DE2643856C2

DE2643856C2 - Flexible gedämpfte Wellenlageranordnung und Verfahren zum Zusammenbau derselben

Info

Publication number: DE2643856C2
Application number: DE2643856A
Authority: DE
Inventors: Leonard P. Monroeville Pa. Damratowski; Carl H. Greensburg Pa. Geary; Vijay K. Murrysville Pa. Sood
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Elliott Turbomachinery Co Inc
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1982-06-24
Also published as: JPS5547249B2; IT1072411B; CA1038608A; DK151979B; DE2643856A1; DK442676A; NO144578C; US3994541A; BE846818A; NL7610870A; NO763364L; DK151979C; CH610073A5; FR2347569A1; GB1533760A; NO144578B; BR7606597A; JPS5244356A; FR2347569B1; NL161238B

Description

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Die Erfindung betrifft eine flexible gedämpfte Wellenlageranordnung mit einem mit einer mittleren öffnung versehenen Lagergehäuse, einem beweglichen Lagerträger, der das Wellenlager enthält und innerhalb der Gehäuseöffnung radial federnd aufgehängt ist, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Lagerträger eine Ausnehmung für ein Strömungsmitteldruckpolster verbleibt, und mit einer das Entweichen von Strömungsmittel aus der Ausnehmung verhindernden Abdichtung.

Bei derartigen Lageranordnungen wird durch die kombinierte Wirkung aus der federnden Aufhängung des beweglichen Lagerträgers und dem Strömungsmi«- leldruckpolster eine Dämpfung der von der Welle ausgehenden Vibrationen, die bei Resonanzfrequenzen auftreten, erreicht. Solche Wellenlageranordnungen lind bekannt und beispielsweise in der US-PS 34 56 992 beschrieben. Obwohl diese Anordnungen im allgemeinen sehr gut funktionieren, ist ihr Einsatz, insbesondere in schweren Maschinen, bisher nur begrenzt möglich gewesen, da viele Probleme beim Zusammenbau und Ausrichten der einzelnen Lagerkomponenten auftraten. Beispielsweise kann eine Fehlausrichtung der Lagerkomponenten zu einer anfänglichen Verformung der Federn führen, wodurch eine nichtsymmetrische Ansprache des Federsystems und eine Deformation des Strömungsmitteldruckpolsters hervorgerufen wird. Demzufolge arbeitet die Lageranordnung nicht in der gewünschten Form, je größer die Masse der Rotoreinheit ist, desto stärker treten diese Probleme in den Vordergrund.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenlageranordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die sich einfacher und exakter zusammenbauen und zentrieren läßt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Weltenlageranordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß eine den beweglichen Lagerträger und das Lagergehäuse stirnseitig übergreifende lösbare Endabdeckung der Ausnehmung für das Strömungsmitteldruckpolster vorgesehen ist.

Die Anordnung einer derartigen Endabdeckung bringt den Vorteil mit sich, daß die Ausnehmung sowohl während der Zentrierung des beweglichen Lagerträgers in der Gehäuseöffnung als auch der Zentrierung der Ausnehmung in bezug auf die Welle durch Beilagen ausgeglichen werden kann, da die Ausnehmung während dieser Vorgänge infolge der noch nicht befestigten Endabdeckung zugänglich ist. Diese Endabdeckung wird erst dann angebracht, wenn die genannten Mortage- bzw. Zentrierungsvorgänge beendet sind, so daß die Beilagen wieder aus der Ausnehmung entfernt werden können. Infolge der lösbaren Anbringung der Endabdeckung ist sowohl das Wellenlager selbst als auch die Ausnehmung für das Strömungsmitteldruckpolsier für Warnings- und Reparat::-rzwecke leicht zugänglich.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die DE-OS 15 75 529 verwiesen, in der ein hülsenförmiges Lagerkissen zur Lagerung einer Welle beschrieben ist, das mit Abstand zu einem Tragteil angeordnet ist, wobei das Tragteil und das Lagerkissen stirnseitig von einem Gewindering übergriffen werden. Diese Anordnung unterscheidet sich jedoch insofern vom Erfindungsgegenstand, als hierbei in dem Spalt zwischen dem Lagerkissen und dem Tragteil kein Strömungsmitteldruckpolster aufgebaut, sondern dieser Spalt mit einem erstarrenden Harzmaterial verfallt wird.

