WO2012080097A2 - Lagerringsegment, lagerring, lager, antriebswelle und montageverfahren - Google Patents

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flange
ring
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Hubert Herbst
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention is in the field of low-maintenance support of drive shafts, in particular drive shafts in underwater power plants.
  • Submarine power plants are already known from the field of conventional technology.
  • well-known storage concepts for underwater power plants are briefly summarized.
  • DE102009005556A1 discloses a concept for flushing of underwater power plants, which consciously dispenses with encapsulation of the bearings used.
  • the area in direct contact with the surrounding water is to be protected against excessive sediment.
  • the growth in this area must be limited.
  • One of the measures involved is to rinse the flooded area and, in particular, the bearings and the components associated therewith, such as sealing elements and the like.
  • One concept provides for applying at least one flushing connection to an underwater power station, by means of which a flushing medium can be supplied to the system from outside. Accordingly, there is no delivery system, such as a pump or the like, for the flushing medium in the system itself between the external flushing connection and the area to be flushed. Furthermore, an additional filter system is dispensed with. Instead, the flushing medium is supplied at such an overpressure at the external flushing connection that there is a sufficiently strong flow through the area to be flushed and an outflow to the outside area, whereby sediments and preferably an originally present growth are transported to the outside.
  • a concept for optimized power control and control of underwater power plants is disclosed in DE102008053732B3.
  • DE102008031615A1 shows a generator assembly which can be handled as a whole and can be mounted as a unit, which can be transported and mounted separately from the actual drive shaft of an underwater power plant.
  • This includes a generator rotor and a generator stator, the basic components of an electric generator.
  • a generator housing is part of the generator unit.
  • the control and power components of the electric generator can be additionally included in the generator assembly.
  • DE102008061912 AI deals with bearing pads, for example, for seawater suitable bearings. For a hydrodynamically building up lubricating film and the associated parabolic pressure development for soft or elastic sliding linings, a concave deflection occurs in the central area.
  • DE102008006899A1 discloses a concept for supporting a drive shaft of an underwater power plant.
  • a bearing arrangement is provided, for supporting a shaft of a device for generating energy from a water flow, the bearing arrangement having at least one radial sliding bearing and at least one axial sliding bearing and wherein the bearing arrangement can be lubricated by water penetrating from the outside.
  • FIG. 3 shows a schematic structure of an underwater power plant.
  • FIG. 3 shows a machine nacelle 300 with a segmented structure.
  • a hood 305 and a propeller-shaped water turbine 310 adjoin the machine nacelle 300 in the front region.
  • the nacelle 300 includes two segments 315 and 320 that contain the drive shaft 325.
  • another segment 330 is a generator 335 which is coupled to the drive shaft 325.
  • Another hood 340 terminates the underwater power plant after the generator 335.
  • the hood 305 forms with the water turbine 310, a circumferential unit which is coupled to the drive shaft 325.
  • a plurality of plain bearings are provided for storage of the drive shaft 325 .
  • a radial sliding bearing 345 In the front side of the drive shaft 325 facing the water turbine 310 there is a radial sliding bearing 345.
  • a radial sliding bearing 350 In the rear region of the drive shaft 325 facing the generator 335 there is another radial sliding bearing 350. Axial forces of the drive shaft are absorbed by the two axial sliding bearings 355 and 360 axially supporting the track pulley 365 connected to the drive shaft 325.
  • the plain bearings 345, 350, 355 and 360 can be carried out seawater resistant, in particular water lubricated. This makes it possible to flood the entire interior of the nacelle 300 and to dispense with elaborate seals, especially the bearings.
  • the sliding bearings used 345, 350, 355 and 360 are partially realized directly on the drive shaft 325.
  • very hard coatings are applied at the two respective ends of the shaft 325 over a width of approximately 100-4000 mm, which then each represent the inner ring for one of the radial sliding bearings 345, 350.
  • a coating method e.g. high-speed flame spraying (also HVOF, derived from high-velocity oxygen-fuel) or another thermal coating process for surface treatment.
  • HVOF high-speed flame spraying
  • a steel ring can be applied by welding and on the surface of which the coating takes place.
  • the warehouse runs directly in the water or seawater.
  • a disadvantage of the conventional concepts is the need to handle a large one-piece shaft.
  • the length of such a drive shaft which is usually designed as a hollow shaft, may be several meters, the diameter may also be over one meter, typical values would be 3 - 15 m in length with a diameter of 100 mm to 6000 mm with a power of 50kW - 15 MW.
  • the weight of such a drive shaft can easily amount to several tons, a typical weight would be 1 - 100 t.
  • a core idea of the present invention lies in the realization that radial bearings and drive shaft of an underwater power plant can be mechanically decoupled. This allows on the one hand to shorten the drive shaft and thus make it easier to handle, on the other hand to be able to produce the bearing separately from the drive shaft. Thus, the bearing is easier to handle and any coatings can be performed much easier or applied.
  • the mechanical separation can be realized by providing a flange on a bearing ring of the radial bearing.
  • the bearing ring itself may be in one piece or composed of several bearing ring segments. Zen.
  • the bearing ring segments may be equal to each other, but in embodiments, these may also be different.
  • the bearing ring described below may therefore be present in embodiments in various embodiments.
  • the flange which may also be composed of several segments, each of which may be the same or different.
  • bearing ring segments may have corresponding flange segments. Therefore, when the flange is described below, it may also be integral or multi-piece, i. composed of flange segments, be formed.
  • This flange is used to attach the bearing ring to the drive shaft.
  • the flange may be attached to both the bearing inner ring and the bearing outer ring.
  • the bearing ring may be formed integrally with the flange. In other embodiments, bearing ring and flange may also be formed in several pieces.
