NO146407B - DEVICE FOR MAINTENANCE OF A NECESSARY LIQUID PRESSURE IN A HYDROSTATIC STOCK - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for opprettholdelse av et nødvendig væsketrykk i et hydrostatisk lager under dettes nedsakkingstid ved pumpesvikt, for å unngå metallisk kontakt mellom dettes samvirkende lagerflater, hvilken anordning omfatter en akkumulator som er innkoplet i lagerets væsketilførselssystem og har en anordning for opprettholdelse av et tilstrekkelig væsketrykk på den væske som er inneholdt i akkumulatoren. The invention relates to a device for maintaining a necessary fluid pressure in a hydrostatic bearing during its sinking time in the event of pump failure, in order to avoid metallic contact between its cooperating bearing surfaces, which device comprises an accumulator which is connected to the bearing's fluid supply system and has a device for maintaining a sufficient liquid pressure on the liquid contained in the accumulator.

I et hydrostatisk lager er de samvirkende lagerflater innbyrdes adskilt ved hjelp av et lag eller sjikt av trykkvæske, vanligvis olje. Det nødvendige oljetrykk genere-res ved hjelp av et pumpesystem. Et slikt lager har stor bæreevne og lav friksjon. Den lave friksjon er imidlertid avhengig av at et nødvendig oljetrykk alltid opprettholdes under drift. Dersom trykket av en eller annen grunn skulle opphøre, f.eks. ved strømbrudd, slik at elektriske pumpemo-torer ville stoppe, vil det oppstå metallisk kontakt og føl-gelig høy friksjon ved de samarbeidende lagerflater, hvilket lett kan føre til sammenbrudd eller havari som kan resultere i store skader på grunn av de vanligvis store belastninger som bæres av lageret. Av sikkerhetsgrunner er det derfor nødvendig å sørge for at lageret, f.eks. ved strømbrudd, forsynes med olje under tilstrekkelig trykk under lagerets nedsakkingstid, dvs. den tid det tar å stanse den del som bæres av lageret. In a hydrostatic bearing, the cooperating bearing surfaces are mutually separated by means of a layer or layer of pressure fluid, usually oil. The necessary oil pressure is generated using a pump system. Such a bearing has a large bearing capacity and low friction. However, the low friction is dependent on the necessary oil pressure being always maintained during operation. If the pressure should cease for some reason, e.g. in the event of a power failure, so that electric pump motors would stop, metallic contact and consequently high friction will occur at the cooperating bearing surfaces, which can easily lead to breakdown or breakdown which can result in major damage due to the usually large loads that carried by the warehouse. For safety reasons, it is therefore necessary to ensure that the warehouse, e.g. in the event of a power failure, is supplied with oil under sufficient pressure during the bearing's sinking time, i.e. the time it takes to stop the part carried by the bearing.

Det er for dette formål tidligere kjent å akkumule-re et volum av olje under trykk, f.eks. i en stempelakkumula-tor som i prinsipp består av en sylinder i hvilken et aksialt bevegelig stempel deler opp sylindervolumet i to deler, hvorved olje i kommunikasjon med lagerets trykkoljesystem er inneholdt i den ene del av sylinderen, og trykkgass i den nedre del av sylinderen. Oljetrykket og gasstrykket på hver side av det fritt bevegelige stempel vil automatisk utjevne seg selv for å utbalansere stempelet. Da gassen er kompres-sibel, vil gassvolumet dermed variere som reaksjon på det oljetrykk som hersker i lageret, hvilket lagertrykk på sin side vil variere i forhold til lagerbelastningen. Det oljevolum som er inneholdt i akkumulatoren, vil dermed variere som reaksjon på de endringer som forårsakes av lagerbelastningen. Oljevolumet i akkumulatoren må videre alltid være tilstrekkelig for å ta seg av nedsakkingstiden. Ved lagre som er utsatt for store belastningsvariasjoner, f.eks- i møl-ler eller valseverk, betyr dette at akkumulatorvolumet må være stort, og dette volum blir da bare utnyttet i meget liten grad. Omkostningene for akkumulatorenheten vil derfor være betydelige og de vil beløpe seg til en stor del av hele omkostningene for lagersysternet. Den nødvendige plass er videre stor. For this purpose, it is previously known to accumulate a volume of oil under pressure, e.g. in a piston accumulator which in principle consists of a cylinder in which an axially movable piston divides the cylinder volume into two parts, whereby oil in communication with the bearing's pressure oil system is contained in one part of the cylinder, and compressed gas in the lower part of the cylinder. The oil pressure and gas pressure on either side of the freely moving piston will automatically equalize to balance the piston. As the gas is compressible, the gas volume will thus vary in response to the oil pressure prevailing in the bearing, which bearing pressure will in turn vary in relation to the bearing load. The volume of oil contained in the accumulator will thus vary in response to the changes caused by the bearing load. The oil volume in the accumulator must also always be sufficient to take care of the settling time. In the case of bearings which are exposed to large load variations, for example in mills or rolling mills, this means that the accumulator volume must be large, and this volume is then only used to a very small extent. The costs for the accumulator unit will therefore be significant and they will amount to a large part of the entire costs for the storage system. The required space is also large.

