Drucklager für Turbomaschinen Gegenstand der Erfindung ist ein Drucklager für Turbomaschinen mit mehreren festen oder beweg lichen Drucksegmenten, bei welchem die einzelnen Drucksegmente Aussparungen der Drucklagerflächen aufweisen, die so ausgebildet sind, dass aussen um jede Aussparung ein geschlossener Rand stehen- bleibt.
Diese Aussparungen der Drucklagersegmente werden im Betrieb über die druckerzeugende Fläche des Einlaufrandes, mit<B>Öl</B> gefüllt und laufend nach gefüllt. Damit bilden sich ölpolster, über die ein grosser Teil der aufzunehmenden Drücke übertragen wird. Der Druck in den Ölpolstem stellt sich hierbei entsprechend der jeweiligen Flächenpressung so gross ein, dass die gesamte Gleitfläche des Lagers, be stehend aus den Randflächen und dem Ölpolster, als, tragend gelten kann.
Bei den bisher üblichen Drucklagern ohne Aus sparungen kann sich ein Ölfilm nur einmal an der druckerzeugenden Einlaufrandfläche bilden. Bei den Drucklagern nach der Erfindung wird der ölfilm zu nächst ebenfalls an der druckerzeugenden Einlauf- randfläche hergestellt, er nimmt aber, bedingt durch die Aussparungen, an Stärke stetig zu, sorgt für die Schmierung der verhältnismässig schmalen Rand flächen, kühlt den Druckring der Welle sowie die Drucksegmente und übernimmt so die Abführung der Reibungswänne sämtlicher Laufflächen. Die Rei bungsleistung wird damit erheblich verringert und so der Wirkungsgrad der Turbomaschine erhöht.
Bei Doppeldrucklagern werden zusätzliche Ver luste, die sich durch ölwirbel in dem schmalen Spalt der nicht anliegenden Segmente bilden, durch bessere ölverteilung in den Aussparungen und durch Ver grösserung des Spaltes wesentlich verkleinert. Hierbei werden gleichzeitig die Aussparungen der nichttra genden Segmente laufend mit<B>Öl</B> aufgefüllt, so dass bei einem Wandern des Läufers z. B. beim Anfahren und infolge der dadurch entstehenden plötzlichen Belastung dieser Segmente der auftretende Axial- schub ohne weiteres aufgenommen wird.
Die erfindungsgemässen Aussparungen können durch einfaches Nacharbeiten an vorhandenen Drucklagern nachträglich angebracht werden. Das Prinzip der Aussparungen kann im übrigen nicht nur für Axial-, sondern auch für Radialdrucklager benutzt werden.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. <B>1</B> bis<B>9</B> als Aus führungsbeispiele Drucksegmente und Drucklager gemäss der Erfindung nebst einer alten Ausführung.
Die Fig. <B>1</B> zeigt in Ansicht ein bewegliches Drucksegment mit der genannten Aussparung<B>10, 19,</B> die von dem genannten Rand<B>11, 13</B> umgeben ist.
Die Fig. 2 und<B>3</B> zeigen einen Querschnitt durch dieses Drucksegment nach der Linie I-I der Fig. <B>1,</B> aus dem zu ersehen ist, dass der Grund oder Boden der Aussparung unterschiedlich gestaltet sein kann. Bei der Ausführunc, nach der Fi <B>.</B> 2 verläuft die <B> & 9</B> Grundfläche<B>18</B> der Aussparung<B>10</B> parallel zu der Ebene<B>23,</B> welche die<B>'</B> die Aussparung<B>10</B> unmittel bar umgebenden Teile der Randflächen<B>11</B> und<B>13</B> enthält. Die Aussparung<B>10</B> weist dabei eine abge rundete obere Austrittskante 12 auf.
Bei der Aus führung nach der Fig. <B>3</B> hat die Grundfläche 22 der Aussparung<B>19</B> einen schrägen Verlauf, und zwar im Sinne der Abschrägung der Einlaufrandfläche <B>13,</B> deren Wirkung im folgenden beschrieben ist.
Der einlaufseitige Teil des Randes der Druck fläche, also die druckerzeugende Einlaufrandfläche <B>13,</B> ist im Falle der Fig. 2 und<B>3</B> in der Art abge schrägt, dass ein in der Einlaufrichtung 20 sich keil förmig verengender Einlaufspalt 21 zwischen der Einlaufrandfläche <B>13</B> und der durch das Lager abge stützten Lauffläche 14 gebildet wird.
