CH680745A5

CH680745A5 -

Info

Publication number: CH680745A5
Application number: CH2413/91A
Authority: CH
Inventors: Bo Hagstedt; Hans-Lennart Olausson
Original assignee: Abb Stal Ab
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1992-10-30
Also published as: SE8904228D0; DE4092301C2; DE4092301T; SE8904228L; WO1991009232A1; US5244285A; SE465177B

Description

1

CH 680 745 A5

2

Beschreibung

Wenn Wellen in Maschinen wie beispielsweise Turbinen und Generatoren rotieren, treten nicht ausgeglichene Kräfte und verschiedene Arten von Instabilitäten auf, die zum Ergebnis haben können, dass der Rotor in der Maschine wegen hoher Vibrationsamplituden in der Maschine nicht laufen kann. Zusätzlich führen die Vibrationen zu erhöhten Lagerbeanspruchungen in den Wellenlagerungen, was einen erhöhten Verschleiss und eine reduzierte Lebensdauer zur Folge hat. Das Problem kann auf verschiedene Arten gelöst werden. Eine der Lösungen dieses Problems besteht darin, zur Reduzierung der Vibrationen Dämpfer vorzusehen.

Bei bestimmten Maschinentypen, wie beispielsweise leichten Gasturbinen für Flugzeuge, stellen Dämpfer in Form von Druckfilm-Dämpfem schon lange eine Standardlösung dar. Diese Art der Dämpfer hat sich auch bei grösseren Maschinen als ebensogut brauchbar erwiesen.

Wenn zwei Flächen mit einem dazwischen befindlichen viskosen Medium, wie beispielsweise Öl, mit einer bestimmten Geschwindigkeit zusammengebracht sind, entsteht ein zur Geschwindigkeit proportionaler Druckaufbau. Ein Druckfilm-Dämpfer verwendet einen Ölfilm als Dämpfungsmittel zwischen zwei konzentrischen Flächen. Bei einem Druckfilm-Dämpfer entsteht der Druckaufbau zwischen den konzentrischen Flächen, wenn diese Flächen relativ zueinander in Vibration sind. Der Dämpfer ähnelt daher einem zylindrischen Lager mit dem Unterschied, dass der innere Teil des Dämpfers nicht rotiert. Der innere Teil des Dämpfers besteht aus einer Wellenlagerung der Maschine, die von irgendeiner beliebigen Art sein kann. Im Falle des Auftretens von Vibrationen bewegt sich das Lager, das heisst, der innere Teil des Dämpfers auf einer mehr oder weniger kreisförmigen Bahn, was dazu führt, dass in dem Ölfilm eine Quetsch-Fortbewegung entlang des kreisförmigen Ölfilms zwischen den konzentrischen Flächen auftritt, die von der Aussen-fläche des inneren Teils des Dämpfers und der umgebenden inneren Fläche der Halterung des Dämpfers gebildet sind. Die Quetschung erzeugt eine rotierende Druckfront innenseitig des kreisförmigen Ölfilms. Die Druckfront wirkt in einer dämpfenden Weise auf die Vibrationen der Welle. Die Maschine reagiert mit niedrigen Vibrationsamplituden, erhöhter Stabilität und wie man hofft, mit reduzierter Lagerbeanspruchung.

Heutzutage sind Druckfilm-Dämpfer standardisierte Maschineneiemente bei beispielsweise Gasturbinenwelien, die in Rollenlagern laufen. Es gibt sie in zwei Versionen, mit zentrierter und nicht zentrierter Anordnung. Der zentrierte Dämpfer ist im aligemeinen mit Federungsmitteln gekoppelt. Die Federungsmittel halten den inneren Teil des Dämpfers zentriert und nehmen das Gewicht der Welle und der an dieser befindlichen Last auf. Der nicht zentrierte Dämpfer ist lose angeordnet, und nur daran gehindert, zu rotieren. In beiden Arten von Dämpfern gelangt das Öl, welches einen Druckfilm mit rotierender Druckfront aufbaut, durch radiale Bohrungen in der Halterung für den Dämpfer in eine ringförmige Nut, die entlang des Umfangs des ganzen Dämpfers in Form einer Ausnehmung entweder im inneren Teil des Dämpfers oder in der Halterung verläuft. Aufgrund des vorhandenen Öldrucks wird das Öl aus der erwähnten Nut heraus in den ringförmigen Spalt zwischen dem inneren Teil des Dämpfers und deren Halterung gedrückt. Das Spiel in diesem Spalt liegt in der Grössenordnung von 0,25 mm. Da das Öl an beiden Seiten der Nut in axialer Richtung gesehen herausgedrückt wird, entsteht ein dünner Ölfilm an beiden Seiten der Nut des Dämpfers. Dieser Ölfilm stellt das viskose Medium des Dämpfers für die rotierende Druckfront dar und die Aufgabe dieses Mediums besteht darin, den durch die Vibrationen entstehenden Belastungen entgegenzuwirken.

