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Wellenbefestigungsvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf das Befestigen einer Welle unter besonderer
Rücksichtnahme auf die Axialbelastung und deren Steuerung.
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Es ist oft von Vorteil, die Axialbelastung zu messen, die von den
Axiallagern einer Welle aufgenommen wird. Das Anzeigen solcher Lasten kann die Bedienungsperson
befähigen, Beschädigungen der Axiallagerbedingungen zu vermeiden und dadurch die
Lebensdauer der Lager und anderer Ausrüstungsgegenstände zu verlängern, die derartigen
Belastungen unterworfen sind. Solche Vorrichtungen neigten zu einer Grenzwirksamkeit,
wenn sie nicht eine sehr komplizierte Meßausrüstung zum Messen des Versetzens der
Welle und der Axiallast benutzten. Eine derartige komplizierte und aufwendige Ausrüstung
war notwendig, weil die sehr begrenzte Axialbewegung derartiger Anordnungen erforderte.
Weiterhin waren die Axiallastanzeigesysteme häufig mit Propulsionsvorrichtungen
wie
Schraubenwellen auf Schiffen und Propellerwellen in Flugzeugen verbunden. Konsequenterweise
waren diese Vorrichtungen dazu bestimmt, axiale Auflagerlasten nur in einer Richtung
zu erfassen. Aus den vorstehenden Gründen fehlten den bisherigen Axiallastmeßgeräten
die Vielseitigkeit, die Genauigkeit und die gewünschte Zuverlässigkeit.
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Um die vorgenannten Schwierigkeiten zu überwinden, wurden bereits
durch die US-Patentschrirten 3 828 610 und 3 895 689 Geräte vorgeschlagen. Diese
Geräte verwendeten die Messung des Schmiermitteldruckes als ein Mittel für das Erfassen
der Axialbelastung. Jedoch ist es häufig wünschenswert, mechanische Mittel zum Durchführen
einer solchen Messung zu verwenden. Weiterhin können bestimmte Axialversetzungen
in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, die Wellenanordnung, Lager und Dichtungen
zu schützen.
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Gegenüber den bisher bekannten Geräten besteht die Aufgabe der Erfindung
darin, eine Wellenbefestigung zu schaffen, mit der mit einfachen Mitteln die Axialbelastung
in beiden Richtungen so leicht und exakt gemessen werden kann, daß alle durch die
Axialbelastung belasteten Teile wirkungsvoll überwacht werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Axialbelastungen
der Welle in jeder Richtung durch eine elastische Befestigung abgefangen werden.
Dieses System umfaßt Mittel zum genauen und einfachen Messen der Größe der aufgebrachten
Axialbelastungen. Ebenso sind Mittel vorgesehen, um die Messung der Axialbelastung
zum Steuern der Axiallasten während des Anfahrens und der vollen Drehzahl zu verwenden.
Axiallager werden in Verbindung mit entgegengesetzt weisenden Schultern verwendet,
die an der zugehörigen Welle angeordnet sind, um die Welle axial gegen zu erwartende
Axiallasten zu halten. Elastische
Einrichtungen spannen die Welle
in eine zentrale Lage zwischen die Lager, während die Welle sich in einem begrenzten
aber relativ großen Umfang gegenüber diesen elastischen Einrichtungen bewegen kann,
und zwar in beiden Richtungell.
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Durch diese erfindungsgemäße Lösung werden eine ganze Reihe von Vorteilen
erzielt. Eine dieser Vorteile besteht darin, daß die Axialbewegung der Welle in
Erwiderung auf die Axialbelastung durch das Vorhandensein der elastischen Einrichtungen
vergrößert wird. So ist keine komplizierte Erfassungsvorrichtung notwendig, um die
Bewegung der Welle in Axialrichtung zu erfassen und anzuzeigen. Durch Reduzierung
der notwendigen Kompliziertheit des Meßgerätes und der Ausrüstung können die Zuverlässigkeit
und die Genauigkeit erhöht werden. Die elastischen Vorrichtungen können ebenso nicht
linearer Natur sein, um ein maximales und minimales axiales Versetzen vorzusehen,
um die Steuerungen und die Sensoren am besten an das bestehende System anzupassen.