Bei beiden Aussparungen<B>10</B> und<B>19</B> ist die Ein- laufrandfläche <B>13</B> breiter als die übrigen Randflächen <B>11.</B> In dem genannten Keileinlaufspalt 21 zwischen, der Fläche<B>13</B> und der Lauffläche 14 z. B. eines Druckringes tritt beim Betrieb durch die Rotation der Lauffläche 14 in Richtung 20 eine Pumpwirkung auf. Diese erzeugt einen Ölfilm, füllt die Aussparung <B>10</B> bzw. <B>19</B> mit<B>Öl</B> und hält diese ölfüllung während des Betriebes aufrecht.
Die Fig. 4 und<B>5</B> zeigen das Belastungsdiagramm eines herkömmlichen Drucksegmentes ohne Ausspa rung (Fig. 4) und eines Drucksegmentes mit Aus sparung (Fig. <B>5).</B> Der Vergleich zeigt, dass bei der erfindungsgemässen Ausführung nach der Fig. <B>5</B> das Segment bis zur hintern Randfläche<B>11</B> hoch belastet ist. Der Druck fällt erst ganz hinten ab, während der Abfall bei der Fig. 4 schon am Ende des Einlauf- spaltes 21 beginnt.
Die Druckübertragung erfolgt also weit- ,gehend gleichmässig über das ölpolster in der Aussparung<B>10.</B>
Die Aussparungsgrundfläche <B>18</B> oder 22 kann mindestens<B>5001a</B> der Gesamtdruckfläche betragen. Die Fig. <B>6</B> und<B>7</B> zeigen in Ansicht und in einem in der Zeichenebene abgewickelten Rundschnitt<B>(Zy-</B> linder mit dem Radius r) ein Drucklager gemäss der Erfindung mit festen Drucksegmenten. Die einzelnen Drucksegmente<B>25</B> können mit ebenen oder keil förmigen Aussparungen<B>10</B> oder<B>19</B> entsprechend den Fig. 2 oder<B>3</B> versehen sein. Gemäss der Fig. <B>7</B> sind sie mit ebenen Aussparungen versehen. Der Einlaufrand ist auch hier keilförinig zulaufend.
An den Einlaufrand schliesst sich u. a. die Aussparung <B>10</B> an. Die die Aussparung<B>10</B> unmittelbar umgeben den Teile der Randflächen<B>11</B> und<B>13</B> stehen parallel zur Lauffläche 14.
Die Fig: <B>8</B> und<B>9</B> zeigen im Längsschnitt nach Li nie IX-IX und Querschnitt nach Linie, VIII-VIII die Anwendung des Drucklagers gemäss der Erfin dung bei einer Welle mit auf beiden Seiten eines Axialschubringes <B>16</B> angeordneten Drucksegmenten zur Aufnahme von in beiden Richtungen möglichen, Axialschüben. Die Welle<B>15</B> einer Turbomaschine ist in üblicher Weise mit einem Axialschubring <B>16</B> ver sehen, zu dessen beiden Seiten<B>je</B> ein Drucklager<B>17</B> und 24 mit beweglichen Druckseginenten für die Aufnahme des in beiden,
Richtungen möglichen Axialschubes angeordnet ist. Die, Segmente beider Drucklager<B>17</B> und 24 sind mit Aussparungen<B>10</B> versehen. Hierbei werden auch die Aussparungen des nicht belasteten Lagers<B>17</B> laufend mit<B>Öl</B> aufge füllt, so dass bei einem Wandern des Turboläufers der dabei auftretende Axialschub sogleich in günsti- ger Weise aufgenommen wird. In der Fig. <B>9</B> ist der in genannter Art abgeschrägte Teil der Einlaufrand- fläche <B>13</B> schraffiert gezeichnet.
Thrust bearing for turbo machines The invention relates to a thrust bearing for turbo machines with several fixed or movable union pressure segments, in which the individual pressure segments have recesses in the pressure bearing surfaces which are designed so that a closed edge remains around each recess.
During operation, these recesses in the pressure bearing segments are filled with <B> oil </B> over the pressure-generating surface of the inlet edge and continuously refilled. This forms oil cushions through which a large part of the pressures to be absorbed is transmitted. The pressure in the oil cushions is so high that the entire sliding surface of the bearing, consisting of the edge surfaces and the oil cushion, can be considered to be load-bearing, depending on the respective surface pressure.
In the previously common thrust bearings without cutouts, an oil film can only form once on the pressure-generating inlet edge surface. In the thrust bearings according to the invention, the oil film is also initially produced on the pressure-generating inlet edge surface, but it increases steadily in strength due to the recesses, ensures the lubrication of the relatively narrow edge surfaces, cools the pressure ring of the shaft and the pressure segments and takes over the dissipation of the friction heat from all running surfaces. The friction performance is thus considerably reduced and the efficiency of the turbo machine increased.
