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Axialgleitlager Die Erfindung bezieht sich auf ein Axialgleitlager
zur Verwendung in einer senkrechten Rotationsmaschine, beispielsweise einem senkrechten
hydraulischen Turbogenerator.
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Ein bereits entwickeltes Axialgleitlager (vgl. Fig. 1) besteht im
wesentlichen aus einem Lagerläufer 1, der sich zusammen mit der Welle dreht, und
Lagerdruckstücken 2, die zur Gleitlagerung des Lagerläufers 1 dienen, und diese
Bauteile sind in einem mit Schmieröl gefüllten Tank angeordnet.
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Bei einer ein hohes Läufergewicht aufweisenden Maschine wie einem
hydraulischen Turbogenerator wirkt auf die den Lagerläufer 1 halternden Lagerdruckstücke
2 ein ziemlich hoher Oberflächendruck ein, was zur Folge hat, daß das zwischen dem
Lagerlaufer 1 und den Lagerdruckstücken 2 strömende Schmieröl erwärmt wird.
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Im allgemeinen wird daher eine Kühlung des Schmieröls in dem Tank
durchgeführt.
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Eine derartige Maßnahme ist dann wirksam, wenn die Zuführung des gekühlten
Schmieröls konstant zwischen den Lagerläufer 1 und die Lagerdruckstücke 2 erfolgt;
tatsächlich aber besteht die Gefahr, daß Schmieröl an der Gleitfläche des Lagerläufers
1 haftet und auf dieser einen Ölfilm bildet, und dieser Ö1-film strömt fortlaufend
zwischen aneinander angrenzende Lagerdruckstücke 2 und den Lagerläufer 1 (vgl. den
ausgezogenen Pfeil in Fig. 1). Aufgrund der Anwesenheit eines derartigen Ölfilms
kann das gekühlte Schmieröl zwangsläufig nur eine Wirbelströmung bilden zwischen
den aneinandergrenzenden Lagerdruckstücken 2 (vgl. den gestrichelten Pfeil in Fig.
1).
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Diese Erscheinung fällt bei einer Hochgeschwindigkeits-Rotationsmaschine
besonders ins Gewicht. Wenn diese Erscheinung dauernd auftritt, wird das eine höhere
Temperatur aufweisende Schmieröl allmählich zwischen den Lagerläufer 1 und die Lagerdruckstücke
2 geleitet, was zur Folge hat, daß die Temperatur von zwischen den Lagerläufer 1
und die Lagerdruckstücke 2 zugeführtem Schmieröl allmählich ansteigt. Dies kann
an dem Lagerläufer 1 und den Lagerdruckstücken 2 eine durch Wärme bedingte Verformung
und sogar eine Überhitzung zur Folge haben, Wenn die Temperatur des Schmieröls zwischen
dem Lagerläufer 1 und den Lagerdruckstücken 2 ansteigt, können sich von dem Schmieröl
auch Blasen lösen, und solche Blasen können den zwischen dem Lagerläufer 1 und den
Lagerdruckstücken 2
gebildeten Ölfilm durchbrechen und eine Überhitzung
dieser Teile aufgrund ungenügender Schmierölzuführung bewirken.
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Als Maßnahme gegen diese Erscheinung wurde bereits eine Vorrichtung
entwickelt, bei der die Quelle gekühlten Schmieröls zwischen den aneinandergrenzenden
Lagerdruckstücken 2 so zu s o angeordnet ist, daß das gekühlte Schmieröl zumindest
teilweise zwischen den Lagerläufer 1 und die Lagerdruckstücke 2 eintretee kann (vgl.
Fig. 2 und 3). Bei dieser Vorrichtung ist radial zwischen den Lagerdruckstücken
2 eine Zuführleitung 3 für gekühltes Schmieröl vorgesehen, wobei in der Zufuhrleitung
3 kleine Löcher 4- entlang ihrer der Gleitfläche des Lagerläufers 1 gegenüberliegenden
Seite gebildet sind, wodurch aus den kleinen Löchern 4 gekühltes Schmieröl ausgestoßen
wird.