Die Erfindung betrifft des wekjrcn ein Verfahren zum Zusammenbau der vorstehend beschriebenen Wellenlageranordnung. wobei dieses Verfahren die folgenden Arbeitsscheue umfaßt:
Anordnen des beweglichen Ldgcrträgers in der Öffnung des Lagergehäuses;

Zentrieren des Lagctragcrs in der Gehäuseoffnung;
Aufhängen des Lagerträgers am Gehäuse,
Montieren des Wellenlagers innerhalb des Lagerträgers:

Zentrieren der Ausnehmung fur das Strömungsmitteldruckpolster in be^ug auf die Welle;
Befestigen de«. Lagergehäuses am Maschinenrahmen.

Das erfindungsgcmaße Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, daß da Lagerträger in der Gehäuseöffnung mittels in die Ausnehmung eingesetzter Beilagen zentriert wird und daß die Beilagen erst nach dem Zentrieren der Ausnehmung in bezug auf die Welle entfernt werden, wonach die lösbare badabdeckung befestigt wird.

Die Ausnehmung für das Strömungsmitteldruckpol ster wird somil in be/'jg auf die Welle zentriert, bevor die Beilagen aus der Ausnehmung entfernl werden. Dies ist dadurch möglich, daß die Ausnehmung erst nach Abschluß der Zentrierungsvorgänge durch Anbringung der lösbaren Endabdeckung für das Wellenlager abgedichtet wird; die Ausnehmung bleibt somit während der Zentrierungsvorgänge zugänglich.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines

Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine flexible gedämpfte Wellenlageranordnung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Fig. !,und Fig. 3 einen Teilschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 1.

in Fig. 1 ist eine flexible gedämpfte Lageranordnung 10 dargestellt, die eine Rotorwelle 11 in der Endwand 12 einer Rotationsmaschine, beispielsweise einer Turbine oder eines Kompressors, trägt Die Welle ist Verformungen und Vibrationen unter Resonanzbedingungen ausgesetzt Die Endwand ist fest mit dem stationären Mascninenbett oder dem Gehäuse verbunden und erscheint somit als Basis bezüglich der Welle und der Lageranordnung. Demzufolge bewirkt die Reaktion des Lagers auf die flexible Welle unter Resonanzbedingungen eine Rotorinstabilität, wenn sie nicht gedämpft wird. Die Dämpfung wird hier durch isolierung des Lagers gegenüber dem stationären Maschinenbettaufbau durch die Verwendung nachgiebiger Federelemente und eines Strömungsmitteldruckpolsters erreicht. Weiterhin errnögiichi die Anordnung die genaue Regulierung der Form des Druckpolsters bezüglich der Welle, wodurch ein schwerer Rotor aufgenommen werden kenn, wobei das Lager auf Wellenverformungen und Vibrationen in vorhersehbarer Weise anspricht

