NO320937B1 - Kombinert radialt-aksialt glidelager - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et kombinert radialt-aksialt glidelager.

En mulig form av et væskesmurt aksialt glidelager er et hydrostatisk lager hvor det gjøres bruk av en ekstern kraftkilde som tilfører væsken under trykk til glidelageret.

Denne væske bringes inn i lageret ved hjelp av en strømningsbegrenser eller begrenser, og som en kappilar eller en liten åpning.

Prinsippet med slik statisk lager er basert på det faktum at når gapet i lageret blir . mindre så reduseres strømmen og trykkfallet over begrenseren reduseres. Trykket i gapet øker, kraften som bevirket at gapet ble smalere kompenseres.

Disse hydrostatiske lagre har en høy belastningskapasitet avhengig av matetryk-ket for væsken, en høy stivhet og en bærekapasitet som er lite avhengig av antallet av omdreininger.

Særlig dersom smørevæsken har en lav viskositet, så som vann, må imidlertid begrenseren være meget liten, som resultat av at denne sistnevnte blir meget følsom for hindringer.

I et slikt lager er toleransene meget små, særlig med vann, i betraktning av det faktum at for å begrense strømningsmengden må gapet i lageret være så lite som mulig.

På grunn av denne begrenser er dessuten oppbygningen av det aksiale lager snarere komplekst, og dette lager er kostbart, mens det i de fleste tilfeller må anvendes en pumpe for å oppnå tilstrekkelig trykk.

En av formene av et radialt glidelager smurt med en væske er det hydrodynamiske lager, hvor bevegelsen av selve akselen sørger for det nødvendige trykk i smøre-væsken.

Lageret omgir akselen med en liten klaring derimellom. Når en radial kraft innvirker på akselen vil akselen plassere seg selv eksentrisk med det resultat at det dannes en kile. Under påvirkningen av dreiebevegelsen av akselen blir væsken trykket inn i denne naturlige avsmalning, som resulterer i at det bygger seg opp et trykk. Denne trykk-oppbygning vil løfte akselen og sørge for at kraften som forskjøv akselen blir motvirket. Derfor er det slik at ved likevekt vil akselen ikke være sentrert, da det ellers ikke kunne bygge seg opp noe trykk. Ideelt er eksentrisiteten mellom 60 % og 90 %.

Slike hydrodynamiske lagre er snarere enkle og billige, selv om de krever små fremstillingstoleranser. De er pålitelige i drift, men de har ingen høy last kapasitet og stivhet. Det er imidlertid ufordelaktig at deres lastkrefter avhenger av antallet av omdreininger, og at det under start er en kontakt mellom akselen og lageret, og derfor skjer det slitasje og riving.

Det er imidlertid også kjent å kombinere et hydrostatisk aksialt lager og et hydrostatisk radialt lager til et enkelt glidelager.

Et slikt kombinert radialt-aksialt glidelager er beskrevet blant annet i GB 639 293.

En aksel som er forsynt med to krager inne mellom, hvor det er tilveiebrakt en stasjonær ring med en liten klaring og som er forsynt med flere utsparinger i dens innvendige omkrets, hvor det ved hjelp av et begrensende munnstykke dannes en begrenser, og hvor det tilføres et fluid, så som luft eller damp.

Denne fluid strømmer gjennom utsparingene opp til kragen og danner dermed et fluidlag rundt akselen, slik at denne er radialt lagret. Denne fluid strømmer radialt utover gjennom gapet dannet av klaringen mellom ytterkanten av ringen og kragen, og hindrer kontakten mellom ringen og kragen, eller med andre ord sørger for den aksiale lagring.

I virkeligheten beskriver det nevnte GB patent et hydrostatisk radiallager som mates ved hjelp av flere avsmalninger med mating til forskjellige kammere rundt lageret. I stedet for mating av det hydrostatiske aksiale lager ved hjelp av en separat avsmalning, er det gjort bruk av avsmalningen som dannes ved tilveiebringelse av avsmalningen av det radiale lager i serie med selve det radiale lager.

På grunn av tilstedeværelsen av munnstykkene som danner en avsmalning eller begrenser, har imidlertid dette kjente kombinerte lager de samme ulemper som de foran nevnte aksiale lagre, med dermed blant annet faren for hindring av disse avsmalninger.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et kombinert radialt-aksialt glidelager som ikke har disse ulemper og derfor forårsaker noen fare for hindring av et kappilar eller munnstykke, og som er pålitelig, billig og kompakt.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved at det kombinerte lager er sammen-satt av på den ene side hydrodynamisk radialt glidelager som omgir en aksel som skal lagres med en klaring, slik at det mellom akselen og det radiale glidelager dannes et første gap, hvor det første gap er i forbindelse med en kilde med væske under trykk, og på den annen side minst ett hydrostatisk aksialt glidelager som, med en klaring, er beliggende motsatt et radialt utragende overfiateparti av akselen, slik at det også mellom dette sistnevnte overfiateparti av akselen og et radialt rettet parti av det aksiale glidelager dannes et andre gap, idet dette andre gap er i forbindelse med det første gap, slik at dette aksiale glidelager mates ved hjelp av det første gap, og dette første gap fullfører funksjonen som begrenser for det aksiale glidelager.