  • the drive shaft Due to the mechanical separation of bearing and drive shaft, maintenance can be considerably facilitated. During maintenance work on the bearing or the shaft, it is no longer necessary to change the entire drive shaft or the entire drive train, but the drive shaft and bearings can also be removed and maintained separately after the mechanical decoupling. This advantage increases with the number of mechanically decoupled bearings. In other words, the drive shaft may be supported by a plurality of decoupled or flanged bearings, reducing maintenance expense due to the possibility of separate handling for each decoupled bearing.
  • Another key idea of the present invention is to equip a bearing with a flange so that it can be frictionally coupled to a drive shaft. Such a coupling can then take place at both ends of the drive shaft, ie for the storage of the area facing a water turbine and / or the region facing a generator.
  • the radial bearings can be flanged to the respective ends of the shaft.
  • the radial bearings can then consist of one piece, a welding of rings on the shaft can be omitted. The handling of the radial stock in their manufacture can thus be facilitated.
  • These can be coated as required, a coating of the shaft is eliminated.
  • the processing of the now smaller components i. Radial bearing and drive shaft, to be separated from each other.
  • smaller production plants can be used, which can further reduce the production costs.
  • the manufacturing precision can be increased and the radial bearings can be individually coated separately.
  • the coating such as e.g. Dipping / bath treatment, as direct coating on the wave surface is no longer necessary. There is also no longer any distortion due to welding and no cleaning work is necessary, which was the case with conventional concepts after welding.
  • the complex conventional system can thus be broken down by embodiments into several simplified subsystems.
  • the individual subsystems can be processed more expediently, or can only be made accessible to certain process or processing steps due to the disassembly. This can allow a better adaptation or optimization of the processes to the subsystems and thus a cost reduction.
  • the assembly and disassembly of the radial bearing and the drive shaft facilitates. Downtimes of the system can be reduced, in particular by the fact that now storage changes are possible on site. Also, a storage preparation without great logistics effort is possible by embodiments. As a result, a cost reduction in production - assembly and maintenance can be achieved.
  • bearings can be machined separately, thereby making tribologically more favorable surface design possible, and, for example, facilitating the introduction of application-oriented lubrication grooves and holes.
  • lubricant lines and lubricant delivery systems can be more easily introduced into the system, thereby reducing the cost of lubricants In the end, in turn, the maintenance and thus the operating costs can be reduced.
  • Figure 2a shows another embodiment of a bearing ring, or of bearing ring segments;
  • FIG. 2b shows the shortening of a drive shaft in one embodiment
  • FIG. 2c shows an exemplary embodiment of a flow chart of an assembly method
  • Figure 3 is a conventional underwater power plant.
  • FIG. 1a shows an exemplary embodiment of a bearing ring 110, 110a, or of a bearing ring segment 110, 110a.
  • a bearing ring segment 110, 110a is understood as meaning a part of a bearing ring 110, 110a.
  • the bearing ring segment may accordingly comprise, for example, a certain angular range of a bearing ring 110, 110a, i. in embodiments, a plurality of identical or unequal bearing ring segments can form a bearing ring.
  • Embodiments are not limited to a specific subdivision of a bearing ring in bearing ring segments, there are any axial and radial segmentation conceivable.
  • the figure la also shows a portion of the drive shaft 130.
  • the attachment may include, for example, attachment means, such as e.g. Holes, threads, weld studs, weld nuts, screws, lands or grooves, clamps, etc. include.
  • a bridge Under a flange here is a bridge, a nose, a spring, an extension oa. understood, which serves for attachment to another component.
  • the respective other component can likewise have fastening means or fastening possibilities such as bores, threads, screws, welding studs, webs or grooves, clamps, etc.
  • the flange 120 may include grooves, lands, or teeth to achieve, for example, secure engagement with the drive shaft and secure against rotation with the drive shaft.
  • the bearing ring 110 can be designed as a bearing inner ring 110a, as shown in FIG. 1a, or bearing outer ring 110b.
  • the figure lb shows an embodiment in which the bearing ring 110, 110b is formed as a bearing outer ring 110b.
  • the flange 120 may also be attached to a bearing outer ring 110b.
  • the figure lb of the bearing inner ring is designated by the reference numeral 140.
  • the flange 120 can extend along the axis of rotation of the bearing 100, that is to say in the axial direction.
  • the flange 120 may at least partially enclose the drive shaft 130 and screwed, riveted, or the like, for example, with this. become. Since hollow shafts are also used in exemplary embodiments, it is also conceivable that the flange 120 also protrudes into the drive shaft 130 and is fastened to the drive shaft 130 from the inside becomes.
  • the drive shaft 130 may have radial mounting holes in embodiments. Depending on whether the flange 120 overlaps the drive shaft 130 inside or outside, the attachment holes or generally the attachment means may be provided inside or outside the drive shaft 120.
  • FIG. lc Another embodiment is shown in the figure lc.
  • the figure lc again shows a radial bearing 100 with a bearing ring 110, 110a, which is designed here as a bearing inner ring 110a.
  • the figure lc also shows a bearing outer ring 140.
  • the flange 120 can be seen, which also has a radial extent here. The radial extent of the flange 120 allows attachment to the end face of the drive shaft 130, which then may have mounting holes in the axial direction, for example.
  • the figure ld shows a further embodiment in which the bearing ring 110, 110b is formed as a bearing outer ring 110b.
  • the flange 120 in addition to an axial extent also has a radial extent.
  • Conceivable are also other embodiments in which the flange 120 has only a radial extension, that is, not primarily in the axial direction of the bearing ring 110 projects away.
  • the bearing ring 110 in embodiments may have a flange 120 which extends in the axial and / or radial direction.
  • Embodiments may also include a bearing ring segment 110; 110a; 110b for a radial bearing 100 for a propulsion shaft 130 of an underwater power plant having at one axial end a flange 120 or a flange segment 120, wherein the flange 120 or the flange segment 120 a fastening means for attachment of the bearing ring segment 110, 110a, 10b on the drive shaft 130 has.