Eine ringförmige Ausnehmung 13 ist innerhalb der Außenfläche 14 der Endwand ausgebildet, wobei die Außenfläche einer normalerweise zugänglichen Seite der Maschine gegenüberliegt. Ein Lagergehäuse 15 ist in der Endwand innerhalb der ringförmigen Ausnehmung mit Bolzen 16 und Dübeln 17 befestigt Das Lagergehäuse besitzt eine kreisförmige Öffnung, die zentriert darin angeordnet ist und dazu dient, einen beweglichen Lagerträger 20 lose aufzunehmen. Der bewegliche Träger besteht aus drei Hauptabschnitten, einem inneren zylindrischen Körperabschnitt 21, der innerhalb der Gehäuseöffnung angeordnet ist, einem äußeren Befestigungsring 22 und einer Reihe von Biegefedern 23. die den Ring mit dem Abschnitt 21 verbinden. In der Praxis ist dt,- Ring 22 an einem Flansch 24 mit Bolzen 26 und Dübeln 27 befestigt, der auf der Außenseite des Lagergehduses ausgebildet ist. Der Abschnitt 21 des Lagerträger¹; 20 hängt somit an den Biegefedern innerhalb der Lagergehäuseöffnung herab. Es wird genügend Spiel zwischen dem Außenumfang des Abschnitts 21 und dem Innenumfang des Lagergehäuses belassen, um eine Ausnehmung 30 von vorbestimmter Breite dazwischen auszubilden. Vorzugsweise sind die drei Hauptabschnitte, wie in F1 g. 3 dargestellt, aus einem ein/igen Materiaistück hergestellt. Die Biegefe dem. die in gleichen Abständen um den Körperabschnitt herum angeordnet sind, bewirken zusammen mit dem Strömungsmitteldruckpolster. daß die von der Welle ausgehenden Bewegungen in entsprechender Weise gedämpft werden.

Fin Kippschuhlager oder eine andere geeignete Ar! von Lager ist innerhalb des Abschnitts 21 des beweglichen I.agerträgers befestigt i'nd lagert die Rotorwelle Bei der vorliegenden Ausführung besitzt das Lager eine Vielzahl von Kippschuhen 31. die in gleichen Abständen um die Welle 11 herum verteilt sind. Wie am besten in Fi g. 2 dargestellt, ist jeder Schuh auf einem Schwingkissen 33 mit einer balligen Fläche 34 gelagert, die sich innerhalb einer komplementären Ausnehmung in der Mitte eines jeden Schuhes mit diesem in Kontakt befindet, Die Schwingkissen sind längliche Teile, deren Lirige im wesentlichen gleich der der Schuhe ist und die axial zu der Welle ausgerichtet sind, so daß sich die Schuhe bezüglich des Außenumfangs bewegen können.

Jeder Kippschuh und jede Schwingkisseneinheit ist innerhalb des beweglichen Lagerträgers mit Hilfe eines Paars von Endabdeckungen 40, 41 gehalten. Wie aus F i g. 1 zu sehen ist, besitzen die Kippschuhe einen im Querschnitt T-förmigen Aufbau und sind derart angeordnet, daß die Querbaiken des T lose in komplementären Ausnehmungen, die in der Innenseitenwand der Endabdeckungen ausgebildet sind, aufgenommen werden. Die linke Endabdeckung 41 in F i g. 1 ist weiterhin mit einer Reihe sich längsaxial erstreckender Abstandsfinger 43 versehen, die über die Spitze jedes Schuhes greifen. Die Finger sind bogenförmige Elemente, die der Innenv/and des beweglichen Lagerträgers entsprechen. Zwischen benachbarten Abstandsfingern ist genügend Spiel vorhanden, so daß ein Schwingkissen dazwischen eingeführt werden kann. Eine leichte Haltekraft entsteht dadurch, daß die bogenförmigen Finger mit im we- etlichen parallelen Seiten der Kissen in Eingriff stehe:!. Um die Schuhe zusammenzubauen, wird die hintere Abdeckung 40 mit Hilfe von Schrauben 44 befestigt Danach werden die vordere Abdeckung, die Schwingkissen und die Kipps'.huhe um die Welle auf der zugänglichen Seite der Lageranordnung zusammengesetzt und als Untereinheit in den beweglichen Lagerträger eingeführt. Schließlich wird die vordere Abdeckung mit Hilfe von Schrauben 45 befestigt.

Ein Paar Hilfsfedern 46 ist in den äußeren Nuten 47, die in dem stationären Lagergehäuse ausgebildet sind, angeordnet. Die Hilfsfedern dienen zur Aufnahme des Eigengewichtes der Welle, um das vorgegebene Spiel in der Ausnehmung 30 aufrecht zu erhalten. Die Federn sind in Form von axialen Trägern ausgebildet, die an jedem Ende ein erhabenes Lagerkissen besitzen, das am stationären Gehäuse sitzt. Ein mittig angeordnetes Gegendruckkissen befindet sich eben^falls an der Hilfsfeder und wirkt gegen den Außenumfang des beweglichen Lagerträgers. Im montierten Zustand steht je Ie Hilfsfeder unter Vorspannung, um eine vorbestimmte Druckkraft gegen den beweglichen Lagerträger auszuüben. Die Hilfsfedern dienen gemeinsam dazu, das Eigengewicht der Welle aufzunehmen, wodurch eine anfängliche Verformung der Biegefedern vermie den wird.

