DE872137C

DE872137C - Longitudinal bearings, especially for vertical shafts

Info

Publication number: DE872137C
Application number: DES8859D
Authority: DE
Inventors: Kurt Schoenfelder
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1940-10-20
Filing date: 1940-10-20
Publication date: 1953-03-30

Description

Längslagerung, insbesondere für lotrechte Wellen Bei Lan'gsgleitiagern, insbesondere für lotrechte Wellen, verschlechtern die auftretenden Lagerreibungsverluste den Gesamtwirkungsgrad der Maschine in hohem Ausmaß. Das wirkt sich besondern stark bei Schirmgeneratoren für Wasserkraftanlagen ans, da dabei das Längslager an einer verhältnismäßig dicken Stelle der Welle sitzt und daher wegen des nötigen großen Lagerdurchmessers das Reibungsmoment sehr groß ist.Longitudinal storage, especially for vertical shafts At Lan'gsgleitiagern, especially for vertical shafts, the bearing friction losses that occur worsen the overall efficiency of the machine to a high degree. That has a particularly strong effect in the case of umbrella generators for hydropower plants, since the longitudinal bearing is attached to a relatively thick point of the shaft sits and therefore because of the necessary large Bearing diameter the frictional torque is very large.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind Einrichtungen bekannt, die auf elektromagnetischem Weg dem Axialschub im Lager entgegenwirken, Hierbei ist aber neben der eletromagnetischen Einrichtung noch das übliche Gleitlager vorhanden. In order to avoid this disadvantage, devices are known that counteract the axial thrust in the bearing in an electromagnetic way, here is but in addition to the electromagnetic device, the usual slide bearing is also present.

Demgegenüber wird bei der Anordnung nach der Erfindung, die sich ebenfalls auf eine Längsiagerung, insbesondere für lotrechte Wellen, bezieht, dem Axialschub allein durch magnetische Kraft das Gleichgewicht gehalten, indem ein bestimmter Abstand zwischen dem Anker und Magnet der elektromagnetischen Einrichtung durch Sicherung einer stabilen Gleichgewichtslage festgelegt wird.In contrast, in the arrangement according to the invention, which is also refers to a longitudinal bearing, especially for vertical shafts, the axial thrust Maintained the balance by a certain magnetic force alone Distance between the armature and magnet of the electromagnetic device Securing a stable equilibrium is established.

Ein zusätzliches. Gleitlager fst bei der Anordnung nach der Erfindung nicht erforderlich. Das kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, daß elektrische Zugmagnete verwendet werden, die im Raum feststehen, während mit der sich drehenden Welle ein unter Einwirkung des Magnets stehender Anker verbunden ist, wobei eine stabile Gleichgewichtslage bei bestimmtem Abstand zwischen Anker und Magnet stets durch Steuerung des den Magnet durchfließenden Stromes in Abhängigkeit vom Abstand eingeregelt wird.An additional. Slide bearings fst in the arrangement according to the invention not mandatory. This can be achieved in a particularly advantageous manner by that electric pull magnets are used, which are fixed in space, while with the rotating shaft is connected to an armature which is under the action of the magnet is, with a stable equilibrium at a certain distance between armature and magnet always by controlling the current flowing through the magnet is regulated depending on the distance.