Det har også vært foreslått andre systemer for å Other systems have also been proposed to

hindre metallisk kontakt mellom lagerflatene i hydrostatiske lagre ved pumpesvikt, f.eks. å kople pumpesystemet til sving-hjul som vil drive pumpene under en viss tid etter en strøm-avbrytelse, eller å forsyne den understøttede del med hjelpe-lagre, såsom kulelagre, som settes i funksjon når trykket opphører i det hydrostatiske lager. Sådanne løsninger er imidlertid teknisk kompliserte og kostbare, og de har ofte ikke tilstrekkelig pålitelighet. prevent metallic contact between the bearing surfaces in hydrostatic bearings in the event of pump failure, e.g. to connect the pump system to flywheels that will drive the pumps for a certain time after a power cut, or to supply the supported part with auxiliary bearings, such as ball bearings, which are put into operation when the pressure ceases in the hydrostatic bearing. However, such solutions are technically complicated and expensive, and they often lack sufficient reliability.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning av den innledningsvis angitte type som ved hjelp av en forholdsvis liten akkumulator vil fungere med tilstrekkelig pålitelighet, også ved meget store lagertrykkvariasjo-ner , og som muliggjør oppnåelse av plassbes<p>arelse og en sikker anordning med lave omkostninger. The purpose of the invention is to provide a device of the type indicated at the outset which, with the help of a relatively small accumulator, will function with sufficient reliability, even with very large bearing pressure variations, and which enables the achievement of space saving and a safe device with low costs.

Onvennevnte formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av en anordning som har de karakteriserende trekk som er angitt i det etterfølgende krav 1. The aforementioned purpose is achieved according to the invention by means of a device which has the characterizing features stated in the subsequent claim 1.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, der fig. 1 og fig. 2 viser prinsippene for to forskjellige utførelser av oppfinnelsen. The invention will be described in more detail below with reference to the drawings, where fig. 1 and fig. 2 shows the principles of two different embodiments of the invention.

På fig. 1 er skjematisk vist et lager som omfatter en roterbar ring 1 som er understøttet av tre hydrostatiske lagerblokker 2, 3, 4. Blokkene mates med trykkolje fra en" oljebeholder 5 via to pumper 6, 7 som hver har en motor 8 hhv. 9, og oljestrømmen fordeles mellom blokkene ved hjelp av en strømfordelingsenhet som er i og for seg kjent og som omfatter tre sammenkoplede strøm.ningsregulatorer 10, 11, 12 som er utført som pumper med positiv fortrengning. En has-tighetsindikator 12a registrerer at en tilstrekkelig olje-mengde alltid strømmer til blokkene 2, 3, 4. Lekkasjestrøm-men fra lageret ledes fortrinnsvis via en ikke vist filtre-ringsanordning tilbake til beholderen 5. For å hindre olje fra å strømme bakover i systemet, er tilbakeslagsventiler 13, 14, 15, 16, 17 anordnet nedstrøms av hver pumpeenhet. In fig. 1 schematically shows a bearing comprising a rotatable ring 1 which is supported by three hydrostatic bearing blocks 2, 3, 4. The blocks are fed with pressure oil from an oil container 5 via two pumps 6, 7 each of which has a motor 8 and 9, and the oil flow is distributed between the blocks by means of a current distribution unit which is known per se and which comprises three interconnected flow regulators 10, 11, 12 which are designed as pumps with positive displacement. A speed indicator 12a registers that a sufficient oil flow quantity always flows to the blocks 2, 3, 4. Leakage flow from the bearing is preferably led via a filter device not shown back to the container 5. To prevent oil from flowing backwards in the system, non-return valves 13, 14, 15, 16 , 17 arranged downstream of each pump unit.