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Diese Vorrichtung gestattet- es-, daß ein bestimmter Teil von gekühltem
Schmieröl zwischen den Lagerläufer 1 und die Lagerdruckstücke 2 einströmen kann
und in gewissem Umfang -ein Absinken der Lagertemperatur bewirkt; die Vorrichtung
ist jedoch unzureichend zum Durchbrechen des eine hohe Temperatur aufweisenden Schmierölfilms,
der an der Gleitfläche des Lagerläufers l haftet. Der Grund hierfür ist, daß (vgl.
Fig. 3) der eine hohe Temperatur aufweisende Schmierölfilm (dargestellt durch den
ausgezogenen Pfeil), der an dem Lagerläufer 1 haftet, während der Bildung eines
Films fließt, und daher wird das aus den Löchern in der Zuführleitung 3 ausgestoßene
gekühlte Schmieröl durch den sich bewegenden Ölfilm zurückgedrängt (dargestellt
durch die gestrichelten Pfeile), so daß sich keine Änderung des wandernden Ölfilms
ergibt.
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Als weitere Vorrichtung zum Lösen des an -dem Lagerläufer 1 haftenden
Ölfilms wurde bereits eine Ölabstreifplatte P ent-, wickelt, die mit der Gleitfläche
des Lagerläufers 1 in Kontakt steht (vgl. Fig. 4). Da die Ölabstreifplatte P dauernd
mit
der Gleitfläche des Lagerläufers 1 in Kontakt steht, wird in diesem Fall ein extrem
hoher Ölfilm-Ablöseeffekt erzeugt.
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Die Anordnung weist jedoch den großen Nachteil auf, daß die Gleitfläche
des Lagerläufers 1 durch die in Kontakt mit dem Lagerläufer stehende Abstreifplatte
beschädigt werden könnte.
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Auch muß die Ölabstreifplatte P zur Erhaltung ihres Ölfilm-Ablöseeffekts
häufig repariert werden, und für jede derartige Reparaturarbeit muß die Maschine
gestoppt werden. In letzter Zeit wurde eine Anordnung entwickelt, bei der die Lagerdruckstücke
2 durch elastische Organe, z. B. Federn, gehaltert werden zum Erhalt einer sog.
ausgeglichenen Halterung, wodurch sämtliche Lagerdruckstücke 2 die Belastung in
gleicher Weise aufnehmen, und in dem Axialgleitlager einer solchen Anordnung, wie
sie beispielsweise bei einem hydraulischen Turbogenerator verwendet wird, kann der
Rotationsteil infolge einer Änderung des Wasserdruckes axial verschoben werden.
Bei Auftreten einer derartigen Axialverschiebung kann die Ölabstreifplatte P durch
den Lagerläufer 1 nach unten gedrückt werden.
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Um dies zu verhindern, könnte man die Ölabstreifplatte P an einer
Stelle vorsehen, die von dem Lagerläufer 1 einen genügend großen Abstand hat, so
daß die Verschiebung des Rotation teils aufgenommen wird. In diesem Fall müßte jedoch
die Ölabstreifplatte P an einer von der Gleitfläche des Xagçrläufera 1 ziemlich
weit entfernten Stelle angeordnet werden, wodurch der Ölfilm-Abstreifeffekt in unzulässiger
Weise verlorengehen würde. Eine derartige Ölabstreifplatte P ist daher unzweckmäßig.
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Die meisten der bereits entwickelten Axialgleitlager können den an
dem Lagerläufer anhaftenden, eine hohe Temperatur aufweisenden Ölfilm nicht entfernen,
, und bei dem Versuch einer Lösung dieses Problems ergibt sich nur eine Vergrößerung
des Axialgleitlagers, jedoch nicht ein wirksames Mittel zun minieren eines solchen
Ölfilms,
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung,
durch die ein auf der Gleitfläche eines einen wesentlichen Teil eines Axialgleitlagers
bildenden Lagerläufers gebildeter Hochtemperatur-Ölfilm entfernbar ist, wodurch
die Zuverlässigkeit des Gleitlagers verbessert werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird der an der Gleitflache-eines Lagerläufers
haftende Hochtemperatur-Ölfilm durch Aufspritzen von Fluid oder Absaugen des Films
abgelöst, wobei eine diesem Zweck dienende Vorrichtung der Gleitfläche desge--'rläufers
eng benachbart angeordnet ist.
