DE2211414A1

DE2211414A1 - Hydrodynamisches spurlager mit mittig unterstuetzten kippsegmenten fuer eine in zwei drehrichtungen rotierende welle

Info

Publication number: DE2211414A1
Application number: DE2211414A
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl Ing Parlevliet
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-03-06
Filing date: 1972-03-06
Publication date: 1973-09-13
Also published as: AT314916B; JPS48103939A; US3784266A; ES409770A1; FR2175404A5; CH556482A; JPS542345B2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8520 Erlangen, 6. März 1972 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.5.0

Unser Zeichen: 221 141 A

VPA 72/3726 D/Win

Hydrodynamisches Spurlager mit mittig unterstützten Kippsegmenten für eine in zwei Drehrichtungen rotierende Welle

Zur Lagerung senkrecht angeordneter Wellen, z.B. von elektrischen Wasserkraftgeneratoren, oder als Axialdrucklager horizontaler Wellen ist es üblich, Spurlager zu verv/enden, deren Tragflächen.als Segmente ausgebildet sind. Diese liegen, ebenso wie der mit der Welle verbundene Spurring, in einem Spurlagertopf, der mit einem Schmiermittel, z.B. Öl, gefüllt ist. Bei Rotation der Welle bildet sich zwischen dem mit der Welle verbundenen Spurring und den Tragflächen der Segmente ein Schmiermittelfilm, der die Lagerkräfte aufnimmt und eine direkte metallische Berührung der Lagerfläche vermeidet.

Bei diesen hydrodynamischen Spurlagern werden die Tragsegmente, schwenkbar angeordnet, um dem sich bildenden Schmiermittelfilm eine günstige Form zu geben. Wird das Spurlager nur in einer Drehrichtung betrieben, so wird der Kippunkt der Kippsegmente in Drehrichtung aus der Mitte verschoben angeordnet. Dadurch erhält man ein sicheres Anfahren und auch niedrige Reibungsverluste während des Betriebes. Es •gibt nun aber auch senkrechte Maschinen, die normalerweise in zwei Drehrichtungen betrieben werden, z.B. Pumpenturbinensätze für Pumpspeicherwerke. Das Spurlager soll dann ebenfalls in beiden Drehrichtungen möglichst wenig Reibungsverluste haben. Dazu ist es bekannt, die Kippsegmente mit einer mittigen Unterstützung zu versehen und die radialen Kippsegmentkanten der Lauffläche anzuschärfen, um ein betriebs-

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sicheres Anlaufen in beiden Drehrichtungen zu erhalten. Bei dieser Ausführung sind jedoch die Reibungsverluste erheblich höher als bei einem Spurlager mit außermittig unterstützten Kippsegmenten.

Yfeiterhin ist es aus der deutschen Auslegeschrift 1 286 bekannt, ein Spurlager für zwei Drehrichtungen, von denen jedoch die eine nur kurzzeitig auftritt, mit einer außermittigen Unterstützung der Kippsegmente auszuführen, welche für die Hauptdrehrichtung ausgelegt ist. Für die andere Drehrichtung ist eine Druckölzufuhr zwischen dem Kippunkt und der Anlaufkante der Kippsegmente vorgesehen, wobei die Druckölzufuhr nur kurz vor und während des Laufes in dieser Drehrichtung erfolgt. Durch den Abstand der Zuführungen für das Drucköl und die Höhe des Öldruckes kann ein Kippen der Kippsegmente in der für diese Drehrichtung optimalen Neigung erzielt werden. Diese Anordnung ist jedoch wegen der erforderlichen Druckölquelle aufwendig.

