DE2043550A1 - Messung und Steuerung des Axialdrucks bei Rotationsmaschinen - Google Patents
Messung und Steuerung des Axialdrucks bei RotationsmaschinenInfo
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Description
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
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,
Zur 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 (21)
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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— Io —
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,k2th3,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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_ 18 _ 20Λ3550
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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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2043550C2 DE2043550C2 (de) | 1985-10-03 |
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