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Insbesondere wird gemäß der Frfindung der Hochtemperatur-Ölfilm anf@der
Gleitfläche des Lagerläufers durch Ausnutzung des anprallenden Stromes von Druckfluid
abgelöst.
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Dies bedeutet, daß der Hochtemperatur-Ölfilm entweder durchbrochen
wird, indem ein Druckfluid zum Anprall gegen den sich mit dem Lagerläufer drehenden
Ölfilm gebracht wird, oder daß der Ölfilm durch die Kraft eines nahe der Gleitfläche
des Lagerläufers entwickelten Unterdruckes zwangsläufig abgesaugt wird.
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Durch die Erfindung wird also ein Axialgleitlager angegeben, das beispielsweise
in einem hydraulischen Turbogenerator verwendet wird. Bei dieser Art von Gleitlager
gleitet der Lagerläufer auf der Rotorseite in Öl auf den Lagerdruckstücken, und
während des Betriebs geschieht es häufig, daß' ein eine hohe Temperatur aufweisender
Ölfilm die Gleitfläche des Lagerläufers bedeckt und so die Bildung eines kalten
Ölfilms zwischen dem Lagerläufer und den Lagerdruckstucken verhindert.
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Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen zum Ablösen des
eine hohe Temperatur aufweisenden Ölfilms auf der Läufergleitfläche, indem ein kaltes
Druckfluid zum Anprall an der Gleitfläche des Lagerläufers gebracht wird, wodurch
ein konstantes Bedecken der Gleitfläche mit einem kalten Ölfilm möglich ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Hauptteile eines bereits entwickelten
Axialgleitlagers; Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Hauptteile eines weiteren
bereits entwickelten Axialgleitlagers; Fig. 3 eine Seitenansicht der Anordnung von
Fig. 2; Fig. 4 eine Seitenansicht eines weiteren bereits entwickelten Axialgleitlagers,
bei dem eine Ölabstreifplatte vorgesehen ist; Fig. 5 eine Seitenansicht der Hauptteile
eines erfindungsgemäßen Axialgleitlagers; Fig. 6 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen
Axialgleitlagers; Fig. 7 perspektivische Darstellungen der erfindungsge-und 9 mäßen
Druckölleitungen; Fig. 8 eine Seitenansicht der eingebauten Druckölleitungen gemäß
Fig. 7; und Fig. 10 eine graphische Darstellung der Änderung der Umfangsgeschwindigkeit
des Lagerläufers und der Temperatur der Lagergleitfläche.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 wird im folgenden eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung- beschrieben.
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Ein Lagerläufer 1 ist auf einer Welle S einstückig angeordnet, die
beispielsweise Läufer (nicht dargestellt) eines hydraulischen Turbogenerators trägt.
Der Lagerläufer 1 ist durch Lagerdruckstücke 2 verschiebbar gelagert. Der Lagerläufer
1 und die Lagerdruckstücke 2 sind in einem mit Schmieröl gefüllten Öltank B enthalten.
Durch eine Druckölleitung 5 wird gekühltes Schmieröl zugeführt, das auf die Gleitfläche
des Lagerläufers 1 gespritzt wird. Die Olleitung 5 liegt zwischen den aneinander
angrenzenden Lagerdruckstücken 2 und weist an ihrem offenen Ende eine gegenüber
der Gleitfläche des Lagerläufers l gebildete Düse 6 auf, wodurch die Geschwindigkeit
des verspritzten Schmieröls erhöht wird. Die Düse 6 überspannt im wesentlichen die
gesamte Breite in Radialrichtung der Gleitfläche des Lagerläufers l, hat jedoch
von der Gleitfläche einen geringfügigen Abstand. um so eine etwaige Verschiebung
der Welle S infolge einer Wasserdruckänderung zu gestatten.