Auch der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrodynamisches Spurlager zu schaffen, das mit geringen Reibungsverlusten in beiden Drehrichtungen betrieben werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Spurlager mit im Spurlagertopf angeordneten, mittig unterstützten Kippsegmenten für eine in zwei Drehrichtungen rotierende Welle gemäß der Erfindung jedes Kippsegment mit zwei parallel zu den radialen Kanten verlaufenden Nuten versehen, die einen über ein Ventil verschließbaren Ausfluß zum Spurlagertopf haben, wobei jeweils das in dem Ausfluß der Nut an der Anlaufkante liegende Ventil geschlossen ist, während das im Ausfluß der Nut an der Ablaufkante liegende Ventil geöffnet ist.

Diese besondere Ausbildung der mittig abgestützten Kippsegmente und das erzwungene Abreißen des Schmierfilmes mit Hilfe der jeweils an der Ablaufkante liegenden Nut mit geöffnetem

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Ventil im Ausfluß zum Spurlagertopf simuliert jeweils ,eine ' der Drehrichtung angepaßte außermittige Abstützung des Kippsegmentes. Der Schmiermittelfilm bildet sich also in gewünschter Weise so keilförmig aus, als wäre das Kippsegment nicht mittig gelagert. Ein derartig ausgebildetes Spurlager zeichnet sich also durch geringe Reibungsverluste und größe Betriebssicherheit aus. Bei Änderung der Drehrichtung müss.en lediglich die Ventile, welche den Ausfluß der Nuten öffnen oder verschließen, umgeschaltet werden. Diese Umschaltung wird bei Stillstand des Lagers vorgenommen.

Wird das Spurlager _f wie häufig üblich, im Stillstand und zum Anfahren zur Vermeidung von Mischreibung mit DruckÖl beaufschlagt, das jeweils einer an der Lauffläche der Kippsegmente mittig angeordneten Tasche' zugeführt wird, so ergibt sich der weitere Vorteil, daß sich die Kippsegmente bereits im Stillstand in der für die gewünschte Drehrichtung vorteilhaften Weise anstellen. Dies beruht darauf, daß der Abströmweg des Drucköles zur geöffneten Nut kürzer ist als zur entgegengesetzt liegenden radialen Kante. Das mittig unterstützte Kippsegment kann aber nur dann im Gleichgewicht sein, wenn der Spalt auf der kürzeren Länge enger ist als auf der anderen Seite, und stellt sich entsprechend an. Dadurch wird die gewünschte Keilform des Schmierspaltes bereits im Stillstand erzielt.

Der Ausfluß der Nuten in den KippSegmenten kann in einfachster Weise durch eine Bohrung gebildet sein, wobei das Ventil an deren Öffnung zum Spurlagertopf angeordnet ist. Aus Raumgründen und zur Ersparnis im Aufwand für die Ventile empfiehlt es sich, jeweils mehrere Ausflüsse von - bezogen auf eine Drehrichtung - jeweils an der gleichen radialen Kante der Kippsegmente liegenden Nuten zusammenzufassen und über ein gemeinsames Ventil zu verschließen.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand des in den Fig.1 •bis 5 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert,

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Fig. 1 zeigt schematisch, teilweise im Schnitt dargestellt, den Aufbau eines hydrodynamischen Spurlagers einer vertikalen Welle.

Fig. 2 zeigt die Ansicht eines einzelnen Kippsegmentes, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Kippsegment und die

Fig. 4 und 5 zeigen schematisch das Verhalten des Kippsegmentes während des Betriebes in den beiden Drehrichtungen.

Ein hydrodynamisches Spurlager 1 für eine senkrecht angeordnete Welle 2 besteht aus dem mit der Welle 2 verbundeneu Spurring 3 und mehreren, ringförmig angeordneten Kippsegmenten 4. Diese sind mit nur schematisch angedeuteten Mitteln in der Mitte schwenkbar gelagert.