  • the bearing ring segment 110; 110a; 110b may be designed as a bearing inner ring segment 110a or as a bearing outer ring segment 110b.
  • the flange 120 or the flange segment 120 may extend in embodiments in the axial and / or radial direction.
  • exemplary embodiments also include a bearing 100, for example a sliding or roller bearing 100, which has one of the abovementioned bearing rings 110, 100a, 110b or bearing ring segments 110, 100a, 110b.
  • FIG. 2a shows a further embodiment in which a section of a bearing 100 is shown on the left side. From the bearing 100, the bearing ring 110 can be seen. It can also be seen that the bearing ring 110 has a flange 120, via which the bearing ring 110 can be fastened to the drive shaft 130. It can also be seen in FIG. 2a that both the flange 120 and the drive shaft 130 have bores via which a screw connection can be made. For example, screws of type M 8 - 24 can be used here. In embodiments, the holes, for example, a diameter greater than or equal to 8 - 50mm, z. B. 10 mm, 20 mm or 30 mm.
  • the bearing ring 110 itself may have an outer diameter of, for example, 2200 mm in embodiments, wherein in the figure 2a, the outer radius 155 is shown to the axis of rotation 145 of the bearing.
  • the outer diameter (double outer radius 155) can also be greater than or equal to 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 or 10000 mm.
  • the inner diameter, which corresponds to twice the inner radius 150 according to FIG. 2a, of the bearing ring 110 comprises approximately 1800 mm.
  • the inner diameter (double inner radius 150) of the bearing ring 110 can also be greater than or equal to 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 or 10000 mm.
  • the inner diameter of the bearing shell may comprise 2000 mm, which corresponds to twice the inner radius 160 of the bearing shell according to FIG. 2a.
  • the bearing ring 110 may have a sheath thickness of 200 mm.
  • double mecanicradii 160 of the bearing shell greater than or equal to 80, 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 or 10000 mm are conceivable.
  • the shell thickness of the bearing ring 110 may be greater than or equal to 50, 100, 200, 300 or 400 mm in embodiments.
  • the bearing height 170 i. the axial extent of the bearing ring 110 may be, for example, 1000 mm. In embodiments, however, bearing heights 170 greater than or equal to 100, 200, 300, 500, 1000, 2000, 3000 or 4000 mm are conceivable.
  • exemplary embodiments may also include a drive shaft 130 for an underwater power plant, which has fastening means or a fastening possibility for the flange 120 of a bearing ring 110 on at least one axial end. has.
  • the drive shaft 130 may have axial and or radial bores.
  • the drive shaft 130 itself may in turn comprise a flange to be attached to the bearing ring 110 or its flange 120.
  • the drive shaft 130 may also have teeth as fastening means for the flange 120 or its segments.
  • the drive shaft 130 may also have holes and an additional toothing.
  • FIG. 2b shows a section of a conventional underwater power plant, in particular the area of the drive shaft 325, 130.
  • the two dotted lines 180, 190 indicate which part of the drive shaft can be saved in embodiments, or that the drive shaft 130 in embodiments, at least can be shortened to the area in which was mounted in conventional storage, the bearing inner ring on the drive shaft.
  • Embodiments also include an underwater power plant assembly method including a step of flanging a bearing ring 110 of a bearing 100 to a drive shaft 130.
  • the assembly method may also include a step of assembling a bearing ring 110 of bearing ring segments.
  • An exemplary embodiment of an assembly method is illustrated schematically with reference to a flow chart in FIG. 2c.
  • An assembly method may include a step 210 of merging a bearing ring 110 with a drive shaft 130.
  • the bearing ring 110 can then be flanged to the drive shaft 130, for example by screwing or riveting.
  • the bearing ring 120 and / or the drive shaft may have a flange.
  • other steps may also be taken, such as a step 230 of mounting another bearing ring to complete the bearing 100, or a step 240 of mounting the entire unit into a housing, such as a nacelle.

Abstract

Die Erfindung umfasst einen Lagerring (110, 110a, 110b) für ein Radiallager (100) für eine Antriebswelle (130) eines Unterwasserkraftwerks, der an einem axialen Ende einen Flansch (120) aufweist, wobei der Flansch (120) eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Lagerrings (110, 110a, 110b) an der Antriebswelle (130) aufweist.

Description

B e s c h r e i b u n g
Lagerringsegment, Lagerring, Lager, Antriebswelle und
Montageverfahren Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der wartungsarmen Lagerung von Antriebswellen, insbesondere von Antriebswellen in Unterwasserkraftwerken.
Aus dem Bereich der konventionellen Technik sind Unterwasserkraftwerke bereits bekannt. Im Folgenden werden bekannte Lagerungskonzepte für Unterwasserkraftwerke kurz zusammengefasst. Die DE102009005556A1 offenbart ein Konzept zur Spülung von Unterwasserkraftwerken, bei denen bewusst auf eine Kapselung der eingesetzten Lager verzichtet wird. Bei derartigen Konstruktionen ist der Bereich, der in direktem Kontakt mit dem Umgebungswasser steht, gegen einen übermäßigen Sedimenteinfall zu schützen. Des Weiteren muss der Bewuchs in diesem Bereich begrenzt werden. Eine der diesbezüglichen Maßnahmen besteht darin, den gefluteten Bereich und insbesondere die Lager sowie die diesen zugeordneten Komponenten, wie Dichtungselemente und dergleichen, zu spülen.
