DE69603841T2

DE69603841T2 - Hydrodynamisches axial folienlager mit in umfangrichtung verschobenen elastischen folien

Info

Publication number: DE69603841T2
Application number: DE69603841T
Authority: DE
Inventors: Ronald Struziak
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2016-03-06
Also published as: EP0821768A1; JPH11503811A; JP3963946B2; US5547286A; WO1996033350A1; DK0821768T3; EP0821768B1; DE69603841D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf hydrodynamische Axialluftlager, und insbesondere auf die relative Ausrichtung der axialdrucktragenden Pufferfolien in Bezug auf die Stützfederpufferfolien.

Hindergrund der Erfindung

Wie dem Fachmann bekannt ist, sind die Folienlager sehr komplizierte und hochtechnische Maschinenteile und Abänderungen, Modifikationen und Erweiterungen des Zusammenbaus und der Gestaltung dieser Lagerbauformen sind sehr kritisch und können den Betrieb derselben wesentlich beeinflussen. Ein Beispiel eines hydrodynamischen Fluidfilmaxiallagers gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 zeigt die US Patentschrift Nr. 4,462,700, erteilt an G. L. Agrawal am 31. Juli 1964 und betitelt "Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager", welches auch auf die Firma United Technologies Corporation übertragen worden ist. Diese Erfindung betrifft eine Verbesserung des Axiallagers gemäss dieser US Patentschrift.
Üblicherweise hat das Axiallager eine stationäre Druckplatte, einen rotierenden Druckläufer, der von der Druckplatte axial beabstandet ist, und eine oder zwei dazwischen angeordnete Folien. Jede der Folien hat Stützelemente mit verschiedenen relativen Federkonstanten. In dem Axiallager mit zwei gewellten Folienstützelementen ist das an den rotierenden Druckläufer angrenzende Folienelement üblicherweise ein gewelltes, metallisches Element mit einer relativ hohen Federkonstante, die grösser ist als die Federkonstante des an die stationäre Druckscheibe angrenzenden Folienelementes. Dies dient zum Festlegen und Aufrechterhalten einer optimalen Fluidfilmgeometrie unter allen Belastungen, Drehzahlen und anderen Betriebsbedingungen. Das andere Stützelement, welches die geringere relative Federkonstante aufweist, gibt dem Lager die Nachgiebigkeit für geeignete Lasttrag- und Dämpfungseigenschaften. Es ist zu verstehen, dass es für bestimmte Anwendungen vorteilhaft ist beide Stützelemente mit gleichen Federkonstanten zu versehen, um besondere Betriebsparameter zu erzielen.
Wie bei dieser Technologie hinreichend bekannt, ist die Oberfläche der ringscheibenförmigen, axialdrucktragenden Folienplatte mit einer Vielzahl von keilförmigen, gewellten, axialdrucktragenden Pufferfolien (Segmente) versehen, die in Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordnet sind. Die Vorderkanten der gewellten, axialdrucktragenden Pufferfolien sind mit der Oberfläche der axialdrucktragenden Folienplatte verschweisst und das gegenüberliegende Ende ist unbefestigt und frei axial beweglich. Die obere Folie, welche ähnlich