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Title:
RADIAL PIVOTED SEGMENTAL THRUST BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/003806
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a radial pivoted segmental thrust bearing (1) for supporting a shaft (2), having a plurality of pivoted bearing segments (3) distributed over the circumference of the bearing and at a distance from each other. The pivoted bearing segments (3) are disposed in a bearing housing and a sealing bar (4) is disposed both in front of and behind the radial pivoted segmental thrust bearing (1) in the axial direction, for axially sealing the intermediate spaces (5) formed by the spacing of the pivoted segments (3). The sealing bar (4) is disposed eccentrically to the inner diameter (6) of the radial pivoted segmental thrust bearing (1) so that each area (11) of the individual intermediate spaces (5) radially covered by the sealing bar (4) is different in size.

Inventors:
HOFMANN ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2010/059400
Publication Date:
January 13, 2011
Filing Date:
July 01, 2010
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
HOFMANN ANDREAS (DE)
International Classes:
F16C17/03; F16C33/74
Foreign References:
US5482380A1996-01-09
JP2006234147A2006-09-07
JPS58180814A1983-10-22
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Radial-Kippsegment-Lager (1) zur Lagerung einer Welle (2), umfassend mehrere, über den Umfang des Lagers verteilte und zueinander beabstandete Kipplagersegmente (3) , die in einem Lagergehäuse angeordnet sind, sowie jeweils einem, in axial Richtung vor und hinter den Kipplagersegmenten (3) angeordneten Dichtsteg (4), zur axialen Abdichtung der durch die

Beabstandung der Kipplagersegmente gebildeten Zwischenräume (5), wobei der Innendurchmesser (6) des Radial-Kippsegment- Lager (1) immer kleiner als der Innendurchmesser (7) des Dichtstegs (4) ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Dichtsteg (4) exzentrisch zum Innendurchmesser (6) des Radial-Kippsegment-Lager (1) angeordnet ist, so dass die jeweils radiale vom Dichtsteg (4) überdeckte Fläche (11) der einzelnen Zwischenräume (5), unterschiedlich groß ist.

2. Radial-Kippsegment-Lager (1) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Exzentrizität zwischen dem Innendurchmesser (6) des Radial-Kippsegment-Lager (1) und dem Dichtsteg (4) derart ausgebildet ist, dass die kleinste radiale Überdeckung eines Zwischenraums (5) durch den Dichtsteg (4), zwischen den zwei Kipplagersegmente (3) vorliegt, die sich im Bereich der höchste Lagerbelastung (8) befinden.

3. Radial-Kippsegment-Lager (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei dass Radial-Kippsegment-Lager (1) als hydrostatisches Lager ausgebildet ist, und in den durch die Beabstandung der Kipplagersegmente (3) gebildeten Zwischenräumen (5) Düsenbohrungen (10) angeordnet sind, durch die Flüssigkeit, vorzugsweise Hydrauliköl, eingedüst werden kann, wobei zumindest zwei Düsenbohrungen (10) in den einzelnen Zwischenräumen (5) unter- schiedliche Durchmesser aufweisen.

4. Radial-Kippsegment-Lager (1) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenbohrung (10) im Bereich hoher Lagerbelastung (8) größer ist, als im Bereich niedrigerer Lagerbelastung (12)

5. Turbine, insbesondere Dampfturbine,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Rotor mit wenigstens einem Radial-Kippsegment-Lager (1) nach Anspruch 1 bis 4 gelagert ist.

Description:
Beschreibung Radial-Kippsegment-Lager Die Erfindung betrifft ein Radial-Kippaegment-Lager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Turbine mit einem solchen Radial-Kippsegment-Lager.

Für die radiale Lagerung von rotierenden Wellen werden übli- cherweise Lager mit feststehenden Lagerschalen verwandet, die die Welle vollständig umschließen. Das Ol zur Schmierung wird dabei über eine oder mehrere auf den Lagerumfang verteilten, axial verlaufenden Nuten zugeführt. Gleitlager, bei denen die Schale längs des Umfange durch Axialnuten in Teilgieitflachen unterteilt ist, bezeichnet man als Mehrflächen-Lager mit festem Segment. Sollen solche Mehrflfichenlager für hohe Umfangsgeschwindigkeiten ausgelegt werden, so sind verhältnismäßig weite Schmierspalte erforderlich, da ansonsten eine unzulässige Erwärmung eintreten würde. Relativ große Schmlerspalt- weiten können aber insbesondere bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten zu einem Umschlagen der laminaren Strömung in eine turbulente Spaltströmung führen, was mit einem sehr hohen Anstieg der Lagerreibung einhergeht. Zudem wird bei einem großen Lagerspiel die Welle nur unzureichend geführt.

