CH583387A5 - Shaft dynamic balancing device - alters vibration characteristics of shaft using three interchangeable damped support shoes - Google Patents

Description

  
 



   Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Äenderung des Schwingungsverhaltens eines mindestens eine Welle aufweisenden, mehrfach gelagerten Wellenstranges durch Änderung der Feder- und/oder Dämpfungskonstante mindestens eines mit aus dem zusammengebauten Lagergehäuse demontierbaren Lagerschuhen ausgerüsteten Gleitlagers. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.



   Die schwingungstechnisch richtige Auslegung einer Kraftanlage ist wegen der grossen Anzahl der zu beachtenden Parameter ein komplexes Problem. Eigenschaften des Unterbaus, des Fundamentes, der Grundplatten, der Lagerung und des Rotorstranges spielen eine grosse Rolle. Da diese Elemente häufig von verschiedenen Firmen geliefert werden, entsteht ein Koordinationsproblem.



   Ausserdem ist das physikalische Modell eines solchen schwingungsfähigen Gebildes so komplex, dass für die Berechnung Vereinfachungen getroffen werden müssen. Diese haben zur Folge, dass das   Rechenergebnis   nicht die Wirklichkeit beschreibt. Die Folge davon können schwingungstechnisch schlecht ausgelegte Kraftanlagen sein, die man auf der ganzen Welt antrifft.



   Wenn im Nachgang an einer solchen Maschine Änderungen vorgenommen werden sollen, die das Schwingungsverhalten der Maschine verbessern sollen, so kann dies praktisch nur durch Änderung der Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der Lagerung geschehen. Dazu muss bis heute aber die Maschine für längere Zeit stillgelegt werden, die Gehäuse müssen geöffnet und die Rotoren entfernt werden, um an der Lagerung selbst arbeiten zu können. Diese Manipulationen dauern Wochen, verursachen bei Grossmaschinen täglich einen kostspieligen Produktionsausfall und haben ein zweifelhaftes Ergebnis, denn die Reparatur gewährleistet von vornherein keinen sicheren Erfolg.



   Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Verfahrens zur Änderung des Schwingungsverhaltens eines Wellenstranges zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens einer Maschine diese für nur kurze Zeit stillgesetzt werden muss, wobei das Resultat der Reparatur voraussehbar ist und ein sicherer Erfolg gewährleistet ist.



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Wellenstrang ausser Betrieb gesetzt wird, dass der Abstützung der Lagerschuhe dienende Abstützorgane aus dem Lagergehäuse ohne Abdeckung und Ausbau der Welle von aussen demontiert werden und durch solche Abstützorgane ersetzt werden, die andere, vorbekannteFeder- und/oder Dämp- fungskonstanten aufweisen, und dass der Wellenstrang, der nun andere Schwingungscharakteristiken besitzt, wieder in Betrieb gesetzt wird.



   Die zur Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäss vorgesehene Einrichtung zeichnet sich aus durch Mittel, die die Abstützorgane in im Lagergehäuse ausgebildeten Aufnahmeöffnungen festhalten bzw. für die Demontage der eingebauten Abstützorgane und für den Einbau anderer, einbaufertiger Abstützorgane mit anderen Feder- und/oder Dämpfungskonstanten freigeben.



   Die Erfindung löst also das Problem der zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens einer fertiggebauten Kraft- anlage oft notwendigen Reparatur dadurch, dass die Rotoren von vorneherein auf Abstützorganen definierter Steifigkeit und Dämpfung, d. h. vorbestimmter Feder- und Dämpfungskonstaaten, gelagert sind, die von aussen im Lagerbock auswechselbar sind, ohne dass das Gehäuse abgedeckt und die Welle ausgehoben werden müsste. Die dynamischen Eigenschaften der Abstützorgane sind von vornherein bekannt und können am Prüfstand für sich allein gemessen werden, so dass deren spätere Auswirkungen im Verein mit der Welle vorbestimmt werden können und ein eindeutiger Erfolg der Reparatur gesichert ist.



   Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Gleitlager mit Lagerschuhen und Abstützorganen, wobei die zwei unteren Abstützorgane von aussen auswechselbar sind;
Fig. 2 einen Schnitt durch ein in grösserem Massstab dargestelltes Abstützorgan;
Fig. 3 ein in grösserem Massstab dargestelltes Detail des Gleitlagers, welches die Funktion eines Abstützorganes veranschaulicht.



   In den verschiedenen Figuren sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.



