DE19514830C2 - Kippbacken-Lagervorrichtung - Google Patents
Kippbacken-LagervorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kippbacken-Lagervorrichtung
zur Lagerung einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
Im allgemeinen sind bei einer in Fig. 10 schematisch
dargestellten Kippbacken-Lagervorrichtung mehrere Backen bzw.
Gleitlagerteile (Kippbacken) 102 zur Lagerung einer drehbaren
Welle 101 in einer Umfangsrichtung geteilt und mittels Zapfen
oder Bolzen 103 an einem Lagergehäuse für Winkelbewegung ge
haltert. Im Vergleich zu einem feststehenden Lager, bei dem
jede Backe am Lagergehäuse fest angebracht ist, besitzt die
Kippbacken-Lagervorrichtung ausgezeichnete Eigenschaften
bezüglich Stabilität und dgl. Die Kippbacken-Lagervorrichtung
wurde bereits verbreitet als Lager für eine Rotationsmaschi
ne, wie einen Dampfturbinen-Stromgenerator großer Abmessun
gen, eingesetzt.
Als Schmiersystem für die Kippbacken-Lagervorrichtung
werden ein Öltauchschmiersystem und ein Düsen-Zwangsschmier
system vorgesehen. Bei jedem Schmiersystem sind Öffnungen
oder Düsenöffnungen zum Zuführen von Schmieröl zu den Lager
abschnitten zwischen den benachbarten Backen angeordnet und
Nuten zum Zuspeisen des Schmieröls zu ihnen an der Gehäuse
seite vorgesehen.
Eine derartige gattungsgemäße Kippbacken-
Lagervorrichtung vom Wellenzapfentyp mit Düsen-
Zwangsschmiersystem, wie sie aus der US-A-4497587 bekannt
ist, ist anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben.
Gemäß den Fig. 3 und 4 ist eine drehbare Welle 1 mittels
einer Anzahl von in einer Umfangsrichtung angeordneten
Kippbacken 2a-2e gelagert, die jeweils mit Hilfe fester
Positionierzapfen 3a-3e für Winkelbewegung an einem Gehäuse
6 gelagert bzw. gehaltert sind.
Die Positionierzapfen 3a-3e sind innerhalb einer
Umfangsnut 9 im Gehäuse 6 mit einem vorgegebenen gegensei
tigen Abstand in der Umfangsrichtung festgelegt. Mehrere
Ölzuführstücke 4a-4c, in denen an der Schmieröl-Einlaßseite
mehrere Düsenöffnungen 5a-5c ausgebildet sind, sind relativ
zur Rotationsrichtung A der Kippbacken 2e, 2a und 2b an den
Lagerabschnitten, die nahezu das gesamte Gewicht und die
Arbeitskraft der Welle 1 aufnehmen, angeordnet.
Das Schmieröl, das einen Ölspeisezulaß 8 an der Außen
umfangsseite des Gehäuses 6 und die Umfangsnut 9 passiert hat
und mit einer vorbestimmten Druckdifferenz vom Ölspeisezulaß
8 zugespeist worden ist, kann gleichmäßig in Richtung von
Pfeilen C0, C1, C2, C3, C4, C5 und C6 in dieser Reihenfolge
strömen und wird zu einer Schmierfläche an der Innenum
fangsfläche der Kippbacken für die Lagerung der Welle 1 zu
geführt. Das Gehäuse 6 ist dabei in einen äußeren Gehäuseteil
zur Festlegung der Ölzuführ-Umfangsnut 9 eingesetzt.
Die aus der US-A-4497587 bekannte Kippbacken-
Lagervorrichtung weist zusätzlich ein Paar voneinander axial
beabstandete, in die Innenumfangsfläche des Gehäuses
eingestochene umlaufende Nuten zur Abfuhr von Schmieröl auf.