In Fig. I der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Auf der Welle 1 ist der Läufer s eines. Schirmgenerators eines Wasserkraftmaschinensatzes befestigt, der sich innerhalb des Ständers 3 dreht. Ein Querlager 4 ist zur Aufnahme der radial zur Welle wirkenden Kräfte vorgesehen. Zur Längslagerung dienen gemäß der Erfindung kreisförmig um die Welle herum und in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnete Elektromagnete 5 und ein am Läufer befestigter, um die Welle herum gelegter ringförmiger Anker 6. Durch dile vom Elektron magnet auf den Anker ausgeübten Zugkräfte wird das Läufergewicht aufgenommen. Anker und Magnet werden dabei bei stabiler Gleichgewichtslage in bestimmtem Abstand voneinander dadurch gehalten, daß während des ganzen Betriebs der den Magnet durchfließende Strom in Abhängigkeit vom Abstand gesteuert wird. Aus diesem Grund sind zweckmäßig zwei in radialer Richtung nebeneinanderliegende Plattenpaare aus Metall angeordnet Die eine Platte eines jeden Paares ist jeweils räumlich feststehend isoliert am Magnet 5 oder an dessen Traggerüst 7, und die dazugehörige gegenüberstehende Platte isoliert am Anker, z. B. am Läufer, angeordnet, mit dem sie sich auf und ab bewegt. Mindestens eine Platte jedes Plattenpaares, z. B. die im Raum feststehende, ist als die Welle umgebender Ring ausgebildet. Jedes einzelne Plattenpaar stellt einen Kondensator dar, dessen Kapazität steigt, wenn sich der Abstand zwischen Magnet und Anker verringert. Auf gleichem Durch messer können außerdem am Umfang verteilt weitere Kondensatoren gleicher Art angeordnet sein, um eine gleichmäßige Lagerung des Läufers einregeln zu können. Die beiden Kondensatoren bzw. die auf zwei Durchmessern liegenden Kondensatorgruppen sind zueinander parallel in Stromkreise eingeschaltet, die an einebzw. mehrere Hochfrequenzstromquellen von unveränderlicher Spannungshöhe angeschlossen sind. Jedem Kondensator ist ein Widerstand vorgeschaltet, der gorß gegenüber dem mit der reziproken Kreisfrequenz multiplizierten reziproken Wert der Kapazität des Kondensators ist. Aus diesem Grund ist die Stärke des Hochfrequenzstromes unabhängig von Änderungen der Kapazität des Kondensators. In Fig. I of the drawing is an embodiment of the invention shown. On wave 1, runner s is one. Screen generator of a hydropower set attached, which rotates within the stand 3. A transverse bearing 4 is for inclusion the forces acting radially to the shaft are provided. Serve for longitudinal storage according to of the invention circularly around the shaft and at regular intervals from one another arranged electromagnet 5 and one attached to the rotor, placed around the shaft ring-shaped armature 6. By the tensile forces exerted on the armature by the electron magnet the runner's weight is recorded. The armature and magnet are in a stable equilibrium position kept at a certain distance from each other by the fact that during the entire operation the current flowing through the magnet is controlled depending on the distance. For this reason, two adjacent in the radial direction are expedient Pairs of metal plates arranged One plate of each pair is in each case spatially fixed isolated on the magnet 5 or on its support frame 7, and the associated opposite plate isolated on the anchor, z. B. on the runner, arranged with the she moves up and down. At least one plate of each plate pair, e.g. B. the Fixed in space is designed as a ring surrounding the shaft. Every single one A pair of plates represents a capacitor, the capacity of which increases when the Distance between magnet and armature reduced. You can also use the same diameter distributed around the circumference further capacitors of the same type can be arranged in order to achieve a uniform To be able to regulate the position of the runner. The two capacitors or the on Two-diameter capacitor groups are parallel to each other in circuits switched on, which are connected to one or multiple high frequency power sources of invariable Voltage level are connected. A resistor is connected upstream of each capacitor, the greater than the reciprocal multiplied by the reciprocal angular frequency Is the value of the capacitance of the capacitor. For this reason is the strength of the high frequency current regardless of changes in the capacitance of the capacitor.

An den Kondensatoren entstehen- daher Wechselspannungen, die groß sind, wenn ihre Kapazität klein ist, hingegen klein sind, wenn diese groß ist. Therefore high alternating voltages arise on the capacitors are when their capacity is small, while they are small when it is large.

Es entstehen demnach an. den Kondensatoren vom Abstand der Magnete und des Ankers abhängige Wechsel, spannungen, welche bei Annäherung sinken, bei Entfernung jedoch steigen. Diese Spannungen dienen als Eingangsspannungen für Elelçtronenröhrenverstärker und steuern über diese einen Stromfluß zu der Wicklung des Elektromagnets von einer Gleichstromquelle. Begrenzt man die höchstmögliche Verstärkung in dem einen Kondensator bzw. einer Kondensatorgruppe - zugeordneten Röhrenverstärker, so läßt sich unter besonderer Gestaltung der Zugkraft ein stabiler Schwebezustand erreichen, wobei auch bei verschiedene Belastungen der Lagerung praktisch stets der gleiche Abstand zwischen Magnet und Anker eingeregelt wird. Eine solche Gestaltung der Zugkraft läßt sich aus dem in Fig. 2 der Zeichnung gezeigten Diagramm entnehmen. Dort ist in der Ordinatenrichtung die Zugkraft Z, in der Abszissenrichtung der Abstand A zwischen Magnet und Anker aufgetragen Das Durchschnittsläufergewicht sei G. It arises accordingly to. the capacitors from the distance between the magnets and the anchor-dependent changes, tensions, which decrease on approach Distance, however, increase. These voltages serve as input voltages for electron tube amplifiers and control through this a current flow to the winding of the electromagnet from one DC power source. If one limits the highest possible gain in one capacitor or a condenser group - associated tube amplifier, so can be under special design of the tensile force achieve a stable state of suspension, whereby practically always the same distance, even with different loads on the bearing is regulated between magnet and armature. Such a design of traction can be seen from the diagram shown in Fig. 2 of the drawing. There is the tensile force Z in the ordinate direction and the distance A in the abscissa direction plotted between magnet and armature Let the average rotor weight be G.