   Das Gleitlager nach der Fig. 1, z. B. zur Lagerung des Welienstranges einer Dampfturbinenanlage, weist das im weiteren als Gehäuse 1 bezeichnete Lagergehäuse auf, welches aus dem Unterteil 27 und dem Oberteil 28 besteht. Die im Gehäuse 1 vorgesehenen Zuführkanäle 30 dienen der Zufuhr der im weiteren als Flüssigkeit bezeichneten Schmier- und Dämpfungsflüssigkeit zu den Abstützorganen 2, 2' und dem zwischen der Welle 26 und dem Lagerschuh 3 vorhandenen Schmierspalt 25. Im Gehäuse 1 sind die Bohrungen 4 vorgesehen, die die Ringkanäle 29 aufweisen, die ihrerseits mit den Zuführkanälen 30 kommunizieren und zur Verteilung der Flüssigkeit an die Abstützorgane 2, 2' ausgebildet sind. Die Welle 26 ist durch die Lagerschuhe 3 abgestützt, von denen die unteren durch die Abstützorgane 2 abgestützt sind.

  Jedes Abstützorgan 2 ist in einer Bohrung 4 des Unterteiles 27 mit einem Gleitsitz so angeordnet, dass es ohne Schwierigkeiten in seine Bohrung 4 hineingeschoben oder aus dieser hinausgezogen werden kann. Jeder abgeschrägte Boden 5 eines Abstützorganes 2 kann mit einer Keilfläche eines Gleitsteines 6 in oder ausser Eingriff gebracht werden, so dass das Abstützorgan 2 in Stellung gehalten oder aus dieser freigegeben werden kann. Durch Verschiebung eines Gleitsteines 6 kann ferner eine radiale Verschiebung des entsprechenden Abstützorganes 2 und des durch dieses abgestützten Lagerschuhes 3 hervorgerufen werden, wodurch die Möglichkeit einer Justierung, d. h. einer Zentrierung des Lagerschuhes 3 in bezug auf die Drehachse der Welle 26 gegeben ist.



   Es könnte auch ein einen geraden Boden aufweisendes Abstützorgan 2 mit Hilfe eines in die Bohrung 4 hineingeschraubten Befestigungsorgans (nicht gezeigt) in Stellung gehalten oder aus dieser freigegeben werden. Auf ähnliche Weise könnte das Abstützorgan 2 selber in die Bohrung 4 hineingeschraubt sein.



   Allen vorher beschriebenen Befestigungsanordnungen ist gemeinsam, dass das Abstützorgan 2 von aussen im Unterteil 27 auswechselbar ist, ohne dass das Lagergehäuse 1, und das die Welle 26 umgebende Turbinengehäuse geöffnet und die Welle 26 ausgehoben werden müsste. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, bei einer notwendigen Reparatur die zufolge ihrer Feder- und/oder Dämpfungskonstanten ein ungünstiges Schwingungsverhalten verursachenden Abstützorgane 2 rasch zu entfernen und durch andere Abstützorgane 2 zu ersetzen, die aufgrund der für die Korrektur des Schwingungsverhaltens notwendigen Werte der Feder- und/oder Dämpfungskonstanten vorgewählt sind.



   Das im Oberteil 28 untergebrachte Abstützorgan 2', das einen im wesentlichen gleichen Aufbau zeigt, erfüllt eher die Funktion einer Amplitudenbegrenzung der Wellenschwingung, und da seine Feder- und Dämpfungskonstanten das Schwingungsverhalten des Wellenstranges nicht beeinflussen, muss es bei einer Reparatur nicht entfernt werden und braucht daher nicht von aussen auswechselbar zu sein. Es kann also bei abgedecktem Gehäuse 1 von innen eingesetzt sein, wie dies  in der Fig. 1 gezeigt ist. Der Schraubenbolzen 31 dient der Justierung und Fixierung des Abstützorgans 2' im Oberteil 28, ohne Demontage.



   Jedes Abstützorgan 2 (Fig. 2) weist eine durch eine Federkonstante gekennzeichnete Federungsvorrichtung zur Federung der Radialbewegung eines Lagerschuhes 3 und eine durch eine Dämpfungskonstante gekennzeichnete Dämpfungs- vorrichtung zur Dämpfung der Radialbewegung des Lagerschuhes 3 auf. Die Federungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus den Federungselementen 9, die in der nicht durchgehenden Bohrung 8 des zylindrischen Blockes 7 aufeinandergestapelt sind. Am freien Ende des Stapels der Federungselemente 9 ist eine Pfanne 10 in der Bohrung 8 axial verschiebbar angeordnet. Die Pfanne 10 mittels eines in sie hineingeschraubten, durch den Bodenteil des Blockes 7 und die Federungselemente 9 hindurchgehenden Dehnbolzens 12 so gehalten, dass sie die Federungselemente 9   gegeneinander    und gegen die Bodenfläche der Bohrung 8 des Blockes 7 drückt.