Aufgrund der jüngsten Forderung nach Hochgeschwindig
keitseignung, Kompaktheit und höherer Betriebsleistung der
Rotationsmaschine wurde der Oberflächendruck des Lagers bei
einer solchen Kippbacken-Lagervorrichtung erhöht, so daß
unter Erhöhung des Reibungsverlusts der Schmierspalt
verkleinert wurde. Eine höhere Lagerleistung wird auch unter
noch schwereren Bedingungen gefordert. Insbesondere hat sich
aufgrund des erhöhten Reibungsverlusts eine auf die
Kippbacken wirkende Wärmemenge vergrößert, so daß sich die
Metalloberflächentemperatur der Kippbacken und die
Ölfilmtemperatur der Schmierfläche erhöht haben.
Infolgedessen besteht dabei die Gefahr eines Festfressens
unter Wärmeeinfluß. Zudem besteht dabei die Gefahr des
Auftretens instabiler Schwingung aufgrund der
Viskositätssenkung und Dämpfungsminderung des Schmieröls
infolge der erhöhten Temperatur.
Bei einer solchen herkömmlichen Kippbacken-Lagervorrich
tung können jedoch die Außenumfangsseiten (Rückseiten) der
Kippbacken 2e, 2a und 2b, die einer hohen Last oder Belastung
ausgesetzt sind, in enge Berührung mit dem Gehäuse gelangen,
wodurch der Schmierölfluß zum Stagnieren gebracht wird.
Infolgedessen erhöht sich der Wärmewiderstand, und die von
der Schmierfläche an der Seite der Innenumfangsfläche
eingeleitete Wärme kann kaum abgeführt werden. Demzufolge
tritt eine Temperaturdifferenz zwischen der Innen- und der
Außenumfangsfläche einer jeden Kippbacke auf, was zu einem
Anstieg der Metalloberflächentemperatur der Kippbacken und
einer Erhöhung der Ölfilmtemperatur an der Schmierfläche
führt. Die herkömmliche Kippbacken-Lagervorrichtung ist
mithin mit dem ernsthaften Nachteil behaftet, daß sie nicht
als Lagervorrichtung oder -anordnung bei einer Rotations
maschine einer höheren Leistung eingesetzt werden kann.
Zur Ausschaltung der geschilderten zahlreichen Probleme
bei der herkömmlichen Kippbacken-Lagervorrichtung besteht
somit die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer
Lagervorrichtung, bei der ein Temperaturanstieg der
Kippbacken sowie ein Festfressen derselben unter Wärmeeinfluß
und auch die Erzeugung der mit dem Temperaturanstieg
einhergehenden instabilen Schwingung vermieden sind und das
Schmieröl zur Gewährleistung einer stabilen, hohen
Betriebsleistung wirksam genutzt wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine Kippbacken-
Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kippbacken-
Lagervorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben
In weiterer Ausbildung der Erfindung können mehrere umlaufende bzw. Um
fangsnuten in der Außenumfangsfläche oder in der letzterer
zugewandten bzw. gegenüberstehenden Innenumfangsfläche des
Gehäuses ausgebildet sein, so daß stagnierendes Schmieröl
ohne weiteres zum Fließen gebracht wird. Zudem sind die
mehreren Düsenöffnungen kleinen Durchmessers zum Ausstoßen
des Schmieröls unmittelbar zu den Nuten oder zur Außenum
fangsfläche im Gehäuse oder in dem (den) zwischen den in der
Umfangsrichtung benachbarten Kippbacken angeordneten Ölzu
führstück(en) vorgesehen, so daß der Wärmewiderstand der
Außenumfangsfläche (einschließlich der Rückseiten) der
Kippbacke unter Erhöhung der Wärmeabfuhr und Senkung der
Bezugstemperatur herabgesetzt ist.
Da insbesondere der Strom aus den mehreren kleinen
Düsenöffnungen in Form von Düsenstrahlen vorliegt und der
Wärmeübergangskoeffizient örtlich sehr hoch ist, ist es mit
einer Verkleinerung des Durchmessers jeder Düsenöffnung und
einer Optimierung des Teilungsabstands der Anordnung möglich,
eine große Kühlwirkung mit einer kleinen Schmierölmenge
sicherzustellen.