Kippsegment-Lager, bei denen der wellenumfarg nicht mehr vollständig vom Lager umachlossen sind, bieten hier einen Ausweg. Die Welle wird bei einer Kippsegment-Lager durch mindestens 3 Kippsegmente gehalten, die je nach Belastung und Verwendungszweck des Lagers gleich oder ungleiche Umfangslangen aufweisen. Die Gleitflächen der Segmente sind üblicherweise kreiszylindrisch. Zur axialen Abdichtung der durch die Beanstandung der Kippsegmente gebildeter Zwischenräume sind in axialer Richtung vor und hinter dem Kippsegment-Lager Dichtstege angeordnet. Die Dichtstage sind dabei konzentrisch zum Lagerdurchmesser angeordnet. Der Innendurchmesser des Ra- dial-Kippsegment-Lagers ist dabei immer kleiner als der Innendurchmesser des Dichtsteges, sodass es zu keinen Aufliegen der Welle auf dem Dichtsteg und damit zur Zerstörung des Dichtsteges kommen kann. Die überdeckung der zwischen den einzelnen Kipplagersegmenten gebildeten Zwischenräume durch den Dichtsteg ist jeweils gleich groß. Nachteilig an der der- zeitigen Ausbildung des Radial-Kippsegment-Lagers ist, dass insbesondere bei hohem Lagerlasten und/oder hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Welle es zu hohen Gleitlagertemperaturen kommt, denen mit einer entsprechenden Reduzierung der Tragfähigkeit des Lagers begegnet werden muss.

Ausgehend vom vorliegenden Stand der Technik, ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radial-Kippsegment- Lager bereitzustellen, welches bei gleicher Lagerbelastung eine verringerte maximale Gleittemperatur aufweist, so dass im Gegenzug die Tragfähigkeit des Radial-Kippsegment-Lagers erhöht werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbine mit einem solchen Kippsegment-Lager bereitzustellen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Radial-Kippsegment-Lagers durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 und hinsichtlich der Turbine durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 5 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemaße Radial-Kippsegment-Lager zur Lagerung einer Welle, umfassend mehrere über den Umfang des Lagers verteilte und zueinander beanstandete Kippsegmente, die in einem Lagergehäuse angeordnet sind, sowie jeweils einem, in axialer Richtung vor und hinter den Kipplagersegmenten ange- ordneten Dichtsteg, zur axialen Abdichtung der durch die

Beabstandung der Kipplagersegmente gebildeten Zwischenräume, wobei der Innendurchmesser des Radial-Kippsegment-Lagers immer kleiner als der Innendurchmesser des Dichtstegs ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Dichtsteg exzentrisch zum Innendurchmesser des Radial-Kippsegment-Lagers angeordnet ist, so dass die jeweils radial vom Dichtsteg überdeckte Flache der einzelnen Zwischenräume unterschiedlich groß ist. Durch die unterschiedlich starke Überdeckung der jeweiligen zwischen den Kipplagersegmenten gebildeten Zwischenräume kann die ölmenge, die durch die Zwischenräume aus dem Lager ausfließt, geregelt werden. Ein höherer Öldurchsatz führt zu einem größeren Wärmeaustausch und ermöglicht dadurch eine höhe- re Tragfähigkeit des Lagers.

