DD229488A1 - SHIP PRESSURE BEARING WITH A DEVICE FOR MEASURING THE AXIAL PUSH - Google Patents

Abstract

Um eine einfache, betriebssichere, fernbedienbare und im Dauerbetrieb wartungsfreie Axialschubmessvorrichtung fuer Schiffsdrucklager mit sicherer Axialwegbegrenzung von geringer Einbauhoehe zu schaffen, werden die auf den Schubsegmenthalter sowie das Drucklagergehaeuse einwirkbaren und untereinander kommunizierenden Druckkammern am Schubsegmenthalter oder am Drucklagergehaeuse angeordnet und von metallischen, im/in Teilbereich/en des Querschnitts biegeelastisch und verformbar ausgefuehrten und in den verbleibenden Teilbereichen des Querschnitts druckfest und biegesteif gestalteten Membranen fest oder loesbar abgedeckt und die Druckkammern untereinander und/oder mit einem thermohydraulischen Druckerzeuger zu einem in sich geschlossenen hydraulischen System kanal- oder leitungsverbunden. Fig. 3In order to provide a simple, reliable, remote-controlled and continuously maintenance-free Axialschubmessvorrichtung for ship thrust bearing with safe Axialwegbegrenzung of low installation height, acting on the thrust segment holder and the Drucklagergehaeuse and mutually communicating pressure chambers on the thrust segment holder or Drucklagergehaeuse are arranged and metallic, in / in part / en the cross-section elastically bendable and deformable executed and in the remaining portions of the cross-section flameproof and rigid design membranes tightly or loesbar covered and the pressure chambers together and / or with a thermohydraulic pressure generator to a self-contained hydraulic system channel or line connected. Fig. 3

Description

Titelnder trfindungTitle of the invention

Schiffsdrucklager mit einer Einrichtung zur Messung des AxialschubesShip thrust bearing with a device for measuring the axial thrust

Anwendungsgebiet der ,Erf.Ladung.Field of application of the, Erf.Ladung.

Die Erfindung betrifft Schiffsdrucklager mit Einrichtungen zur Aufnahme und Messung von Axialkräften, insbesondere des Axialschubes rotierender Wellen mit dem Ziel einer einfachen betriebssicheren Kurzzeit- und Dauermessung. Vorzugsweise soll diese Vorrichtung in separate oder in Getriebe und Antriebsmaschinen integrierte Axialdrucklager auf Schiffen zur Messung des Propellerschubes genutzt werden.The invention relates to marine thrust bearing with facilities for receiving and measuring axial forces, in particular the axial thrust of rotating shafts with the aim of a simple reliable short-term and continuous measurement. Preferably, this device should be used in separate or in transmission and drive integrated Axialdrucklager on ships to measure the propeller thrust.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt sind verschiedene mechanische, hydraulische und elektrische Schubmeßvorrichtungen, die in ihrem Aufbau relativ kompliziert sind und nicht genügend wartungsfrei im Dauerbetrieb arbeiten. Es sind auch Axialschubmesser für Einscheiben-Drucklager bekannt (DR-PS 601 405; DD-PS 64 592), die Hydrauliksysteme und Druckzylinder verwenden, jedoch zusätzliche Abdichtungen und mechanische Anstellvorrichtungen erfordern. Außerdem sind sogenannte Simplex-Propellerschubmeßanlagen bekannt, die mit Hilfe von hydraulischen Druckkolben und Kolbenpumpen einen Axialschub entsprechend der Größe des Propellerschubes erzeugen. Alle bekannten Systeme konnten jedoch ioi praktischen Schiffsbetrieb nicht allgemein verwendet werden, da infolge der schwierig kontrollierbaren Axialverschiebung und der zusätzlichen Überwachung des Verschiebeweges die Sicherheit der Schubübertragung beeinträchtigt wird.Various mechanical, hydraulic and electrical Schubmeßvorrichtungen are known, which are relatively complicated in construction and not enough maintenance-free in continuous operation. There are also known axial thrust blade for single-disc thrust bearing (DR-PS 601 405, DD-PS 64 592), the hydraulic systems and pressure cylinder use, but require additional seals and mechanical Anstellvorrichtungen. In addition, so-called simplex Propellerschubmeßanlagen are known which generate by means of hydraulic pressure piston and piston pumps an axial thrust according to the size of the propeller thrust. However, all known systems could not generally be used in practical ship operation because, due to the difficult to control axial displacement and the additional monitoring of the displacement, the safety of shear transmission is compromised.