Ein Konzept sieht vor, an einem Unterwasserkraftwerk mindestens einen Spülanschluss anzulegen, durch den der Anlage von außen ein Spülmedium zugeleitet werden kann. Demnach liegt in der Anlage selbst zwischen dem externen Spülanschluss und dem zu spülenden Bereich kein Fördersystem, wie eine Pumpe oder dergleichen, für das Spülmedium vor. Des Weiteren wird auf ein zusätzliches Filtersystem verzichtet. Stattdessen wird am externen Spülanschluss das Spülmedium mit einem solchen Überdruck zugeführt, dass eine hinreichend starke Durchströmung des zu spülenden Bereichs und eine Abströmung zum Außenbereich erfolgt, wodurch Sedimente und bevorzugt ein ursprünglich vorliegender Bewuchs nach außen transportiert werden. Ein Konzept zur optimierten Leistungsregelung und Steuerung von Unterwasserkraftwerken ist in der DE102008053732B3 offenbart. Die DE102008031615A1 zeigt eine als Ganzes handhabbare und als Einheit montierbare Generator-Baueinheit, die von der eigentlichen Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks getrennt transportiert und montiert wer- den kann. Diese umfasst mit einem Generatorläufer und einem Generatorstator, die Grundkomponenten eines elektrischen Generators. Zusätzlich ist ein Generatorgehäuse Teil der Generator-Baueinheit. Die Steuerungs- und Leistungskomponenten des elektrischen Generators können zusätzlich in die Generator-Baueinheit aufgenommen werden. Die DE102008061912 AI beschäftigt sich mit Lagerkissen, beispielsweise für seewasser- taugliche Gleitlager. Für einen sich hydrodynamisch aufbauenden Schmierfilm und der damit verbundenen parabolischen Druckentwicklung für weiche beziehungsweise elastische Gleitbeläge tritt eine konkave Einfederung im zentralen Bereich auf. Diese führt zu einer Lager spalterweiterung und einem Einbruch der Druckverteilung im mittigen Bereich der Gleitfläche. Dem wird dadurch entgegengewirkt, dass die Material stärke des Gleitbelags in Richtung der Flächennormalen der Gleitfläche an den beim Betrieb auftretenden Schmierfilmdruck angepasst wird. In den Bereichen hohen Drucks, die um das Flächenzentrum der Gleitfläche liegen, wird eine verringerte Materialstärke verwendet, während die Randbereiche eine hohe Material stärke aufweisen. Dabei wird das Profil der Gleitflä- che erhalten, das typischerweise jenem der Gegenlauffläche entspricht. Die Anpassung der Material stärke des Gleitbelags erfolgt durch eine entsprechende Profilierung der Auflage- fläche am Grundkörper, die der Rückseite des Gleitbelags gegenüberliegt. Im einfachsten Fall wird ein erhabener Sockel im Zentralbereich der Auflagefläche des Grundkörpers vorgesehen. Eine genauere Anpassung kann durch einen mehrfach gestuften oder konvexen Verlauf der Auflagefläche bewirkt werden.
Die DE102008006899A1 offenbart ein Konzept zur Lagerung einer Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks. Hier wird eine Lageranordnung bereitgestellt, zur Lagerung einer Welle einer Einrichtung zur Energiegewinnung aus einer Wasser Strömung, wobei die La- geranordnung wenigstens ein Radialgleitlager und wenigstens ein Axialgleitlager aufweist und wobei die Lageranordnung durch von außen eindringendes Wasser schmierbar ist.
Die Figur 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Unterwasserkraftwerks. Die Figur 3 zeigt eine Maschinengondel 300 mit einem segmentierten Aufbau. An die Maschinengondel 300 schließen sich im vorderen Bereich eine Haube 305 und eine propeller- förmige Wasserturbine 310 an. Die Maschinengondel 300 umfasst zwei Segmente 315 und 320, die die Antriebswelle 325 enthalten. In einem weiteren Segment 330 befindet sich ein Generator 335, der mit der Antriebswelle 325 gekoppelt ist. Eine weitere Haube 340 schließt das Unterwasserkraftwerk nach dem Generator 335 ab.
Die Haube 305 bildet mit der Wasserturbine 310 eine umlaufende Einheit, die mit der Antriebswelle 325 gekoppelt ist. Zur Lagerung der Antriebwelle 325 sind mehrere Gleitlager vorgesehen. Im der Wasserturbine 310 zugewandten vorderen Bereich der Antriebswelle 325 befindet sich ein Radialgleitlager 345. Im dem Generator 335 zugewandten hinteren Bereich der Antriebswelle 325 befindet sich ein weiteres Radialgleitlager 350. Axiale Kräfte der Antriebwelle, werden durch die beiden Axialgleitlager 355 und 360 aufgenommen, die eine mit der Antriebswelle 325 verbundene Spurscheibe 365 axial abstützen.
Die Gleitlager 345, 350, 355 und 360 können dabei seewasserfest ausgeführt sein, insbesondere wassergeschmiert. Damit ist es möglich, den gesamten Innenbereich der Maschinengondel 300 zu fluten und auf aufwändige Abdichtungen, insbesondere auch der Lager zu verzichten.
Die zum Einsatz kommenden Gleitlager 345, 350, 355 und 360 werden teilweise direkt auf der Antriebswelle 325 realisiert. Zur Realisierung der Radialgleitlager 345, 350 werden an den beiden jeweiligen Enden der Welle 325 über eine Breite von ca. 100 - 4000 mm sehr harte Beschichtungen aufgetragen, die dann jeweils den Innenring für eines der Radial- gleitlager 345,350 darstellen. Als Beschichtungsverfahren kann z.B. das Hochgeschwin- digkeits-Flammspritzen verwendet werden (auch HVOF, abgeleitet von High-Velocity- Oxygen-Fuel) oder ein anderes thermisches Beschichtungsverfahren zur Oberflächenbehandlung. Darüber hinaus kann an diesen Stellen zunächst ein Stahlring durch Schweißen aufgebracht werden und auf dessen Oberfläche die Beschichtung erfolgen. Das Lager läuft dabei direkt im Wasser bzw. Seewasser.