Der Öldruck, mit dem der Dämpfer betrieben wird, ist für die dynamische Steifheit des Dämpfers von grosser Wichtigkeit.

Bei Ausführungsformen mit einem zentrierten Dämpfer stellen die Stützfedern die kritische Komponente dar, besonders bei grossen Maschinen. Eine angestrebte Weiterentwicklung des zentrierten Dämpfers würde dahin gehen, auf die Federungsmittel zu verzichten, während gleichzeitig ihre Zentrierungsfunktion aufrechterhalten wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Radiallagerung und einen Druckfilm-Dämp-fer, der an einer rotierenden Welle einer Maschine fest angeordnet ist. Der Dämpfer ist als Ringflansch ausgebildet, der die Lagerung konzentrisch umgibt. Der Flansch besitzt zuäusserst eine zylindrische Fläche. Dieser Flansch des Dämpfers ist wiederum in einer Halterung mit einer inneren zylindrischen Fläche angeordnet. Diese einander benachbarten zylindrischen glatten Flächen stellen die sogenannten Dämpfungsbereiche dar. Zwischen dem Dämpfer und der Halterung, das heisst zwischen den Dämpfungsbereichen, ist ein Spiel vorhanden. Dieses Spiel stellt einen Raum dar, welcher das viskose Medium einschiiesst, welches das Druckmedium des Dämpfers darstellt und den Druckfilm entstehen lässt. Dieser Druckfilm wird beispielsweise mit Öl als viskoses Medium von einer Nut beschickt, die entweder in der Mitte der nach aussen zeigenden zylindrischen Umfangsflä-che der Flanschaussenseite oder in der Mitte der nach innen zeigenden zylindrischen Umfangsfläche der Halterung für den Dämpfer ausgebildet ist. Diese Nut erstreckt sich nicht vollständig herum, sondern ist in dem unteren Teil unterbrochen. Anstelle der Ölnut sind ein oder mehrere Taschen im unteren Teil des Flansches ausgebildet und bilden getrennte Kammern, die nicht miteinander oder mit der langen Nut des Drucköls kommunizieren. Durch die Halterung des Dämpfers erstrecken sich Bohrungen in diese Kammern hinein, durch welche die Kammern mit Öl versorgt werden. Wenn Öl mittels einer Pumpe durch die Bohrungen gedrückt wird und die genannten Kammern unter Druck setzt, wird die Maschinenwelle aus der Ruhestellung in der Halterung angehoben. Bei richtig angepasstem Öldruck kann die Maschinenwelle dann ohne die Verwendung von Zentrierungsfedern zentriert werden. Infolge dessen handelt es sich dann um einen hydrostatisch an5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 680 745 A5

4

geordneten Dämpfer. Dieser hydrostatische Dämpfer ist mit Öl zum Anheben von einer Pumpe mit einem Ventil zum Aufrechterhalten des Drucks versorgt, welches in der Lage ist, den Öldruck aufrechtzuerhalten, und den inneren Teil des Dämpfers in einer zentrierten Stellung zu halten. Das Druckniveau wird so gewählt, dass der Dämpfer eine niedrige dynamische Steifheit erhält. Die Höhe dieses Drucks bestimmt sich ausser durch die Wellenabmessungen und die Lasten ausserdem auch durch die Geometrie des Dämpfers, wie beispielsweise durch die Anzahl der Kammern, die mit dem Öl zum Anheben versorgt werden, wie auch durch die Gesamtfläche und Lage dieser Kammern.