Weiter sind hydraulische Kraftmeßvorrichtungen und thermonydraulische Druckerzeuger für die Anforderungenüdes Schiffsbetriebes entwickelt worden, die diese Nachteile nicht mehr aufweisen. Diesen Systemen ist die direkte oder indirekte Messung der auf einen raumfesten Bezugspunkt bzw. raumfeste Bezugsebene wirkenden Schubkraft gemeinsam. Infolge der Abmessungen und Zusatzkonstruktionen sind jedoch auch diese Lösungen für den allgemeinen Einbau und Betrieb noch nicht ausreichend geeignet.Further, hydraulic force measuring devices and thermo-hydraulic pressure generators have been developed for the requirements of the ship's future, which no longer have these disadvantages. These systems have in common the direct or indirect measurement of the thrust force acting on a spatially fixed reference point or space-fixed reference plane. Due to the dimensions and additional designs, however, these solutions are not yet sufficiently suitable for general installation and operation.

Ziel der Erfindung Z iel the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache, betriebssichere fernbedienbare und im Dauerbetrieb wartungsfreie Axialschubmeßvorrichtung für Schiffsdrucklager mit sicherer Axialwegbegrenzung von geringer Einbauhöhe zu schaffen.The aim of the invention is to provide a simple, reliable remote-controlled and maintenance-free Axialschubmeßvorrichtung for ship thrust bearing with safe Axialwegbegrenzung low installation height.

Das Schiffsdrucklager mit Schubmeßeinrichtungen soll die unverminderte Zuverlässigkeit der bewährten Drucklager ohne Schub-Messung haben, infolge geringer Axialverschiebung der Druckwelle bei Messungen keine zusätzlichen Axialwegbegrenzungen erfordern und keinen zusätzlichen Verschleiß- verursachen, fernbedienbar sein, zwischen den Messungen keine Wirkungen im Schublager erzeugen, jedoch im Schiffsbetrieb jederzeit funktionsbereit sein. Mit Hilfe des Schiffsdrucklagers mit Schubmeßeinrichtung soll in Kombination mit Leistungsmessungen der jeweilige Umwandlungsgütegrad der Wellendrehleistung in Schub ermittelbar sein.The ship thrust bearing with Schubmeßeinrichtungen should have the undiminished reliability of the proven thrust bearing without thrust measurement, due to low axial displacement of the pressure wave during measurements require no additional Axialwegbegrenzungen and cause no additional wear, be remote controlled, generate between the measurements no effects in thrust bearing, but in ship operation be ready to work at any time. With the help of the ship's thrust bearing with shear measuring device in combination with power measurements, the respective degree of conversion efficiency of the shaft rotational power in thrust can be determined.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schiffsdrucklager mit einer Einrichtung zur Messung des Axialschubes zu schaffen, bei dem die Nutzung der durch Temperaturerhöhungen einer abgeschlossenen Flüssigkeitsmenge bewirkten Volumen- und Druckzunahmen in Verbindung mit elastischen Formänderungen von metallischen 3iegemembranen möglich ist und bei dem derart flüssigkeitsgefüllte und kommunizierend verbundene Hohlräume mit Axialschubsegmentträgern oder Drucklagergehäusen gebildet werden, daß bereits bei relativ kleinen Formänderungen der Membranen undThe object of the invention is to provide a ship thrust bearing with a device for measuring the axial thrust, in which the use of caused by temperature increases a sealed amount of liquid volume and pressure increases in conjunction with elastic shape changes of metallic 3iegemembranen is possible and in such a liquid-filled and communicating connected cavities are formed with Axialschubsegmentträgern or thrust bearing housings that even with relatively small changes in shape of the membranes and

kleinen Axialverschiebungen der Druckwelle Kräftegleichheit eintritt zwischen dem Axialschub und der durch die Meiabrandurchbiegung und das Hydrauliksystem bewirkten Kraft.Small Axialverschiebungen the pressure wave equality of forces occurs between the axial thrust and caused by the Meiabrandurchbiegung and the hydraulic system force.

Erfindungsgemäö wird die Aufgabe gemäß dem Wortlaut des Erfindungsanspruches gelöst. Für die hauptsächlich vorgesehenen Einscheibenaxialdrucklager auf Schiffen besteht der erfinderische Gedanke also in der Verwendung von flachen, der erwünschten Durchbiegung entsprechend besonders geformten Membranen, die in einfacher Weise am Axialschubsegmentträger oder an Drucklagergehäuse angebracht werden können und kleine Flüssigkei tsvolunien bei Vermeidung störanfälliger Rohrverbindungen kommunizierend abschließen.According to the invention, the object is achieved according to the wording of the claim of the invention. So for the mainly provided Einscheibenaxialdrucklager on ships of the inventive concept involves the use of flat, the desired deflection according specially shaped membranes that can be attached to the Axialschubsegmentträger or thrust bearing housing in a simple manner and small Flüssigkei tsvolunien finish while avoiding interference-prone pipe connections communicating.

