DE935519C - Lagerung fuer schnellaufende Wellen mit einseitig kragend angeordneter Last - Google Patents

Description

• Lagerung für schnellaufende Wellen mit einseitig kragend angeordneter Last Die Erfindung betrifft eine Lagerung für schnelllaufende Wellen mit einseitig kragend angeordneter Last, insbesondere eine Lagerung für Gas-bzw. Abgasturbinen, bei denen Turbinen- und Gebläserotor einseitig fliegend auf einer ein- oder mehrteiligen Welle angeordnet sind, wobei mindestens eines der Wellenlager unter Zwischenschaltung eines Bauelements geringer Steifigkeit bzw. wesentlicher Weichheit am steifen Lagerträger befestigt ist.
• Eine solche Lagerung ermöglicht es, durch entsprechend nachgiebige Abstützung von Wellenlagern dafür zu sorgen, daß die Welle bei einer bestimmten, unterhalb der Betriebsdrehzahl liegenden Drehzahl in Resonanz schwingt. Beim Anlaufen einer so gelagerten Maschine muß also stets diese Resonanzdrehzahl überwunden werden. Abgesehen davon, daß dieser Umstand mit Rücksicht auf die dabei auftretende hohe Beanspruchung der Maschine grundsätzlich als Mangel empfunden werden muß, ist auch zu beachten, daß sich das durch nichts gehemmte Anwachsen der Amplituden der Wellenschwingungen bei Annäherung an die Resonanzdrehzahl nachteilig auf die Ausgestaltung der Maschine auswirkt. Die großen Ausschläge zwingen dazu, zwischen den umlaufenden und den feststehenden Maschinenteilen ein so großes Spiel zu belassen, wie es beispielsweise bei Strömungsmaschinen nur unter Einbuße an Wirkungsgrad zugestanden werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Lagerung sind diese Mängel dadurch vermieden, daß zur Begrenzung der Verformung des nachgiebigen Bauelements vorzugsweise am steifen Lagerträger angeordnete Anschläge vorgesehen sind. Konstruktiv gesehen dienen diese Anschläge als Ausschlagbegrenzung für die Welle, haben jedoch darüber hinaus in schwingungstechnischer Hinsicht noch eine besondere Wirkung. Beim Anlaufen schwingt die Welle immer stärker aus in dem Bestreben, bei einer bestimmten, von den Lagerungsverhältnissen, insbesondere der Weichheit der vorläufig in ihren Bewegungen noch nicht gehemmten nachgiebigen Lagerstütze abhängigen Drehzahl in Resonanz zu schwingen. Lange bevor diese Drehzahl erreicht wird, legt sich das nachgiebig abgestützte Wellenlager jedoch an die Anschläge. Sobald diese wirksam werden, ändern sich die Resonanzbedingungen, worauf die Welle das Bestreben zeigt, erst bei einer wesentlich höheren Drehzahl in Resonanz zu schwingen und sich beruhigt. Das nachgiebig abgestützte Lager setzt sich von den Anschlägen ab und das Spiel wiederholt sich. Bei der erfindungsgemäßen Lagerung kommt es also gar nicht erst zur vollen Ausbildung von Resonanzschwingungen, da diese durch die laufend während des Betriebes vor sich gehende Veränderung der Resonanzbedingungen schon im Entstehen unterdrückt werden.
• In Ausgestaltung der Erfindung kann bei Anordnung von nur zwei Lagern das dem belasteten Wellenende zugekehrte Lager nachgiebig im Lagerträger befestigt sein. Das elastische Zwischenglied kann jede geeignete Ausgestaltung aufweisen, im Rahmen der Erfindung beispielsweise aus einem Rohr bestehen, dessen eines Ende mit dem steifen Lagerträger fest verbunden ist, im übrigen freitragend verlaufend an seinem freien Ende das eine Lager aufnimmt und in Längsrichtung geschlitzt ist. Hierbei kann das mit dem steifen Lagerträger fest verbundene Rohrende das zweite Lager aufnehmen. Vorteilhaft ist es fernerhin, den Lagerträger dadurch sehr steif zu halten, daß man ihn als Kegelmantel ausbildet, der an seinem größten Grundkreis über steife Bauelemente mit dem übrigen Gehäuse verbunden ist, vorzugsweise mit= tels durch den Ansaugkanal des Gebläses geführter profilierter Arme.