Vorzugsweise sind eine Anzahl von einen kleinen Durch
messer aufweisenden Düsenöffnungen zum Ausstoßen des Schmier
öls unmittelbar zu den umlaufenden Nuten sowie zur Außenum
fangsfläche der Kippbacken im Gehäuse und im Ölzuführstück
vorgesehen.
Bei einer solchen Anordnung gemäß der Erfindung wird
Schmieröl einer Temperatur, die nahezu derjenigen an den
Nuten und an der Außenumfangsfläche entspricht, diesen Teilen
zugespeist, um die Abführmenge an Wärme zu vergrößern.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die einen
kleinen Durchmesser aufweisenden Düsenöffnungen und das
Ölzuführstück an einer Schmieröleinlaßseite relativ zur (in
der) Wellen-Rotationsrichtung von in einem unteren Bereich
der Lagervorrichtung angeordneten Kippbacken vorgesehen sind,
kann das Schmieröl unter Gewährleistung der Kühlwirkung zügig
oder gleichmäßig längs der Nuten und der Außenumfangsfläche
der Kippbacken fließen.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Gehäuse
Öffnungen zum Abführen des Schmieröls vom Außenumfang der
Kippbacken vorgesehen sind, kann das Schmieröl, das erwärmt
worden ist, abgeführt werden, wobei die Menge der durch das
Schmieröl abgeführten Wärme vergrößert sein kann.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittansicht einer Kippbacken-
Lagervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Vorrichtung nach Fig.
1,
Fig. 3 eine Querschnittansicht einer Kippbacken-
Lagervorrichtung nach dem Stand der Technik,
Fig. 4 eine Längsschnittansicht der Vorrichtung nach Fig.
3,
Fig. 5 eine graphische Darstellung einer Beziehung
zwischen einer Ölmenge an der Rückseite einer
Kippbacke und einer Schmierflächentemperatur zur
Verdeutlichung der Wirkung der Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 6 eine graphische Darstellung einer Beziehung
zwischen einem Wärmeübergangskoeffizienten an der
Rückseite einer Kippbacke und der Schmierflächen
temperatur zur Verdeutlichung der Wirkung der
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Stroms an einer
Kühlstrahl-Öldüsenöffnung zur Verdeutlichung der
Wirkung der Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 8 eine graphische Darstellung eines örtlichen Wärme
übergangsgradienten der Kühlstrahl-Öldüsenöffnung
zur Verdeutlichung der Wirkung der Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung der Lagebeziehung
zwischen dem Ölzuführstück und den Kühlstrahl-
Öldüsenöffnungen bei der erfindungsgemäßen Vor
richtung und
Fig. 10 eine schematische Darstellung des Konzepts der
Kippbacken-Lagervorrichtung nach dem Stand der
Technik.
Die Fig. 3 und 4 sowie 10 sind eingangs bereits
erläutert worden.
Gemäß den Fig. 1 und 2 ist eine drehbare Welle 1 mittels
mehrerer in der Umfangsrichtung geteilter Kippbacken 2a-2e
gelagert, die ihrerseits mittels fester Positionierzapfen 3a
-3e für Winkelbewegung an einer Innenumfangsfläche eines
Gehäuses 6 gelagert bzw. gehaltert sind. Die festen Posi
tionierzapfen 3a-3e sind in einem vorgegebenen gegensei
tigen Abstand in der Umfangsrichtung, d. h. Umfangsabstand, in
einer Umfangsnut 9 des Gehäuses 6 festgelegt.
Mehrere Ölzuführstücke 4a-4c, in denen jeweils mehrere
Düsenöffnungen 5a-5c an der Schmieröleinlaßseite geformt
sind, sind relativ zur Rotationsrichtung A der Kippbacken 2e,
2a und 2b, die sich an den Lagerabschnitten zum Aufnehmen
nahezu des gesamten Gewichts und der Arbeitskraft der Welle 1
befinden, angeordnet. Zudem sind im Ölzuführstück 4c mehrere
Kühlstrahl-Öldüsenöffnungen 13a ausgebildet.