  Die Zwischenräume 13, die zwischen den als Tellerfedern wirkenden Federungselementen 9 vorgesehen sind, ermöglichen eine Relativbewegung der letzteren zueinander. Die die   Federungsvorrichtung    eines Abstützorgans 2 kennzeichnende Federkonstante ist in grossem Masse von der Anzahl der im Abstützorgan 2 aufeinandergestapelten Federungselemente 9 und von der Form und den Abmessungen der einzelnen Federungselemente 9 abhängig. Jedoch hat die im Betrieb in den Zwischenräumen 13 vorhandene Flüssigkeit auf die Federkonstante ebenfalls einen nicht unwesentlichen Einfluss.



   DieDämpfungsvorrichtung, die eine hydraulisch wirkende Vorrichtung ist, weist ein System von in hydraulischer Verbindung stehenden Strömungswegen auf, über welche die Flüssigkeit in das Abstützorgan 2 hinein- und aus diesem hinausströmen kann. Die im Dehnbolzen 12 axial verlaufende Bohrung 14 und die mit dieser kommunizierende, in Querrichtung des Dehnbolzens 12 verlaufende Bohrung 15 bilden einen Strömungsweg, welcher mit den Zwischenräumen 13 über die in den Federungselementen 9 ausgebildeten blendenartigen Durchlässe 16 in Verbindung steht. Die Zwischen- räume 13 kommunizieren mit einem die Federungselemente 9 umgebenden, zwischen der Bohrung 8 des Blockes 7 und den Fedrerungselementen 9 vorgesehenen Leckageraum 20, welcher mit einem an der Umfangsfläche der Pfanne 10 ausgebildeten Ringkanal 17 in hydraulischer Verbindung steht.

  Zwischen dem Leckageraum 20 und dem Ringkanal 17 ist eine Drosselstelle (nicht gezeigt) vorgesehen. Diese dient als Mittel zur Aufstauung der aus dem Abstützorgan 2 hinausstömenden Flüssigkeit, derart, dass der Flüssigkeitsdruck im Abstützorgan 2 nur wenig unterhalb des im Schmierspalt 25 zwischen der Welle 26 und dem Lagerschuh 3 vorhandenen Flüssigkeitsdruckes liegt. Dies ist wegen der starken Abhängigkeit des Volumen-E-Moduls der Flüssigkeit vom Druckpegel und Luftgehalt notwendig. Der Ringkanal 17 kommuniziert mit dem Ringkanal 29 des Unterteils 27 über in der Wand des zylindrischen Blockes 7 vorgesehene Öffnungen 32.



  An der freien Stirnfläche der Pfanne 10 ist eine konkave sphärische Abstützfläche 18 zur Abstützung eines Lagerschuhes 3 vorgesehen. Eine Mehrzahl von mit dem Ringkanal 17 kommunizierenden, in der Pfanne 10 vorgesehenen Bohrungen 19 verlaufen in einem Winkel relativ zur Achse des Abstützorgans 2 und münden in der Abstützfläche 18.



   Die die Dämpfungsvorrichtung eines Abstützorgans 2 kennzeichnende Dämpfungskonstante ist im wesentlichen vom gesamten   hydraulischen    Widerstand gegen die Strömung der Flüssigkeit durch das Abstützorgan 2 abhängig. Der Durchmesser der blendenartigen Durchlässe 16, die axialen Breiten der Zwischenräume 13 und die radiale Breite des Leckageraumes 20 sind dabei die Parameter, welche auf die Dämpfungskonstante einen wesentlichen Einfluss haben.



   Jeder Lagerschuh 3 weist eine sphärische, konvexe Auflagefläche 21 (Fig. 3) auf, die im montierten Zustand des Abstützorgans 2 mit der Abstützfläche 18 des letzteren in Eingriff steht. Ferner sind in jedem Lagerschuh 3 in dessen Querrichtung verlaufende Bohrungen 22 vorgesehen, die mit den Bohrungen 19 des entsprechenden Abstützorgans 2 kommunizieren und in einer etwa in Längsrichtung des Lagerschuhes 3 verlaufenden Bohrung 23 münden. Eine weitere in Querrichtung des Lagerschuhes 3 verlaufende Bohrung 24 verbindet den Schmierspalt 25 mit dem Strömungsweg 14, 15 im Dehnbolzen 12.