Jedes Kippsegment 4 ist mit zwei parallel zu den radialen Kanten 6,7 verlaufenden Nuten 8 und 9 versehen, die mittels einer Bohrung einen Ausfluß 10 bzw. 11 zum Spurlagertopf haben. An der Öffnung der Ausflüsse 10 und 11 liegt jeweils ein Ventil 12 bzw. 13, mit dem der entsprechende Ausfluß 10, 11 geöffnet oder geschlossen v/erden kann. Es ist zweckmäßig, elektrisch zu betätigende Ventile zu verwenden. Außerdem enthält jedes Kippsegment 4 auf seiner Lauffläche 14 eine mittig angeordnete Tasche 15, die über eine Zuleitung 16 mit Drucköl beaufschlagt werden kann.

Wird nun das Spurlager, wie in Fig. 4 dargestellt, im Rechtslauf betrieben (die Drehrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet), so ist das Ventil 12 in dem Ausfluß 10 der an der Anlaufkante liegenden Nut 8 geschlossen. Das Ventil 13 für die Nut 9 an der Ablaufkante ist dagegen geöffnet. Dies hat zur Folge, daß der sich bei der Rotation des Spurlagers 1 aus-

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bildende Druckverlauf über der Breite des Kippsegmentes 4, der in der Figur schematisch angedeutet ist, an der Nut 9 abreißt und das Schmiermittel fließt durch den Ausfluß 11 in den Spurlagertopf. Dies bedeutet.eine einseitige Verkürzung der wirksamen Lauffläche 13 und das Kippsegment 4 stellt sich so schräg an, daß ein keilförmiger Schmiermittelkeil entsteht, so als wäre das Kippsegment 4 in der der Drehrichtung angepaßten Weise außermittig gelagert. Das Spurlager 1 wird somit mit verhältnismäßig geringen Reibungsverlusten betrieben.

Soll nun die Dreh'richtung des Spurlagers 1 verändert v/erden, so v/erden die beiden Ventile 12 und 13 umgeschaltet, d.h. das Ventil 12 wird geöffnet, während das Ventil 13 geschlossen wird. Diese Umschaltung wird man im Stillstand vornehmen, wenn das Spurlager 1 mit Drucköl beaufschlagt ist. Dies bedeutet, daß nun der Weg des aus der Tasche 15 ausströmenden Drucköls zu der jetzt einen offenen Ausfluß 10 habenden Nut kleiner ist, als der Weg zur radialen Kante 7 des Kippsegmentes 4. Dieses stellt sich nun automatisch schon im Stillstand so an, daß der zur offenen Nut 8 führende Teil des Schmierspaltes enger als der auf der anderen Seite der Abstützung wird. Das Kippsegment 4 nimmt also bereits im Stillstand die für die gewünschte Drehrichtung günstige Neigung ein. Dies bedeutet, wird das Spurlager 1 nun, wie in Fig. 5 dargestellt, im Linkslauf betrieben, so reißt der sich nun ausbildende Schmiermittelfilm an der Nut 8 ab und es wird somit eine der geänderten Drehrichtung angepaßte außermittige Lagerung des Kippsegmentes 4 simuliert.

2 Ansprüche
5 Figuren

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Claims

Patentansprüche

I Hydrodynamisches Spurlager mit im Spurlagertopf angeordneten, mittig unterstützten Kippsegmenten für eine in zwei Drehrichtungen rotierende Welle, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kippsegment (4) mit zwei parallel zu den radialen Kanten (6,7) verlaufenden Nuten (8,9) versehen ist, die einen über ein Ventil (12,13) verschließbaren Ausfluß (10, 11) zum Spurlagertopf haben und daß jeweils das in dem Ausfluß der Nut an der Anlaufkante liegende Ventil geschlossen ist, während das im Ausfluß der Nut an der Ablaufkante liegende Ventil geöffnet ist.
2. Hydrodynamisches Spurlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausflüsse von - bezogen auf eine Drehrichtung - jeweils an der gleichen radialen Kante der Kippsegmente (4) liegenden Nuten zusammengefaßt und über ein gemeinsames Ventil verschließbar sind.

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