DE2043550A1

DE2043550A1 - Messung und Steuerung des Axialdrucks bei Rotationsmaschinen

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Publication number: DE2043550A1
Application number: DE19702043550
Authority: DE
Inventors: Judson S Swearingen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-01-07
Filing date: 1970-09-02
Publication date: 1971-07-15
Also published as: NL7016036A; GB1346065A; NL169629C; DE2043550C2; JPS5841455B1; FR2075029A5; GB1346066A; NL169629B

Description

Messung und Steuerung des Axia!drucks bei Rotationsaaschinen

Die Erfindung befaßt sich Hit retierenden Maschinen, die Axialdruckbelastungen unterworfen sind, und betrifft insbesondere die Messung und Steuerung des auf Drucklager anordnungen wirkenden Axialdrucks·

Bei Hit hoher Drehzahl laufenden Maschinen, beispielsweise Zentrifugalpuwpen, Kompressoren, Turbinen, Turbogebläsen und dergleichen, haben die Meisten Vartungsprebleae ihren Ursprung in den Druoklagern, und zwar hauptsäohlioh aufgrund der Tatsache, daß der auf die Welle einwirkende Druck infolge vieler Faktoren weiten Schwankungen unterliegt. Zu

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

diesen Faktoren zählen auch Druok- «der Laatänderungen in den Maaohinen, schlechte Dichtungskitt*trmktien etc. Ia Unterschied zu Zylinderlagern, die eine »laufende Umfangslagerflache haben, sind Drucklager radial, und wenn die Schmierung momentan einmal aussetzen seilte, dann wirkt die Zentrifugalkraft dahingehend, daß sie das restliche Schmieröl nach auBen schleudert, so daß schnell eine Meta11-auf-Meta11-Berührung der Lagerflächen zugelassen wird. Ferner haben Drucklager sehr viel höhere Seibgeschwindigkeiten als die zugehörigen Zylinderlager. Bei vielen Teilen der Rotationsmaschine^ wie sie eben erwähnt sind, wird zur Verringerung der Druoklagerausfallprobleme auf ein Mindestmaß der auf die Welle einwirkende Druck berechnet und dann eine Ausgleichverrichtung vorgesehen, von der angenommen wird, daß sie den berechneten Druck oder Sohub neutralisiert oder zumindest in einem kleineu, gewählten Bereich hält. So werden beispielsweise in vielstufigen Maschinen, z.B. bei Tnrbekempressoren, Turbegebläsen und dergleichen, sogenannte "Ausgleichstrommeln" oder "Entlastungetrommeln" verwendet. Unglücklicherweise ist eine selche Ausgleichsvorrichtung von geringem Wert, wenn die Druckbelastung nicht bekannt ist. In jedem Fall hat sich die Verwendung einer Ausgleichsvorrichtung, weil sich die Druokbelastung in vielen Fällen nioht leicht schätzen läßt oder sehr schnellen Abweichungen von dem vermeintlich "bekannten" Wert ausgesetzt ist, nicht immer als zufriedenstellend erwiesen. Bisher sind keine einfachen oder genauen Verfahren zur Messung der Druokbelastung bekannt geworden, die einen größtmögliche Verwendbarkeit einer Ausgleichsvorrichtung zulassen würden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Bestimmung des Axialdrucke auf eine Drucklageranordnung zu sohaffen bzw. auf zwei entgegengesetzt angeordnete Drucklager, dia dazu verwendet werden, die Axiallage einer Welle aufrechtzuerhalten. In diesem Zuaftiuedhang *·1!

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auch eine Steuerung des auf eine Drucklageranordnung einwirkenden bzv. auf zwei entgegengesetzte Drucklager, die zur Aufreohterhaltung der Axiallage einer Welle Vervendung finden, einvirkenden Axialdruoks emttglioht verden.

Zur Verfahrenadurohftlhrung aell eine geeignete MessTorrichtung geschaffen verden, die in Verbindung alt einer Lagomnordnung zur Messung des auf die Lageranordnung einvirkenden Axialdrucks dient.