   Aus der Fig. 3 geht die Funktionsweise des Abstützorgans 2 im Verein mit dem Lagerschuh 3 und der Welle 26 deutlich hervor. Flüssigkeit strömt von einer Pumpe (nicht dargestellt) in den Zuführkanal 30, und von hier über den Ringkanal 29, die Bohrungen 32, den Ringkanal 17, die Bohrungen 19 und über die Bohrungen 22 und 23 des Lagerschuhes 3 in den Schmierspalt 25 und gewährleistet die für die Lauffläche des Lagerschuhes 3 erforderliche Schmierung.

  Vom Schmierspalt 25 strömt Flüssigkeit unter hohem Druck über die Bohrung 24 des Lagerschuhes 3 in die zentrale Bohrung 33 der Pfanne 10 und von hier über die Bohrungen 14 und 15 des Dehn- bolzens 12 und die blendenartigen Durchlässe 16 in die Zwischenräume 13 der Federungselemente 9 und in den die letzteren umgebenden Leckageraum 20. Über diesen gelangt die Flüssigkeit zurück in den Ringkanal 17, strömt zusammen mit der hier vorhandenen frischen Flüssigkeit durch die Bohrungen 19 und 22 in die Bohrung 23 und gelangt damit in den Schmiermittelkreislauf zurück. Die durch das Abstützorgan 2 hindurchströmende Flüssigkeit dämpft, zufolge der an ihr geleisteten Quetscharbeit, die Radialbewegungen des Lagerschuhes 3 und führt die zufolge derDämpfungsarbeit erzeugte Dämpfungswärme ab.



   Die Radialbewegungen eines Lagerschuhes 3 werden also durch die relativ zueinander verlaufenden Bewegungen der Federungselemente 9 gefedert. Diese Bewegungen werden jedoch durch die durch die Federungsvorrichtung hindurchströmende Flüssigkeit, bzw. durch deren Dämpfungsarbeit in beträchtlichem Masse gedämpft, wobei die Federungs- und   Dämpfungskonstanten   von der Geometrie und den Abmessun- gen der Bestandteile des Abstützorgans 2 abhängig sind. Durch das Vorhandensein solcher kalibrierter, einbaufertigerAbstützorgane, die sich voneinander durch unterschiedliche, vorbekannte Feder- und/oder Dämpfungskonstanten unterscheiden, ist es also möglich, die Federungs- und/oder Dämpfungskonstante eines Gleitlagers in einer bedeutend kürzeren Zeit als bis jetzt zu ändern und das Schwingungsverhalten eines Wellenstranges in voraussehbarer Weise zu beeinflussen. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zur Änderung des Schwingungsverhaltens eines mindestens eine Welle aufweisenden, mehrfach gelagerten Wellenstranges, durch Änderung der Feder- und/oder Dämpfungskonstante mindestens eines mit aus dem zusammengebauten Lagergehäuse demontierbaren Lagerschuhen ausgerüsteten Gleitlagers, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstrang ausser Betrieb gesetzt wird, dass der Abstützung der Lagerschuhe (3) dienende Abstützorgane (2) aus dem Lagergehäuse (1) ohne Abdeckung und Ausbau der Welle (26) von aussen demontiert werden und durch solche Abstützorgane (2) ersetzt werden, die andere, vorbekannte Feder- und/oder Dämpfungskonstanten aufweisen, und dass der Wellenstrang, der nun andere Schwingungscharakteristiken besitzt, wieder in Betrieb gesetzt wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Mittel (5, 6), die die Abstützorgane (2) in im Lagergehäuse (1) ausgebildeten Aufnahmeöffnungen (4) festhalten bzw. für die Demontage der eingebauten Abstützorgane (2) und für den Einbau anderer, einbaufertiger Abstützorgane (2) mit anderen Feder- und/ oder Dämpfungskonstanten freigeben.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch in ihre Aufnahmeöffnungen (4) eingeschraubte Abstützorgane (2).

   2. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch in ihren Aufnahmeöffnungen (4) mit Gleitsitzen angeordnete Abstützorgane (2).

   3. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch Abstützorgane (2) mit abgeschrägten Böden (5), von denen jeder mit einer Keilfläche eines Gleitsteines (6) in Eingriff bringbar ist.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abstützorgan (2) eine Vorrichtung zur Federung und eine Vorrichtung zur Dämpfung der Bewegung eines Lagerschuhes (3) aufweist.