• In weiterem Ausbau der Erfindung kann der steife Lagerträger im Bereich der aufnehmenden Lager in an sich bekannter Weise auch in ein Rohr auslaufen, welches ein ein oder zwei Lager aufnehmendes Rohr in einem bestimmten Abstand konzentrisch umgibt und als Anschlag im Fall von Schwingungen für das innere Rohr dient. Mit Rücksicht auf ein stabiles Arbeiten der Lagerung empfiehlt es sich in diesem Fall, wie im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnt, an das innere Rohr außen Flächen anzufräsen, so daß die Anzahl der möglichen Anschlagpunkte begrenzt ist.
• Ein zu rascher Verschleiß an den Anschlagstellen läßt sich dadurch vermeiden, daß man an. diese Stellen Öl heranführt. Die Schmierung hat noch den weiteren Vorteil, daß das Anschlagen gedämpft erfolgt. Weitere Merkmale der Erfindung werden in der Beschreibung der beigefügten Zeichnung erläutert, die als Ausführungsbeispiel den Längsschnitt eines Abgasturbogebläses wiedergibt, dessen Welle nach der Erfindung gelagert ist.
• Die Läuferwelle i ist an ihrem einen Ende mit einer topfförmigen Hohlwelle :2 verbunden, die an der Außenseite des Topfbodens mit dem Rotor 3 der Turbine verbunden ist, während der Rotor 4 des Gebläses auf ihrem Mantelteil befestigt ist. Die Welle i ist in zwei Lagern 5 und 6 gelagert. Das Lager 5 ist ein Fest-Lager und in einer rohrförmigen Hülse 7 angeordnet, die ihrerseits fest im Lagerträger 8 angeordnet ist. Die rohrförmige Hülse 7 verläuft von ihrem im Lagerträger 8 eingespannten Ende ab nach der Erfindung freitragend und nimmt an ihrem anderen Ende das Lager 6 auf. Das dem belasteten Wellenende zugekehrte Lager 6 ist also ein Los-Lager. Die rohrförmige Hülse 7 ist vorteilhaft in ihrer Längsrichtung zwischen den beiden Lagern 5 und 6 geschlitzt. Je nach Zahl, Länge und Breite der Schlitze bzw. je nach der Wandstärke der Hülse 7 ergibt sich eine ganz bestimmte Biegesteifigkeit in radialer Richtung. Der starre Lagerträger 8 verläuft im Bereich der Lager 5 und 6 rohrförmig. Dieser rohrförmig verlaufende Teil ist mit 8ª bezeichnet und umgibt die rohrförmige Hülse 7, und zwar zweckmäßig mit einem bestimmten Spiel, so daß im Falle eines Ausschlages des Lagers 6 bzw. des freien Endes der Hülse 7 dieser Ausschlag durch den konzentrisch zu ihr verlaufenden rohrförmigen Teil 8ª des starren Lagerträgers begrenzt wird und bei Durchgang durch die kritische Drehzahl die auftretenden Schwingungen gestört werden. Die möglichen Berührungsstellen zwischen der Hülse 7 und dem Rohrstück 8a können außerdem noch durch entsprechende Abfräsungen reduziert werden. Ferner kann man im Bereich der möglichen Berührungsstellen zwischen der Hülse 7 und dem Rohrträger 8a zweckmäßig Ölzuführungen vorsehen, durch welche Öl zwischen das Innenrohr 7 und den dieses Rohr umhüllenden Teil 8ª1 des Lagerkörpers 8 zugeführt wird, so daß das Anschlagen der Hülse 7 am Körper 8a gedämpft wird. Der starre Lagerträger 8 besitzt eine Steifigkeit, die erheblich größer ist als die der Hülse 7, soweit es die Stützung des Lagers 6 betrifft. Um eine besonders hohe Steifigkeit zu erreichen, ist der Lagerträger 8 vorteilhaft als Kegelscheibe ausgebildet und mit starken Zwischenarmen 9 mit den durchgehenden, steifen Befestigungsflanschen io und ii verbunden. Die Befestigungsarme 9 sind durch den Zuströmkanal i2 des Gebläses hindurchgeführt und besitzen vorteilhaft Profilform und können gegebenenfalls sogar als Vor-Leitschaufeln ausgebildet sein, um der angesaugten Luft z. B. einen leichten Gegendrall zu erteilen, wodurch sich die Druckziffern des Kompressors erhöhen und somit schon bei niedrigen Drehzahlen der gewünschte Druck erreichen läßt. Die starre Kegelscheibe 8 umschließt den Ölsammelraum 13 sowie einen besonderen Behälter 1q., der durch eine Ölpumpe 