Fig. 9 zeigt die Lagebeziehung des Ölzuführstücks 4c und
der Kühlstrahl-Öldüsenöffnungen 13a bei der erfindungsgemäßen
Anordnung bei nicht dargestellter Welle 1.
Gemäß Fig. 9 ist das Ölzuführstück 4c zwischen den
jeweils in das Gehäuse 6 eingebauten Kippbacken 2a und 2b
angeordnet. An beiden axialen Enden des Gehäuses 6 sind
Dichtringe 6a und 6b vorgesehen.
Im Ölzuführstück 4c sind die Ölzuführdüsenöffnungen 5c
für die Zufuhr von Schmieröl zur Schmierfäche vorgesehen und
die Kühlstrahl-Öldüsenöffnungen 13a zum Ausspritzen oder
Ausstoßen von Kühlöl auf die Kippbacke 2a zum Abführen von
Wärme an der Schmierölauslaßseite der auf eine hohe
Temperatur erwärmten Kippbacke 2a ausgebildet.
Gemäß Fig. 2 sind in der Innenumfangsfläche des Gehäuses
6 an der Außenumfangsseite (Rückseite) der Kippbacken 2a-2e
mehrere Umfangsnuten 14a und 14b vorgesehen. Mehrere
Kühlstrahl-Öldüsenöffnungen 11a2 und 11b2 sind relativ zur
Rotationsrichtung A in der Nähe jeder Schmieröleinlaßöffnung
in der Rückseite der Kippbacken 2e, 2a und 2b, die mit einer
hohen Last oder Belastung beaufschlagt werden, angeordnet.
Ferner sind Öffnungen 12a2 und 12b2 für das Abführen vom
Schmieröl, das zum Kühlen der Außenumfangsseiten der
erwärmten Kippbacken benutzt wird, der Innenumfangsfläche des
Gehäuses 6 zugewandt (bzw. bis zu dieser verlaufend)
angeordnet.
Weiterhin sind die erwähnten Nuten 14a und 14b oder
mehrere Düsenöffnungen 13a und 13b kleinen Durchmessers zum
Ausstoßen des Schmieröls unmittelbar auf die Außenfläche der
Kippbacken in den Ölzuführstücken 4a-4c vorgesehen, die
zwischen den in der Umfangsrichtung benachbarten Kippbacken
angeordnet sind.
Die Fig. 5 bis 8 veranschaulichen die Ergebnisse von
Wärmeleitfähigkeitsanalysen der Wirkung der vorstehend
beschriebenen Anordnung gemäß der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen einer Menge an
Schmieröl, das durch die bzw. zur Rückseite der Kippbacken
des Lagers zum Strömen gebracht wird, und einer Schmier
flächentemperatur der Kippbacken. Ersichtlicherweise führt
das Hindurchleiten einer kleinen Schmierölmenge (einige
l/min) zu einer Temperatursenkungswirkung um einige 10°C.
Fig. 6 veranschaulicht eine Beziehung zwischen der
Wärmeleitfähigkeit der Rückseite der Kippbacken und der
Schmierflächentemperatur der Kippbacken. Ersichtlicherweise
gewährleistet die Wärmeleitfähigkeit von etwa einigen oder
mehreren 1000 kcal/m2h°C die Temperatursenkungswirkung in
gleicher Weise.
Die Fig. 8 veranschaulicht eine(n) örtliche(n)
Wärmeübergangskoeffizientgradienten oder -verteilung bei der
Kühlstrahl-Öldüsenöffnung 22 gemäß Fig. 7. Es ist darauf
hinzuweisen, daß der Strahlstrom-Wärmeübergangskoeffizient αN
des Kühlölstrahls aus jeder Düsenöffnung an jeder Stelle in
einem Umfangsabstand γ 1000 kcal/m2 oder mehr beträgt und die
mehreren Düsenöffnungen angeordnet sind, um damit an der
Kippbacken-Rückseite ohne weiteres den
Wärmeübergangskoeffizienten der nötigen Größe von 1000 kcal/m2h°C,
wie in Fig. 6 gezeigt, zu erzielen.