Eine erfindungsgemäß bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Exzentrizität zwischen dem Innendurchmesser des Radial-Kippsegment-Lagers und dem Dichtsteg derart ausgebildet ist, dass die kleinste radiale Überdeckung eines Zwischenraums durch den Dichtsteg, zwischen den zwei Kipplagersegmenten vorliegt, die sich im Bereich der höchsten Lagerbelastung befinden. Hierdurch kommt es in diesem Bereich zum größten Öldurchsatz und damit zu einem verbesserten Wär- meaustausch in diesem Bereich. Dies ist besonders vorteilhaft, da im Bereich der höchsten Lagerbelastung auch die größte thermische Belastung vorliegt. Ein hohe Wärmeabfuhr in diesem Bereich wirkt sich somit besonders vorteilhaft aus und erhöht dadurch die Tragfähigkeit des Lagers gegenüber dem Stand der Technik.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Radial-Kippsegment-Lager, welches als hydrostatisches Lager ausgebildet ist, und in den Zwischenräumen Dü- senbohrungen aufweist, durch die Flüssigkeit, vorzugsweise Hydrauliköl, eingedust werden kann, zumindest zwei Düsenboh- rungen in den einzelnen Zwischenräumen aufweist, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Hierdurch kann je nach Anforderung mehr oder weniger 01 in den Bereich der jeweiligen Zwischenräume eingedust werden. Dies Lässt eine individuelle Steuerung des öldurchsatzes in den jeweiligen Segmentbereichen zu. Besonders vorteilhaft sind die Düsenbohrungen im Bereich hhher Lagerbelastungen größer als im Bereich niedriger Lagerbelastung. Im Bereich höherer Lagerbelastung ist wie bereits erwähnt der Warmeeintrag größer und es ist notwendig dadurch den Oldurchsatz zu erhöhen. Aus diesem Grund ist es notwendig eine größere Menge an öl in diesem Bereich einzudü- sen als in den Bereich geringerer Lagerbelastung. Auf diese Weise lässt sich der öleintrag und somit auch die Wärmeabfuhr ganz gezielt je nach Lagerbereich und Belastung in den entsprechenden Lagerbereichen steuern. Eine ölmengenreduktion in oberen weniger belasteten Gleitlagerbereich ist ohne weiteres möglich, da eine Unterversorgung der oberen Segmente durch den kleineren Dichtspalt aufgrund der exzentrischen Anordnung des Dichtsteges entgegengewirkt wird.

Die erfindungsgamäße Turbine, insbesondere Dampfturbine, zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor mit wenigstens einem Radial-Kippsegment-Lager der zuvor beschriebenen Art ausgebildet ist. Bei Turbinen und insbesondere Dampfturbinen ist das Gewicht der zu lagernden Hellen häufig sehr groß und daher die Lagerbelastung ebenfalls sehr groß. Hierdurch kommt es zu sehr starker Wärmeentwicklung im Lager, die sich besonders vorteilhaft durch das erfindungsgemäße Lager abführen lässt. Das erfindungsgemäße Lager im Zusammenhang mit der Turbine ermöglicht somit besonders hohe Lagerbelastungen. Anhand eines Ausführungabeispieles werden nachfolgende weitere Vorteile der Erfindung erläutert.

Die Figuren zeigen;

Figur 1 ein Radial-Kippsegment-Lager nach dem Stand der Tech- nik im Radialschnitt;

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Radial-Kippsegment-Lager im Radialschnitt .

Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereiffachte Darstellungen, bei denen nur die wesentlichen, zur Beschreibung der Erfindung notwendigen Bauteile gezeigt sind. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt ein Radlal-Kippsegment-Lager nach dem Stand der Technik. Das Radial-Kippsegment-Lager 1 zur Lagerung einer Welle 2 umfasst mehrere, im Beispiel vier, Ober den Umfang des Lagers verteilte und zueinander beabstandete Kipplager- segmente 3, die in einem nicht näher dargestellten Lagergehäuse angeordnet sind. In axialer Richtung ist vor und hinter den Kipplagersegmenten 3 ein Dichtsteg 4 angeordnet, von dem in der Figur 1 nur der hintere Dichtsteg 4 dargestellt ist. Der Dichtsteg 4 dient zur axialen Abdichtung der durch die

Beabstandung der Kipplagersegmente 3 gebildeten Zwischenräume 5. Der Innendurchmesser 6 des Radial-Kippsegment-Lagers 1 ist dabei kleiner als der Innendurchmesser 7 des Dichtstegs 4. Durch die Anordnung des Dichtstegs 4 kommt es zu einer teil- weisen radialen Überdeckung 11 der einzelnen Zwischenräume 5 durch den Dichtsteg 4. Da der Innendurchmesser 6 des Radial- Kippsegment-Lagers 1 koaxial zum Dichtsteg 4 angeordnet ist, ist die Überdeckte Fläche 11 an allen Zwischenräumen 5 gleich groß. Während des Betriebes wird die größte Lagerbelastung im unteren Bereich 8 des Radial-Kippsegment-Lagers 1 auf. Infolge der höchsten Lagerbelastung kommt es dort auch zum größten Wärmeeintrag. Die Temperatur sollte in diesem Bereich einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Nähert sich die Temperatur dar maximal zulässigen Temperatur muss die Lagerbelastung reduziert werden. Die Temperatur kann im Lager durch den öl- durchsatz geregelt werden. Je höher der öldurchsatz über die Zwischenräume 5 ist desto stärker ist auch Wärmeabfuhr aus dem Lager und je höher kann die Lagerbelastung gewählt werden. Der Wärmeabfuhr wird zum einen über die Größe des freien Zwischenraums sowie zum anderen über die zugefuhrta ölmenge geregelt. Der freie Zwischenraum, d.h. der nicht durch den Dichtsteg 4 überdeckte Raum ist bei einem Radial-Kippaegment- Lager 1 nach dem Stand der Technik an allen Zwischenräumen gleich groß, unabhängig von der örtlichen Lagerbelastung.

Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Radial-Kippsegment-Lager 1. Das Radial-Kippsegment-Lager 1 umfasst wiederum mehrere, im Beispiel vier, über den Umfarg des Lagers verteilte und zueinander beabstandete Kipplagersegmente 3. Die Kipplagersegmente 3 sind in einem wiederum nicht näher dargestellten Lagergehause angeordnet und die Abdichtung in axialer Richtung erfolgt wiederum durch vor und hinter dem Radial- Kippsegment-Lager 1 angeordneten Dichtstage 4, von deren wiederum nur das hintere in der Figur 2 dargestellt ist. Der Innendurchmesser 6 des Radial-Kippsegment-Lagers 1 ist dabei wiederum kleiner als der Innendurchmesser 7 des Dichtstegs 4. Im Gegenstand zum Stand der Technik ist der Dichtsteg 4 al- lerdings exzentrisch zum Innendurchmesser 6 des Radial-

Kippsegment-Lagers 1 angeordnet. Dadurch ist die jeweils radial vom Dichtsteg 4 überdeckte Fläche 11 der einzelnen Zwischenräume 5 unterschiedlich groß. Um die jeweils vom Dichtsteg 4 Überdeckte Fläche 11 der einzelnen Zwischenräume 5 besser darstellen zu können sind diese in der Figur 2 schattiert dargestellt. Die Exzentrizität zwischen dem Innendurchmesser 6 des Radial-Kippsegment-Lagers 1 und dem Dichtsteg 4 ist im Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sich die kleinste radiale Oberdeckung eines Zwischenraums 5 durch den Dichtsteg 4, zwischen den zwei Kipplagersegmenten 3 vorliegt, die sich im Bereich 8 der höchsten Lagerbelastung befinden. Hierdurch ergibt sich in diesem Bereich der größte freie Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kipplagersegmenten 3, wodurch ein besonders großer öldurchsatz in diesem Bereich erzielbar ist. Durch den erhöhten öldurchsatz kann im Gegensatz zum Stand der Technik mehr Wärme in diesem höher belastetem Lagerbereich abgeführt werden, wodurch die maximale Lagerbelastung gesteigert werden kann. Im Gegensatz dazu ist im oberen Bereich 9, der Zwischenraum 5, zwischen den beiden benachbarten Kipplagersegmenten 3, vollständig durch den Dichtβteg 7 überdeckt. Da hier die Lagerbelastung und damit der Wärmeeintrag nur sehr gering sind, ist hier ein größerer Öldurchsatz zum Abtransport der Wärme nicht erforderlich.

Zum Eindüsen des Öls befinden sich zwischen den einzelnen Kipplagersegmenten 3 Düsenbohrungen 10, von denen in Figur 2 nur die obere und die untere dargestellt sind. Die Düsenboh- rung 10 im unteren Bereich des Lagers ist größer gewählt als die Düsenbohrung im oberen Bereich des Radial-Kippsegment- Lagers. Hierdurch wird eine ölmengenreduktion im oberen weniger belasteten Bereich ermöglicht, eine Unterversorgung der oberen Segmente wird durch den kleineren Dichtspalte dabei entgegengewirkt, so dass die Gefahr insbesondere von Segment- flattern vermieden wird.

Insgesamt ergeben sich somit durch das erfindungsgemäße Radi- al-Kippsegment-Lager eine Verringerung der maximalen Lagertemperatur und damit eine Erhöhung der Tragfähigkeit des La- gers sowie ein geringerer Ölverbrauch des Lagers.

Das erfindungsgemäße Radial-Kippsegment-Lager eignet sich insbesondere für eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine, bei der große Rotoren mit großen Gewichten eingesetzt werden, die regelmäßig zu hohen Lagerlasten und den damit verbundenen hohen Temperaturen führen.