15 dauernd vollgehalten wird und einen Abfluß über eine Düse in die hohl ausgebildete Welle I hat, von der aus das Schmieröl in die Lager 5 und 6 austreten kann, sowie zwecks Kühlung zwischen den Boden der Hohlwelle 2 und die Welle I geleitet wird. Der Ölbehälter 14 besitzt für das überschüssig geförderte Öl einen Überlauf 16, durch welchen die Überschußmenge des Öles in den Ölsumpf abfließen kann. Ein innerhalb des Ölbehälters 14 angeordneter zusätzlicher kleiner Behälter 17 dient zur Aufbewahrung von Öl, welches bei abgestellter Maschine nicht mit dem übrigen Öl aus dem Behälter 14 abfließt, sondern gespeichert bleibt, um erst beim Anlaßvorgang in den Behälter 14 entleert zu werden, um vor bzw. während des Anlassens eine Vorschmierung der Lagerstellen vorzunehmen. Durch die Anordnung der Ölbehälter 13, 14 und 17 innerhalb des Ansaugschachtes 18 des Gebläses 4 wird eine ausreichende Kühlung des Schmier- bzw. Kühlöles erzielt. Die Ölförderpumpe 15 wird vorteilhaft als Zahnradpumpe in der Weise ausgebildet, daß eines der Räder über einen Kanal I9 und eine Bohrung 2o durch einen der Arme 9 von außen zugänglich ist und für die Abnahme der Drehzahl dienen kann.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Lagerung für schnellaufende Wellen mit einseitig kragend angeordneter Last, insbesondere Lagerung für Gas- bzw. Abgasturbinen, bei denen der Turbinen- und Gebläserotor einseitig fliegend auf einer ein- oder mehrteiligen Welle angeordnet sind, wobei mindestens eines der Wellenlager unter Zwischenschaltung eines Bauelements mit geringer Steifigkeit bzw. mit einer wesentlichen Weichheit im steifen Lagerträger befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Verformung des nachgiebigen Bauelements vorzugsweise am steifen Lagerträger angeordnete Anschläge vorgesehen sind.
2. 2. Lagerung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von nur zwei Lagern das dem belasteten Wellenende zugekehrte Lager nachgiebig im Lagerträger befestigt ist.
3. 3. Lagerung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenglied aus einem Rohr besteht, dessen eines Ende mit dem steifen Lagerträger fest verbunden ist, im übrigen freitragend verlaufend an seinem freien Ende das eine Lager aufnimmt und in Längsrichtung geschlitzt ist.
4. 4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem steifen Lagerträger fest verbundene Rohrende das zweite Lager aufnimmt.
5. 5. Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Lagerträger als Kegelmantel ausgebildet ist, der an seinem größten Grundkreis mit dem übrigen Gehäuse verbunden ist.
6. 6. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Lagerträger über steife Bauelemente, vorzugsweise mittels in an sich bekannter Weise durch den Ansaugkanal des Gebläses geführter profilierter Arme, mit einem ebenfalls sehr steifen Hauptbefestigungsflansch der Gesamtanlage verbunden ist.
7. 7. Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der steife Lagerträger im Bereich der aufnehmenden Lager in an sich bekannter Weise in ein Rohr ausläuft, welches ein ein oder zwei Lager aufnehmendes Rohr in einem bestimmten Abstand konzentrisch umgibt und als Anschlag im Fall von Schwingungen für dieses innere Rohr dient. B. Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ölzuführung vorgesehen ist, durch welche Öl zwischen das Innenrohr und den dieses Rohr umhüllenden Teil des Lagerkörpers an die Stellen geführt wird, welche bei auftretenden Schwingungen als Anschlag dienen. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 686 814, 544 391, 153 373, 429 671, 321 176; USA.-Patentschriften Nr. 2 636 791, 2 515 799, 2 322 824, 2 307 175; britische Patentschrift Nr. 667 479; französische Patentschrift Nr. 492 789; schweizerische Patentschriften Nr. 160 247, 152333.