En akkumulator som sikrer at olje under trykk til-føres til blokkene 2, 3, 4 under lagerets nedsakkingstid ved svikt av pumpene 6, 7, omfatter en sylinder 18 hvis volum er oppdelt i to kamre ved hjelp av et aksialt fritt bevegelig stempel 19. Da stempelet er fritt bevegelig, vil trykket alltid være likt i de to kamre. Det ene kammer 20 inneholder en trykkgass, og dette kammer er fortrinnsvis forbundet med en spesiell trykkgassbeholder 21 for å sikre at gassen alltid har et tilstrekkelig trykk. Det andre kammer 22 er på en måte som skal beskrives nedenfor, forbundet med lagerets trykkoljesystem, og det er fylt av olje. En del av oljen som strømmer fra <p>umpene 6, 7 mot lageret, ledes gjennom et spesielt trykkgenererende aggregat som i utførelsen ifølge fig. 1 er en ytterligere strømningsregulator 23 i strømfordelingsenheten, hvor oljen gis et trykk som er høye-re enn det maksimale trykk som opptrer i lageret. Oljen ledes fra strømningsregulatoren 23 til hver av lagerblokkene 2, 3, 4 via ledninger i hvilke det er anordnet konstantstrøm-ningsventiler 24, 25, 26. Disse ventiler er innstilt på en slik måte at bare en del av oljen som passerer strømningsre-gulatoren 23, ledes til lagerblokkene 2, 3, 4. Under normal kjøring ledes resten av oljen tilbake til et sted 27 opp-strøms av strømfordelingsenheten, på hvilket sted oljetrykket er lavere enn nedstrøms av strømningsregulatoren 23. For å muliggjøre innstilling av det ønskede oljetrykk i den olje som strømmer fra strømningsregulatoren 23, er en regulerbar trykkbegrensningsventil 28 innsatt i returledningen på opp-strømssiden av stedet 27. Denne ventil er innstilt på en slik måte at den vil åpne seg ved det ønskede trykk på oljen i akkumulatorens kammer 22. Så lenge trykket er lavere, f.eks. ved start, er ventilen lukket, og da strømmen gjennom strømningsregulatoren 2 3 er større enn strømmen gjennom kon-stantstrømningsventilene 24, 25, 26, vil resten av oljen strømme til kammeret 2 2 som kommuniserer med strømningsregu-latoren 23 og med returledningen som har ventilen 28, og med ledningene med konstantstrømningsventilene 24, 25, 26 til lagerblokkene 2, 3, 4. Når oljen ved starten strømmer inn i kammeret 22, ville dettes volum øke hvorved volumet av kammeret 20 reduseres tilsvarende, hvilket betyr at gasstrykket vil øke og det vil også trykket i kammeret 22. Når trykket når det trykk som er innstilt på trykkbegrensningsventilen 28, vil denne åpne seg og overskuddsoljen vil strømme gjennom returledningen i stedet for til akkumulatoren som under drift således alltid vil være fylt av olje med det ønskede trykk. Ved svikt av pumpene 6, 7 vil strømmen gjennom strømforde-lingsenheten 10, 11, 12, 12a stoppe, og dermed også strømmen gjennom strømningsregulatoren 23, slik at trykket på dennes nedstrømsside vil falle. Ventilen 28 vil dermed bli lukket og olje blir av gasstrykket i kammeret 20 presset ut av kammeret 22 gjennom ledningene med konstantstrømningsventilene 24, 25, 26 i en så lang tidsperiode at den roterbare ring 1 har tid til å stanse før trykket i blokkene 2, 3, 4 vil bli så lavt at metallisk kontakt vil oppstå mellom blokkene og ringen. En tilbakeslagsventil 29 hindrer olje fra akkumulatoren fra å strømme bakover gjennom strømningsregulatoren 23. Da det er mulig å innstille oljetrykket i kammeret 22 på den ønskede verdi ved hjelp av ventilen 28, hvilken verdi imidlertid skal overskride det maksimale oljetrykk i lageret, vil f.eks. ved pumpesvikt hele det oljevolum som er inneholdt i kammeret 22, bli tilført til lageret med et nødven-dig trykk. Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det således ikke nødvendig å gjøre akkumulatorenheten noe større enn hva som er nødvendig for å lagre nøyaktig det oljevolum som kreves av lageret under dettes nedsakkingstid. An accumulator which ensures that oil under pressure is supplied to the blocks 2, 3, 4 during the bearing's sinking time in the event of failure of the pumps 6, 7, comprises a cylinder 18 whose volume is divided into two chambers by means of an axially freely movable piston 19. As the piston is freely movable, the pressure will always be the same in the two chambers. One chamber 20 contains a pressurized gas, and this chamber is preferably connected to a special pressurized gas container 21 to ensure that the gas always has a sufficient pressure. The second chamber 22 is, in a manner to be described below, connected to the bearing's pressure oil system, and it is filled with oil. Part of the oil that flows from <p>umps 6, 7 towards the bearing is led through a special pressure-generating unit which, in the design according to fig. 1 is a further flow regulator 23 in the current distribution unit, where the oil is given a pressure that is higher than the maximum pressure that occurs in the bearing. The oil is led from the flow regulator 23 to each of the bearing blocks 2, 3, 4 via lines in which constant flow valves 24, 25, 26 are arranged. These valves are set in such a way that only part of the oil that passes the flow regulator 23 , is directed to the bearing blocks 2, 3, 4. During normal operation, the rest of the oil is directed back to a location 27 upstream of the power distribution unit, at which location the oil pressure is lower than downstream of the flow regulator 23. To enable the setting of the desired oil pressure in the oil flowing from the flow regulator 23, an adjustable pressure limiting valve 28 is inserted in the return line on the upstream side of the location 27. This valve is set in such a way that it will open at the desired pressure of the oil in the accumulator chamber 22. As long as the pressure is lower, e.g. at start, the valve is closed, and since the flow through the flow regulator 2 3 is greater than the flow through the constant flow valves 24, 25, 26, the rest of the oil will flow to the chamber 2 2 which communicates with the flow regulator 23 and with the return line which has the valve 28, and with the lines with the constant flow valves 24, 25, 26 to the bearing blocks 2, 3, 4. When the oil at the start flows into the chamber 22, its volume would increase whereby the volume of the chamber 20 is correspondingly reduced, which means that the gas pressure will increase and the will also the pressure in the chamber 22. When the pressure reaches the pressure set on the pressure limiting valve 28, this will open and the excess oil will flow through the return line instead of to the accumulator which will thus always be filled with oil at the desired pressure during operation. If the pumps 6, 7 fail, the flow through the current distribution unit 10, 11, 12, 12a will stop, and thus also the flow through the flow regulator 23, so that the pressure on its downstream side will drop. The valve 28 will thus be closed and oil is forced by the gas pressure in the chamber 20 out of the chamber 22 through the lines with the constant flow valves 24, 25, 26 for such a long period of time that the rotatable ring 1 has time to stop before the pressure in the blocks 2, 3 , 4 will be so low that metallic contact will occur between the blocks and the ring. A non-return valve 29 prevents oil from the accumulator from flowing backwards through the flow regulator 23. Since it is possible to set the oil pressure in the chamber 22 to the desired value by means of the valve 28, which value should however exceed the maximum oil pressure in the bearing, e.g. . in the event of a pump failure, the entire volume of oil contained in the chamber 22 will be supplied to the bearing with a necessary pressure. According to the present invention, it is thus not necessary to make the accumulator unit any larger than is necessary to store exactly the volume of oil required by the bearing during its sinking time.