Weiterhin können die elastischen Einrichtungen so konstruiert sein, daß sie einen
weiten Bereich einer Vorbelastung einschließlich einer fehlenden Vorbelastung bei
allen Axiallagern vorsieht. Die Zweirichtungs-Erfassungs-Fähigkeiten des Systems
machen die vorliegende Erfindung für eine Vielzahl von Vorrichtungen anwendbar,
beispielsweise für Turboexpandern, Kompressoren, Zentrifugalpumpen und dgl. Eine
Abänderung der Welle kann ebenso verwendet werden, um die Ausgangssignale, die sich
aus dem Versetzen der Welle ergeben, zu konditionieren. Die so erhaltenen Messungen
können dazu verwendet werden, die Wellenanordnung, die Lager und die Dichtungen
zu schützen.
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Durch das besondere angegebene Verfahren kann eine konische Dichtung
zwischen Welle und Gehäuse auf besondere Weise vor einem frühzeitigen Verschleiß
geschützt werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer
Drehvorrichtung mit einem Auflagerdetektions- und -Kontrollsystem entsprechend der
Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2
in Fig. 1, Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit einer zweiten Ausführungsform des
Wellenmeßabschnittes und einer bezogenen Detektor-Betätigereinrichtung, Fig. 4 eine
vergrößerte Einzelheit ähnlich der der Fig. 3 mit der Darstellung einer dritten
Ausführungsform eines Wellenmeßabschnittes und Fig. 5 eine vergrößerte Einzelheit
ähnlich der der Fig. 3 und 4 mit der Darstellung einer vierten Ausführungsform eines
Wellenmeßabschnittes.
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In Figur 1 ist eine Drehvorrichtung in Form eines Zentrifugalkompressor
dargestellt. Während die Erfindung insbesondere für die Verwendung in Verbindung
mit Strömungsmittel-Drehvorrichtungen, wie Turboexpandern, Kompressoren und dgl.
geeignet ist, kann die Erfindung auch in Verbindung mit jeglicher anderen Drehvorrichtung
verwendet werden, die einer Auflagerlast zur Anderung unterworfen ist, sei es ausgeglichen
oder unausgeglichen. Die Umgebung der bevorzugten Ausführungsform umfaßt beispielsweise
einen Rotor 10 urid ein diesen umgebendes Rotorgehäuse 12.
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Der Rotor 10 wird von einer Welle 14 angetrieben, die ihrerseits von
einem Motor 16 angetrieben wird. Das Rotorgehäuse 12 hat einen im wesentlichen axial
gerichteten Einlaß 18 zur Aufnahme von zu verdichtenden Gasen.
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Der Einlaß 18 steht mit Einlaßöffnungen 20a einer Reihe von Kanälen
20 in Verbindung, die durch den Rotor 10 geführt sind. Die Kanäle 20 sind entlang
ihrer Länge gekrümmt, um an ihrem Einlaß Öffnungen 20a im wesentlichen axial und
an ihren Auslaßöffnungen 20b im wesentlichen radial ausgerichtet zu sein. Die Auslaßöffnungen
20b stehen in Verbindung mit einem umgebenden Ringraum oder Spirale 22 im Gehäuse
12 in Verbindung, welche ihrerseits mit einem Gehäuseauslaß 24 in Verbindung stehen.
Wie es in der Technik bekannt ist, zieht die Drehung eines von der Welle 14 angetriebenen
Rotors 10 Gase durch die Kanäle 20 für eine Zentrifugalverdichtung.
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Der Rotor 10 ist hinsichtlich des Rotorgehäuses 12 durch ein Paar
von Ringlabyrinthdichtungen 26 und 28 abgedichtet, die an der Umfangsfläche jeder
Seite der Auslaßöffnungen 20b angeordnet sind. Die Welle 14 hat einen konischen
Abschnitt 14a mit dem kleineren Ende in der Nähe des Rotors 10. Eine korrespondierende
konische Labyrinthdichtung 30 ist im Rotorgehäuse 12 um den genannten Wellenabschnitt
14a vorgesehen. Die vorgenannten Labyrinthdichtungen 26, 28 und 30 sind von der
Art, die eine gewisse Strömungsmittelleckage zuläßt. Die Leckage durch die Dichtungen
26 und 28 erfolgt in Längsrichtung außerhalb des Hochdruckbereiches 22. Eine derartige
Leckage kann eine Veränderung der Auflagerkräfte verursachen, die auf die Welle
14 einwirken und kann daher eine Einrichtung für die Steuerung derartiger Axialauflagerkräfte
vorsehen. Das Hochdruckströmungsmittel, welches an der Dichtung 26 vorbeileckt,
wird einfach vom einkommenden Gas eingefangen und gelangt so wieder in die Rotorkanäle
20.