Der weitere Gedanke der erfinderischen Lösung besteht in der dosierten Volumen- und Druckänderung der von den biegeelastischen Membranen abgegrenzten Flüssigkeit durch Temperatur-Veränderung, wobei die Wärmezufuhr unmittelbar an den Druckmembranträger (Segmentträger oder Druckgehäuse) oder zur Vermeidung von Lagertemperaturanderungen unter Verwendung eines separaten thermohydraulisehen Druckerzeugers erfolgt.The further idea of the inventive solution consists in the metered change in volume and pressure of the delimited by the flexurally elastic fluid fluid by temperature change, the heat is applied directly to the pressure membrane carrier (segment carrier or pressure housing) or to avoid storage temperature changes using a separate thermohydraulisehen pressure generator ,

Ausführun g,s b_e_i_s p_i_e_l Execution , s b_e_i_s p_i_e_l

Die erfinderische Lösung wird am 3eispiel eines Einscheiben-Kippsegment-Axialdrucklagers für Schiffsantriebsanlagen an Fig. 1 bis Fig. 3 erläutert. Oie Druckwelle ist mit der Druckwellenscheibe 1 im Drucklagergehäuse 2, 3 und den Grundlagerschalen 4, 5, 6 mit einem begrenzten axialen Spiel A x gelagert. Der durch die Drehleistung P„ erzeugte Axialschub F wird über die Druckwellenscheibe 1 und Axialschub-Kippsegmente 8, 11, die durch Kippsegmentbolzen 9, 12 oder andere Lagerungen sel'osteinstellend sind und über axial verschiebliche Axialschub-Kippsegmenthalter 7, 10 an das Drucklagergehäuse 2 übertragen.The inventive solution is explained on the example of a single-disc tilting-thrust-axial thrust bearing for ship propulsion systems on Fig. 1 to Fig. 3. Oie pressure wave is stored with the pressure wave washer 1 in the thrust bearing housing 2, 3 and the basic bearing shells 4, 5, 6 with a limited axial clearance A x. The axial thrust F generated by the rotational power P "is transmitted to the thrust bearing housing 2 via the thrust washer 1 and axial thrust tilting segments 8, 11, which are self-adjusting by tilting segment bolts 9, 12 or other bearings, and via axially displaceable axial thrust tilting pad holders 7, 10 ,

Sei einer vorzugsweisen Ausführung ist der Axialschub-Kippsegmenthalter 10 im Drucklagergehäuse gesondert gelagert und nicht mit der Grundlagerschale 5 verbunden, so daß eine separate Axialverschiebung des Kippsegmenthalters 10 gewährleistet ist. Eine andere Ausführungsvariante sieht feststehende Schubstückhalter und axial verschiebliche Axialschub-Kippsegmente vor.In a preferred embodiment, the Axialschub Kippsegmenthalter 10 is stored separately in the thrust bearing housing and not connected to the basic bearing shell 5, so that a separate axial displacement of the Kippsegmenthalters 10 is ensured. Another embodiment provides fixed thrust piece holders and axially displaceable axial thrust tilting segments.

Zur Messung des Vorausschubes ist der Axialschub-Kippsegmenthalter IO an seiner axialen Abstützfläche zum Drucklagergehäuse 2 derart mit biegeelastischen Schubmeßmembranen 13 versehen, daß durch Bohrungen 14 kommunizierend verbundene abgeschlossene flüssigkeitsgefüllte Räume gebildet werden. Bei dosierter Wärmezufuhr zur abgegrenzten Flüssigkeitsmenge oder Zufuhr einer dosiert zugeführten, entsprechend kleinen Druckflüssigkeitsmenge erfolgt infolge der Druckerhöhung eine entsprechend begrenzte Formänderung der biegeelastischen Membrane, bis die Druckkraft dem Axialschub F entspricht.To measure the advance thrust of the axial thrust Kippsegmenthalter IO is provided at its axial support surface to the thrust bearing housing 2 with such a flexural shear diaphragm 13 that communicating through holes 14 closed liquid-filled spaces are formed. With metered heat supply to the limited amount of liquid or supply of a metered supplied, correspondingly small amount of pressurized fluid due to the pressure increase a correspondingly limited change in shape of the flexurally elastic membrane until the pressure force corresponds to the axial thrust F.