Under lagerets nedsakkingstid ved pumpesvikt er det fra akkumulatoren nødvendig med en strøm som fortrinnsvis er ca., i det minste 10 % av den normale strøm under drift ved en gitt lagerbelastning. Lageret skal videre være i stand til å drives uten restriksjoner med bare én av pumpene 6, 7 i drift, dvs. med halve oljestrømmen, for å til-late reparasjon og vedlikehold av den ene av pumpe/motor-enhetene under drift av lageret. Det er videre nødvendig at oljemengden gjennom strømningsregulatoren 23 også ved halv strøm er minst 10 % av den normale strøm til lageret, dvs. i det minste så mye som strømmer gjennom ventilene 24, 25, 26 for å sikre at trykket i akkumulatoren skal bli opprettholdt. Dette betyr at ved normal drift med begge pumper i gang, vil mer enn halvparten av den olje som pumpes gjennom strømnings-regulatoren 23, strømme gjennom returledningen. Da imidlertid bare ca. 25 % av den totale oljestrøm trenger å passere regulatoren 23, vil det totale strømningstap gjennom ventilene 24, 25, 26 og 28 være forholdsvis lite. During the storage slump time in the event of a pump failure, a current is required from the accumulator which is preferably approx., at least 10% of the normal current during operation at a given storage load. The bearing must also be able to be operated without restrictions with only one of the pumps 6, 7 in operation, i.e. with half the oil flow, to allow repair and maintenance of one of the pump/motor units during operation of the bearing. It is also necessary that the amount of oil through the flow regulator 23, even at half flow, is at least 10% of the normal flow to the bearing, i.e. at least as much as flows through the valves 24, 25, 26 to ensure that the pressure in the accumulator is maintained . This means that during normal operation with both pumps running, more than half of the oil pumped through the flow regulator 23 will flow through the return line. However, only approx. 25% of the total oil flow needs to pass the regulator 23, the total flow loss through the valves 24, 25, 26 and 28 will be relatively small.