Bei der konventionellen Vorgehens weise werden Abschnitte der Antriebswelle 325 mit einer Beschichtung versehen, bzw. es erfolgt erst eine Befestigung von Lagerringen auf den jeweiligen Wellenenden durch Schweißen und anschließend eine Beschichtung dieser Ringe. Darüber hinaus müssen die beschichteten Stellen nachbearbeitet werden z.B. durch Schleifen. Ein Austausch der Lager bei einem Schaden ist direkt nicht möglich, so dass im Schadenfall die komplette Welle repariert bzw. ausgetauscht werden muss. Nachteilig an den konventionellen Konzepten ist die Notwendigkeit, eine große einteilige Welle handhaben zu müssen. Die Länge einer solchen Antriebswelle, die zumeist als Hohlwelle ausgeführt ist, kann mehrere Meter betragen, wobei der Durchmesser ebenfalls über einem Meter liegen kann, typische Werte wären 3 - 15 m Länge bei einem Durchmesser von 100 mm bis 6000 mm bei einer Leistung um 50kW - 15 MW. Darüber hinaus kann sich das Gewicht einer solchen Antriebswelle leicht auf mehrere Tonnen belaufen, ein typisches Gewicht wäre 1 - 100 t.
Ein Problem besteht nun darin, dass eine sehr große und schwere Antriebswelle 325 gehandhabt, transportiert, auf eine Maschine aufgespannt, beschichtet und anschließend die Lagerstellen geschliffen werden muss/müssen, was sehr kostenintensiv ist. Ferner ist problematisch, dass bei der Variante des Festschweißens der Lagerringe auf der Welle ein Materialverzug eintreten kann. Darüber hinaus wird eine Wartung der Lagerung erschwert. Fällt ein solches Lager in der Anwendung aus, muss die komplette Welle zur Reparatur gebracht bzw. ausgetauscht werden. Die Folge sind sehr lange Maschinenstillstandszeiten.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zur Lagerung einer Antriebswelle für ein Unterwasserkraftwerk zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch ein Lager, eine Antriebswelle und ein Montageverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass Radiallager und Antriebswelle eines Unterwasserkraftwerks mechanisch entkoppelt werden können. Dies erlaubt zum einen, die Antriebswelle zu kürzen und somit leichter handhabbar zu machen, zum anderen, das Lager getrennt von der Antriebswelle herstellen zu können. Somit wird auch das Lager leichter handhabbar und etwaige Beschichtungen können erheblich leichter durchgeführt bzw. aufgebracht werden. Die mechanische Trennung kann dadurch realisiert werden, dass an einen Lagerring des Radiallagers ein Flansch vorgesehen wird. Der Lagerring selbst kann einstückig sein oder sich aus mehreren Lagerringsegmenten zusammenset- zen. Die Lagerringsegmente können untereinander gleich sein, in Ausführungsbeispielen können diese jedoch auch unterschiedlich sein. Der im Folgenden beschriebene Lagerring kann daher in Ausführungsbeispielen in verschiedenen Ausführungsvarianten vorliegen.
Ähnliches trifft auf den Flansch zu, der ebenfalls aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein kann, die jeweils untereinander gleich oder unterschiedlich sein können. In Ausführungsbeispielen können beispielsweise Lagerringsegmente entsprechende Flanschsegmente aufweisen. Wenn im Folgenden der Flansch beschrieben wird, kann dieser daher ebenfalls einstückig oder mehrstückig, d.h. aus Flanschsegmenten zusammengesetzt, ausgebildet sein.
Dieser Flansch dient zur Befestigung des Lagerrings an der Antriebswelle. In Ausführungsbeispielen kann der Flansch sowohl an dem Lagerinnenring als auch an dem Lageraußenring angebracht sein. In Ausführungsbeispielen kann der Lagerring mit dem Flansch einstückig ausgebildet sein. In anderen Ausführungsbeispielen können Lagerring und Flansch auch mehrstückig ausgebildet sein.
Durch die mechanische Trennung von Lager und Antriebswelle kann sich die Wartung erheblich erleichtern. Bei Wartungsarbeiten an dem Lager oder der Welle muss nicht mehr die ganze Antriebswelle, bzw. der ganze Antriebsstrang gewechselt werden, sondern Antriebswelle und Lager können nach der mechanischen Entkopplung auch getrennt voneinander entnommen und gewartet werden. Dieser Vorteil wächst mit der Anzahl der mechanisch entkoppelten Lager. In anderen Worten, kann die Antriebswelle über mehrere entkoppelte bzw. angeflanschte Lager gelagert werden, wobei sich der Wartungsaufwand aufgrund der Möglichkeit der getrennten Handhabung für jedes entkoppelte Lager reduziert.
Ein weiterer Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt in der Ausstattung eines Lagers mit einem Flansch, so dass dieses kraftschlüssig mit einer Antriebswelle gekoppelt werden kann. Eine derartige Ankopplung kann dann an beiden Enden der Antriebswelle erfolgen, d.h. zur Lagerung des einer Wasserturbine zugewandten Bereichs und /oder des einem Generator zugewandten Bereichs. Die Radiallager können an den jeweiligen Enden der Welle angeflanscht werden. Die Radiallager können dann aus einem Stück bestehen, ein Aufschweißen von Ringen auf die Welle kann entfallen. Die Handhabung der Radial- lager bei ihrer Herstellung kann somit erleichtert werden. Diese können beliebig beschichtet werden, ein Beschichten der Welle entfällt.