Die diesem Gewicht entsprechende Gerade schneidet die Zugkraftkurve in einem Punkt, dem der gewünschte -Abstand m entspricht. Wie auf Grund der Gestalt der Kurve k ohne weiteres zu erkennen ist, ändert sich selbst bei großen Gewichtsänderungen der Abstand nicht wesentlich. Durch die angedeutete Schaltung läßt sich also eine stabile Gleichgewichts lage bei praktisch gleichbleibendem Abstand zwischen Magnet und Anker einisteuern.The straight line corresponding to this weight intersects the tensile force curve at a point to which the desired distance m corresponds. Like on the basis of the shape the curve k can be seen without further ado, changes even with large changes in weight the distance is not significant. The indicated circuit can therefore be a stable equilibrium position with practically constant distance between magnet and bring in anchor.

Die stabile Gleichgewichtslage des Ankers. gegenüber den Magnet könnte während des ganzen Betriebs auch durch Steuerung der magnetischen Erregung auf mechanischem Weg in Abhängigkeit vom Ab1stand eingeregelt werden. Es wäre ferner möglich, an Stelle von Zugkräften abstoßende magnetische Kräfte zur Aufhebung des axialen Schubs zu verwenden. Schließlich könnte das bei elektrischen Maschinen ohnehin vorhandene Magnetfeld zuni Tragen herangezogen werden. The stable equilibrium position of the anchor. towards the magnet could during the whole operation also by control of the magnetic excitation on mechanical Distance can be adjusted depending on the distance. It would also be possible to Magnetic forces repelling tensile forces to cancel out the axial thrust to use. After all, this could already be the case with electrical machines Magnetic field can be used for carrying.

Blei der erfindungsgemäßen Lagerung ist vor allem die mechanische Reibung von gegeneinander bewegten Teilen vermieden. Ölpumpen und Dichtun, gen fallen weg. Demgegenüber sind nur ruhende Steuereinrichtungen vorhanden. Der Verbrauch elektrischer Energie ist außerdem sehr gering, da bei einem, Luftspalt zwischen Magnet und Anker von 3 mm; Q052 kW/t zur Aufhebung der axialen Schubkräfte benötigt werden. Dieser Wert wird bei einem ohne weiteres verwendbaren kleineren. Luftspalt noch liteiner. The main reason for the storage according to the invention is the mechanical one Friction of parts moving against one another is avoided. Oil pumps and seals are falling path. In contrast, there are only dormant control devices. The consumption electrical energy is also very low, because with one, air gap between Magnet and armature of 3 mm; Q052 kW / t needed to neutralize the axial thrust will. This value becomes smaller with a readily usable one. Air gap still liteiner.

?ATSNTANSPRÜCHE: 1. Längs lagerung, insbesondere für lotrechte Wellen, mit dem Axialschub entgegenwirkenden elektromagnetischen Einrichtungen, dadruch gekennzeichnet, daß dem Axialschub allein durch magnetische Kraft das Gleichgewicht gehalten wird, indem ein bestimmter Abstand zwischen Anker und Magnet der elektromagnetischen Einrichtung durch Sicherung einer stabilen Gleichgewichtslage festgelegt wird. ? ATTENTION CLAIMS: 1. Longitudinal bearing, especially for vertical shafts, electromagnetic devices counteracting the axial thrust, thereby characterized in that the axial thrust is balanced solely by magnetic force is kept by a certain distance between armature and magnet of the electromagnetic Establishment is determined by ensuring a stable equilibrium.

Claims

21. Storage according to claim I, characterized in that the stable Equilibrium position during the entire operation by controlling the flowing through the magnet Current is regulated depending on the distance.

3. Storage according to claim -2-, characterized in that the distance between Magitiet and armature by influencing the excitation current with the help of two capacitors or groups of capacitors, the plates of which aside are firmly connected to the armature, on the other hand, to the magnet, via grid-controlled Tubes is regulated.

4. Storage according to claim 3, characterized in that one each Plate of the two capacitors, e.g. B. the fixed in space than the bypassing wave Ring formed ilst each of the other capacitor plates or in the case of capacitor groups face the other plates evenly distributed over the circumference.

5. Storage according to claim I, characterized in that the stable Equilibrium during the entire operation by controlling the magnetic excitation is regulated in a mechanical way as a function of the distance.

6. Storage according to claim I, characterized by repulsive magnetic Powers.

7. Storage according to claim I to 6 for electrical machines thereby characterized in that the magnetic field of the machine is used in whole or in part for this purpose is to balance the axial thrust.

Cited publications: Austrian patent specification no. 92 424; Swiss patent specification No. 7610.