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Wenn jedoch das Strömungsmittel an der Dichtung 28 vorbeileckt, gelangt
es in einen Bereich 32 hinter dem Rotor 10.
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Dieser Bereich 32 ist im wesentlichen durch die Dichtung 30 geschlossen.
Konsequenterweise kann sich ein Strömungsmitteldruck in dem Bereich 32 aufbauen.
Es ist gerade dieser Druck im Bereich 32, welcher zu einer Veränderung der Auflagerlast
auf den Rotor 10 beiträgt und daher für die Steuerung der Auflagerlast verwendet
werden kann, wenn selektiv entlüftet wird. Für diesen Zweck laufen Kanäle 34 vom
Bereich 32 zu einem relativ niedrigen Druckbereich, der am Einlaß 18 des Gehäuses
12 ausgebildet ist. Ein Drosselventil 36 ist in der Leitung 34 vorgesehen. Durch
Vergrößerung der öffnung durch das Ventil 36 kann das Strömungsmittel relativ hohen
Drucks im Bereich 32 in den Gehäuseeinlaß 18 entlüftet werden. Dies erlaubt eine
Erhiung der Auflagerkraft auf die Welle 14 nach rechts, wenn die Vorrichtung in
Fig. 1 betrachtet wird. Wenn dagegen das Ventil 36 mehr geschlossen wird, kann sich
der Strömungsmitteldruck im Raum 32 aufbauen. Dies führt zu einer inksgerichteten
Auflagerkraft auf die Welle 14, wiederum bei Betrachtung der Fig. 1. Diese Anordnung
ist mehr im einzelnen in der US-Patentschrift 3 895 689 beschrieben, deren Inhalt
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist.
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Der Hauptteil der Welle 14 befindet sich in dem Gehäuse, welches von
dem Abschnitt des Rotorgehäuses 12 gebildet wird, welches auf der dem Einlaß 18
gegenüberliegenden Seite sich befindet. Dabei handelt es sich um zwei zusätzliche
Gehäuseabschnitte 38 und 40, die auf irgendeine geeignete Weise am Gehäuse 12 befestigt
sind. Diese Welle 14 hat einen vergrößerten zentralen zylindrischen Abschnitt 14b,
welcher an entgegengesetzten Enden ein Paar von Ringschultern 42 und 44 bildet.
Diese Schultern 42 und 44
sind axial nach außen in entgegengesetzten
Richtungen ausgerichtet. Natürlich kann die Anordnung der Schultern umgruppiert
werden, um eine bessere Anpassung an die Erfordernisse des Systems vorzunehmen.
Es ist nur erforderlich, daß die Schultern in entgegengesetzter Richtung voneinander
weisen, um Auflagerflächen für die Lager zu bilden. Neben der Schulter 42 befindet
sich ein zylindrischer Abschnitt relativ kleinen Durchmessers 14c der Welle 14,
welcher nach außen durch den Gehäuseabschnitt 40 verläuft und relativ zum Gehäuseabschnitt
40 durch eine Labyrinthdichtung 46 abgedichtet ist.
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Neben der Scnulter 44 befindet sich ein zylindrischer Wellenabschnitt
14d. Dieser Abschnitt 14d verbindet den großen zentralen Abschnitt 14b mit dem konisch
sich verjüngenden Abschnitt 14a.