geformt ist wie die gewellte Druckplatte ist in gleicher Weise an der Vorderkante mit der axialdrucktragenden Folienplatte verschweisst. Die Vorderkante der oberen Folien ist in Strömungsrichtung um eine kurze Strecke von der Vorderkante der gewellten axialdrucktragenden Pufferfolien beabstandet. Je nach der besonderen Anwendung wird das Axiallager eine Vielzahl solcher Segmente haben und die Anzahl der benutzten Segmente wird hauptsächlich abhängen von der optimierten Wirkungsweise für diese Anwendung.
Zum Erzielen der Dämpfung hat das Axiallager eine zweite, ringscheibenförmige, Stützfederfolienplatte und eine Mehrzahl von gewellten, Stützfederpufferfolien. Jede der gewellten Stützfederpufferfolien ist identisch hinsichtlich ihrer Form und Abmessung zu jeder der gewellten, axialdrucktragenden Pufferfolien und ihre vorderen oder hinteren Ränder sind mit der Oberfläche der Stützfederfolienplatte verschweisst, während das gegenüberliegende Ende unbefestigt ist. Die axialdrucktragende Pufferfolie ist an der oberen Fläche der Folienplatte befestigt und die Stützfederpufferfolie ist an der unteren Fläche ihrer Folienplatte befestigt.
Wie bei dieser Technologie hinreichend bekannt, ist es üblich die Vorderkanten der axialdrucktragenden Pufferfolien axial auszurichten mit den Vorderkanten der Stützfederpufferfolien. Dementsprechend sind die Vorderkanten sowie ihre zugeordneten Schweissstellen sämtlicher Segmente axial miteinander ausgerichtet.
Es wurde festgestellt, dass die Tragfähigkeit des Drucklagers erhöht und dabei gleichzeitig das Betriebsdrehmoment um einen wesentlichen Betrag vermindert werden kann, durch eine wesentliche Versetzung der Vorderkante der axialdrucktragenden Pufferfolie in Bezug auf die Vorderkante der Stützfederpufferfolie. Diese Verbesserung des Axiallagers macht den Unterschied in bestimmten Anwendungen hinsichtlich der Lasttraganforderungen bestimmter Rotationsmaschinen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes, hydrodynamisches Luftlager zu schaffen.
Ein Merkmal dieser Erfindung, gemäss den Ansprüchen 1 und 6, ist es ein hydrodynamisches Luftlager zu schaffen mit zwei Pufferfolien, die wesentlich in bezug aufeinander versetzt angeordnet sind.
Dieses und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in der nun folgenden Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen ausführlicher beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Darstellung in Perspektive des Axialdrucklagers gemäss der Erfindung;
Fig. 2 ist eine teilweise Schnittansicht durch ein Segment der übereinanderliegenden oberen Folie, axialdrucktragenden Pufferfolie, axialdrucktragenden Folienplatte und Stützfederfolienplatte nach Fig. 1; und
Fig. 3 ist eine teilweise Schnittansicht eines anderes Ausführungsbeispieles der Erfindung, welches im wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, ausser dass die Schweissstelle zum Befestigen der Pufferfolie an der unteren Platte sich an der Hinterkante und nicht an der Vorderkante befindet.

