DE2640774C2

DE2640774C2 - Tragstern für ein Spurlager für Maschinen mit vertikaler Welle

Info

Publication number: DE2640774C2
Application number: DE2640774A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing.(grad.) 7920 Heidenheim Bronowski
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1981-11-26
Also published as: JPS5850503B2; JPS5334041A; ATA641877A; BR5701112U; DE2640774A1; AT352648B

Description

Die Erfindung betrifft einen Tragstern für ein Spurlager, das auch zur Aufnahme von Radialkräften geeignet ist, für Schwermaschinen mit vertikaler Welle, insbesondere für aus Turbine und Generator bestehende Wasserkraftanlagen, mit mehreren sich radial nach außen erstreckenden, an ihren radial äußeren Enden aufgelagerten Armen, von denen jeder zwei vom Auflager aus divergierende, zu verschiedenen Seiten des Wellenbereiches verlaufende Träger aufweist. Derartige Tragslerne nehmen nicht nur die oft sehr hohen vertikalen Lasten der Welle und der mit dieser t>o verbundenen Teile, wie z. B. Laufräder von Wasserturbinen, Generatorläufer etc., auf und leiten diese in ein festes Fundament ein, sondern sie müssen auch alle anderen quer zur Wellenachse ausgeübten radialen Kräfte in das Fundament übertragen.

Es ist bekannt, derartige Tragsterne so auszubilden, daß an einem mittleren Lagertragring die Arme pratzenartig angeschraubt oder angeschweißt und an ihren freien Enden fest mit dem Fundament verankert sind (US-PS 35 49 922), Darüber hinaus ist es aus nicht druckschriftlich belegtem Stand der Technik bekannt, derartige Lager mit vom Auflager aus divergierenden, zu beiden Seiten des Wellenbereiches vorbeigehenden Armen auszubilden, die an ihren freien Enden ebenfalls fest mit dem Fundament verankert sind. Es ergeben sich jeweils relativ sehr schwere Konstruktionen, die rechnerisch bezüglich auftretender Spannungszustände und Verformungen sehr schwer zu erfassen sind. Zusätzliche Probleme ergeben sich, wenn außerdem sehr hohe radiale Kräfte und hohe Wärmedehnungen auftreten. Letztere sind dann relativ hoch, wenn der Trägstem in der Nähe des Generators angeordnet ist Lud von diesem aufgeheizt wird. Hierbei kann sich dieser bis zu 50° C erwärmen. Die hierdurch auftretenden thermischen Belastungen können ein Aufbäumen des Tragsternes in der Mitte bis zu einigen Millimetern verursachen, was wiederum eine unerwünschte axiale Verschiebung der Maschinenwelle zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tragstern der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei großer Steifigkeit ein geringes Gewicht hat und rechnerisch bezüglich Spannung und Verformung eindeutig erfaßbar und damit optimal konstruierbar ist, und der ferner unempfindlich gegen thermische Ausdehnung ist und hohe radiale Kräfte aufnehmen kann.

Die Erfindung löst das Problem durch einen Tragstern, in welchem jeder Träger sich in einem weiteren Arm geradlinig fortsetzt, die Träger an den Kreuzungspunkten fest miteinander verbunden sind und die Lagerung jedes Armes tangential formschlüssig und radial zur Aufnahme von Längenänderungen des Armes nachgiebig ausgebildet ist.

Die Träger dienen sowohl vertikal wie auch horizontal als Biegeträger. Man erhält so einen Tragstern, in welchem die Spannungen und Verformungen besser als bei den herkömmlichen Tragsternkonstruktionen rechnerisch zu durchschauen und zu erfassen sind. Das Eigengewicht wird bei gleicher Verformung wesentlich geringer. Die einzelnen Arme der Träger können dann als aufgelegte Träger betrachtet werden und sich aufgrund von Verformung und Wärmedehnung radial praktisch nahezu frei ausdehnen. Deshalb ergeben sich fast keine zusätzlichen Eigenspannungen und damit keine zusätzlichen Kräfte auf das Bauwerk aufgrund verhinderter Wärmedehnung. Horizontal d. h. radial, werden auf das Bauwerk im wesentlichen nur Kräfte übertragen, die aus Querkraftkomponenten der einzelnen Träger herrühren, die als Träger auf zwei Stützen wirken. Radiale Verformungen werden hierdurch kaum verhindert. Es ergeben sich eindeutig definierbare und damit klar berechenbare Spannungszustände.

Es ist zwar schon im Lagerbau generell üblich. Streben zur Befestigung von Lagern für kleinere Maschinen tangential am Wellenbereich vorbeigehen zu lassen. Bei derartigen kleinen Maschinen treten aber die oben angesprochenen Probleme im Schwermaschinenbau überhaupt nicht auf. Auch sind diese bekannten Arme an ihren Enden jeweils fest eingespannt.