Des veiteren soll ein Systesi geschaffen verden, durch das sich der auf die Lageranordnungen oinvirkende Axialdruck automatisch steuern läfit. BoI einer typischen Drucklageranordnung vird ein rotierendes Teil an einer Welle angebracht, vlhrend sich ein unbovoglichos Teil duroh die Wolle hinduroheretreokt. Die gegenüberliegenden Flächen, Ton denen sich je eine an jede» Teil befindet, sind !■ allgemeinen so aufeinander abgepaBt, daB sie die Drucklageroberfläche bilden. GevÄhnlich vird ein Schmiermittel duroh den unbovogHohen, also festliegenden Teil eingespritzt, das dann radial zvischen den aufelnanderpasaenen FIKohen eines derartigen unbovogliohon und olnea derartigen rotierenden Teils nach auBen vegflieBen kann. Eine govtfhnliehe Konstruktion der zusammenpassendem Lagerfläohem kennzeichnet sich dadurch, daß des EadialfluB dos Schmiermittel· zvisohoa den aufeinanderpassendem FlKohen ein Widerstand entgegenwirkt, und daβ der auf das Lager ausgeübte Axialdruck duroh „ Druckes

Ubervaohung des/zvisohen den aufeinanderpaasonden Flächen

oder dos Druckgradiemten dos über die aufeiaanderpaaaeaden Flächen der Lageranordnung laufenden SchmiermitteIe bestimmt vordon kamm. Die Druekgradlentenmessung kamm rellstmndig zvischon dom aufeinandorpassenden Flächen erfolgen, oder einor der Druekverte kamm zvisehen den aufoinanderpassonden

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Flüchen ermittelt warden, während die andere Druckmessung außerhalb dea Lagere stattfindet, beispielaweise in einer Lagerkammer. Für den Fall, daß entgegengeaetzte Drucklager dieaer Art zur axialen Poaitieniernng einer Welle Verwendung finden, wird die Bestimmung dee Axialdruoka duroh eine Messung der Druckdifferenz dee Schmiermittels ermöglicht, die zwischen den entsprechenden aufeinanderpassenden Flächen der Lageranordnungen auftritt, denen beide da· Schmiermittel mit im wesentlichen konstantem Druck oder in im wesentlichen konstanter Menge zugeführt wird.

Die AxIa!druckmessung kann die Grundlage für ein Verfahren zur Steuerung des Axialdrucks bilden, und zwar duroh Benutzung der verschiedenen Druokmessungen als Basis für die Einstellung einer Ausgleichsvorrichtung oder einer anderen solchen Einrichtung, wie sie zur Einstellung des auf ein Drucklager wirkenden Nettoaxialdruoks benutzt wird.

Gemäß einer anderen Ausftthrungsform der Erfindung wird eine Drucklageranordnung mit geeingeten Druokmessvorrichtungen kombiniert, die se angeschlossen sind, daß sie die eben beschriebenen Messungen durchführen ktfnnen, und es wird eine weitere Kombination zwisohen einer Druoklageranordnung und einer Ausgleichsvorrichtung oder einer anderen derartigen Vorrichtung zur Steuerung de* auf die Drucklager wirkenden AxIaIsohube vorgeschlagen, und zwar entweder automatisch oder von Hand.

Es gibt auch noch andere Druoklagertypen, die keinen erheblichen Sohmierdruokabfall zwieohen den Eintrittsund Auetrittsstellen aufweisen dürfen und die zum Tragen der Last von solchen Elementen abhängig sind, wie "festen, schrägen Sohuhon", festen, gestuften Schuhen (Raleigh-Lagor), fpiralrillen·

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lager (Vhippel), Kippschuhlager (Kingsbury), Kegelsetz-. lager und dergleichen. Die Last wird jedeoh in allen Fällen durch Druckaufbau getragen, und eine Leitung, die eine dieser Zonen Mit einer Druolaae·«einrichtung verbindet, liefert die Traglast, so da8 der Erfindungsvorschlag für solche Vorrichtungen genaueegut verwendbar ist.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung also ein Verfahren zur Bestimmung des Azialdruoks auf eine Drucklagereinriohtung, die ein festes und ein rotierendes Einzelteil aufweist, in die ein Schmiermittel zwischen die aufeinanderpassenden Flächen der entsprechenden Einzelteile oder dorthin gedrückt wird, wo sich aufgrund der Rotation des Einzelteils unter Belastung Druckzonen aufbauen. Zu diesem Verfahren gehört auch eine überwachung des zwisohen den aufeinanderpassenden Flächen vorhandenen SchmJsrmitteldruokes. Des weiteren wird mit dem Verfahren der Axialdruok bestimmt, indem die Druckdifferenz des Schmiermittels Über den aufeinanderpassenden Flächen gemessen wird. Zur Messung des Axialdruoks, der auf zwei entgegengesetzte Druoklageranordnungen wirkt, wird die Druckdifferenz des Schmiermittels zwisohen entsprechenden aufeinanderpassenden Fläohen der beiden Anordnungen festgestellt. Die Axialdruokmessung kann für ein Verfahren zur Einstellung des Axialdruoks auf die Lageranerdaungen durch manuelles eder automatisches Verändern einer Ausgleichsvorrichtung aufgrund der entsprechenden Druckmessung Verwendung finden, die zur Einstellung des auf die Lager wirkenden Nettedrucke· benutzt wird. Schließlich befaßt sioh die Erfindung auch mit einer Kombination geeigneter Druckmesseinriohtvngon und Druoklageranordnungen mit und ohne Ausgleichseinrichtung, um die oben beschriebenen Mess- und Steuervergänge auszuführen.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der /usfUhrungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines alt der Druokaess- und -steuervorrichtung versehenen Zentrifuge!kompressor*,