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Die Welle 14 ist für eine Relativbewegung zum Gehäuse in diesem durch
in Längsrichtung beabstandete erste.ngd zweite Lagermittel abgestützt. Diese tatsächlichen
Lager können von jeglicher herkömmlicher Auflagerart sein, welche in der Lage sind,
zur Aufnahme der hier verwendeten Vorrichtungen geändert zu werden. Das erste Lagermittel
umfaßt bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein Ringlagerglied 48, welches koaxial
den Wellenabschnitt 14c umgibt und von den Gehäuseabschitten 38 und 40 starr und
fest getragen wird. Neben diesem ersten Lagermittel befindet sich ein Axiallagerring
50, welcher ebenso koaxial den Wellenabschnitt 14c zwischen dem Lagerglied 48 undder
Schulter 42 umgibt. Die radial nach innen gerichtete Fläche 48b des Lagergliedes
48 dient als eine Lagerfläche für das Zusammenwirken mit der gegenüberliegenden
Außenfläche des Wellenabschnittes 14c zum Abstützen der auf die Welle aufgegebenen
Auf lagerkräfte. An diesem Ende dienen die axial gegenüberliogenden Flächen 48a
und 50a des Lagergliedes 48 und der Axiallagerring 50 als Axiallagerflächen zum
Abfangen der Axialbelastungen zwischen
der Welle 14 und dem Gehäuse
12, 38 und 40, wenn die Welle nach rechts gedrückt wird. In Übereinstimmung mit
der üblichen Praxis in dieser Technik kann die Lagerung mit einem geeigneten Schmiersystem
versehen sein.
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Das Lagerglied 48 und der Axiallagerring 50 sind dazu bestimmt, eine
Axialbewegung mit der Welle 14 zu erlauben.
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Es ist jedoch bevorzugt, daß der Ring 50 sich mit der Welle 14 dreht.
Konsequenterweise umfaßt die Schulter 42 drei über den Umfang im Abstand angeordnete
Ausnehmungen, von der eine bei 42c dargestellt ist, die in die Schulter 42 verlaufen.
Auf ähnliche Weise ist die Oberfläche 50b des Ringes 50 mit drei Ausnehmungen 50c
versehen, von denen jede mit einer entsprechenden Ausnehmung 42c ausgerichtet ist.
Stifte 52 werden verschiebbar von den aufgerichteten Ausnehmungen 42c und 50c zum
Kuppeln des Ringes 50 mit der Welle 14 aufgenommen. Diese Stifte erlauben ein axiales
Versetzen zwischen der Welle 14 und dem Ring 50 in einem bestimmten Umfang. Wie
mehr noch später beschrieben wird, ist eine Ringfeder im Raum zwischen der Schulter
42 und der Oberfläche 50b des Ringes 50 angeordnet. Diese Feder 54 hat drei Löcher
54, durch den die Stifte 52 ragen können, wie dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich
ist.
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Die zweiten Lagermittel, welche koaxial den Wellenabschnitt 14d umgeben,
sind im wesentlichen identisch mit, jedoch spiegelbildlich zu den unmittelbar zuvor
beschriebenen Lagermitteln. Insbesondere umfaßt das zweite Lagermittel ein Lagerglied
56, welches mit einem Axiallagerr-ing 58 zusammenwirkt. Dieses Lagerglied 56 wird
ebenfalls starr vom Gehäuse getragen und hat eine axial innenliegende Axiallagerfläche
56a und eine radial innenliegende Radiallagerfläche 56b. Der Ring 58 befindet sich
zwischen dem Lagerglied 56 und der Schulter 44. Der Ring 58 hat eine
axial
nach außen gerichtete Axiallagerfläche 58a, die der Fläche 56b gegenüberliegt, um
die Auflagerkräfte zwischen der Welle 14 und dem Gehäuse abzufangen. Auf diese Weise
stützt das zweite Lagermittel die Axialbelastung in einer zweiten Richtung, d.h.
in Richtung nach links in Fig. 1.
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Wie bei dem ersten Ring 50 sind über den Umfang verteilte Stifte 60
in gegenüberliegenden Ausnehmungen 44c und 58c angeordnet, um den Ring 58 drehfest
mit der Welle 14 zu verbinden. Eine Feder 42 ist mit drei Löchern zur Aufnahme der
Stifte 60 versehen.
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Die Federn 54 und 62 sind dazu bestimmt, als elastische Teile zwischen
der Welle und den Lagermitteln zu wirken.