Ved at det første gap har funksjonen som begrenser for det aksiale glidelager, kreves det ingen ekstern begrenser, slik at alle ovenfor nevnte ulemper, som er en konsekvens av en slik ekstern begrenser, blir eliminert.

Det første gap og det andre gap må ikke nødvendigvis være i direkte forbindelse med hverandre. De kan være det ved hjelp av et kammer mellom akselen og et lagerhus.

Et parti av dette hus kan grense til gapene direkte. Huset kan være tilveiebrakt også ved innsiden med en eller flere lagerbufre eller liknende, som grenser til et gap.

Det kombinerte lager kan være enkeltstående og omfatte et enkelt aksialt glidelager ved en ytterkant av det radiale lager, slik at det andre gap dermed er i forbindelse med en ytterkant av det første gap, men i en variant er dette kombinerte lager dobbeltsidet og omfatter to aksiale glidelagre, et ved hver ytterkant av det radiale glidelager, slik at det andre gap av de to aksiale glidelagre er i forbindelse med henholdsvis de to ytterkantene av det første gap.

I dette siste tilfellet er forbindelsen av det første gap med kilden av væske under trykk fortrinnsvis utlagt i sentrum av det første gap på to steder som er beliggende sym-metriske i forhold til midten av det første gap.

I det andre tilfellet med ett aksialt lager, kan den foran nevnte forbindelse være utlagt på ethvert sted i det første gap, slik at trykkfallet i dette gap for en og samme strømningsmengde av væske avhenger av posisjonen av dette sted.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med to ikke begrensende utførelsesformer og en henvisning til tegningene, der fig.l er et skjematisk snittriss av en aksel laget ved hjelp av et kombinert glidelager ifølge oppfinnelsen, fig. 2 er et skjematisk snittriss av glidelageret ifølge oppfinnelsen i en annen utførelsesform enn på fig. 1.

På fig. 1 er det vist en aksel 1, eller nærmere bestemt en ytterkant av denne aksel 1 som er lagret radialt og aksialt i et vannsmurt kombinert radialt-aksialt glidelager 2-3.

Denne aksel er for eksempel festet til en av rotorene på et vannsmurt kompressorelement, og viser med hensyn til den aksiale måte av lagring 1 brå endring av diameter.

Den omfatter derfor et parti 4 med en stor diameter og et parti 5 som har en mindre diameter, og som danner den frie ytterkant, slik at det inn mellom disse partier 4 og 5 er dannet en radialt rettet skulder eller, med andre ord, et radialt rettet overfiateparti 6.

Det kombinerte glidelager 2-3, består i det vesentlige av et hydrodynamisk radialt glidelager 2 som omgir partiet 4 med den største diameter, og av et hydrostatisk aksialt glidelager 3 som er dannet i et lagerhus 7.

Det radiale glidelager 2 omfatter en lagerbuffer 8 som omgir partiet av akselen 1 med en klaring, slik at det mellom dem dannes et første smalt gap 9.

Munningen 10 av en tilførselskanal 11 strekker seg gjennom glidelageret 2 for vann under et trykk Pitl, hvor kanalen er forbundet med en kilde med vann under trykk som ikke er vist på fig. 1, for eksempel går kanalen med vann for injeksjon inn på kom-pressorens roterer ut inn i dette gap 9.

Dette hydrodynamiske radiale glidelager 2 er beregnet i samsvar med kjente standard metoder, for eksempel metoden til Summerfeld som beskrevet, blant annet i "Machine-onderdelen" av Roloff/Matek, side 450-473, hvor driftsforholdene, innbyg-ningsmulighetene, det tilførte smøremiddel, som i det gitte eksempel er vann, har blitt tatt i betraktning.

Det aksiale glidelager 3 omfatter en ringformet lagerbuffer 12 som er festet motsatt det forannevnte radiale overfiateparti 6 av akselen 1 mot et også radialt rettet parti av den innvendige vegg av lagerhuset 7, hvor det innimellom denne lagerbuffer 12 og overflatepartiet er dannet et andre gap 13. Denne lagerbuffer 12 danner dermed et radialt rettet parti av glidelageret 3.