Zwei O-Ring-Dichtungen 50, 51 mit niedrigem Reibungswert sind in Nuten, die in den gegenüberliegenden Seiienwänden 52, 53 des stationären Gehäuses ausgebildet sind, angeordnet. Ein radialer Flansch 54. der av dem Abschnitt 21 des beweglichen Lagerträgers befestigt ist, erstreckt sich über die Dichtung 51 und wirk* mit ihr zusammen, um das Austreten von Strömungsmittel zu verhindern. Die innere Endabdekkung 40 erstreckt -.Ich nach außen über de. 1 beweglichen Lagerträger, erfaßt die rechte Endwand des stationären Gehäuses und wirkt mit der Dichtung 50 zusammen, um das Stromungsrnitteldruckpolster relativ /um Lagerge hause und dem bt beglichen Lagerträger abzudichten.

Fm Htihdruckstromungsmittel, voi/ugswcise Öl. wird in das ringförmige Reservoir 60, das in dem stationären Gehäuse ausgebildet ist, über einen nicht gezeigten Einlaß eingefüllt. Das Strömungsmittel wird direkt vom Reservoir in die Ausnehmung 30 geführt, wo es zur Dämpfung verwendet wird. Es fließt dann durch eine Reihe von Bohrungen 61, die in dem beweglichen Lagerträger ausgebildet und in geeigneter Weise über

die Zwischenräume 62, die zwischen je zwei benachbarten Kippschuhen vorhanden sind, verteilt sind. Eine große Öffnung 63 ist in jedem Abstandsfinger unmittelbar unter den Bohrungen 61 vorgesehen, damit das unter hohem Druck stehende Strömungsmittel zwischen den Schuhen in Berührung mit der Welle durchfließen kann. Unter dem Einfluß der sich bewegenden Welle wird das Strömungsmittel unter die Schuhe gezogen und baut einen hydrodynamischen Keil zur Lagerung der Welle auf. Es ist genügend Spiel zwischen dem äußeren Umfang der Welle und den Endabdeckungen 40 und 41 vorgesehen, wodurch das den Keil bildende Strömungsmittel aus der Keilzone herausgeführt werden kann.

Wie oben angegeben, ist es für den richtigen Betrieb des flexiblen gedämpften Lagers wesentlich, daß die genauen Abmessungen der Ausnehmung für das Strömungsmitteldruckpolster während des Aufbaus und

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erhalten werden. Wenn diese Abmessungen während des Zusammenbaus verändert werden, funktioniert die Lageranordnung nicht mehr in der gewünschten Weise, was zu unerwünschten Vibrationen und schließlich zu einem Maschinenschaden führt. Die hier beschriebene Anordnung macht es möglich, daß die verschiedenen Lagerkomponenten während der Montage genau zu der Welle ausgerichtet werden können, wobei die Lageranordnung für Wartungs- und Inspektionszwecke in einfacher Weise demontiert und wieder zusammengebaut werden kann.

Um die Lageranordnung zusammenzubauen, wird der bewegliche Lagerträger zuerst in die öffnung, die durch das Lagergehäuse führt, eingebracht, wobei der Flansch 54 in nächste Nachbarschaft mit der Seitenwand 53 des Gehäuses und der Befestigungsring 22 zum Ansitzen gegen den Flansch 24 gebracht wird, um die geeignete axiale Ausrichtung der zwei zusammenwirkenden Teile sicherzustellen. Es werden dann Beilagen von hinten in die Ausnehmung 30 eingeführt. Die Beilagen besitzen genau die Breite der Ausnehmung 30. Sie werden in die Ausnehmung gebracht, um e.ne gleichmäßige öffnung zwischen dem beweglichen Lagerträger und dem Gehäuse während des Zusammenbaus der Lageranordnung aufrechtzuerhalten. Da die rückwärtige Dichtung 50 außerhalb der eigentlichen Ausnehmung angeordnet ist, ist ein freier Zugang in die Ausnehmung in einer gewünschten Tiefe möglich, die ausreicht, um sicherzustellen, daß die vorgegebene Ausnehmungsgesialt während des Zusammenbaus beibehalten wird.

