BE1012894A3 - Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager. - Google Patents

Abstract

Het glijlager is opgebouwd uit, enerzijds, een hydrodynamisch radiaal glijlager (2) dat met de speling een te lageren as (1) omringt zodat tussen de as (1) en het radiale glijlager (2) een eerste spleet (9) wordt gevormd, die in verbinding staat met een bron van vloeistof onder druk en, anderzijds, minstens één hydrostatisch axiaal glijlager (3) dat met een speling tegenover een zich radiaal uitstrekkend oppervlaktegedeelte (6) van de as (1) is gelegen zodat ook tussen dit gedeelte (6) van de as (1) en een radiaal gericht gedeelte (12) van het axiale glijlager (3) een tweede spleet (13) wordt gevormd die met de eerste spleet (9) in verbinding staat.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager. 



  Deze uitvinding heeft betrekking op een gecombineerd radiaal-axiaal glijlager. 



  Een mogelijke vorm van een vloeistofgesmeerd axiaal glijlager is een hydrostatisch lager waarbij gebruik gemaakt wordt van een uitwendige krachtbron die de vloeistof onder druk aan het glijlager levert. 



  Deze vloeistof wordt over een stromingsbeperker of restrictor zoals een capillair of een kleine opening in het lager gebracht. 



  Het principe van dergelijk hydrostatisch lager is gebaseerd op het feit dat, wanneer de spleet van het lager kleiner wordt, de stroming vermindert en de drukval over de restrictor afneemt. De druk in de spleet neemt toe en de kracht die de spleet deed versmallen wordt gecompenseerd. 



  Deze hydrostatische lagers bezitten een hoge belastbaarheid afhankelijk van de toevoerdruk van de vloeistof, een grote stijfheid en een draagkracht die weinig afhankelijk is van het toerental. 



  Vooral wanneer de smeervloeistof een lage viscositeit heeft zoals water moet deze restrictor evenwel zeer klein 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 zijn, waardoor deze zeer gevoelig wordt voor verstoppingen. 



  De toleranties zijn bij dergelijk lager zeer nauw, vooral met water, aangezien om het debiet te beperken de spleet van het lager zo klein mogelijk moet zijn. 



  Daarenboven is de constructie van het axiale lager door deze restrictor vrij complex en is dit lager duur, terwijl om voldoende druk te verkrijgen meestal gebruik moet worden gemaakt van een pomp. 



  Een van de vormen van een met vloeistof gesmeerde radiale glijlager is het hydrodynamische lager waarbij de beweging van de as zelf voor de nodige druk van de smeervloeistof zorgt. 



  Het lager omringt de as met daartussen een kleine speling. Wanneer er op de as een radiale kracht werkt, zal de as zieh excentrisch gaan plaatsen waardoor er een wig wordt gevormd. De vloeistof wordt onder invloed van de draaiende beweging van de as in deze natuurlijke vernauwing geperst waardoor dat er een drukopbouw ontstaat. Deze drukopbouw zal de as lichten en er voor zorgen dat de kracht die de as verplaatste, wordt tegengewerkt. Het is dus zo dat bij evenwicht de as niet centrisch zal staan, anders zou er geen druk kunnen worden opgebouwd. Ideaal ligt de excentriciteit tussen de 60% en 90%. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



  Dergelijke hydrodynamische lagers zijn vrlj eenvoudig en goedkoop, alhoewel zij enge fabricagetoleranties eisen. 



  Ze zijn bedrijfszeker, maar ze hebben geen hoge belastbaarheid en stijfheid. Maar nadelig is dat hun draagkracht afhankelijk is van het toerental en er bij het opstarten contact tussen de as en het lager is en er dus slijtage optreedt. 



  Het is evenwel ook bekend een hydrostatisch axiaal en een hydrostatisch radiaal lager te combineren tot   een   glijlager. 



  Een dergelijk gecombineerd radiaal-axiaal glijlager is onder meer beschreven in het Britse octrooi nr.   639. 293.   



  Een as die voorzien is van twee kragen waartussen een stationaire ring met een kleine speling is aangebracht en die in haar binnenomtrek van een aantal uithollingen is voorzien waaraan via een beperkend mondstuk een restrictor gevormt wordt en een fluidum zoals lucht of stoom wordt toegevoegd. 