Dette andre gap 13 er i forbindelse med det forannevnte første gap 9, ved hjelp av et ringformet lukket kammer 14, som er dannet inn mellom de to lagerbufre 8 og 12, mellom den innvendige side av lagerhuset 7 og akselen 1.

Det aksiale lager 3 er også blitt beregnet i samsvar med standard metoder for hydrostatiske aksiale glidelagre som blir matet av en begrenser, så som blant annet beskrevet i "Machine-onerdelen" av Roloff/Matek, side 473-479, men med den forskjell at isteden for diameteren av en åpning eller kappilar, blir avstanden fra den forannevnte munning 10 i det første gap 9 opp til kammeret 14 ved ytterkanten av dette gap 9 brukt som en parameter.

I denne klassiske beregning er likningen for beregning av trykkfallet over begrenseren erstattet av en likning som beskriver trykkfallet i sammenstillingen beskrevet hittil. Trykkfallet over lageret kan beregnes på en forenklet måte ved hjelp av følgende likning:

hvor

Q = strømningsmengde

visco = viskositeten for mediet

L = avstanden fra åpningene opp til kantene av lageret

D = diameteren av det radiale lager

S = diametral klaring av det radiale lager

AP = Trykkfallet over lageret; Pin - P^.

Funksjonen av det kombinerte glidelager 2-3 er som følger:

Det radiale glidelager 2 fungerer vanligvis som et hydrodynamisk lager, dette betyr at væske som mates inn i gapet 9 under trykket Pin danner et ringformet lag under påvirkning av rotasjonen av akselen 1, slik at akselen dermed løftes opp til balanseposi-sjonen, som vist på fig. 1 med piler 15.1 denne balanseposisjon er akselen 1 ikke sentrert i det radiale lager 2.

Det aksiale glidelager 3 blir matet med vann som strømmer fra munningen til i det første gap 9 av det radiale glidelager 2. Da dette gap 9 er meget smalt, skapes det et trykkfall AP som er lik strømningsmengden over banen mellom denne munning 10 og kammeret 14.

I dette kammer 14 og dermed også ved inngangen til det andre gap 13 av de hydrostatiske aksiale glidelagre 3, er det et fremherskende trekk P^ = Pin - AP.

På grunn av trykkoppbyggingen under driften blir rotoren og derfor også akselen 1 skjøvet aksialt inn i retningen. De aksiale krefter på akselen 1 er angitt på fig. 1 med pilen 16.

Som en følge av denne aksiale kraft vil akselen 1 være på skrå for å bevege seg inn i retningen av pilen 16. Dersom imidlertid bredden av gapet 3 reduseres vil vann-strømningsmengden gjennom dette gap 13 men også gjennom det første gap 9 reduseres, som resulterer i at trykkfallet AP reduseres.

Fra den ovenstående likning kan det utledes at som resultat av dette øker trykket Pax, som har som konsekvens at den foran nevnte aksialkraft motvirkes inntil det oppnås en balanse.

Når den aksiale kraft faller under denne balanse, vil bredden av gapet 13 øke, som gir et resultat av at vannstrømningsmengden øker og trykkfallet AP øker. Derved reduseres også trykket Pax inntil en balanse igjen er oppnådd.

Derfor overtar det første gap 9 rollen med åpning eller kappilar for det aksiale glidelager 3.

Det vil være klart at trykkfallet AP avhenger av lengden av partiet av gapet 9 mellom munningen 10 og kammeret 14. På fig. 1 er denne munning vist i sentrum av gapet 9, men ved bevegelse av denne munning 10 mot det aksiale glidelager 3 eller bort fra dette glidelager 3, vil dette trykkfall AP, med den samme strømningsmengde, minske henholdsvis øke.

Ved beregning av det aksiale glidelager 3, er det sørget for at dersom bredden av gapet 3 er minimalt, som avhenger av slaget og skråstillingen av det aksiale glidelager 3 og ruheten av overflatene, er trykket Pax så høyt som mulig, og som følge av det er trykkfallet AP minimalt. Imidlertid vil det fremdeles være en vannsstrømningsmengde som er stor nok til å spre friksjons varmen.

Med en maksimalbredde av gapet 13 som ikke kan være for stort, må det foran nevnte trykk Pax være så lavt som mulig, og som følge av det må trykkfallet AP være maksimalt.

Utførelsesformen vist på fig. 2 skiller seg fra utførelsesformen beskrevet hittil ved at det kombinerte lager 2-3 er dobbeltsidet, det betyr at det kan ta opp aksiale krefter så vel som i retningen vist med pilen 16 som i den motsatte retning, vist med pilen 17 på fig. 2, og omfatter for dette formål, foruten et radialt glidelager 2, to aksiale glidelagre 3 som er identiske med lagrene 2 henholdsvis 3, beskrevet i det foregående.