Fig. 2 eine Teilansicht, die den reohten Teil von Figur 1 ähnlioh ist und eine andere Ausftthrungsfom darstellt, und

Fig. 3 eine der Figur 2 ähnliche Ansicht einer dritten Ausftthrungsfem des Erfindungsgegenstandes.

In Figur 1 ist bei IO ganz allgemein ein ZentrifugelkOMpressor dargestellt, dessen Kompreoserwelle 11 in Zylinder- oder Bttohsenlagern 12 und 13 drehbar ge-* lagert ist, von denen eine FIMohe 14a oder 15a irgendeines der verschiedenen Drucklagertypen darstellt, auf die oben Bezug genommen wurde, und die zu einer ebenen Fläohe rotierender, scheibenförmiger Druoklagerktfrper 14 bzw. 15 paßt, die auf der Welle 11 fest angeordnet sind. Die Lageranordnungen, die aus Bttchsenlagern 12 und 13 sowie Druoklagern tk und 15 bestehen, werden duroh Schalerkanäle 16 und 17 geschmiert, die eich duroh die Büchsenleger 12 und 13 hinduro^and in die BHohsenlagerspalten 12a und 13a zwischen Volle 11 und Bttohsenlager 12 und 13 hineinerstrecken. Das aus einem Behälter 1· herausgepumpte Sohmier-Ul wird ttber die Pumpe 19, den Kühler 20, das Filter 21 und den Druckregler 21a umgewälzt und dann duroh Strtfmungaeinsohnürtfffnungen 22 und 23 geschickt und daraufhin in die Schmiermittelkanäle 16 und 17. Das Schmieröl, das in die Zylinderlagerapalten 12a und 13a hineingedrückt νβτ!·η 1st, strtfmt in Axialrichtung an der Veil« Ii entlang, wobei

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ein Teil in die Drucklagerapalten 24 und 25 zwiaohen die aufeinanderpaaaendan Flächen der Lageranordnungen tritt und radial zwischen den Flächen nach außen fließt, wobei es eventuell in die Lagerkaaaer 11a entweicht, in der ea durch den Ablaufabzweig 11b in die Leitung lic und den Behälter 18 abläuft. Via bereite auagefuhrt wurde, wird die Stärke daa Sohaieraittelsiroaes durch die öffnungen 22 und 23 begrenzt. Wenn die Teile 12b und 13b der entsprechenden Lager ein seiches Spiel aufweisen, dan aie wie Einschnttrstellen wirken, so werden aie die beaagten öffnungen vergrößern ader werden in der Lage aein, aie zu ersetzen. Die zusaaaenpaaaenden Lagerfläohen enthalten an ihren Austrittskanten ebenfalls Verengungen ader Einschnürungen 26 und 27, alt denen starker Schaierttlverlust aus den Lageranordnungen verhindert wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, bestehen die Einaeaalrungen aus Lippen 26 und 27, die sich rund uai den Umfang der Druoklagerflachen der Buchsenlager 12 und 13 erstrecken. Betaohtet aan nun eine der Lageranerdnungen genauer, se läßt alch erkennen, dal), wenn daa Schalerttl in die Anordnung hineingepreßt wird, jedes Verschieben der VeHe 11 in Riohtung avf daa Bttohaenlager 12, auch Zapfenlager genannt, zu einer Vergrößerung dea Ströaungswiderstandea das Sohaieralttela zwischen der Lippe 26 und daa Drucklager 1% führt und einen Schaleraitteldruokaufbau la Spalt 24 zur Folge hat. Die Druckverteilung ist nicht notwendigerweise einheitlich, aendern hängt voa Lagertyp ab, jedooh wird der Faohaann wlaaea, wa sich die Druokaufbauzone befindet, ae daß er die Druckanzapfkanäle 28,29 in vorteilhafter Weise anordnet. Dar Druckanstieg la Spalt 2% ist beatrebt, daa Drucklager 14 von der Druckfläche doa BMohaenlagers 12 solange wegzudrtioken, bia das Spiel zwischen der Lippe 26 und dea Drucklager 14 eingestellt ist, ao daß der Druok la Spalt 24 an einer Stelle geateuert wird, wo die Druokbelaatung abgeattttzt wird.