Kurze Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die Erfindung ist am besten zu verstehen, durch Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2, die ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Axialdrucklager zeigen, mit einer oberen Platte 12, welche eine obere Folienplatte 14, Pufferfolien 16 und obere Folien 18 aufweist und mit einer unteren Platte 20, welche eine untere Folienplatte 22 und Pufferfolien 24 aufweist. Wie aus Fig. 1 zu erkennen, sind die Folienplatten 14 und 22 ringförmig, ähnlich wie eine Ringscheibe und haben umfangsmässig beabstandete Ansätze 26 bzw. 28 mit mittleren Ausparungen 32 bzw 30 zur Halterung an dem Lagerträger (nicht dargestellt). Eine Vielzahl von Pufferfolien 16 und eine gleiche Anzahl von oberen Folien 18 der axialdrucktragenden, oberen Platte 12 sind umfangsmässig voneinander beabstandet und an der oberen Fläche 36 der oberen Folienplatte 14 befestigt. Wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen, ist jede der Pufferfolien 16 aus einem metallischen Federwerkstoff hergestellt und diese Folien 16 sind gewellt, wobei die Wellen vom inneren zum äusseren Durchmesser, d. h. radial, zur oberen Folienplatte 14 verlaufen. Die Vorderkante 40 einer jeden der Pufferfolien ist festgeschweisst zum Festhalten der abgestumpften, sektorförmigen Keilstücke der Pufferfolien 16. Die oberen Folien 18 sind ähnlich geformt und ebenfalls aus einem metallischen Werkstoff mit hoher Federkonstante hergestellt, sind aber nicht gewellt. Die Vorderkante 42 einer jeden der oberen Folien ist auch an der oberen Fläche der oberen Folienplatte 14 befestigt. Die hinteren Enden oder Hinterkanten 44 und 46 einer jeden der Pufferfolien 16 und oberen Folien 18 sind unbefestigt und dementsprechend frei in Axialrichtung beweglich. Wie die Fig. 2 zeigt erstrecken sich die Vorderkanten 42 der oberen Folien 18 über die vorderen Kanten 40 der Pufferfolien 16 in Umfangsrichtung hinaus.
Die Pufferfolien 24 sind zu einem gewellten Segment gefertigt und aus metallischem Federwerkstoff hergestellt, dessen Federkonstante geringer oder gleich ist zu der Federkonstante der Pufferfolien 16 und sind ebenfalls gewellt, wobei die Wellen ähnlich ausgerichtet sind. In Fig. 2 ist jede der Vorderkanten 50 an der unteren Fläche der unteren Folienplatte 22 festgeschweisst. Das Schweissverfahren ist üblicherweise ein Punktschweissverfahren und die Schweissstelle ist durch das Bezugszeichen 53 dargestellt. Wie für die Pufferfolien 16 ist nur die Vorderkante befestigt und die hintere Kante 54 ist frei in Axialrichtung beweglich. Für einige Anwendungen kann die Gestaltung optimiert werden (wie die Fig. 3 zeigt) durch Befestigung der Hinterkante 57 der Pufferfolie 55 an der Schweissstelle 53 während die Vorderkante 56 frei axial beweglich ist. Wie hinreichend bekannt, bestimmen die Pufferfolien die Nachgiebigkeit, die Lagervorspannung, die Verformung unter Belastung und die Federkonstante und die Benutzung der doppelten Pufferfolien, wie dargestellt, gewährleistet die Dämpfung. Für weitere Einzelheiten der Wirkungsweise dieser Lagerbauform kann Bezug genommen werden auf die vorher erwähnte US Patentschrift 4,462,700.
Gemäss dieser Erfindung sind die Pufferfolien 16 und 24 in Umfangsrichtung so voneinander versetzt, dass die Vorderkanten 40 der Pufferfolien 16 und Vorderkanten 50 der Pufferfolien 24 in Umfangsrichtung in Bezug aufeinander beabstandet sind. Diese Ausrichtung der Vorderkanten der Pufferfolien dient zur Verbesserung der Nachgiebigkeitseigenschaften des Axialdrucklagers und verstärkt den Luftkeil zur Verbesserung der Luftströmung über die obere Folie.
Wie durch Versuche festgestellt worden ist, unterstützt diese versetzte Anordnung der Pufferfolien die Vorderkante 42 der oberen Folie zur Bildung eines verbesserten Luftfilms, um die Tragfähigkeit zu erhöhen und das Betriebsdrehmoment herabzusetzen.
Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann verständlich, das viele Abänderungen betreffend die Form und die Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne dadurch den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager mit einer oberen Folienplatte (14), die eine obere Fläche aufweist, einer Vielzahl von elastischen Pufferfoliensegmenten (16), die auf dieser oberen Fläche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei jedes der Segmente (16) eine Vorderkante (40) hat und Mittel zum Befestigen der Vorderkante (40) an der oberen Folienplatte (14), einer Vielzahl von oberen Folien (18), die jeweils eine Vorderkante (42) aufweisen und auf der oberen Fläche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und in übereinander liegender Zuordnung mit den elastischen Pufferfoliensegmenten (16) angeordnet sind, einer unteren Folienplatte (22) mit einer unteren Fläche, wobei die untere Folienplatte (22) zu der oberen Folienplatte (14) komplementär, axial davon beabstandet und koaxial zu dieser angeordnet ist, einer Vielzahl von anderen, elastischen Pufferfoliensegmenten (24), die auf der unteren Fläche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind und wobei jedes andere, elastische Pufferfoliensegment (24) eine Vorderkante (50) aufweist, Mittel zum Befestigen der Vorderkante (50) an der unteren Folienplatte (22), wobei jedes der elastischen Pufferfoliensegmente (16) und jedes der anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (24) in übereinander liegender Zuordnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Folienplatte (14, 22) ringförmige Platten (14, 22) sind und daß die Vorderkanten (40) eines jeden der elastischen Pufferfoliensegmente (16) und die Vorderkanten (50) eines jeden der anderen Pufferfoliensegmente (24) in übereinander liegender Zuordnung wesentlich in bezug aufeinander versetzt sind.

2. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elastischen Pufferfoliensegmente (16) und jedes der anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (24) geformt sind, um Wellen aufzuweisen.

3. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der Wellen radial ist.

4. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten (40) der elastischen Pufferfoliensegmente (16) durch Punktschweißen an der oberen Fläche befestigt sind und die Vorderkanten (50) der anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (24) durch Punktschweißen an der unteren Fläche befestigt sind.

5. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Pufferfoliensegmente (26) und die anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (24) abgestumpfte, sektorförmige Keilstücke sind.

6. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager mit einer oberen Folienplatte (14), die eine obere Fläche aufweist, einer Vielzahl von elastischen Pufferfoliensegmenten (16), die auf dieser Fläche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei jedes der Segmente eine Vorderkante (40) hat und Mittel zum Befestigen der Vorderkante (40) an der oberen Folienplatte (14), einer Vielzahl von oberen Folien (18), die jeweils eine Vorderkante (42) aufweisen und auf der oberen Fläche in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und in übereinander liegender Zuordnung mit den elastischen Pufferfoliensegmenten (16) angeordnet sind, einer unteren Folienplatte (22) mit einer unteren Fläche, wobei die untere Folienplatte (22) zu der oberen Folienplatte (14) komplementär, axial davon beabstandet und koaxial zu dieser angeordnet ist, einer Vielzahl von anderen elastischen Pufferfoliensegmenten (55), die auf der unteren Fläche in Unfangsrichtung voneinander beabstandet sind, und wobei jedes andere, elastische Pufferfoliensegment (55) eine Vorderkante (56) und eine Hinterkante (57) aufweist, Mittel zum Befestigen der Vorderkante oder der Hinterkante (56, 57) der anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (55) an der unteren Folienplatte (22), wobei jedes der elastischen Pufferfolienelemente (55) und jedes der anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (55) in übereinander liegender Zuordnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Folienplatte (14, 22) ringförmige Platten (14, 22) sind, daß die Mittel zum Befestigen der Vorderkante oder der Hinterkante (56, 57) Mittel sind zum Befestigen der Hinterkante (57) des anderen, elastischen Pufferfoliensegmentes (55) an der unteren Folienplatte (22) und daß die Vorderkanten (40) eines jeden der elastischen Pufferfoliensegmente (16) und die Vorderkanten (56) eines jeden der anderen Pufferfoliensegmente (55) in übereinander liegender Zuordnung wesentlich in bezug aufeinander versetzt sind.

7. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elastischen Pufferfoliensegmente (56) und jedes der anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (55) geformt sind, um Wellen aufzuweisen.

8. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der Wellen radial ist.

9. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten (40) der elastischen Pufferfoliensegmente (16) durch Punktschweißen an der oberen Fläche befestigt sind und die Hinterkanten (57) der anderen elastischen Pufferfoliensegmente (55) durch Punktschweißen an der unteren Fläche befestigt sind.

10. Hydrodynamisches Fluidfilmaxiallager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Pufferfoliensegmente (16) und die anderen, elastischen Pufferfoliensegmente (55) abgestumpfte, sektorförmige Keilstücke sind.