  Dit fluidum stroomt via de uithollingen tot aan de kragen en vormt dus een fluidumlaag rond de as zodat deze radiaal gelagerd is. Dit fluidum stroomt radiaal naar buiten via de door de speling gevormde   spleet   tussen de ulteinden van de ring en de kragen en belet het contact tussen de ring en de kragen of met andere woorden zorgt voor de axiale lagering. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



  In feite beschrijft voornoemd Brits octrooi een hydrostatisch radiaal lager. dat gevoed wordt via meerdere vernauwingen die verschillende kamers rond het lager voeden. In plaats van het hydrostatische axiaal lager te voeden via een aparte vernauwing, wordt gebruik gemaakt van de vernauwing die gevormd wordt door de serie schakeling van de vernauwing van het radiaal lager en het radiaal lager zelf. 



  Dit bekend gecombineerd lager bezit, door de aanwezigheid van een vernauwing of restrictor vormende mondstukken, evenwel dezelfde nadelen als voornoemde axiale lagers, met dus onder meer het gevaar van verstoppen van deze vernauwingen. 



  De uitvinding heeft een gecombineerd radiaal-axiaal glijlager als doel dat deze nadelen niet vertoont, en dus geen gevaar van verstopping van een capillair of mondstuk oplevert en relatief goedkoop en compact is. 



  Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat het gecombineerde lager opgebouwd is uit, enerzijds, een hydrodynamisch radiaal glijlager dat met een speling een te lageren as omringt zodat tussen de as en het radiale lager een eerste spleet wordt gevormd, welke eerste spleet in verbinding staat met een bron van vloeistof onder druk en, anderzijds, minstens   een   hydrostatisch axiaal glijlager dat met een speling tegenover een zieh radiaal uitstrekkend oppervlaktegedeelte van de as is gelegen zodat ook tussen dit laatstgenoemde 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 oppervlaktegedeelte van de as en een radiaal gericht gedeelte van het axiale glijlager een tweede spleet wordt gevormd,

   waarbij deze tweede spleet met de eerste spleet in verbinding staat zodat dit axiale glijlager via de eerste spleet wordt gevoed en deze eerste spleet de functie van restrictor voor het axiale glijlager vervult. 



  Doordat de eerste spleet de functie van restrictor voor het axiale glijlager overneemt is geen uitwendige restrictor vereist zodat alle hoger genoemde nadelen die door een dergelijke uitwendige restrictor onstaan, wegvallen. 



  De eerste spleet en de tweede spleet hoeven niet rechtstreeks met elkaar in verbinding te staan. Ze kunnen dit via een ruimte tussen de as en een lagerbehuizing. 



  Een gedeelte van deze behuizing kan rechtstreeks de spleten begrenzen. De behuizing kan ook op de binnenzijde van   een   of meer lagerkussens of dergelijke voorzien zijn, die een spleet begrenzen. 



  Het gecombineerde lager kan enkelvoudig zijn en   een   axiaal glijlager bevatten aan een uiteinde van het radiale lager, waarbij dus de tweede spleet met   een   uiteinde van de eerste spleet in verbinding staat, maar in een variante is dit gecombineerd lager dubbelzijdig en bezit het twee axiale   glijlagers, een   aan elk uiteinde van het radiale glijlager, waarbij de tweede spleten van 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 de twee axiale glijlagers met respectievelijk de twee uiteinden van de eerste spleet in verbinding staan. 



  De verbinding van de eerste spleet met de bron van vloeistof onder druk mondt in dit laatste geval bij voorkeur in het midden van de eerste spleet uit of op twee plaatsen die symmetrisch ten opzichte van het midden van de eerste spleet zijn gelegen. 



  In het andere geval met   een   axiaal lager kan voornoemde verbinding op gelijk welke plaats in de eerste spleet uitmonden waarbij de drukval in deze spleet voor een zelfde debiet van vloeistof afhangt van de ligging van deze plaats. 



  Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeeld zonder enig beperkend karakter twee voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens de uitvinding beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : 
Figuur 1 schematisch een doorsnede weergeeft van een as gelagerd door een gecombineerd glijlager volgens de uitvinding ;
Figuur 2 schematisch een doorsnede weergeeft analoog aan deze van   figuur 1,   maar met betrekking tot een andere uitvoeringsvorm van het gecombineerde glijlager volgens de uitvinding. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 In figuur 1 is een as 1 of meer bepaald een uiteinde van deze as 1 weergegeven dat radiaal en axiaal gelagerd is in een met water gesmeerd gecombineerd radiaal-axiaal glijlager 2-3. 