Wenn die Form der Ausnehmung so eingestellt ist, wird der Befestigungsring 22, der mit dem Abschnitt 21 durch die Biegefedern verbunden ist, an dem Flansch des Lagergehäuses über Dübel 27 befestigt und dann durch Bolzen 26 fixiert. Danach wird das Lager selbst innerhalb des beweglichen Lagerträgers befestigt und durch Festbolzen der vorderen Endabdeckung 41 an dem beweglichen Lagerträger fixiert. Alternativ dazu kann ein Altrappenring, der den Lagerabmessungen entspricht, an Stelle des Lagers in den beweglichen Lageraufbau während der Montage eingeführt werden.

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kung 40 wird dann über die Rotorwelle geführt, wobei die Welle vorher innerhalb des Maschinengehäuses zentriert worden ist, und das Lagergehäuse wird in der Ausnehmung 13 in der Endwand der Maschine angeordnet. Die Anordnung wird dann relativ zu der axialen Mittellinie der Welle ausgerichtet, um die Ausnehmung für das Sirömungsmitteldruckpolsler und die Biegefedern genau mit der Lage der Welle abzustimmen. Wenn die Anordnung derart zentriert ist, wird das Lagergehäuse an der Endwand mit den Dübeln 17 befestigt.

Die Anordnung wird dann wieder von dem Maschinenbett entfernt, und die Beilagen werden aus der Ausnehmung entnommen. Die hintere Dichtung 50 wird danach installiert und die hintere Endabdeckung 40 angebolzt, wodurch die Ausnehmung eingeschlossen und abgedichtet wird. Schließlich wird die Anordnung wieder in der Maschine durch Befestigen und Anbolzen des Gehäuses an der Endwand installiert und das ölsyslem betriebsmäßig damit verbunden. Falls ein Attrappenstab während der ursprünglichen Montage verwendet wurde, wird er während der Schlußmontage entfernt und durch das Rotordrehlager ersetzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flexible gedämpfte Wellenlageranordnung mit einem mit einer mittleren öffnung versehenen Lagergehäuse, einem beweglichen Lagerträger, der das Wellenlager enthält und innerhalb der Gehäuseöffnung radial federnd aufgehängt ist, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Lagerträger eine Ausnehmung für ein Strömungsmitteldruckpolster verbleibt, und mit einer das Entweichen von Strömungsmittel aus der Ausnehmung verhindernden Abdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine den beweglichen Lagerträger (20) und das Lagergehäuse (15) stirnseitig übergreifende lösbare Endabdeckung (40) der Ausnehmung (30) für das Strömungsmitteidruckpolster vorgesehen ist.

2. Verfahren zum Zusammenbau der Wellenlageranordnung nach Anspruch 1 mit folgenden Arbeitsschriiten:

Anordnen des beweglichen Lagerträgers in der öffnung des Lagergehäuses;
Zentrieren des Lagerträgers in der Gehäuseöffnung; Aufhängen des Lagerträgers am Gehäuse;
Montieren des Wellenlagers innerhalb des Lagerträgers;

Zentrieren der Ausnehmung für das Strömungsmitteldruckpolstei in bezug auf die Welle:
Befestigen des Lagergehäuses am Maschinenrahmen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerträger in der Gehäuseöff 'mg mittels in die Ausnehmung eingesetzter Beilagen zentriert wird und daß die Beilagen erst nach dem Zentrieren der Ausnehmung in bezug auf die Welle entfernt werden, wonach die lösbare Endabdeckung befestigt wird.

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