Claims (5)
1. Kippbacken-Lagervorrichtung zur Lagerung einer Welle,
mit
einer Anzahl von Kippbacken (2a-2e), die in der Umfangsrichtung geteilt und auf am Innenumfang eines Gehäuses (6) festgelegten Zapfen (3a-3e) für Winkelbewegung gehaltert sind, und
einer Anzahl von Ölzuführstücken (4a-4c), die zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Kippbacken (2a-2e) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Düsenöffnung (13a) zum Ausstoßen von Schmieröl unmittelbar zu einer in der Wellendrehrichtung gelegenen Endfläche mindestens einer der benachbarten Kippbacken (2a- 2e) in einem der Ölzuführstücke (4a-4c) vorgesehen ist.
einer Anzahl von Kippbacken (2a-2e), die in der Umfangsrichtung geteilt und auf am Innenumfang eines Gehäuses (6) festgelegten Zapfen (3a-3e) für Winkelbewegung gehaltert sind, und
einer Anzahl von Ölzuführstücken (4a-4c), die zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Kippbacken (2a-2e) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Düsenöffnung (13a) zum Ausstoßen von Schmieröl unmittelbar zu einer in der Wellendrehrichtung gelegenen Endfläche mindestens einer der benachbarten Kippbacken (2a- 2e) in einem der Ölzuführstücke (4a-4c) vorgesehen ist.
2. Kippbacken-Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
eine Außenumfangsfläche jeder der Kippbacken (2a-2e) und/oder eine der Außenumfangsfläche gegenüberliegende Innenumfangsfläche des Gehäuses (6) mit mehreren in der Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (14a, 14b) versehen ist und
eine Anzahl von Düsenöffnungen (11) mit kleinem Durchmesser zum Ausstoßen von Schmieröl unmittelbar zu den umlaufenden Nuten (14a, 14b) oder der Außenumfangsfläche im Gehäuse (6) oder in dem Ölzuführstück (4a-4c) vorgesehen ist.
eine Außenumfangsfläche jeder der Kippbacken (2a-2e) und/oder eine der Außenumfangsfläche gegenüberliegende Innenumfangsfläche des Gehäuses (6) mit mehreren in der Umfangsrichtung verlaufenden Nuten (14a, 14b) versehen ist und
eine Anzahl von Düsenöffnungen (11) mit kleinem Durchmesser zum Ausstoßen von Schmieröl unmittelbar zu den umlaufenden Nuten (14a, 14b) oder der Außenumfangsfläche im Gehäuse (6) oder in dem Ölzuführstück (4a-4c) vorgesehen ist.
3. Kippbacken-Lagervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei eine
Anzahl von Düsenöffnungen (11) mit kleinem Durchmesser zum
Ausstoßen von Schmieröl unmittelbar zu den umlaufenden Nuten
(14a, 14b) und zu der Außenumfangsfläche der Kippbacken (2a-
2e) im Gehäuse (6) und in dem Ölzuführstück (4a-4c)
vorgesehen sind.
4. Kippbacken-Lagervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die
Düsenöffnungen (11, 13) mit kleinem Durchmesser und das
Ölzuführstück (4a-4c) an der bezogen auf die
Wellendrehrichtung als Schmieröleinlaß wirkenden Seite der
Kippbacken (2a, 2b, 2e), die im unteren Bereich der
Lagervorrichtung angeordnet sind, vorgesehen sind.
5. Kippbacken-Lagervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1
bis 4, wobei im Gehäuse (6) Öffnungen (12) zum Abführen von
Schmieröl vom Außenumfang der Kippbacken (2a-2e) vorgesehen
sind.
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