  Deze as 1 is bijvoorbeeld vast aan   een   van de rotoren van een watergesmeerd compressorelement, en vertoont met het oog op de axiale lagering een plotse verandering van diameter. 



  Ze bevat dus een gedeelte 4 met grotere diameter en een gedeelte 5 dat een kleinere diameter bezit en het vrije uiteinde vormt, zodanig dat tussen deze gedeelten 4 en 5 een radiaal gerichte schouder of met andere woorden een radiaal gericht oppervlaktegedeelte 6 wordt gevormd. 



  Het gecombineerde glijlager 2-3 bestaat in hoofdzaak uit een hydrodynamisch radiaal glijlager 2 dat het gedeelte 4 met de grootste diameter omringt en uit een hydrostatisch axiaal glijlager 3 die in een lagerbehuizing 7 zijn gevormd. 



  Het radiale glijlager 2 bevat een lagerkussen 8 dat het gedeelte van de as 1 met een speling omringt zodat tussen hen een eerste smalle spleet 9 ontstaat. 



  Op deze spleet 9 geeft de zieh doorheen het glijlager 2 uitstrekkende uitmonding 10 uit van een toevoerleiding 11 voor water onder een druk Pin die aansluit op een niet in de figuur   1   weergegeven bron van water onder druk, 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 bijvoorbeeld de leiding met water voor de injectie op de rotoren van de compressor. 



  Dit hydrodynamische radiale glijlager 2 werd volgens gekende standaardmethoden berekend, bijvoorbeeld de methode van Sommerfeld zoals onder meer beschreven in "Machine-onderdelen" van Roloff/Matek, blz. 450-473, waarbij rekening werd gehouden met de bedrijfsomstandigheden, de inbouwmogelijkheden, het gebruikte smeermiddel, dit is in het gegeven voorbeeld water. 



  Het axiale glijlager 3 bevat een ringvormig lagerkussen 12 dat tegenover voornoemd radiaal oppervlaktegedeelte 6 van de as 1 tegen een eveneens radiaal gericht gedeelte van de binnenwand van de lagerbehuizing 7 vastgemaakt is, waarbij tussen dit lagerkussen 12 en het oppervlaktegedeelte een tweede spleet 13 gevormd wordt. 



  Dit lagerkussen 12 vormt dus een radiaal gericht gedeelte van het glijlager 3. 



  Deze tweede spleet 13 staat met voornoemde eerste spleet 9 in verbinding via een ringvormige gesloten ruimte 14 die tussen de twee lagerkussens 8 en 12 in, tussen de binnenzijde van de lagerbehuizing 7 en de as 1 wordt gevormd. 



  Ook dit axiale lager 3 werd berekend volgens standaardmethodes voor hydrostatische axiale glijlagers die gevoed worden door een restrictor zoals onder meer 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 beschreven in "Machine-onderdelen" van Roloff/Matek, blz. 473-479, met evenwel dit verschil dat in plaats van de diameter van een opening of capillair, als parameter de afstand wordt gebruikt van voornoemde uitmonding 10 in de eerste spleet 9 tot de ruimte 14 op het uiteinde van deze   spleet   9. 



  In deze klassieke berekening wordt de vergelijking om de drukval over de restrictor te berekenen, vervangen door een vergelijking die de drukval in de hiervoor beschreven opstelling beschrijft. De drukval over het lager kan op vereenvoudigde wijze worden berekend met volgende vergelijking : 
 EMI9.1 
 3 AP = Q. 



   12 viseo. L/ (O, 5 S) 3. TI. DWaarin : Q = debiet Visco = viscositeit van het medium L = afstand van de gaten tot aan de rand van het lager D = diameter van het radiaal lager S = diametrale speling van het radiaal lager AP = drukval over het   lager : Pin - Pax.   



  De werking van het gecombineerde glijlager 2-3 is als volgt : 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 Het radiale glijlager 2 werkt op de normale wijze als een hydrodynamisch lager, dit wil zeggen dat de vloeistof die onder de druk Pin in de spleet 9 werd ingevoerd onder invloed van rotatie van de as 1 een ringvormige laag vormt waarbij dus de as opgelicht wordt tot in de in   evenwichtstoestand   zoals weergegeven in figuur 1 door de pijlen 15. In deze   evenwichtstoestand   is de as 1 niet centrisch in het radiaal lager 2. 