   5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungsvorrichtung in einer nicht durchgehenden Bohrung (8) eines in der Aufnahmeöffnung (4) eingesetzten Blockes (7) aufeinandergestapelte Federungselemente (9) aufweist.

   6. Einrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende des Stapels der Federungselemente (9) eine in der Bohrung (8) verschiebbar angeordnete und derart gehaltene Pfanne (10) vorgesehen ist, dass diese die Federungselemente (9) gegeneinander und gegen die Bodenfläche der Bohrung (8) des Blockes (7) drückt.

   7. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfanne (10) mittels eines Dehnbolzens (12) in Stellung gehalten ist, der durch den Bodenteil des Blockes (7) und die Federungselemente (9) hindurchgeht und in die Pfanne (10) eingeschraubt ist.

   8. Einrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungselemente (9) als Tellerfedern wirkende Elemente sind, und dass Zwischenräume (13) zwischen den Federungselementen (9) so ausgebildet sind, dass sie eine Relativbewegung der letzteren zueinander ermöglichen.

   9. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung eine hydraulisch wirkende Vorrichtung ist.

   10. Einrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung ein System von Strömungswegen aufweist, über welche die Schmier- und Dämpfungsflüssigkeit in das Abstützorgan (2) hinein und aus diesem hinaus strömen kann.

   11. Einrichtung nach Unteranspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Aufstauung der aus dem Abstützorgan (2) hinausströmenden Flüssigkeit, derart, dass der Flüssigkeitsdruck im Abstützorgan (2) nur wenig unterhalb des im Schmierspalt (25) zwischen der Welle (26) und dem Lagerschuh (3) vorhandenen Flüssigkeitsdruckes liegt.

   12. Einrichtung nach Unteranspruch 6, 8 und 10, gekennzeichnet durch einen das freie Ende der Pfanne (10) mit den Zwischenräumen (13) hydraulisch verbindenden Strömungsweg (14, 15).

   13. Einrichtung nach Unteranspruch 7 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (14, 15) im Dehnbolzen (12) ausgebildete Bohrungen (14, 15) aufweist, von denen eine (14) in Längsrichtung und die andere (15), die mit der ersten kommuniziert, in Querrichtung des Dehnbolzens (12) verläuft.

   14. Einrichtung nach Unteranspruch 5 und 8, gekennzeichnet durch in den Federungselementen (9) ausgebildete blendenartige Durchlässe (16), die die Zwischenräume (13) untereinander verbinden.

   15. Einrichtung nach Unteranspruch 6 und 10, gekennzeichnet durch einen an der Umfangsfiäche der Pfanne (10) ausgebildeten Ringkanal (17), eine an der freien Stirnfläche der Pfanne (10) ausgebildete Abstützfläche (18) und eine Mehrzahl von mit dem Ringkanal (17) kommunizierenden, in der Abstützfläche (18) mündenden Bohrungen (19).

   16. Einrichtung nach Unteranspruch 8, 10 und 15, gekennzeichnet durch einen die Federungselemente (9) umgebenden, mit den Zwischenräumen (13) und dem Ringkanal (17) kommunizierenden Leckageraum (20).

   17. Einrichtung nach Unteranspruch 11 und 16, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Leckageraum (20) und dem Ringkanal (17) vorgesehene Drosselstelle.

   18. Einrichtung nach Unteranspruch 15, gekennzeichnet durch eine an jeweils einem Lagerschuh (3) vorgesehene, mit der Abstützfläche (18) in Eingriff stehende Auflagefläche (21), und durch mit den Bohrungen (19) kommunizierende ins Innere des Lagerschuhes (3) verlaufende Bohrungen (22), die in einer Bohrung (23) enden, welche in den Ringraum zwischen dem Gehäuse (1) und der Welle (26) ausmündet.

   19. Einrichtung nach Unteranspruch 10 und 12, gekennzeichnet durch je eine im Lagerschuh (3) vorgesehene, mit dem Schmierspalt (25) und dem Strömungsweg (14, 15) kommunizierende Bohrung (24).

   20. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 15, gekennzeichnet durch einen zur Verteilung der Schmierflüssigkeit an die Abstützorgane (2) im Gehäuse (1) vorgesehenen Zuführkanal (30) und einen mit diesem in Verbindung stehenden, mit dem Ringkanal (17) kommunizierenden, in jeder Aufnahmeöffnung (4) ausgebildeten Ringkanal (29).