Öl ist hier als viskoses Medium zur Ausbildung des Druckfilms und als Druckübertragungsmedium für die hydrostatische Lagerungsandordnung vorgeschlagen worden. Es liegt jedoch kein Grund vor, der die Verwendung eines anderen viskosen Mediums für diesen Zweck ausschliessen würde. Anstelle einer Pumpe als Transportmittel für das Öl zum Anheben können natürlich auch andere Einrichtungen zum Fördern eine Mediums verwendet werden. Die Überwachung des Drucks des Mediums in der hydrostatischen Lagerung kann mit anderen automatischen Regeleinrichtungen wie beispielsweise mit geregelten Pumpen oder mit geregelten Ventilen erreicht werden.

Mit der beschriebenen Erfindung ist die angestrebte Zentrierung des inneren Teils des Dämpfers ohne die Verwendung mechanischer Mittel erreicht, was insofern üblich ist, als die Welle mittels hydraulischer Mittel in der zentrierten Stellung gehalten ist. Das Ventil zum Druckaufrechterhalten hat eine geringe Steifheit der Zentrierung zum Ergebnis. Auf diese Weise ist die mechanische Steifheit eliminiert, die normalerweise bei hydrostatischen Lagerungen gross ist und im hier vorliegenden Zusammenhang unerwünscht ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäs-sen Ausführungsform entlang der Rotorwelle mit den zugehörigen Lagerungen und dem Dämpfer einschliesslich der Versorgungseinrichtung für das Öl zum Anheben und für den Druckfilm;

Fig. 2. einen radialen Schnitt des Dämpfers gemäss Fig. 1, aus dem die Ausgestaltung der Ölnut und der verschiedenen Kammern hervorgeht.

Eine Ausführungsform des beschriebenen Dämpfers geht aus den Zeichnungen hervor. Die gedämpfte Welle 1 ist von einem Radiallager 2 umschlossen, welches wiederum von einem Flansch 3 des Dämpfers umschlossen ist. In der Mitte des Flansches 3 ist aussen eine Nut 4 ausgebildet, welche mit Öl gefüllt ist, welches in den Abstandsraum zwischen dem Flansch 3 und der Halterung 6 für den Dämpfer austritt. Die beiden einander zugekehrten Flächen der Halterung 6 und des Flansches 3 stellen die Dämpfungsflächen oder -berei-che 5 dar. Die Oberflächen dieser Dämpfungsbereiche 5 sind zylindrisch oder stellen kurvenförmige Flächen von zwei konzentrischen sphärischen Segmenten zweier Basiskörper dar. Der Abstandsraum zwischen diesen Flächen ist mit Öl gefüllt, welches das eigentliche Dämpfungsmittel darstellt. Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Nut 4 in dem Flansch 3 kreisringförmig ist, aber sich nicht über den vollen Umfang erstreckt. Die Kammern 7 sind Ausnehmungen im unteren Teil des Flansches und sie sind voneinander wie auch von der Nut 4 durch Trennwände getrennt. Zu diesen Kammern 7 führende Bohrungen 8 erstrecken sich durch die Halterung 6 in radialer Richtung gegen das Zentrum. Durch die Förderung von unter Druck stehendem Öi durch die Bohrungen 8, wird der Flansch 3 des Dämpfers einschliesslich der Lagerung 2 und der gedämpften Welle 1 in eine zentrierte Stellung angehoben. Die beiden Ölkammern 7 sind beispielsweise symmetrisch zu beiden Seiten einer vertikalen Symmetrieachse angeordnet, um von den ölgefüllten Kammern 7 Zentrierungskräfte zu erhalten. Das Öl 9 gelangt zu den Kammern 7 von dem Ölbehälter 10, von welchem eine Pumpe 11 den Dämpfer mit Öl versorgt. Auf diesem Weg zum Dämpfer strömt das Öl durch ein Ventil 12 zur Aufrechterhaltung des Drucks, welches den Druck in der Leitung regelt, und dadurch den inneren Teil des Dämpfers auf dem gewünschten Niveau hält und ausserdem die dynamische Steifheit der Dämpfer kleiner werden lässt. Der Ölzulauf für die Druckfilm-Dämpfung erfolgt durch den Einlass 13, durch den auch die Lagerung 2 mit Öl versorgt wird.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann der Dämpfer mit einer abweichenden Anzahl von Kammern 7 ausgestattet sein. Ebenfalls ist es möglich, sich nur auf eine Kammer 7 zu beschränken. Bei einer solchen Ausführungsform kann es schwieriger sein, eine ausreichende Zentrierungsfunktion zu erreichen, die auf den Dämpfer vom Druckmedium wirkt, wenn dieses unter Druck gesetzt wird. Die Form und die Länge dieser einzelnen Kammer 7 kann jedoch die Zentrierungsfunktion des Dämpfers bei einer solchen Ausführungsform beeinflussen.