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Eine forcierte Axialbewegung der Welle 14 resultiert in einem Zusammendrücken
einer der beiden Federn 54 und 62, um der Axialbewegung der Welle zu widerstehen
und die Belastung auf die Axiallagerringe 50 oder 58 zu übertragen. Die bei der
bevorzugten Ausführungsform dargestellte Feder umfaßt eine ringförmige, gewellte
Druckfeder, die im Ringraum zwischen den Schultern und den Ringen angeordnet ist.
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Die Anordnung der Federn zwischen den Ringen und den Schultern der
Welle schaffen den wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung. Ohne eine gewisse
Form von elastischen Mitteln ist der Betrag der aus jeglicher Axialbelastung resultierenden
Axialbewegung sehr klein und schwierig zu messen. Jedoch mit den am angegebenen
Ort befindlichen elastischen Mitteln ist die Reaktionsänderung der Welle, d.h. die
Lageänderung der Welle infolge der auftretenden Axialbelastung wesentlich größer
und kann besser und leichter beobachtet werden.
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Weiterhin sorgt der durch die Federn vorgeschene Abstand für eine
wesentliche Wärmeausdehnung ohne Ereichen eines Beeinträchtigungszustandes. Jegliche
Vorbelastung ignorierend wirken die Federn und Lager unabhängig als Axiallastresistoren.
Die Federn können ebenso mit einer anfänglichen Vorbelastung an ihrem Bestimmungsort
angeordnet werden, um einen wesentlichen Bewegungswiderstand sicherzustellen, wenn
dies gewünscht wird. Nicht lineare Federn können ebenso die Axialbewegung begrenzen,
wenn dies gewünscht ist. Ein Beispiel einer nicht-linearen Feder, die mit dem vorliegenden
System kompatibel ist, ist die Belleville-Feder.
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Die Axialbewegung der Welle kann mittels einer Anomalie auf der zylindrischen
Fläche der Welle wie einem Zentralabschnitt 14b der Welle 14 erfaßt werden, welcher
Abschnitt beispielsweise mit einem radial verlaufenden Flansch 64 versehen ist.
Der Flansch 64 bildet eine radial verlaufende Fläche, wlche unter Axialbelastung
mit der Welle bewegt wird. Eine Einrichtung zum Erfassen der Axialversetzung der
Welle 14 in Form eines Näherungsmeßwertumwandlers 66 ist in einer festen Lage relativ
zum Gehäuscabschnitt 38 montiert. Dieses Gerät 66 kann den Abstand zwischen der
Detektorfläche 66a und der Meßfläche 64a des Flansches 64 erfassen. Auf diese Weise
kann eine Axialbewegung der Welle 14 erfaßt und in einer Axialbelastung übersetzt
werden.
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Das vom Meßwertumwandler 66 besorgte Signal kann über eine elektrische
Leitung 68 vom Wandler auf eine Anzahl von Steuer- oder Kontrollvorrichtung oder
Untersystemen übertragen werden. Das erste dieser Untersysteme ist ein Lesegerät
70, welches eine sichtbare Anzeige für die Richtung und Größe der unausgeglichenen
Axialbelastung der Welle vorsieht. Wie schematisch durch. die Linie 72 angezeigt
wird, kann das vom Gerät 66 kommende Signal ebenso über einen geeigneten Schaltkreis
74 dem Ventil 36 zugeführt werden.
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Wie zuvor erwähnt, kann die Richtung und die Größe der Axiallast auf
dem Rotor 10 und konsequenterweise auf die damit verbundene Welle 14 durch Drosselung
des Ventils 36 eingestellt werden. Wenn eine unausgeglichene Axiallast auf die Welle
14 einwirkt, erlaubt die entsprechende Feder eine Axialbewegung der Welle. Da eine
solche Bewegung durch das Gerät 66 erfaßt wird und das Signal unmittelbar ankdas
Ventil 36 gegeben wird, kann eine restorative Kraft zum Ausgleichen der Axialbelastung
eingeleitet werden, bevor die Lager überlastet werden.