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Da, wi· aae Figur 1 ersichtlich, zwei entgegengesetzte Dracklageranordnungen vorhanden sind, um die Axiallage der Welle 11 beizubehalten, kann eine gleiche DrucInessung, wie sie für das Drucklager 14, wie oben beschrieben, erfolgt, in bezug auf das Drucklager 15 duroh den Druckanzapfkanal 29 vorgenommen werden. Wenn der SchmiermittelfluB, der durch dfe Öffnungen 22 und 23 in die entsprechenden Lageranordnungen eintritt, lsi wesentlichen gleich ist, wird jegliche axiale Verschiebung der Welle 11 duroh Druckänderungen in den Drucklagerspalten 24 und 25 erkennbar. Wenn sich die Welle 11 beispielsweise in Richtung auf das Bttchsenlager 12 verschiebt, steigt der Druck isi Spalt 2k in bezug auf denjenigen im Spalt 25 an. Demzufolge wird durch die Druckdifferenzmessung zwischen den Drucklager» spalten 2k und 25, die mit Hilfe der Differenzdruckmesseinrichtung 30 vorgenommen werden kann, welche an die Druckanzapfkanäle 28 und 29 angeschlossen ist, eine direkte Anzeige des auf der Welle 11 lastenden Axialdrucks bewirkt, die sich In dem unterschiedlichen Axialdruck widerspiegelt, der von den entgegengesetzten Lageranordnungen aufgenommen wird,

Z_ur Verdeutlichung des oben beschriebenen Gegenstandes anhand einer einzelnen Lageranordnung wird nun auf Figur 2 verwiesen, in der nur ein Teil des Systems von Figur 1 dargestellt ist. Durch Anschließen der Druckmessvorrichtung 30a an den Druckanzapfkanal 28 und darauffolgende überwachung des Sohmiermitteldruokes im Spalt 2k kann die auf die einzelne Lageranordnung wirkende Axialdruckbelastung festgestellt werden, da, wenn sich der Druck Über eine Zeitspanne im Spalt 2k senkt, offensichtlich ist, dafl sich das Drucklager 14 von dem BUohsenlager 12 weggeschoben hat, während, wenn der Druok ansteigt, sich das Drucklager 14 offensichtlich in Riohtung auf das BUohsenlager 12 verschoben hat. Es leuchtet ein, daß eine

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identisch· Messung auoh an der gegenüberliegenden Lageranordnung vorgenommen werden kann,, und daB sich die beiden Messungen vergleichen lassen, falls dies gewünscht wird.

Wie oben bereits erläutert wurde, beginnt der Druok, falls der Strömungswiderstand des Schmiermittels zwischen den zueinanderpassenden Lagerflächen durch Verschieben des Druoklagers in Biohtung auf die Drucklagerfläche des Bttohsenlagers ansteigt, an der Druoklagerflache sich aufzubauen, so daß sich in Radialrichtung über den zueinanderpassenden Oberflächen ein Druokgradient des Schmiermittels eder zumindest ein örtlicher Druokaufbau einstellt. Dieser Druokgradient oder Dlfferenzdruok, hervorgerufen duroh axiales Verschieben der Welle 11, kann, wie aus Figur 3 ersichtlich, dadurch gemessen werden, daß eine Dlfferenzdruokeinrichtung 30b zwischen dem Druokanzapfkanal 28 und eine Stelle abstremseitig der aufeinanderpassenden Flächen der Lageranordnung, wie sie beispielsweise die Lagerkammer 11a darstellt, geschaltet wird, die das aus dem Lager entweichende Schmiermittel sammelt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit dieses Schmiermittels im wesentlichen konstant gehalten wird, wenn es in die Lageranordnung duroh die Schmiermittelleitung 16 eintritt, dann braucht zur Bestimmung der zwischen den zueinanderpassenden Flächen vorhandenen Druckdifferenz nur die Differenz zwiaeken dem konstanten Druckwert und dem Druok genommen zu werden, der zwisohen den zueinanderpassenden Lagerflächen auftritt, wie er duroh Verwendung der in Figur 2 gezeigten Anordnung bestimmbar ist.