Eine grössere Möglichkeit, die Zentrierungsfunktion und die Steifheit des Dämpfers direkt zu regeln erhält man, wenn die Anzahl der Kammern 7 drei oder mehr beträgt. Wenn beispielsweise drei Kammern 7 vorhanden sind, kann beispielsweise eine Kammer direkt unterhalb des Wellenzentrums und die anderen beiden Kammern 7 können dann zu beiden Seiten der ersteren entlang des Umfangs des Dämpfers angeordnet sein. Auf diese Weise erreicht man die gewünschte Zentrierung.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform sind die Kammern 7 für das zum Anheben bestimmte Öl aus dem inneren Teil der Kammer nämlich dem Flansch 3 des Dämpfers herausgearbeitet. Stattdessen können die Kammern auch in entsprechender Weise und an entsprechenden Stellen in der Halterung 6 ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung in Druckfilm-Dämpfern für Wellenlagerungen, mit einem auf einer Welle (1 ) angeordneten Lager (2), einem ausserhalb des Lagers (2) an-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 680 745 A5

geordneten Dämpfungsflansch (3), der konzentrisch von einer Halterung (6) für den Dämpferflansch umschlossen ist und mit einem zwischen konzentrischen Flächen des Dämpfungsflansches (3) und der Halterung (6) vorhandenen Spielraum, der einen Raum für den Druckfilm des Dämpfers bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsflansch (3) und seine Halterung (6) zwei einander benachbarte konzentrische Flächen (5) aufweisen, und entlang des Umfangs derselben mindestens zwei voneinander getrennte Druckmedium-Räume -nämlich ein oberer Raum (4) und ein oder mehrere untere Räume (7) - vorhanden sind, von denen zumindest der genannte eine oder die mehreren unteren Räume bei ihrer Verbindung mit einem unter Druck gesetzten Druckmedium (9) eine Anhebung und Zentrierung des inneren Teils des Dämpfers und eine Dämpfung mit einer dynamischen Steifheit herbeiführen, welche mittels einer Einrichtung (12) zur Aufrechterhaltung des Drucks regelbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmedium-Räume (7) im unteren Teil des Dämpfers voneinander und von dem oberen Druckmedium-Raum (4) mittels Zwischenwänden getrennt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Druckmedium-Räume (7) mit Druckmedium (9) durch Kanäle (8) in der Halterung (6) des Dämpfers mit einer Einrichtung (11) für den Transport des Druckmediums beschickbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil des Dämpfers zentrierbar ist durch Einleiten von Druckmedium (9) durch die Kanäle (8) in die unteren Druckmedium-Räume (7), wobei das Druckmedium den inneren Teil des Dämpfers hydraulisch in eine zentrierte Stellung anhebt, sowie durch das Halten des inneren Teils des Dämpfers in der genannten Stellung mit Hilfe eines geregelten Drucks, der herbeiführbar ist durch eine Einrichtung (12) zum Aufrechterhalten eines wählbaren Drucks.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Druckmedium-Raum (4) durch einen getrennten Kanal (13) mit einem viskosen Medium zur Bildung eines Druckfilms beschickt ist.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4