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Der Schaltkreis 74, welcher das Ventil 36 in Übereinstimmung mit dem
vom Gerät 66 kommenden Signal betreibt, ist dazu bestimmt, das Signalisieren und
das Drosseln des Ventils in wechselseitige Beziehung zu setzen, um so die Axiallast
auf den Rotor 10 und die Welle 14 während des normalen Betriebs zu erhalten. Wenn
die Axialbelastung auf diese Weise ausgeglichen wird, ist der zentrale Abschnitt
14b der Welle im Gehäuseabschnitt 38 zentriert und der konisch verjüngte Wellenabschnitt
14a befindet sich mit seiner eåuSeren Fläche in tadellos enger Nachbarschaft zur
Labyrinthdichtung 30 des Gehäuses. Jedoch während des Anfahrens der Vorrichtung
kann die Welle gewissen unsteten Zuständen unterworfen sein, die für die Dichtung
schädlich sind.
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Konsequenterweise ist es wünschenswert, die Welle während des Anfahrens
leicht nach rechts zu drücken, um den Freiraum zwischen dem Abschnitt 14a und der
Dichtung 30 zur Vermeidung von Beschädigungen zu vergrößern.
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Zu diesem Zweck ist der Schaltkreis 74 mit einem Ubersteuerungsmerkmal
versehen. Der konische Winkel der Dichtung 30 und die erlaubte Axialversetzung der
Welle 14 muß so sein, daß weder ein übermäßiger Raum noch ein Klemmen der Dichtung
auftreten kann.
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Wie bei 76 schematisch angezeigt ist, ist ein geeignetes Gerät zum
Anzeigen der Drehzahl der Welle 14 und zum Übertragen dieser Information zum Schaltkreis
74 über die Leitung 78 vorgesehen. In Übereinstimmung mit wohl bekannten elektronischen
Prinzipien ist der Schaltkreis 74 so ausgelegt, daß er das Signal des Meßumwandlers
66 übersteuert, wenn die Geschwindigkeit der Welle unterhalb eines bestimmten Grenzwertes
liegt. Dies dient dem Halten des Ventils 36 in einer offenen Stellung so, daß die
Welle leicht nach rechts triften kann. Wenn das von dem Gerät 76 kommende Signal
anzeigt, daß die Welle die endgültige Drehzahl erreicht hat, wird die Ubersteuerung
so deaktiviert, daß das Signal vom Meßwertumwandler (Detektor-Betätiger) erneut
den Betrieb des Ventils 36 steuert.
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Um automatisch eine Lagerüberbelastung zu verhindern, kann in der
Leitung 82 ein Operator 80 angeordnet sein, der den Motor 16 steuert. Wenn das Signal
vom Gerät 66 ein bestimmtes Niveau erreicht, kann der Motor vom Operator 80 abgestellt
werden.
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Die vorstehende Diskussion war auf das Erfassen und Steuern der Axialbelastung
abgestellt, welche durch die verschiedenen Faktoren verursacht werden, welche sich
bei Normalbetrieb der Drehvorrichtung ergeben. Das System ist allerdings auch zum
Erfassen einer übermäßigen Belastung der Lagerglieder verwendbar. Wenn die Axiallagerflächen
50a, 48a, 56a und 58a sich abnützen, vergrößert sich der lastabstützende Zwischenraum
zwischen den jeweiligen Paaren von diesen Flächen und erlaubt ein größeres axiales
Spiel der Welle 14. Da das Gerät 66 dazu bestimmt ist, über die Messung der axialen
Wellenbewegung die axiale Auflagerbelastung zu erfassen, kann dieses Gerät ebenso
andere Faktoren, wie beispielsweise die vorgenannte Lagerabnützung feststellen.
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Das axiale Spiel der Welle kann beobachtet werden durch Aufzeichnung
des Lesegerätes 70. Wenn weiterhin die Abnützung
bis zu einem
gewissen Grade angegeben wird, aktiviert das dadurch bedingte Triften der Welle
14 den Operator 18, so daß die Vorrichtung abgestellt wird.
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Bei verschiedenen. Systemen kann es wünschenswert sein, verschiedene
Arten von mathematischen Verhältnissen zwischen dem Ausgangssignal des Gerätes 66
und der Bewegung der Welle 14 vorzusehen. Beispielsweise kann es wünschenswert sein,
daß das Ausgangssignal des Gerätes 66 eine nichtlineare Funktion der Axiallast oder
der axialen Wellenbewegung ist. Es kann wünschenswert sein, daß das Signal vom Gerät
66 nicht linear mit der Wellenbewegung zunimmt, um relativ große Schritte des oeffnens
und Schließen des Ventils 36 vorzusehen, wenn die Axiallast sich in der Nähe des
oberen Endes des durch die Federn 54 und 62 eingenommenen Bereiches nähert. Die
vorliegende Erfindung erlaubt dies mit mechanischen Mitteln zu tun, und zwar ohne
teure oder komplizierte elektronische Schaltkreise oder dergleichen.