Akselen 1 omfatter 2 partier 5 med mindre diameter, slik at det dermed mellom det tykkere parti 4 og hvert av partiene 5 er dannet en skulder, og dermed et radialt rettet overfiateparti 6, hvor det motsatt dette er beliggende et aksiallager 3.

Ved hjelp av et kammer 14 er gapene 3 av de to radiale glidelagre 3 forbundet med henholdsvis begge ytterkantene av gapet 9 av det radiale glidelager 2.

Vannet som mates inn i gapet 9 med trykket Pin flyttes opp i to strømmer med en veldefinert strømningsmengde, en mot hvert gap 13.

Det radiale glidelager 2 funksjonerer som i utførelsesformen på fig. 1. Også de to aksiale glidelagre 3 funksjonerer på samme måte som beskrevet hittil, hvor imidlertid bredden av det ene gap 13 minsker når bredden av det andre øker, og omvendt.

Vanligvis velges munningen 10 i midten mellom de to aksiale glidelagre 3, og denne sistnevnte lik hverandre, slik at de to gap 13 i balanseposisjon vil være like brede og strømningsmengdene mot disse gap 13 vil være like. Så snart det er et avvik fra denne balanse vil en strømningsmengde være høyere enn den andre, som resulterer i at trykket Pax vil være forskjellig, og det for store aksiale trykk vil bli motvirket.

I en variant er tilførselskanalen 11 splittet i to ved ytterkanten, og det er derfor to munninger 10 som, i stiplet linje på fig. 2, glir ut i gapet 9 symmetrisk i forhold til midten mellom de to aksiale glidelagre 3.

Væsken som er brakt inn i gapet 9 ved hjelp av tilførselskanalen 11 må ikke nødvendigvis være vann. Det kan for eksempel også være olje eller en annen smøre-væske.

Gapene 9 og 13 må ikke nødvendigvis være i forbindelse ved hjelp av et kammer 14. Eventuelt kan de være direkte forbundet med hverandre.

Oppfinnelsen er ikke på noen måte begrenset til utførelsesformene beskrevet i det foregående, og vist på tegningene, snarere kan et slikt kombinert radialt-aksialt glidelager realiseres i forskjellige varianter uten å avvike fra rammen for oppfinnelsen.

Claims (9)

1. Kombinert radialt-aksialt glidelager som omfatter, på den ene side et hydrodynamisk radialt glidelager (2) som omgir en aksel (1) som skal lagres med en klaring, slik at det mellom akselen (1) og det radiale glidelager (2) dannes et første gap (9), hvor det første gap (9) er i forbindelse med en kilde med væske under trykk, og på den annen side minst ett hydrostatisk aksialt glidelager (3) som, med en klaring, er beliggende motsatt et radialt utragende overfiateparti (6) av akselen (1), slik at det også mellom dette sistnevnte overfiateparti (6) av akselen (1) og et radialt rettet parti (12) av det aksiale glidelager (3) dannes et andre gap (13), idet dette andre gap (13) er i forbindelse med det første gap (9), slik at dette aksiale glidelager mates ved hjelp av det første gap, og dette første gap (9) fullfører funksjonen som begrenser for det aksiale glidelager (3).

2. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge krav 1, hvor det første gap (9) og det andre gap (13) er i forbindelse med hverandre ved hjelp av et kammer 14 mellom akselen (1) og et lagerhus (7).

3. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge krav 1 eller 2, hvor det er enkeltstående og omfatter et aksialt glidelager (3) ved en ytterkant av det radiale lager (2), slik at det andre gap 13 er i forbindelse med en ytterkant av det første gap (9).

4. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge krav 1 eller 2, hvor det er dobbeltsidet og omfatter to aksiale glidelager (3), en ved hver ytterkant av de radial glidelagre (2), slik at det andre gap (13) av de to aksiale glidelagre (3) er i forbindelse med henholdsvis de to ytterkanter av de første gap (9).

5. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge krav 4, hvor forbindelsen av det første gap (9) med kilden av væske under trykk er utlagt i sentrum av dette gap (9).

6. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge krav 4, hvor forbindelsen av det første gap (9) med kilden av væske under trykk er utlagt på to steder som er symmetrisk i forhold til sentrum av dette gap (9).

7. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge foregående krav, hvor forbindelsen av det første gap (9) med kilden av væske under trykk omfatter en tilførsels kanal (11) med en munning (10) som strekker seg gjennom det radiale glidelager (2).

8. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge foregående krav, hvor det radiale glidelager (2) så vel som det aksiale glidelager (3) omfatter en lagerbuffer (8,12).

9. Kombinert radialt-aksialt glidelager ifølge foregående krav, hvor akselen (1) er aksler av en rotor på en kompressor.