  Het axiale glijlager 3 wordt gevoed door water dat vloeit vanaf de uitmonding 10 in de eerste spleet 9 van het radiale glijlager 2. Doordat deze spleet 9 zeer smal is ontstaat er over het traject tussen deze uitmonding 10 en de ruimte 14 een drukval AP die evenredig is met het debiet. 



  In deze ruimte 14 en dus ook aan de ingang van de tweede spleet 13 van het hydrostatische axiale glijlager 3 heerst een druk Pax = Pin-AP. 



  Door de drukopbouw tijdens de werking zal de rotor en dus ook de as 1 axiaal in de richting geduwd worden. De axiale krachten op de as   1   zijn in figuur 1 door de pijl 16 aangeduid. 



  Tengevolge van deze axiale kracht zal de as 1 de neiging hebben zieh in de richting van de pijl 16 te verplaatsen. 



  Wanneer evenwel de breedte van de spleet 13 verkleint,   zal   het waterdebiet door deze spleet 13 maar ook door de 

 <Desc/Clms Page number 11> 

 eerste spleet 9   verkleinen,   waardoor de drukval AP vermindert. 



  Uit voornoemde vergelijking valt af te leiding dat daardoor de druk Pax toeneemt, waardoor voornoemde axiale kracht wordt tegengewerkt tot er een evenwicht ontstaat. 



  Daalt de axiale kracht onder dit evenwicht, dan zal de breedte van de spleet 13 toenemen, waardoor het waterdebiet vergroot en de drukval AP toeneemt. Hierdoor zal ook de druk Pax afnemen tot opnieuw een evenwicht wordt bereikt. 



  De eerste spleet 9 neemt dus voor het axiale glijlager 3 de rol van opening of capillair over. 



  Het is duidelijk dat de drukval AP afhangt van de lengte van het gedeelte van de spleet 9 tussen de uitmonding 10 en de ruimte 14. In figuur 1 is deze uitmonding 10 in het midden van de spleet 9 weergegeven, maar door deze uitmonding 10 te verplaatsen naar het axiale glijlager 3 toe of van dit glijlager 3 weg, deze drukval AP bij een zelfde debiet zal verkleinen, respectievelijk vergroten. 



  Bij de berekening van het axiale glijlager 3 wordt ervoor gezorgd dat, als de breedte van spleet 13 minimaal is, hetgeen afhangt van de slag en de haaksheid van het axiale glijlager 3 en van de ruwheid van de oppervlakken, de druk Pax zo hoog mogelijk is en bijgevolg de drukval 

 <Desc/Clms Page number 12> 

 AP minimaal is. Toch moet er nog een waterdebiet zijn dat groot genoeg is om de wrijvingswarmte af te voeren. 



  Bij maximale breedte van de spleet 13, die niet te groot mag zijn, moet de voornoemde druk Pax zo laag mogelijk zijn en bijgevolg de drukval AP maximaal zijn. 



  De uitvoeringsvorm weergegeven in figuur 2 verschilt van de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm doordat het gecombineerde lager 2-3 dubbelzijdig is, dit wil zeggen axiale krachten zowel in de door de pijl 16 aangegeven richting als in de tegengestelde door de pijl 17 in figuur 2 weergegeven richting kan opvangen en hiertoe benevens   een   radiaal glijlager 2, twee axiale glijlagers 3 bezit die identiek zijn aan de hiervoor beschreven glijlagers 2, respectievelijk 3. 



  De as 1 bevat twee gedeelten 5 met kleinere diameter waarbij dus tussen het dikkere gedeelte 4 en elk van de gedeelten 5 een schouder gevormd is en dus een radiaal gericht oppervlaktegedeelte 6 waartegenover een axiaal lager 3 gelegen is. 



  De spleten 13 van de twee axiale glijlagers 3 zijn via een ruimte 14 met respectievelijk beide uiteinden van de spleet 9 van het radiale glijlager 2 verbonden. 

 <Desc/Clms Page number 13> 

 Het water dat op de druk Pin in de spleet 9 wordt gevoerd splitst zieh in twee stromingen met een bepaald debiet,   een   naar elke spleet 13. 