Der in Figur 1 gezeigte Kompressor 10 weist ein Laufrad 31 auf, das auf der Welle 11 befestigt ist, und sioh mit ihr dreht. Das zu komprimierende Strömungsmittel tritt an der Kem»ressereintritt«öffnung 32 ein und wird

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-loan der Kompressorauetrittatfffnung 33 naoh seinem in Radialrichtung nach außen erfolgenden Dia* oh lauf duroh die im Laufrad 31 vorhandenen Kanäle 34 ausgetragen, wobei sich daa komprimierte Strömungsmittel in den Kanälen 35 sammelt, bevor ea duroh die Aurtrittsöffnung 33 ausströmt. Einen großen Teil dea Druckanstiege in dee Strömungsmittel, das komprimiert wird, erhält daa Strömungsmittel, wenn es durch die Laufradkanäle 3% strömt, so daß der Strömungsmitteldruck im Kanal 35 eehr viel größer ist als im Eintritt 32. Der hohe im Kanal 35 herrschende Druck wird weitgehend auoh in den Spalt 36 zwiachen der Stirnseite des Laufrade 3I und dem Körper des Gehäuses 10 übertragen. Dieser Spalt wird an seinem inneren Rand duroh eine Labyrinthdichtung 38 verschlossen. Diese Dichtung läßt eine kleine Strömungsmittelmenge aus dem Spalt 36 heraus und führt sie über den Eintritt 32 in den Ansaugbereich zurück. Die Wirkung dieser kleinen Leckagemenge, die nur wenige Prozent des Gesamtstroms ausmacht, auf das System ist vernaohlässigbar gering.

In ähnlicher Weise pflanzt sich der im Kanal 35 herrschende hohe Druck auoh weitgehend in den Spalt hinein fort, der zwisohen der Rüokseite des Laufrads 31 und dem Kompressorkörper 10 vorhanden ist. Auch hier hindert eine Labyrinthdichtung 39 bis auf eine vernaohlässigbare Strömungsmittelleckage das ganze Strömungsmittel daran, in den Spalt 40 einzudringen, insoweit dies den Betrieb des Kompressors anbelangt. Niohtsdestotrotz wirft diese kleine Leckagemenge, die über den Spalt 37 duroh die Labyrinthdichtung 39 hindurchfließt, ein erhebliches Problem auf, und zwar aufgrund der Tatsache, daß sie, sobald sie in den Spalt 40 zwischen der Rückseite des Laufrads 31 und den Körper des Kompressors 10 eingedrungen ist, über die Fläche der RUokseite des Laufrade 31 innnerhalb der Dichtung 39 gedrüokt

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wird, wodurch sich ein erheblicher Schub ergeben kann, der auf das Laufrad 3I ausgeübt wird, und das Laufrad von der Welle 11 wegdrückt, well die Fläche auf der entgegengesetzten Seite innerhalb der Dichtung 38 nicht alt Druck beaufschlagt wird, um diesen Schub aufzuheben.

Um dieses obige Druok- bzw. Sohubproblem zu überwinden, wird gewöhnlich bei ait hoher Drehzahl rotierenden Naschinen des obengenannten Typs eine Art Ausgleichs- oder Gleichgewichtssystem vorgesehen, «it dem dieser Druck aufgeheben werden kann, wodurch eine ernsthafte Beschädigung der Lager verhindert wird. Eine übliche Druckauegleicheanordnung ist in Figur 1 dargestellt. Ein Kanal 4i führt von de» Spalt 40 zur Leitung 42 über das Ventil 43 und dann in den Kanal 44 hinein, der zum Ansaugstutzen des Einlasses 32 des Kompressors IO zurückführt. Bei den Ubliohen Systemen, die dieses Ausgleiohssystem benutzen, ist das Ventil 43 normalerweise geöffnet, oder ganz weggelassen, so daß das gerade komprimierte Strömungsmittel, das in den Spalt 40 hineingepreßt wird, zum Ansaugstutzen des Einlasses 32 zurückströmen kann. Unglücklicherweise bringt dieses Ausgleichssystem gewisse Komplikationen in<-sofern mit sich, als die Leckagemenge, die in die Spalten 36 und 37 einströmt, und demzufolge auch der Druck in diesen Spalten, sioh in Abhängigkeit von der Rauhigkeit in den Kanälen und der Leckagemenge der Diohtung 39 ändern. Darttberhinaus entsteht aufgrund der Stoßwirkung des Strömungsmittel, das in den Kompressor selbst eintritt, ein Druck, und es ist sehr gut mttglioh, daß noch andere Druokeinflttsse vorhanden sind, die auf das Rotationssystem einwirken. Deshalb hat sich das bloße Abziehen des Strömungsmittel aus dem Spalt 40 end seine Zurttokftthrung in den Einlaß 32 über den Kanal 41, die Leitung 42, das Ventil 43 und den Kanal 44 nicht als zufriedenstellende Methode zum Ausgleioh