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Wenn aus der Düse 6 gekühltes Schmieröl gegen die Gleitfläche des
Lagerläufers 1 ausgespritzt wird, wird der an der Gleitfläche des Lagerläufers 1
haftende, eine. hohe Temperatur aufweisende Ölfilm (der durch den ausgezogenen Pfeil
in Fig.
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5 veranschaulicht ist> zwangsläufig durch das Aufprallen des Schmieröls
abgelöst und dadurch wird bewirkt, daß, er in bezug auf die Druckstucke 2 nach unten
fließt. Ein -T'eil das aus der Düse 6 ausgespritztat Schmier5Is und des unter den
Lagerdruckstücken 2 verbleibenden nicht erwärmten Öls (in Fig. 5 durch den gestrichelten
Pfeil dargestellt) strömt gleichzeitig zwischen den Läufer i und die Lagerdruckstücke
2 und bewirkt eine Kühlung sowie eine Scuni rung der Gleitabschnitte. Da dieser
Vorgang zwischen je. zwei aneinander angrenzenden
Lagerdruckstücken
2 fortlaufend stattfindet, beginnend in einem Stadium, in dem die Temperatur des
Schmieröls noch nicht hoch ist, ist es möglich, einen Temperaturanstieg des Schmieröls
effektiv zu unterbinden, insbesondere des Teils des SChmieröls, das zwischen dem
Lagerläufer 1 und den Lagerdruckstücken 2 hindurchströmt; dadurch wird eine sonst
durch Temperaturanstieg bewirkte Verformung oder Überhitzung des Lagerläufers 1
und der Lagerdruckstücke 2 oder eine Blasenbildung verhindert.
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Es ist zu beachten, daß bei Formung der Düse 6 am offenen Ende der
Druckölleitung 5 ein flacher Abschnitt oder eine Lippe 7 der Düse 6 benachbart vorgesehen
wird. Dieser flache Abschnitt 7 dient dazu, den größten Teil des Hochtemperatur-Schmieröls,
das zwischen dem Lagerläufer 1 und den Lagerdruckstücken 2 ausströmt, so zu führen,
daß es abwärts unter die Lagerdruckstücke 2 strömt, und dadurch wird im wesentlichen
keine Strömung erzeugt, die eine Richtungsänderung oder eine Änderung der Ausspritzkräft
des aus der Düse 6 ausgespritzten Schmieröls bewirken könnte. Dies trägt dazu bei,
die Anprallkraft des ausgespritzten Schmieröls gegen die Gleitfläche noch zu erhöhen.
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Wenn der flache Abschnitt 7 entgegen der Drehrichtung des Lagerläufers
1 abgeschrägt ist, wird das Hochtemperatur Schmieröl, das zwischen dem Lagerläufer
1 und den Lagerdruckstücken 2 herausströmt, ohne Wirbelbildung gleichmäßig in bezug
auf die Lagerdruckstücke 2 nach unten geführt.
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Vorstehend wurde der Fall beschrieben, bei dem gekühltes Schmieröl
aus der Düse ausgespritzt wird, es ist jedoch auch möglich, die Düse 6 am offenen
Ende der Druckölleitung 5 dicht an der Gleitfläche des Lagerläufers 1 vorzusehen
und einen Unterdruck im Inneren der Leitung 5 herzustellen,
wodurch
der an dem Lagerläufer 1 haftende Hochtemperatur-Ölfilm durch Saugwirkung abgelöst
wird. In diesem Fall braucht die Düse 6-nicht vorgesehen zu sein, und das offene
Ende der Ölleitung 5 kann nahe der Gleitfläche liegen.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist zwischen jeweils
zwei benachbarten Lagerdruckstücken 2 eine Druckölleitung 5 angeordnet; es ist'jedoch
auch möglich, zwischen jeweils zwei benachbarte Druckstücke zwei nebeneinander liegende
Ölleitungen 5A und 5B-anzuordnen (vgl. Fig. 7 und 8). Im letztgenannten Fall ist
eine beiden Leitungen 5A und 5B gemeinsame Ölabstreifplatte 8 an den jeweiligen
Düsen 6A und 6B so befestigt, daß die Halterung beider Leitungen 5A und 5B stabilisiert
wird und das zwischen dem Lagerläufer 1 und den Lagerdruckstücken 2 herausfließende
Hochtemperatur-Schmieröl abwärts unter die Lagerdruckstücke 2 geleitet wird.