Dies kann eine separate Fertigung der Radiallager ermöglichen. Darüber hinaus reduzieren sich das Gewicht der Antriebswelle und das Gewicht des Radiallagers. Insgesamt können der Logistikaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Bearbeitung der nun kleineren Bauteile, d.h. Radiallager und Antriebswelle, getrennt voneinander ermöglicht werden. Dadurch können klei- nere Fertigungsanlagen genutzt werden, was die Fertigungskosten weiter reduzieren kann. Darüber hinaus kann die Fertigungspräzision erhöht werden und die Radiallager können separat individuell beschichtet werden. Dadurch ergeben sich auch hinsichtlich der Be- schichtung weitere Möglichkeiten, wie z.B. Tauchen/Badbehandlung, da eine direkte Be- schichtung auf der Wellenoberfläche nicht mehr notwendig ist. Auch kommt es nicht mehr zu Verzug durch Schweißen und es sind keine Reinigungsarbeiten nötig, die bei konventionellen Konzepten nach dem Verschweißen anfielen.
Das komplexe konventionelle System kann somit durch Ausführungsbeispiele in mehrere vereinfachte Teilsysteme zerlegt werden. Die einzelnen Teilsysteme können aufwands- günstiger bearbeitet werden, bzw. können erst aufgrund der Zerlegung bestimmten Pro- zess- oder Bearbeitungsschritten zugänglich gemacht werden. Dies kann eine bessere Anpassung bzw. Optimierung der Prozesse an die Teilsysteme und damit eine Kostenreduktion ermöglichen. Zudem erleichtert sich die Montage und Demontage der Radiallager und der Antriebswelle. Stillstandszeiten der Anlage können reduziert werden, insbesondere dadurch, dass nunmehr Lagerwechsel vor Ort möglich sind. Auch wird durch Ausführungsbeispiele eine Lageraufbereitung ohne großen Logistikaufwand möglich. Dadurch kann eine Kostenreduktion bei Herstellung - Montage und Wartung erzielt werden. In Ausführungsbeispielen kön- nen Lager separat bearbeitet werden, dadurch werden tribologisch günstigere Oberflächengestaltung möglich, sowie beispielsweise ein Einbringen von anwendungsgerechten Schmiernuten und Bohrungen erleichtert. Darüber hinaus können Schmierstoffleitungen und Zuführsysteme für Schmierstoffe leichter in das System eingebracht werden, wodurch sich letztendlich wiederum der Wartungsaufwand und damit die Betriebskosten senken lassen können.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der bei- liegenden Figuren im Detail erläutert. Es zeigen
Figuren la-d Ausführungsbeispiele von Lagerringen, bzw. Lagerringsegmenten, und Antriebswellen; Figur 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lagerrings, bzw. von Lagerringsegmenten;
Figur 2b die Verkürzung einer Antriebswelle in einem Ausführungsbeispiel; Figur 2c ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagram eines Montageverfahrens; und Figur 3 ein konventionelles Unterwasserkraftwerk.
Die Figur la zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lagerrings 110, 110a, bzw. eines Lager- ringsegments 110, 110a. Unter einem Lagerringsegment 110, 110a wird im Folgenden ein Teil eines Lagerrings 110, 110a verstanden. Das Lagerring segment kann demnach beispielsweise einen gewissen Winkelbereich eines Lagerrings 110, 110a umfassen, d.h. in Ausführungsbeispielen können mehrere gleiche oder auch ungleiche Lagerring segmente einen Lagerring bilden. Ausführungsbeispiele sind nicht auf eine bestimmte Unterteilung eines Lagerrings in Lagerringsegmente beschränkt, es sind beliebige axiale und auch radiale Segmentierungen denkbar.
In der Figur la ist dabei das gesamte Radiallager 100 mit einem Innenring 110a und einem Außenring 140 dargestellt. In anderen Worten ist der Lagerring 110, 110a, bzw. das Lager- ringsegment 110, 110a, in dem Ausführungsbeispiel der Figur la als Lagerinnenring 110a, bzw. als Lagerinnenringsegment 110, 110a, ausgeführt. Bei der folgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen wird Bezug auf einen Lagerring genommen, wobei sich die Ausführungen ebenso auf ein Lagerring segment beziehen. Auf einer Wiederholung gleicher Ausführungen für einen Lagerring und ein Lagerringsegment kann teilweise zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet werden. Dies betrifft ebenso Ausführungen hinsichtlich des Flansches bzw. eines Flanschsegmentes.
Die Figur la zeigt darüber hinaus einen Teil der Antriebswelle 130. Der Lagerring
110, 110a für das Radiallager 100 für eine Antriebswelle 130 des Unterwasserkraftwerks weist an einem axialen Ende einen Flansch 120 auf, wobei der Flansch 120 eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Lagerrings 110, 110a an der Antriebswelle 130 aufweist. Die Befestigungsmöglichkeit kann beispielsweise Befestigungsmittel, wie z.B. Bohrungen, Gewinde, Schweißbolzen, Schweißmuttern, Schrauben, Stege oder Nuten, Klem- men, etc. umfassen.
Unter einem Flansch sei hier ein Steg, eine Nase, eine Feder, ein Fortsatz o.ä. verstanden, der zur Befestigung an einem anderen Bauelement dient. Das jeweilige andere Bauelement kann dabei ebenfalls Befestigungsmittel oder Befestigungsmöglichkeiten wie Bohrungen, Gewinde, Schrauben, Schweißbolzen, Stege oder Nuten, Klemmen etc. aufweisen.
Darüber hinaus kann der Flansch 120 in Ausführungsbeispielen Nuten, Stege, oder eine Verzahnung aufweisen, um beispielsweise einen sicheren Eingriff an der Antriebswelle und eine gegen ein Verdrehen gesicherte Verbindung mit der Antriebswelle zu erreichen.
In Ausführungsbeispielen kann der Lagerring 110 als Lagerinnenring 110a, wie in der Figur la gezeigt, oder Lageraußenring 110b ausgeführt sein. Die Figur lb zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem der Lagerring 110, 110b als Lageraußenring 110b ausgebildet ist. In anderen Worten ausgedrückt, kann der Flansch 120 auch an einem Lageraußenring 110b angebracht sein. In der Figur lb ist der Lagerinnenring mit den Bezugszeichen 140 gekennzeichnet.