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dee Axialdrucke bzw. «-schubs erwiesen. Erfindungsgemäß werden diese Probleme, die «it den blinden Versuchen zum Ausgleich des Schubs verbunden sind, gelöst. Wenn der Schub eder Druck gegen die Welle und vom Eintritt des Laufrade 31 weggerichtet ist, dann ist der in der Kauter 40 herraohende Druck offensichtlich geringer als er sein sollte, oder mit anderen Worten, das Strömungsmittel kann zu frei in den Eintritt 32 zurückströmen. Um dieses Problem zu beseitigen, läßt sich das Ventil 43 etwas schließen, um dadurch den Strömungsmittelausfluß aus dem Spalt bzw. der Kammer 40 zu hemmen und auf diese Weise den Druck im Spalt 40 hoch genug zu halten, um das Laufrad 31 von der Welle wegzubewegen. Wenn der Druck im Spalt 40 geringer ist als er sein sollte, woduroh die Welle 11 rom Laufrad 31 duroh einen geringen nicht ausgeglichenen Schub weggedrückt wird, baut sich der Druck im Spalt 24 auf und wird größer, während der Druck im Spalt 25 absinkt. Diese Veränderung in den Relatiydrttcken der beiden Spalten oder Kammern wird sofort von der DruokdifferenzTorriohtung 30 erfaßt. Wenn die Druokdifferenzvorriohtung 30 als Differenzdruokschreib- und steuervorrichtung ausgebildet wird, die mit einer Einrichtung zur automatischen Einstellung des Ventils 43 versehen ist, dann läßt sich der Druck im Spalt 40 ständig auf der gewünschten Höhe halten, und zwar unabhängig von den Veränderungen des Schubs, die im System auftreten können. Semit wird anstelle eines blinden Ausgleichs des Schubs oder Drucks duroh Ermöglichen eines Strömungsmittelabflusses aus dem Spalt 40 gemäß dem hier gemaohten Vorschlag eine genaue Steuerung der auf das rotierende System wirkenden Druckkräfte ermöglicht.

In den Fällen,in denen der über den zusammenpassenden Flächen der Lageranordnung herrschende Druokgradient gemessen werden soll, wie in Figur 3 gezeigt, oder falls die

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Veränderung des Druoks zwisohen den aufeinanderpaasenden Flächen einer Lageranordnung Überwacht werden soll, wie in Figur 2 gezeigt, kann der auf die rotierende Anordnung wirkende Druck bzw. Schub noch durch einfaches Verstellen des Ventils 43 in Abhängigkeit von der Anzeige der Differenzdruckmessvorrichtung 30b oder des Druckmessers 30a gesteuert werden. Diese Einstellung kann entweder von Hand vorgenommen werden, oder es können, wie im Zusammenhang mit der in Figur 1 gezeigten Anordnung ausgeführt wurde, Druckvorrichtungen mit Steuersystemen ausgestattet sein, wodurch das Ventil 43 automatisch in Abhängigkeit von der Druckanzeige betätigt wird. Geeignete Steuersysteme enthalten irgendein pneumatisches, elektrisches oder hydraulisches Servosystem, das gewuhnlioh in automatischen Steuereinrichtungen Verwendung findet.

Vie aus der Zeichnung ersiohtlioh ist, weist die Lageranordnung eine Umfangslippe auf, die den SohmiermittelausfluB aus der Anordnung proportional zur Druokbelastung hemmt, während der übrige Teil der Lagerfläohen im wesentlichen flaoh ausgebildet ist. In einigen Lageranordnungen werden gewöhnlich radiale oder spiralförmige Nuten in einer der beiden Druckflächen verwendet, oder es werden geneigte Oberfläohenabschnitte benutzt, die in die andere Fläche eingearbeitet sind, wobei diese geneigten Oberflächen auoh, wie beim Kingsbury-Lager, gedreht werden können. Der Erfindungsvorsohlag findet für derartige Lagersystem· gleichermassen Anwendung, vorausgesetzt, daß die Druckverbindung mit einer Zone hergestellt ist, in der ein Druokaufbau im Lager aufgrund der Sohubbelastungen stattfindet.