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Beispielsweise können die Federn 54 und 62 nicht lineare Federn sein,
entweder irgendeines Typs oder insbesondere des Belleville-Typs.
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Andere Mittel zur mechanischen Veränderung des Verhältnisses zwischen
der Wellenbewegung und dem Ausgangssignal des Gerätes 66 wird durch Veränderung
der Konfiguration des Meßabschnittes der Welle 14 erreicht. Wie in Fig. 3 dargestellt
ist, ist die Welle 14' mit einem konisch sich verjüngenden oder kegelstumpfförmigen
Meßabschnitt 84 versehen. Die Außenfläche des Abschnittes 84 würde- im Längsschnitt
linear sein. Der Näherungsmeßwertumwandler 66' unterscheidet sich vom entsprechenden
Gerät 66 in Fig. 1 dahingehend, daß die Detektorfläche 66a' radial nach innen gerichtet
ist (eher als axial) und weist auf den sich konisch verjüngenden Meßabschnitt 84
der Welle 14'. Wenn der Abschnitt 84 sich axial relativ zur
Meßfläche
66a' bewegt, verändert sich der Abstand zwischen der letzteren Fläche und dem jeweiligen
Teil des Abschnittes 84, welcher unmittelbar damit ausgerichtet ist. Obwohl das
Ausgangssignal des Gerätes 66' eine Linearfunktion der axialen Wellenbewegung ist,
kann sich das Verhältnis zwischen der Signalstärke und dem Betrag einer solchen
Bewegung durch Veränderung des Neigungswinkels der Fläche 84 verändern.
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Figur 4 zeigt auf ähnliche Weise einen Näherungsmeßwertumwandler 66',
dessen Meßfläche 66a' radial nach innen auf die Welle 14" gerichtet ist. Wie bei
der Welle 14' in Fig. 3 hat die Welle 14" einen radial und in Längsrichtung sich
verjüngenden Meßabschnitt 86. Jedoch ist der Meßabschnitt 86 nicht strikt kegelstumpfförmig,
sondern ist im Längsschnitt nicht-linear, sondern in der Nähe seiner longitudinalen
Extremitäten gekrümmt, wie dies bei 86a und 86b angedeutet ist. So wäre das Verhältnis
zwischen dem Abstand von der Meßfläche 66a und dem unmittelbar ausgerichteten Meßflächenabschnitt
des Abschnittes 86 nichtlinear. Entsprechend würde das Ausgangssignal des Gerätes
66' eine nicht-lineare Funktion sein, bespielsweise eine Exponentialfunktion einer
axialen Wellenbewegung.
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Figur 5 zeigt eine weitere geänderte Ausführungsform der Welle 14'''
mit einem Meßabschnitt 88,deren Außenfläche im Längsschnitt sägezahnförmig ist.
Diese Fläche bildet eine Reihe von konkaven Stellen 88a, die sich mit einer Reihe
von Spitzen 88b abwechseln. Der Durchmesser der konkaven Stellen 88a wird jedoch
schrittweise von links nach rechts vermindert, wie ebenfalls die Durchmesser der
Spitzen 88b.
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So würde das Ausganyssignal des Gerätes 66' sich in stufenweisen Schritten
mit der Axialbewegung der Welle 14t'"
verstärken oder vermindern.
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Zahlreiche andere Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen
sind denkbar. Dies betrifft nicht nur zusätzliche Veränderungen in der Modifikation
des MetSabschnittfs der Welle, sondern ebenfalls Modifikationen der anderen Teile
des Gerätes entsprechend Fig. 1.
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Mehr noch könnte die Erfindung nicht nur auf andere Typen von Strömungsmitteldrehvorrichtungen
angewendet werden, wie beispielsweise Turboexpander, sondern auf jede Art von Geräten
mit einem oder zwei Paaren von Axiallagergliedern, die im Betrieb einer unterschiedlichen
Belastung unterworfen sind.