In the case of double thrust bearings, additional losses that are formed by oil vortices in the narrow gap of the non-adjacent segments are significantly reduced by better oil distribution in the recesses and by enlarging the gap. At the same time, the recesses of the non-trailing segments are continuously filled with <B> oil </B>, so that when the runner wanders z. B. when starting up and as a result of the resulting sudden load on these segments, the axial thrust that occurs is readily absorbed.
The recesses according to the invention can be attached subsequently to existing pressure bearings by simple reworking. The principle of the recesses can also be used not only for axial, but also for radial thrust bearings.
The drawing shows in FIGS. <B> 1 </B> to <B> 9 </B> as exemplary embodiments pressure segments and pressure bearings according to the invention along with an old version.
FIG. 1 shows a view of a movable pressure segment with the mentioned recess <B> 10, 19, </B> which is surrounded by the mentioned edge <B> 11, 13 </B>.
2 and <B> 3 </B> show a cross section through this pressure segment along the line II in FIG. 1, from which it can be seen that the bottom of the recess is designed differently can be. In the execution according to Fig. 2, the <B> & 9 </B> base area <B> 18 </B> of the recess <B> 10 </B> runs parallel to the plane <B> 23 </B> which the <B> '</B> parts of the edge surfaces <B> 11 </B> and <B> 13 immediately surrounding the recess <B> 10 </B> </ B> contains. The recess <B> 10 </B> has a rounded upper exit edge 12.
In the embodiment according to FIG. 3, the base surface 22 of the recess 19 has an inclined course, specifically in the sense of the inclination of the inlet edge surface 13, B > whose effect is described below.
The inlet-side part of the edge of the pressure surface, that is to say the pressure-generating inlet edge surface <B> 13 </B>, is in the case of FIGS. 2 and 3 bevelled in such a way that an infeed direction 20 wedge-shaped narrowing inlet gap 21 is formed between the inlet edge surface <B> 13 </B> and the running surface 14 supported by the bearing abge.
In the case of both recesses <B> 10 </B> and <B> 19 </B>, the inlet edge area <B> 13 </B> is wider than the other edge areas <B> 11. </B> In the above Wedge inlet gap 21 between, the surface <B> 13 </B> and the running surface 14 z. B. a pressure ring occurs during operation by the rotation of the running surface 14 in the direction 20, a pumping effect. This creates an oil film, fills the recess <B> 10 </B> or <B> 19 </B> with <B> oil </B> and maintains this oil filling during operation.
4 and <B> 5 </B> show the load diagram of a conventional pressure segment without recess (FIG. 4) and a pressure segment with recess (FIG. 5). The comparison shows that in the case of the embodiment according to the invention according to FIG. 5, the segment is heavily loaded up to the rear edge surface <B> 11 </B>. The pressure only drops at the very back, while the drop in FIG. 4 begins at the end of the inlet gap 21.
The pressure is thus transmitted largely evenly via the oil cushion in the recess <B> 10. </B>
The recess base area <B> 18 </B> or 22 can be at least <B> 5001a </B> of the total printing area. FIGS. 6 and 7 show a thrust bearing according to a view and in a round section developed in the plane of the drawing (cylinder with the radius r) of the invention with fixed pressure segments. The individual pressure segments <B> 25 </B> can be provided with flat or wedge-shaped cutouts <B> 10 </B> or <B> 19 </B> according to FIG. 2 or <B> 3 </B> be. According to FIG. 7, they are provided with flat cutouts. The inlet edge is also tapered here in the shape of a wedge.
At the inlet edge closes u. a. the recess <B> 10 </B>. The parts of the edge surfaces <B> 11 </B> and <B> 13 </B> immediately surrounding the recess <B> 10 </B> are parallel to the running surface 14.
Figures: <B> 8 </B> and <B> 9 </B> show in a longitudinal section along line IX-IX and cross-section along line VIII-VIII the use of the thrust bearing according to the invention in a shaft pressure segments arranged on both sides of an axial thrust ring for receiving axial thrusts that are possible in both directions. The shaft <B> 15 </B> of a turbo machine is usually provided with an axial thrust ring <B> 16 </B>, on both sides of which there is a thrust bearing <B> 17 </ B> and 24 with movable pressure segments to accommodate the in both,
Directions possible axial thrust is arranged. The segments of both thrust bearings <B> 17 </B> and 24 are provided with recesses <B> 10 </B>. Here, the recesses of the unloaded bearing <B> 17 </B> are continuously filled with <B> oil </B>, so that when the turbo rotor moves, the resulting axial thrust is immediately absorbed in a favorable manner. In FIG. 9, the part of the inlet edge area which is beveled in the aforementioned manner is shown hatched.