På fig. 2 er vist en modifisert utførelse av en anordning ifølge oppfinnelsen. Lageret og det hydrauliske system har i hovedsaken samme konstruksjon som de tilsvarende deler på fig. 1, men det spesielle trykkgenererende aggregat er i denne utførelse konstruert som pumpeenheter 32, 33 som er koplet til hovedpumpene 30, 31, i stedet for en ytterligere strømningsregulator i strømfordelingsenheten 34. De andre elementer i anordningen svarer i sin helhet til de som er beskrevet på fig. 1, og anordningen virker på tilsvarende måte. In fig. 2 shows a modified embodiment of a device according to the invention. The bearing and the hydraulic system have essentially the same construction as the corresponding parts in fig. 1, but the special pressure-generating unit in this embodiment is constructed as pump units 32, 33 which are connected to the main pumps 30, 31, instead of an additional flow regulator in the current distribution unit 34. The other elements of the device correspond in their entirety to those described on fig. 1, and the device works in a similar way.

Det er også mulig å benytte andre utførelser av oppfinnelsen innenfor rammen av de etterfølgende krav. Dersom f.eks. bare én lagérblokk benyttes, kreves ingen strøm-fordelingsenhet, og det benyttes da fortrinnsvis bare én kon-stantstrømningsventil i ledningen mellom det spesielle trykkgenererende aggregat og lagerblokken. I stedet for en strøm-fordelingsenhet av den type som er beskrevet foran, er det selvsagt mulig å benytte andre systemer, f.eks. restriksjoner i ledningene som er koplet til hver lagérblokk. Det er også mulig å anordne en spesiell drivmotor for pumpene 10, 11, 12, 23 på fig. 1 hhv. 34 på fig. 2 som utgjør strømfor-de lingsenhe te r. It is also possible to use other embodiments of the invention within the scope of the following claims. If e.g. only one bearing block is used, no current distribution unit is required, and preferably only one constant flow valve is used in the line between the special pressure-generating unit and the bearing block. Instead of a power distribution unit of the type described above, it is of course possible to use other systems, e.g. restrictions in the wires connected to each storage block. It is also possible to arrange a special drive motor for the pumps 10, 11, 12, 23 in fig. 1 respectively 34 in fig. 2 which constitute power distribution units.