Die biegeelastischen Membranen können in der erforderlichen Anzahl symmetrisch als kommunizierend verbundene Einzelmembranen durch Schweißverbindungen oder in anderer Art als Ringmembrane am Kippsegmenthalter angeordnet sein, ζ.. 3. 13a bis 13j Fig. 2, oder bei anderen Ausführungsvarianten durch biegeelastische Kippsegrnenthalter gebildet werden. Die Ausbildung von biegeelastischen Kippsegmenthaltern und die Anordnung von Einzelmembranen nach der erfinderischen Lösung ermöglichen eine Nachrüstung üblicher Axialdrucklager mit Schubmeßeinrichtungen ohne Veränderung der Drucklagergehäuse. Bei geeigneten Konstruktionen des Drucklagergehäuses können die biegeelastischen Konstruktionselemente auch am Drucklagergehäuse 2 angeordnet sein.The flexurally elastic membranes can be symmetrically arranged in the required number as communicatively connected individual membranes by means of welded connections or in other ways as ring membranes on the tilting segment holder, or in other variants by bending-elastic tilting element holders. The formation of bending elastic Kippsegmenthaltern and the arrangement of individual membranes according to the inventive solution allow retrofitting conventional thrust bearing with Schubmeßeinrichtungen without changing the thrust bearing housing. In suitable constructions of the thrust bearing housing, the flexurally elastic construction elements can also be arranged on the thrust bearing housing 2.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und Fig. 2 zeigt eine Kombination von elastischen metallischen Biegelementen, abgeschlossenen Flüssigkeitsräumen und gesondertem tnermohydraulischem Druckerzeuger 15. Bei dieser Variante wird der Axialschub im Dauerbetrieb durch Flächen des Kippsegmenthalters 10 oder dem biegesteifen Rand der Membranen 13 an das Drucklagergehäuse 2 übertragen. Durch Temperaturerhöhung im thermohydraulischen Druckerzeuger 15, dessen Flüssigkeitsraum kommunizierend 16, 14 mdt den Flüssigkeitsräumen des Kippsegmenthalters verbunden ist, erfolgt der temperaturabhängige Druckanstieg bei geringer Längenverschiebung auf die dem Axialschub proportionale Größe.The embodiment of FIG. 1 and FIG. 2 shows a combination of elastic metallic bending elements, sealed liquid spaces and separate thermohydraulic pressure generator 15. In this variant, the axial thrust in continuous operation by surfaces of the tilting segment holder 10 or the rigid edge of the membranes 13 to the thrust bearing housing. 2 transfer. By increasing the temperature in the thermohydraulic pressure generator 15 whose fluid space is communicating 16, 14 mdt connected to the liquid spaces of Kippsegmenthalters, the temperature-dependent pressure increase takes place at a small length displacement to the axial thrust proportional size.

Beim Ausführungsbeispiel hat der Kippsegmenthalter 3 EinschweiS-membrane 13a, 13e von 200 mm Wirkdurchmesser, 10 mm Randdicke und 1,5 mm i'vlembr and icke. Eine Axialverschiebung von ^\x = 0,1 mmIn the exemplary embodiment, the tilting-segment holder 3 has welding-in membrane 13a, 13e of 200 mm effective diameter, 10 mm edge thickness and 1.5 mm thick rim. An axial displacement of ^ \ x = 0.1 mm

5/5 /

erfordert eine dosierte Volumenzunahne der eingeschlossenen Druckölmenge von weniger als 20 cm³, bei einem Druck von etwa 10 MPa und einer Axialkraft von etwa 750 kN. Der therniohydraulisehe Druckerzeuger bewirkt bei einem Füllvolumen von 10 1 (10 cm³) Hydrauliköl mit einem kubischen Ausdehnungskoeffizienten oC = 0,74 . 10 /grad bereits bei einem /\ T von 10⁰C einen Volumenzuwachs von «d V = et, . . Vo . .Λ T = 74 cm ³ Unter Abzug der temperatur- und druckbedingten Vergrößerung der Druckbehälter sowie der Ölkompressibilität sind die erforderlichen Volumen- und Druckzunanmen innerhalb zl T - 35°C ausreichend, so daß genügend Reserven durch größere Temperaturdifferenzen oder größere Füllmengen für höhere Axialschube oder Axialwege verfügbar sind.requires a metered volume tampon of the enclosed amount of pressurized oil of less than 20 cm ³ , at a pressure of about 10 MPa and an axial force of about 750 kN. The therniohydraulisehe pressure generator causes with a filling volume of 10 1 (10 cm ³ ) hydraulic oil with a cubic expansion coefficient oC = 0.74. 10 / c already at a / \ T of 10 ⁰ C a volume increase of «d V = et,. , Vo. Λ T = 74 cm ³ With deduction of the temperature and pressure increase of the pressure vessels and the oil compressibility, the required volume and pressure increases within zl T - 35 ° C are sufficient, so that sufficient reserves due to larger temperature differences or larger quantities for higher Axialschube or Axial routes are available.

