfür das erste Axialgleitlager und das zweite Axialgleitlager an. Dabei kann auch nur eines der beiden Axialgleitlager verwendet werden, wobei für diesen Fall der Strömungsdruck auf den Rotor 21 in Axialrichtung als Gegenkraft gegen den Schmierstoffdruck im Gleitlager in Axialrichtung wirkt. Weitere Ausgestaltungen im Rahmen der nachfolgenden Schutzansprüche sind denkbar. Bezugszeichenliste
1 Gleitlager
2 Gleitschuh
3 Grundkörper
4 Gleitlage
5 Gegengleitfläche
6.1 , 6.2 Einstellvorrichtung
7.1 , 7.2 Befestigungsmittel
8 Membran
9 Tragkörper
10 Ausnehmung
11 , 11.1 , 11 .2 Druckanschluss
12 Lagerspalt
13 Zwischensteg
14 Bewegungsrichtung der Gegengieitfiäche
15. 1 , 15 .2 Bohrung
16. 1 , 16 .2 Gasauslass
17. 1 , 17 .2 Abstreifkörper
18. 1 , 18 .2 Druckkammer
19 Abdichtung
20 Unterwasserkraftwerk
21 Rotor
22 Haube
23 Tragkörper
24 elektrischer Generator
25 Generatorläufer
26 Generatorstator
27 erste Stützscheibe
28 zweite Stützscheibe
29 erstes Axialgleitlager 29.1 - 29. n Gleitschuh für das erste Axialgleitlager
30 zweites Axialgleitlager
31 vorderes Radialgleitlager 31.1 — 31.n Gleitschuh für das vordere Radialgleitlager
32 hinteres Radialgleitlager 33.1 , 33.2 Stellvorrichtung
34 Gehäuse
35 Stützstruktur 36 Längsachse
37 umlaufende Einheit

Claims

Patentansprüche
1. Bremsverfahren für eine Strömungsmaschine mit einer umlaufenden Einheit (37), umfassend einen von einer Fluidströmung angetriebenen Rotor (21), die mittels wenigstens eines Gleitlagers (1) in einem Gehäuse (34) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitlager (1) beim Bremsen der umlaufenden Einheit die Lagerreibung erhöht wird.
2. Bremsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Lagerreibung beim Bremsen durch eine Verlagerung von
Flüssigkeitsreibungsanteilen auf Festkörperreibungsanteile bewirkt wird.
3. Bremsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (1) segmentiert ist und eine Vielzahl von Gleitschuhen (2) mit einer zugeordneten Gegengleitfläche (5) und einen dazwischen ausgebildeten Lagerspalt (12) umfasst und beim Bremsen wenigstens ein Gleitschuh (2) eine die Abmessungen des Lagerspalts (12) verändernde Stellbewegung ausführt.
4. Bremsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Gleitschuh (2) beim Bremsen in Richtung der Gegengleitfläche (5) bewegt wird, wobei der Lagerspalt (12) verkleinert wird.
5. Bremsverfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitschuh (2) beim Bremsen gegen die
Flächennormale der Gegengleitfläche (5) verkippt wird.
6. Bremsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstofffilm im Lagerspalt (12) beim Bremsen wenigstens in Teilbereichen unterbrochen wird.
7. Bremsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum wenigstens teilweisen Unterbrechen des Schmierstofffilms Druckluft in den Lagerspalt (12) eingeblasen wird.
8. Bremsverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bremsen ein Abstreifkörper (17.1 , 17.2) in dem Bereich des Lagerspalts (12) eingefahren wird.
9. Bremsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bremsen die Schmierstoffzufuhr zum Gleitlager
(1) verringert und/oder die Drainage des Schmierstoffs aus dem Gleitlager (1) erhöht wird.
10. Bremsverfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bremsen der umlaufenden Einheit verwendeten Gleitlagerkomponenten pneumatisch oder hydraulisch bewegt werden.
11. Gleitlager für eine Strömungsmaschine, die eine umlaufende Einheit (37) mit einem von einer Fluidströmung angetriebenen Rotor (21) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (1) Lagerkomponenten umfasst, die zum Bremsen der umlaufenden Einheit die Lagerreibung erhöhen.
12. Gleitlager nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine Vielzahl von Gleitschuhen (2) mit einer zugeordneten Gegengleitfläche (5) umfasst und den Gleitschuhen (2) eine Vorrichtung zum Ausführen einer Stellbewegung zugeordnet ist, um beim Bremsen die Abmessungen des Lagerspalts (12) zu verändern.
13. Gleitlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ausführen einer Stellbewegung eine Bewegung des Gleitschuhs (2) in Richtung der Gegengleitfläche (5) und/oder eine Verkippung des Gleitschuhs (2) gegen die Flächennormale der Gegengleitfläche (5) beim Bremsen ermöglicht.
14. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine Vorrichtung umfasst, die beim Bremsen den Schmierstofffilm im Lagerspalt (12) wenigstens in Teilbereichen unterbricht.
15. Gleitlager nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur wenigstens teilweisen Unterbrechung des Schmierstofffilms einen Gasauslass (16.1 , 16.2) zum Einblasen von Druckluft in den Lagerspalt (12) umfasst.
16. Gleitlager nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum wenigstens teilweisen Unterbrechen des Schmierstofffilms einen Abstreifkörper (17.1 , 17.2) umfasst, der in den Bereich des Lagerspalts (12) eingefahren werden kann.
17. Gleitlager nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine Vorrichtung zur Einstellung des dem Gleitlager (1) zugeführten Schmierstoffvolumens und/oder zur Einstellung des vom Gleitlager (1) abgezogenen Schmierstoffvolumens umfasst.
18. Gleitlager nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager eine pneumatisch oder hydraulisch einstellbare Gleitlagerkomponente umfasst.
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