Wie in den Ausführungsbeispielen, die in den Figuren la und lb dargestellt sind, zu erkennen ist, kann sich der Flansch 120 entlang der Rotationsachse des Lagers 100, das heißt in axialer Richtung, erstrecken. Wie die oben aufgeführten Ausführungsbeispiele zeigen, kann der Flansch 120 zumindest teilweise die Antriebswelle 130 umschließen und mit dieser beispielsweise verschraubt, vernietet, o.ä. werden. Da in Ausführungsbeispielen auch Hohlwellen zum Einsatz kommen, ist es darüber hinaus denkbar, dass der Flansch 120 auch in die Antriebswelle 130 hineinragt und von innen an der Antriebswelle 130 befestigt wird. Die Antriebswelle 130 kann in Ausführungsbeispielen über radiale Befestigungsbohrungen verfügen. Je nachdem, ob der Flansch 120 die Antriebswelle 130 innen oder außen überlappt, können die Befestigungsbohrungen oder allgemein die Befestigungsmittel innen oder außen an der Antriebswelle 120 vorgesehen sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Figur lc gezeigt. Die Figur lc zeigt wiederum ein Radiallager 100 mit einem Lagerring 110, 110a, der hier als Lagerinnenring 110a ausgebildet ist. Die Figur lc zeigt darüber hinaus einen Lageraußenring 140. In diesem Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus der Flansch 120 zu erkennen, der hier auch über eine radiale Ausdehnung verfügt. Die radiale Ausdehnung des Flansches 120 ermöglicht eine Befestigung an der Stirnseite der Antriebswelle 130, die dann beispielsweise Befestigungsbohrungen in axialer Richtung aufweisen kann.
Die Figur ld zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Lagerring 110, 110b als Lageraußenring 110b ausgebildet ist. Auch hier ist zu erkennen, dass der Flansch 120 neben einer axialen Ausdehnung auch eine radiale Ausdehnung aufweist. Denkbar sind auch andere Ausführungsbeispiele, bei denen der Flansch 120 lediglich eine radiale Ausdehnung aufweist, das heißt nicht primär in axialer Richtung von dem Lagerring 110 weg ragt. In anderen Worten, kann der Lagerring 110 in Ausführungsbeispielen einen Flansch 120 auf- weisen, der sich in axialer und/oder in radialer Richtung erstreckt.
Ausführungsbeispiele können auch ein Lagerringsegment 110; 110a; 110b für ein Radiallager 100 für eine Antriebswelle 130 eines Unterwasserkraftwerks umfassen, das an einem axialen Ende einen Flansch 120 oder ein Flanschsegment 120 aufweist, wobei der Flansch 120 oder das Flanschsegment 120 eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Lagerringsegments 110;110a;l 10b an der Antriebswelle 130 aufweist. Auch das Lagerringsegment 110; 110a; 110b kann als Lagerinnenringsegment 110a oder als Lageraußenringsegment 110b ausgeführt sein. Der Flansch 120 oder das Flanschsegment 120 kann sich in Ausführungsbeispielen in axialer und/oder in radialer Richtung erstrecken.
Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch ein Lager 100, z.B. ein Gleit- oder Wälzlager 100, welches einen der oben genannten Lagerringe 110, 100a, 110b bzw. Lagerringsegmente 110, 100a, 110b aufweist. Die Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem auf der linken Seite ein Ausschnitt eines Lagers 100 gezeigt ist. Von dem Lager 100 ist der Lagerring 110 zu sehen. Es ist ferner zu erkennen, dass der Lagerring 110 einen Flansch 120 aufweist, über den der Lagerring 110 an die Antriebswelle 130 befestigt werden kann. In der Figur 2a ist ferner zu erkennen, dass sowohl der Flansch 120 als auch die Antriebswelle 130 über Bohrungen verfügen, über die eine Verschraubung vorgenommen werden kann. Beispielsweise können hier Schrauben vom Typ M 8 - 24 zum Einsatz kommen. In Ausführungsbeispielen können die Bohrungen beispielsweise einen Durchmesser größer gleich 8 - 50mm, z. B. 10 mm, 20 mm oder 30 mm aufweisen.
Der Lagerring 110 selbst kann in Ausführungsbeispielen einen Außendurchmesser von beispielsweise 2200 mm aufweisen, wobei in der Figur 2a der Außenradius 155 zur Rotationsachse 145 des Lagers dargestellt ist. Generell kann der Außendurchmesser (doppelter Außenradius 155) auch größer gleich 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 oder 10000 mm sein. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Innendurchmesser, welcher dem doppelten Innenradius 150 gemäß Figur 2a entspricht, des Lagerrings 110 etwa 1800 mm. In Ausführungsbeispielen kann der Innendurchmesser (doppelter Innenradius 150) des Lagerrings 110 auch größer gleich 50, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 oder 10000 mm sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der Innendurchmesser des Lagermantels 2000 mm umfassen, dies entspricht dem doppelten Innenradius 160 des Lagermantels gemäß Figur 2a. In anderen Worten ausgedrückt, kann der Lagerring 110 eine Mantel stärke von 200 mm aufweisen. In Ausführungsbeispielen sind aber auch doppelte Innenradii 160 des Lagermantels größer gleich 80, 100 , 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 oder 10000 mm denkbar. Die Mantel stärke des Lagerrings 110 kann in Ausführungsbeispielen auch größer gleich 50, 100, 200, 300oder 400 mm sein.
Die Lagerhöhe 170, d.h. die axiale Erstreckung des Lagerrings 110, kann beispielsweise 1000 mm betragen. In Ausführungsbeispielen sind aber auch Lagerhöhen 170 größer gleich 100, 200, 300, 500 , 1000, 2000, 3000 oder 4000 mm denkbar.