  Het radiale glijlager 2 werkt zoals in de uitvoeringsvorm volgens figuur 1. Ook de twee axiale glijlagers 3 werken op dezelfde manier als hiervoor beschreven, waarbij evenwel de breedte van de ene spleet 13 afneemt wanneer de breedte van de andere toeneemt en omgekeerd. 



  Normaal wordt de uitmonding 10 in het midden tussen de twee axiale glijlagers 3 gekozen en deze laatste gelijk aan elkaar zodanig dat in evenwichtspositie de twee spleten 13 even breed zullen zijn en de debieten naar deze spleten 13 gelijk zullen zijn. Zodra afgeweken wordt van dit evenwicht zal het ene debiet groter zijn dan het andere, waardoor de drukken Pax verschillend zullen zijn en de te grote axiale druk zal tegengewerkt worden. 



  In een variante splitst de toevoerleiding 11 zieh op het uiteinde in twee en zijn er dus twee uitmondingen 10 die, zoals in streeplijn in figuur 2 is weergegeven, symmetrisch ten opzichte van het midden tussen de twee axiale glijlagers 3 in de spleet 9 uitmonden. 



  De via de toevoerleiding 11 in de spleet 9 ingebrachte vloeistof moet niet noodzakelijk water zijn. Ze kan bijvoorbeeld ook olie zijn of een andere smeervloeistof. 

 <Desc/Clms Page number 14> 

 De spleten 9 en 13 moeten niet noodzakelijk via een ruimte 14 met elkaar in verbinding staan. Ze kunnen eventueel rechtstreeks op elkaar aansluiten. 



  De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijk gecombineerd radiaalaxiaal glijlager kan in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (1)

1. Conclusies.

   1.- Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager, daardoor gekenmerkt dat het opgebouwd is uit, enerzijds, een hydrodynamisch radiaal glijlager (2) dat met een speling een te lageren as (1) omringt zodat tussen de as (1) en het radiale glijlager (2) een eerste spleet (9) wordt gevormd, welke eerste spleet (9) in verbinding staat met een bron van vloeistof onder druk en, anderzijds, minstens een hydrostatisch axiaal glijlager (3) dat met een speling tegenover een zieh radiaal uitstrekkend oppervlaktegedeelte (6) van de as (1) is gelegen zodat ook tussen dit laatstgenoemde oppervlaktegedeelte (6) van de as (1) en een radiaal gericht gedeelte (12) van het axiale glijlager (3) een tweede spleet (13) wordt gevormd, waarbij deze tweede spleet (13) met de eerste spleet (9) in verbinding staat zodat dit axiale glijlager (3) via de eerste spleet (9)

   wordt gevoed en deze eerste spleet (9) de functie van restrictor voor het axiale glijlager (3) vervult.

   2-Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de eerste spleet (9) en de tweede spleet (13) met elkaar in verbinding staan via een ruimte (14) tussen de as (1) en een lagerbehuizing (7).

   Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat het enkelvoudig <Desc/Clms Page number 16> is en een axiaal glijlager (3) bevat aan een uiteinde van het radiale lager (2), waarbij dus de tweede spleet (13) met een uiteinde van de eerste spleet (9) in verbinding staat.

   4.--Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat het dubbelzijdig is en twee axiale glijlagers (3) bezit, een aan elk uiteinde van het radiale glijlager (2), waarbij de tweede spleten (13) van de twee axiale glijlagers (3) met respectievelijk de twee uiteinden van de eerste spleet (9) in verbinding staan.

   5.-Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de verbinding van de eerste spleet (9) met de bron van vloeistof onder druk in het midden van deze spleet (9) uitmondt.

   6.-Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de verbinding van de eerste spleet (9) met de bron van vloeistof onder druk op twee plaatsen die symmetrisch zijn ten opzichte van het midden van deze spleet (9) uitmonden.

   7.-Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de verbinding van de eerste spleet (9) met de bron van de vloeistof onder druk een toevoerleiding (11) bevat met een uitmonding (10) die zieh doorheen het radiale glijlager (2) uitstrekt. <Desc/Clms Page number 17>

   8.-Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat zowel het radiale glijlager (2) als het axiale glijlager (3) een lagerkussen (8,12) bevatten.

   9.-Gecombineerd radiaal-axiaal glijlager volgens een van de vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de as (1) de as is van een rotor van een compressor.