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In diesem Fall kann die Strömung des Hochtemperatur-Schmieröls ebenfalls
durch die Düsen 6A und 6B eingestellt werden, wenn jedoch mehrere Druckölleitungsstücke
5A-5C nebeneinander vorgesehen sind (vgl. Fig. 9), ist es kaum möglich, den Hochtemperatur-Ölstrom
nur durch die Düsen einzustellen, und es ist daher in diesem Fall eine weitere Ölabstreifplatte
8 an diesen Leitungen vorgesehen, die in bezug auf den Hochtemperatur-Ölstrom einstellend
wirkt, wodurch der Ölfilm-Ablöseeffekt verbessert wird. Wenn jedoch die Ablösung
des Hochtemperatur-Ölfilms durch das Druckfluid erfolgt, kann auf die zusätzliche
Ölabstreifplatte 8 verzichtet werden.
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Bei einem im Rahmen der Erfindung durchgeführten Versuch lag das offene
Ende einer 90@ -Ölzuführleitung gegenüber der Mitte der Gleitfläche (in Breitenrichtung)
eines Lagerläufers mit
einem Außendurchmesser von 3000 mmm und
860 mm radialer Breite der Gleitfläche, und Schmieröl wurde aus dem offenen Ende
der Ölleitung gegen die Gleitfläche unter einem Druck von 0,5 kg/cm2 ausgespritzt
Die Ergebnisse des Versuchs sind durch Kurve II in Fig. 10 dargestellt.
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Fig. 10 zeigt die Temperaturänderung an der Gleitfläche des Lagerläufers
im Vergleich mit der Änderung der Umfangsgeschwindigkeit des Läufers, und die Kurve
I zeigt die Änderungen in dem Fall, in dem eine Zuführleitung 3 gemäß Fig. 2 und
3 benutzt wird, wobei der Druck in der Leitung 0,5 kg/cm2 beträgt. Die weiteren
Bedingungen und die Gestalt des verwendeten Lagerläufers sind die gleichen wie bei
dem Versuch gemäß der Erfindung. Beim Vergleich aufgrund der Darstellung von Fig.
10 sieht man, daß zwar bei niedriger Geschwindigkeit des Lagerläufers kein nennenswerter
Unterschied erkennbar ist; bei zunehmender Geschwindigkeit des Lagerläufers tritt
jedoch ein beträchtlicher Unterschied auf, der die Überlegenheit der Erfindung deutlich
macht (vgl. Kurve II). Bei den obigen Versuchen ist keine Ölabstreifplatte vorgesehen,
aber der Effekt der Anordnung wird weiter verstärkt, wenn eine oder mehrere derartige
Ölabstreifplatten vorgesehen sind oder der Öldruck weiter erhöht wird.
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Da gemäß der Erfindung die Mittel zum Ablösen des an der Gleitfläche
des Lagerläufers haftenden, eine hohe Temperatur aufweisenden Ölfilms mit Hilfe
der an der Gleitfläche anprallenden Strömung des Druckfluids eng benachbart der
Gleitfläche vorgesehen sind, ist es also möglich, den eine hohe Temperatur aufweisenden
Ölfilm wirksam zu entfernen, ohne daß dabei die Gleitfläche in irgendeiner Weise
beschädigt wird; so werden in vollkommener Weise eine Überhitzung oder andere Schwierigkeiten
infolge einer Verformung des Lagerläufers und/oder der Lagerdruckstücke bzw. infolge
einer Blasenerzeugung verhindert,
was sonst durch einen Temperaturanstieg
des Schmieröls bewirkt werden könnte. Gemäß der Erfindung wird also ein Gleitlager
geschaffen, dessen Größe und Gewicht wesentlich verringert sind und bei dem außerdem
ein sehr guter Kühleffekt sowie Zuverlässigkeit gegeben sind.