Wie bereits oben erläutert, können Ausführungsbeispiele auch eine Antriebswelle 130 für ein Unterwasserkraftwerk umfassen, die an zumindest einem axialen Ende Befestigungsmittel oder eine Befestigungsmöglichkeit für den Flansch 120 eines Lagerrings 110 auf- weist. Die Antriebswelle 130 kann axiale und oder radiale Bohrungen aufweisen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 130 selbst wiederum einen Flansch umfassen, um an dem Lagerring 110 oder dessen Flansch 120 befestigt zu werden. In Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 130 auch Verzahnungen als Befestigungsmittel für den Flansch 120 oder dessen Segmente aufweisen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 130 auch Bohrungen und eine zusätzliche Verzahnung aufweisen.
Die Figur 2b zeigt einen Ausschnitt aus einem konventionellen Unterwasserkraftwerk, insbesondere den Bereich der Antriebwelle 325, 130. Die beiden punktierten Linien 180, 190 zeigen dabei an, welcher Teil der Antriebswelle in Ausführungsbeispielen eingespart werden kann, bzw. dass die Antriebwelle 130 in Ausführungsbeispielen zumindest um den Bereich gekürzt werden kann, in dem bei konventioneller Lagerung der Lagerinnenring auf der Antriebswelle angebracht war.
Ausführungsbeispiele umfassen auch ein Montageverfahren für ein Unterwasserkraftwerk mit einem Schritt des Anflanschens eines Lagerrings 110 eines Lagers 100 an eine Antriebswelle 130. In Ausführungsbeispielen kann das Montageverfahren auch einen Schritt des Zusammensetzens eines Lagerrings 110 aus Lagerring Segmenten umfassen. Ein Ausführungsbeispiel eines Montageverfahrens ist schematisch anhand eines Ablaufdiagramms in der Figur 2c dargestellt. Ein Montageverfahren kann einen Schritt 210 des Zusammenführens eines Lagerrings 110 mit einer Antriebswelle 130 umfassen. In einem weiteren Schritt 220 kann dann ein Anflanschen des Lagerrings 110 an die Antriebswelle 130 erfolgen, beispielsweise durch Verschrauben oder Vernieten. Dabei können der Lagerring 120 und/oder die Antriebswelle einen Flansch aufweisen. Optional können auch noch weitere Schritte erfolgen wie beispielsweise ein Schritt 230 des Montierens eines weiteren Lagerrings zum Komplettieren des Lagers 100 oder ein Schritt 240 des Montierens der gesamten Einheit in ein Gehäuse, z.B. in eine Maschinengondel. Bezugszeichenliste
100 Lager
100a Lagerinnenring
100b Lageraußenring
120 Flansch
130 Antriebswelle
140 Lagerring
145 Rotationsachse
150 Innenradius des Lageraußenrings
155 Außenradius
160 Innenradius des Lagermantels
170 Lagerhöhe
180 Trennlinie Verkürzung
190 Trennlinie Verkürzung
210 Zusammenführens eines Lagerrings 110 mit einer Antriebswelle 130
220 Anflanschen des Lagerrings 110 an die Antriebswelle 130
230 Montieren eines weiteren Lagerrings zum Komplettieren des Lagers
240 Montierens der Einheit in ein Gehäuse
300 Maschinengondel
305 Haube
310 Wasserturbine
315 Segment
320 Segment
325 Antriebswelle
330 Segment
335 Generator
340 Haube
345 Radialgleitlager
350 Radialgleitlager
355 Axialgleitlager
360 Axialgleitlager
365 Spurscheibe

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Lagerringsegment, Lagerring, Lager, Antriebswelle und
Montageverfahren
Ein Lagerringsegment (110; 110a; 110b) für ein Radiallager (100) für eine Antriebswelle (130) eines Unterwasserkraftwerks, das an einem axialen Ende einen Flansch (120) aufweist, wobei der Flansch (120) eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Lagerringsegments (110;110a;l 10b) an der Antriebswelle (130) aufweist.
Das Lagerring segment (110; 110a; 110b) gemäß Anspruch 1, das als Lagerinnenringsegment (110a) oder Lageraußenringsegment (110b) ausgeführt ist.
Das Lagerring segment (110; 110a; 110b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche bei dem sich der Flansch (120) in axialer Richtung erstreckt und/oder bei dem sich der Flansch (120) in radialer Richtung erstreckt.
Ein Lagerring (110; 110a; 110b) für ein Radiallager (100) für eine Antriebswelle (130) eines Unterwasserkraftwerks, der an einem axialen Ende einen Flansch (120) aufweist, wobei der Flansch (120) eine Befestigungsmöglichkeit zur Befestigung des Lagerrings (110;110a;l 10b) an der Antriebswelle (130) aufweist.
Der Lagerring (110; 110a; 110b) gemäß Anspruch 4, der als Lagerinnenring (110a) oder Lageraußenring (110b) ausgeführt ist.
Der Lagerring (110; 110a; 110b) gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5 bei dem sich der Flansch (120) in axialer Richtung erstreckt und/oder bei dem sich der Flansch (120) in radialer Richtung erstreckt.
7. Der Lagerring (110;110a;l 10b) oder das Lagerring segment (110;110a;l 10b) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Lagerringdurchmesser von wenigstens 100, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 oder 10000 mm.
8. Ein Lager (100) mit einem Lagerring (110; 110a; 110b) oder einem Lagerring segment (110; 110a; 11 Ob) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
9. Eine Antriebswelle (130) für ein Unterwasserkraftwerk, die an zumindest einem axialen Ende eine Befestigungsmöglichkeit für einen Flansch (120) eines Lagerrings (110;110a; 110b) aufweist und/oder
als Befestigungsmöglichkeit wenigstens eine axiale und/oder eine radiale Bohrung aufweist.
10. Ein Montageverfahren für ein Unterwasserkraftwerk mit folgendem Schritt
Anflanschen eines Lagerrings (110) eines Lagers (100) an eine Antriebswelle (130).
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