Das hier beschriebene Verfahren läßt sioh an jeder beliebigen rotierenden Maschin· anwanden, die mit passenden Druoklagern »der ähnlichen Anordnungen ausgestattet ist.

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Allgemeiner jedeoh läßt eich das Verfahren für alt hoher Drehzahl retierende Maschinen verwenden, beispielsweise für Zentrifugelpuapen und Kompressoren, und zwar sowohl einstufige al* aooh Mehrstufiger Art, dea weiteren für Turbinen und Tarbogebläsen ebenfalls einstufiger und Mehrstufiger Art.

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Claims

Patentansprüche

1. Drucklageranordnung ait einem rotierenden Teil, das auf einer Welle gelagert ist, und einem nichtrotierenden Teil, wobei die eine Fläche des nichtrotierenden Teils und die eine Fläche des rotierenden Teils einander gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen ihnen ein Schmiermittel vorhanden ist, das die Druckbelastungen zwischen ihnen überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Lageranordnung (12,13) einwirkende Axialdruck bestimmbar, und daß der zwischen den einander zugewandten Flächen der Anordnung herrschende Schmiermitteldruck überwachbar ist.

2. Druoklageranordnung nach Anspruch 1 mit einer AusgleiohsTorriohtung zur Einstellung der auf die Welle einwirkenden Druckkräfte, daduroh gekennzeichnet, daß der auf die Lageranordnung (12,15) wirkende Axialdruok steuerbar ist, indem er τοη Zeit zu Zeit bestimmt wird, und daß die Ausgleichsvorrichtung (41,42,43,**) gemäß der Axialdruckbestimmung eingestellt wird.

3. Drucklageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß eine Druckbestimmungeeinrichtung (30) verwendbar ist, die aus einem Druckftthler (28) besteht, der einem Druck ausgesetzt ist, weleher sioh infolge der Druoksohwankungen des zwischen den gegenüberliegenden Flächen der Anordnung (12,13) vorhandenen Schmiermittels ändert.

4. Druoklageranordnung nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Ausgleichsvorrichtung (41,42,43,44) vorgesehen 1st, mit der die auf die Lager-

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anordnung (12,13) einwirkende Druckkraft einstellbar ist.

5. Drucklageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung (41,42,43,44) an einen Druokfilhler (30) angeschlossen ist, um den Druck zu bestinen, und daß der DruokfUhler zur Be st Innung des Druckes Mit Mitteln ausgestattet ist, die eine automatische Einstellung der Ausgleichsvorrichtung bewirken.

6. Druoklageranerdnung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß zwischen den zueinanderpassenden Flächen des nichtrotierenden Teils und des rotierenden Teils (31) ein Schmiermittel in die Anordnung eindrückbar ist, das dann radial naoh außen von der Welle (ll) weg zwischen den zueinanderpassenden Flüchen des retierenden und des nichtrotierenden Teils hindurchströmt, wobei der radial nach außen gerichtete Schmiermittelstrom zwischen den zueinanderpassenden Flächen Druckzonen schafft, die sich um Druckwerte unterscheiden, welche die Druck- bzw. Schubbelastung anzeigen, wobei der auf die Lageranordnung wirkende Axialdruck daduroh bestimmbar ist, daß der Druckgradient des Schmiermittelβ Über den zueinanderpassenden Flächen der Anordnung zwischen aufeinanderfolgenden Zonen unterschiedlichen Druckes ttberwaohbar 1st.

7. Druoklageranerdnung naoh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Ausgleichsvorrichtung (41,42,43,44) vorhanden ist, mit 4er der auf die Welle (11) wirkende Druok einstellbar 1st, daß der auf die Drucklageranordnung wirkende Axialdruck steuerbar ist, und daß die Ausgleichsvorrichtung entsprechend der Axialdruokmessung einstellbar 1st.

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8. Drucklageranordnung nach Anspruch 6, daduroh gekennzeichnet, daß die Differenzdruolmesevorriohtung (30, 30a,30b) so angeschlossen ist, daß sie den Druckgradienten des über den zueinanderpassenden Flächen befindlichen Schmiermittels zwischen aufeinanderfolgenden Druckzonen überwacht.

9. Drucklageranerdnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Ausgleichsvorrichtung (kl,k2_th3,kh) vorhanden ist, mit der die auf die Lageranordnung wirkende Druckkraft einstellbar ist.

10. Drucklageranordnung nach Anspruoh 9» daduroh gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung mit der Differenzdruckmessvorrichtung (30,3Oa,30b) so in Verbindung steht, daß die Ausgleichsvorrichtung automatisch einstellbar ist.

11. Drucklageranordnung nach den Ansprächen 1-10, gekennzeichnet durch zwei entgegengesetzte Drucklager (14,15), die die Axiallage der Welle (11) aufrechterhalten und je ein drehbares, auf der Welle (11) gelagertes Teil (31) und ein nioht drehbares Teil (12,13) aufweisen, wobei die eine Fläche des nicht drehbaren Teils und die eine Fläche des drehbaren Teils einander gegenüberliegend angeordnet sind und im Betriebszustand zwisohen den einander zugewandten Flächen der beiden Teile ein Schmiermittel angeordnet ist, wobei die Differenz der auf die gegenüberliegenden Lageranordnungen einwirkenden AxialdrUoke daduroh bestimmbar ist, daß die Differenz zwischen dem zwisohen den entgegengesetzten Fläohen einer dieser Lageranordnungen auftretenden und dem zwisehen den entgegengesetzten Fläohen der anderen Lageranordnung auftretenden Schmiermitteldruck Uberwaohbar ist.

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12. Drucklageranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Ausgleichsvorrichtung (41,42,43,44) zur Einstellung der auf die Lageranordnungen (14,15) wirkenden Druckkraft vorgesehen ist, wobei der auf die Lageranordnungen einwirkende Axialdruck daduroh steuerbar ist, daß die Differenz der von den gegenüberliegenden Lageranordnungen aufgenommenen Axialdrttcke bestimmbar ist, und daß die Ausgleichsvorrichtung gemäß der Axialdruckdifferenzmessung einstellbar ist.

13· Drucklageranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdruckmessvorriohtung (30,30a,3Ob) so angeschlossen ist, daß sie die Differenz zwischen dem Schmiermitteldruck, der zwischen den gegenüberliegenden Fläohen einer der Lageranordnungen herrscht und dem Schmiermitteldruck, der zwisohen den gegenüberliegenden Flächen der anderen Lageranordnung herrsoht, mißt.

14. Druoklageranordnung naoh Anspruoh 13, daduroh gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Ausgleichsvorrichtung vorgesehen ist, um die auf die Lageranerdnungen (14,15) einwirkende Druckkraft einzustellen.

15. Drucklageranordnung naoh Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung auf die Differenzdruokmessvorrichtung (30,30a,3Ob) ansprioht, und daß die Differenzdruokmessvorriohtung mit Mitteln zur automatischen Einstellung der Ausgleichsvorrichtung (41,42,43.44) versehen ist

16. Druoklageranordnung naoh Anspruoh 13, daduroh gekennzeichnet, daß die Anordnung in einen einstufigen Zentrifugalkompressor eingebaut ist.

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17. Druoklageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in einen Mehrstufigen ZentrifugalkoMpressor eingebaut ist.

18. Drucklageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in eine einstufige Ent— Spannungsturbine eingebaut ist.

19. Drucklageranordnung naoh Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in eine Mehrstufige Entspannungsturbine eingebaut ist.

20. Verfahren zum Messen und Steuern des Axialdrucks bei RotationsMaschinen nach den Ansprüchen 1-19» dadurch gekennzeichnet, daß das SchMierMittel Mit eineM Im wesentlichen kenstanten Druok in die Drucklagerancslnung eingepreßt und dann durch eine in dem Spalt zwischen den gegenüberliegenden Flächen vorhandene Verengung hindurchgedrttckt wird, und daß der Druokgradient daduroh überwacht wird, daß die Differenz zwischen einer Zene konstanten Drucks des SohMiemittels und deM zwischen den zueinanderpassenden Flüchen herrschenden SchMlerMitteldruok festgestellt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, daduroh gekennzeichnet, daß sich auf der ZustroMseite der zueinanderpassenden Flächen eine StrUMungseinschnürung befindet, und daß der Druokgradient daduroh fiberwacht wird, daß die Differenz zwisohen deM an einer Stelle herrschenden SohMier-Mitteldruck, die mr in Hindvrchdrttcken des SohMierMittels durch die Einsoknttrstelle liegt, nnd deM SonMienaitteldruck festgestellt wird, «er zwisohen den zneinanderpassenden Flächen herrscht.

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