Fig. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel für Membrane mit biegesteifem Rand und Fig. 3b zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit biegeweichem Membranrand.Fig. 3a shows an embodiment for membranes with rigid edge and Fig. 3b shows another embodiment with flexible membrane edge.

Claims (6)

Erf indungjsanspruchErf indungjsanspruch 1. Schiffsdrucklager mit einer Einrichtung zur Messung des Axialschubes snit zwischen der Druckwellenscheibe und dem Drucklagergehäuse angeordnetem Schubsegmenthalter, auf dem die Schubelemente der Druckwellenscheibe zugewandt kippbar gelagert sind, und mit auf den Schubsegmenthalter sowie das Drucklagergehäuse einwirkbaren und miteinander kommunizierenden Druckkammern, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckkammern am Schubsegmenthalter oder am Drucklagergehäuse angeordnet und von metallischen/ im/in Teilbereich/en des Querschnitts biegeelastisch und verformbar ausgeführten und in den verbleibenden Teilbereichen des Querschnitts druckfest und biegesteif gestalteten Membranen fest oder lösbar abgedeckt sind und daß die Druckkammern untereinander und/oder mit einem thermohydraulischen Druckerzeuger zu einem in sich geschlossenen hydraulischen System kanal- oder leitungsverbunden sind.1. ship thrust bearing with a device for measuring the axial thrust snit between the pressure wave washer and the thrust bearing housing arranged thrust segment holder on which the thrust elements of the pressure wave plate facing tiltably mounted, and with acting on the thrust segment holder and the thrust bearing housing and communicating with each other pressure chambers, characterized in that Pressure chambers arranged on the thrust segment holder or on the thrust bearing housing and of metallic / in / Teilbereich / s cross-section bending elastic and deformable executed and in the remaining portions of the cross section pressure resistant and rigid design membranes are fixed or detachable covered and that the pressure chambers with each other and / or thermohydraulic pressure generator to a self-contained hydraulic system channel or line connected. 2. Schiff sdrucklager nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Membranen im Randbereich druckfest und biegesteif und zur Mitte hin biegeelastisch und verformbar ausgeführt sind.2. Ship pressure bearing according to item 1, characterized in that the membranes are pressure-resistant and rigid in the edge region and designed to be bendable elastic and deformable towards the middle. 3. Schiff sdrucklager nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Membranen im Randbereich elastisch und verformbar und zur Mitte hin druckfest und biegesteif ausgeführt sind.3. Ship pressure bearing according to item 1, characterized in that the membranes in the edge region are elastic and deformable and to the center pressure-resistant and rigid executed. 4. Schiff sdrucklager nach Punkt 1, 2 und 3, dadurch gele e η η ζ e i ch net , daß die metall ischen Membranen am Schubsegmenthalter oder am Drucklagergehäuse angeschweißt oder angedrückt sind.4. Ship pressure bearing according to item 1, 2 and 3, characterized in that η η ζ e i ch net that the metallic membranes are welded or pressed on the thrust segment holder or on the thrust bearing housing. 5. Schi Ffsdrucklager nach Punkt 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , dai3 der tnermohydraul ische Druckerzeuger separat oder im Drucklag-ergehäuse angeordnet ist5. Schi Ffsdrucklager according to item 1, 2 and 3, characterized in dai3 the tnermohydraul ische pressure generator is arranged separately or in the pressure bearing housing 6. Schiffsdrucklager nach Punkt 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr zum thermohydraulischen Druckerzeuger über Elektrowärme oder über Motorabwärme erfolgt.6. ship's thrust bearing according to item 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the heat supply to the thermohydraulic pressure generator via electric heat or via engine waste heat takes place. - Hierzu 3 Blatt Zeichnungen -- 3 sheets of drawings -