Claims (4)

1. Anordning for opprettholdelse av et nødvendig væsketrykk i et hydrostatisk lager under dettes nedsakkingstid ved pumpesvikt, omfattende en akkumulator (18) som er innkoplet i lagerets væsketilførselssystem og har en anordning (18, 20, 21) for opprettholdelse av et tilstrekkelig væsketrykk på den væske som er inneholdt i akkumulatoren, karakterisert ved at en del av den trykkvæske som strømmer mot lageret, ledes gjennom et spesielt trykkgenererende aggregat (23; 32, 33) i hvilket den gis et trykk som er høyere enn det maksimale væsketrykk i lageret, at akkumulatoren (18, 22) er innrettet til å kommmnisere med denne del av trykkvæsken, slik at væsketrykket i akkumulatoren (22) er lik trykket i den nevnte del av trykkvæsken, og at en del av den nevnte del av trykkvæsken ledes til lageret via én eller flere konstantstrømningsventiler (24, 25, 26), og resten ledes til et sted (27) med lavere trykk i systemet via en returledning som er forsynt med en trykkbegrensningsventil (28) som er innrettet til å åpne når væsketrykket svarer til det nevnte høyere trykk.1. Device for maintaining a necessary fluid pressure in a hydrostatic bearing during its sinking time in case of pump failure, comprising an accumulator (18) which is connected to the bearing's fluid supply system and has a device (18, 20, 21) for maintaining a sufficient fluid pressure on it liquid that is contained in the accumulator, characterized in that part of the pressurized liquid that flows towards the storage is led through a special pressure-generating unit (23; 32, 33) in which it is given a pressure that is higher than the maximum liquid pressure in the storage, that the accumulator (18, 22) is arranged to communicate with this part of the pressurized liquid, so that the liquid pressure in the accumulator (22) is equal to the pressure in the mentioned part of the pressurized liquid, and that part of the mentioned part of the pressurized liquid is led to the storage via one or several constant flow valves (24, 25, 26), and the rest is directed to a place (27) of lower pressure in the system via a return line provided with a pressure limiting valve (28) which is in directed to open when the fluid pressure corresponds to the aforementioned higher pressure. 2. Anordning ifølge krav 1, for et hydrostatisk lager med et antall lagerlommer som forsynes med trykkvæske fra et felles pumpesystem via en strømfordelingsenhet som inneholder et antall sammenkoplede strømningsregulatorer (10, 11, 12) som er konstruert som positive fortrengningspumper, karakterisert ved at en ytterligere strømnings-regulator (23) er anordnet i strømfordelingsenheten og virker som det nevnte spesielle trykkgenererende aggregat.2. Device according to claim 1, for a hydrostatic bearing with a number of bearing pockets which are supplied with pressurized fluid from a common pump system via a power distribution unit which contains a number of interconnected flow regulators (10, 11, 12) which are designed as positive displacement pumps, characterized in that a a further flow regulator (23) is arranged in the current distribution unit and acts as the aforementioned special pressure generating unit. 3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det spesielle trykkgenererende aggregat består av én eller flere pumper (32, 33) som drives av samme motor eller motorer som driver hovedpumpen eller hovedpumpene, og hvilken pumpe eller hvilke pumper har lavere pumpekapasitet enn hovedpumpen hhv. hovedpumpene.3. Device according to claim 1, characterized in that the special pressure-generating unit consists of one or more pumps (32, 33) which are driven by the same motor or motors which drive the main pump or pumps, and which pump or pumps have a lower pump capacity than the main pump or . the main pumps. 4. Anordning ifølge krav 1, for et hydrostatisk lager med et antall lagerlommer som tilføres trykkfluidum fra et felles pumpesystem, karakterisert ved at lager-lommene forsynes med trykkvæske fra det spesielle trykkgenererende aggregat via sin egen ledning, idet hver av ledningene er forsynt med sin egen konstantstrømningsventil . (24, 25, 26) som er dimensjonert slik at den totale strøm gjennom ventilen er mindre enn strømmen gjennom det spesielle trykkgenererende aggregat (23; 32, 33).4. Device according to claim 1, for a hydrostatic bearing with a number of bearing pockets which are supplied with pressure fluid from a common pump system, characterized in that the bearing pockets are supplied with pressure fluid from the special pressure-generating unit via its own line, each of the lines being supplied with its own constant flow valve. (24, 25, 26) which are dimensioned so that the total flow through the valve is less than the flow through the special pressure-generating unit (23; 32, 33).