Die Träger weisen vorzugsweise je einen durchgehenden Steg und einen oberen und unteren hierzu im wesentlichen rechtwinklig verlaufenden Gurt auf, wobei vorzugsweise die oberen und unteren Gurte der Stege eines Armes radial außerhalb des Wellenbereiches des Tragsterncs jeweils miteinander ein einheitliches Teil

bilden. Eine besonders vorteilhafte und statisch günstige Konstruktion erhält man durch einen Tragstern, in welchem die Obergurte der Träger im Bereich ihrer gegenseitigen Durchkreuzungen eine gemeinsame ringartige Verstärkung aufweisen. Vorzugsweise ist dabei 5 die ringartige Verstärkung außen als regelmäßiges Polygon ausgebildet, dessen Seitenzahl der Anzahl der Arme entspricht und dessen Seitenhalbierenden jeweils in der vertikalen Mittelebene der Arme liegen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt entlang der Linie l-l der F i g. 2 und F i g. 2 in Draufsicht einen fünfarmigen Tragstern,

Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie III-IIl der Fig. 1,

F i g. 4 in Draufsicht eine Schemaskizze zur Erläuterung der statischen Verhältnisse bei radialen Lasten und

F i g. 5 bis 7 in Draufsicht verschiedene Alternativausbildungen eines Tragsternes.

Wie aus den Fig.! und 2 zu erkennen, weist der Tragstern fünf Arme 8 bis 12 auf, von denen ^eder im wesentlichen von zwei Trägern gebildet ist, und zwar Arm 8 von den Trägern 13 und 14, Arm 9 von den Trägern 15 und 16, Arm 10 von den Trägern 14 und 17, Arm 11 von den Trägern 13 und 16 und Arm 12 von den Trägern 15 und 17. Die Träger eines Armes gehen jeweils zu verschiedenen Seiten des mit 18 bezeichneten Wellenbereiches und diesen im wesentlichen tangierend vorbei, und jeder Träger ist Teil eines weiteren Armes, z. B. der Träger 13 der Arme 8 und 11 oder der Träger 14 der Arme 8 und 10. Die vertikalen Mittelebenen 19 und 20 der den gemeinsamen Träger 13 aufweisenden Arme 8 und 11 bilden miteinander einen Winkel von 144°. Jeder Träger weist einen Steg 21 und obere und untere Gurte 22 bzw. 23 auf. Wie aus F i g. 2 zu erkennen, sind die Gurte 22 und 23 jeweils der beiden einem Arm zugeordneten Träger im äußeren Bereich miteinander zu einem gemeinsamen Bauteil vereint. Der obere Gurt 22 stößt radial nach innen an einen oberen Verstärkungsring 24, mit dem er verschweißt ist, während der untere Gurt 23 an einen Verstärkungsring 25 anstößt und mit diesem verschweißt ist. Beide Ringe 24 und 25 sind außen als Fünfeck ausgebildet und lassen innen freien Raum für den Durchgang einer Maschinenwelle.

Die Auflager 26 an den einzelnen Armen weisen auf ihrer Unterseite je eine radial verlaufende Leiste 27 auf. die in eine radiale Nut 28 im fundamen iseitigen Lager 29 eingreift (Fig. 1 und 3). Somit ist jeder Arm radial nachgiebig gelagert, aber quer hierzu formschlüssig gehalten.

F i g. 4 zeigt schematisch die statischer Verhältnisse an einem solchen Tragstern, wenn eine Radialkraft P_r angreift. Die Arme 8, 10 und 11 können aufgrund ihrer radialen Beweglichkeit als nicht mittragend betrachtet werden. Dann stellen die Arme 9 und 12 mit den Trägern 15,16 und 17, die mit den Verstärkungsringen 24 und 25 ein integrales Element bilden, einen reinen Biegeträger dar, der sich an den Auflagern 29 der Arme 9 und 12 je mit PJl abstützt.

In den F i g. 5 bis 7 sind alternative Ausbildungen von Tragsternen mit sechs, sieben bzw. acht Armen schematisch dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tragstern für ein Spurlager, das auch zur Aufnahme von Radialkräften geeignet ist, für Schwermaschinen mit vertikaler Welle, insbesondere für aus Turbine und Generator bestehende Wasserkraftanlagen, mit mehreren sich radial nach außen erstreckenden, an ihren radial äußeren Enden aufgelagerten Armen, von denen jeder zwei vom Auflager aus divergierende, zu verschiedenen Seiten des Wellenbereiches verlaufende Träger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Träger (13 bis 17) sich in einem weiteren Arm (8 bis 12) geradlinig fortsetzt, die Träger an den Kreuzungspunkten fest miteinander verbunden sind und die Lagerung jedes Armes tangential formschlüssig und radial zur Aufnahme von Längenänderungen des Armes nachgiebig ausgebildet ist.

2. Trägste :n nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daö die Träger je einen durchgehenden Steg (21) und einen oberen und unteren hierzu im wesentlichen rechtwinklig verlaufenden Gurt (22, 23) aufweisen.

3. Tragstern nach Anspruch 2, dadurch geker.nzeichnet, daß die oberen und unteren Gurte (22, 23) der Stege (21) eines Armes radial außerhalb des Wellenbereiches (18) des Tragsterns jeweils miteinander ein einheitliches Teil bilden.

4. Tragstern nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Obergurte (22) der Träger im Bereich ihrer gegenseitigen Durchkreuzungen eine gemeinsame ringartige Verstärkung (24) aufweisen.

5. Tragstern nach Anspruch ·., dadurch gekennzeichnet, daß die ringartige Verstärkung (?4) außen als regelmäßiges Polygon ausgebildet ist, dessen Seitenzahl der Anzahl der Arme entspricht und dessen Seitenhalbierenden jeweils in der vertikalen Mittelebene (19,20) der Arme liegen.

6. Tragstern nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergurte (23) der Träger im Bereich ihrer gegenseitigen Durchkreuzungen eine gemeinsame, zur vertikalen Mittelachse koaxiale ringartige Verstärkung (25) aufweisen.