DE19514830C2

DE19514830C2 - Kippbacken-Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE19514830C2
Application number: DE19514830A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Hata
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2015-04-22
Also published as: JPH07293554A; US5518321A; DE19514830A1

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

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.

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.

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.