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Kombiniertes Lager Es sind bereits Schwebelager mit über dem,, Lagerflächenumfang
arngeordnetenDruckzonen, oder Kammern bekannt, denen von außen ein flüssiges oder
gasförmiges Druckmittel zugeführt wird, das eine unmittelbare Berührung des gelagerten
Teils, wie z. B. einer Welle, mit der Lagerfläche verhindern soll.
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Die Speisung der Kammern mit einem Druckmittel setzt eine Druckquelle
sowie die Kammern mit dieser Druckquelle verbindende Leitungen voraus, so daß die
Speisung der Kammern des Schwebelagers auf Grund einer Betriebsstörung d,-r Druckquelle
oder eines Bruches in den Speiseleitungen u. dgl. plötzlich unterbrochen sein kann.
Solche Unterbrechungen treten auch auf, wenn die Speisung der Kammern mittels einer
Druckquelle, wie einer Pumpe oder eines Verdichters erfolgt, die durch den gelagerten
Teil selbst angetrieben werden. Solche unvorhergesehenen oder naturbedingten Unterbrechungen
der Druckmittelspeisung zu den Druckzonen des Schwebelagers können sich: auf das
Lager äußerst störend auswirken.
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Zweck der Erfindung ist, nicht nur die bei Störungen der Druckmittelzufuhr
auftretende Leistungsverminderung des Schwebelagers auszugleichen, sondern auch
die Verwendung des Schwebelagers in allen jenen Fällen zu ermöglichen, die eine
selbstgesteuerte Unterbrechung der Druckmittelz!ufuhr zu den Kammern des Schwebelagers
bedingen.
Gegenstand der Erfindung ist ein; Lager, welches dadurch
gekennzeichnet ist, ,daß es in Kombination durch ein mechanisches Lager, d. h. durch
ein Gleitlager mit Ölfilm, ein, Kugellager, Nadellager usw. beliebiger B.suart,
und durch ein Schweib-elager der oben beschriebenen Art gebildet wird, wobei diese
beiden Lager konzentrisch zueinander angeordnet sind und das ,eine von dem anderen
getragen wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lager bewirkt unabhängig vom der durch das
Schwebelager in gewissen Arbeitsphasen mehr oder weniger erzielten Schwebewirkung
der Umlauf des Fluidums die Kühlung des mit diesem Fluidum in Berührung stehendem
Käfigs des mechanischen Lagers. _ Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Welle
in der üblichen Weise in einem mechanischen Lager gelagert, wobei der äußere Umfang
.dieses mechanischen Lagers seinerseits in einem zylindritschem Teil gelagert ist,
der den einen der Teile eines Schwebelagers, bildet, wobei die Kammern und gegebenenfalls
zwischen den Kammern, angeordnete und, das, Ausströmen des Druckmittels aus dem
Lager begünstigende Längsnuten dieses Schwehelagersentweder in der Außenwand des
mechanischen, Lagers oder in der Innenwand des zylindrischen Halteteils gebildet
sind.
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Die Erfindung ist weder auf eine besondere Bauart eines mechanischen
Lagers, wie insbesondere Gleitlager mit Ölfilm, Kugellager, Nadellager, Rollenlager
usw., noch .auf eine besondere Bauart des. Schwebelagers beschränkt.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf eine Gasturbine,
bei der .di-e umlaufenden Teile mit Hilfe von erfindungsgemäß, kombinierten, Lagern
gelagert sind, wobei die dieKammern des Schwebelagers 'mit Druckmittel (in< <diesem
Fall Luft) versorgende Druckquelle aus einem durch .die Turbine selbst angetriebenen
Verdichter besteht. Bekanntlich sucht man bei Gasturbinen beträchtliche Drehgeschwindigkeiten
zu erreichen, welche größtenteils durch die Art adergegenwärtig benutzten mechanischen
Lager begrenzt sind. Die Vervollständigung des mechanischem, Lagers .durch ein Schwebelager,
welches. das, mechanische Lager umgibt oder von ihm umgeben: wird, ,gestattet die
Erreichung sehr viel höherer Geschwindigkeiten ohne die geringste Gefahr, welche
sich aus einem Versagen der Druckmittelzuführunig ergeben kann und ohne daß das
Anlassen, der Turbine zund ihre Verlangsamung bis zum Stillstand Schwierigkeiten
bereiten. Ferner bringt diese Kombination keinerlei mechanische Komplikation mit
sich, da, die Lager durch den von der Turbine angetriebenen Verdichter gespeist
werden, welcher von einer gewissen Geschwindigkeit und praktisch sofort nach dem
Anlassen Druckluft mit Drücken liefert, deren Wert reichlich .den zur Speisung des
Schwebelagers erforderlichem übersteigt: Zur Erzielung des Schwebens der Welle genügt
es somit, bei .den @erfindungsgemäßen kombinierten Lagern die Zufuhr der Luft des
Verdichters zu diesen Lagern sicherzustellen, wobei die Luftmenge praktisch im Vergleich
zu der normalen Leistung des Verdichters uribedeutend ist. Es ist zu bemerken, d.aß
der Gestehungspreis des III kombiniertem Lagers im Vergleich zu dem Gestehungspreis
des mechanischen Lagers allein ebenfalls bei einer Gasturbine als unbedeutend angesehen
werden kann.
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Das Arbeiten im Falle einer Gasturbine ist ohne weiteres verständlich.
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Beim Anlassen läuft die Rotorwelle in dem mechanischen Lager, was
keinerlei Nachteile mit sich bringt, .da die Geschwindigkeiten dieser Welle während
dieser Periode gering sind. Sobald der Verdichter Luft unter einem genfügenden Druck
liefert, beginnt das. Schwebelager selbsttätig zu arbeiten und macht praktisch das
mechanische Lager wirkungslos. Im Falle eines unvorhergesehenen Ve:rsagerns des
Schwebelagers wird die Welle weiter durch das mechanische Lager gehalten. Bei einem
Versagen, .des Schwebelagers z. B. infolge Fehlens des Speisedruckes ist .die durch
Reibung vernichtete und -die Abnutzung der miteinander in Berührung stehenden Organe
bewirkende Energie einszig und allein, die. kinetische Energie des Verbindungsorgans
zwischen den beiden Lagern und nicht die kinetische-Energiedes Rotors.
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Die Erfindung soll nachstehend, an Hand der Zeichnungent beschrieben
werden, im welchen beispielsweise einige Ausführungsformen dargestellt sind.
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. Fig. i ist ein axialer Schnitt des Endes einer in einem erfindiungsgemäßen
kombinierten Lager gelagerten Welle; Fig. 2 ist ein, Schnitt durch eine durch die
Achse 2-.a: ,der Fig. i gehende Ebene; Fig. 3 ist eine Axialschnitt, welcher eine
andere Ausführungsform zeigt; Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine durch die Achse
.4-4 der Fig. 3 gelegte Ebene; Fig.5 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Gasturbine;
Fig. 6 ist ein Axialschnitt :des Lagers der Fig. 5 in größerem Maßstab; Fig. 7 ist
ein Schnitt durch die durch die Achse 7-7,der Fig. 6 gelegte Ebene.
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In Fig. i sieht man bei i eine in, einem erfindungsgemäßem kombinierten
Lager gelagerte Welle. Auf der Weile z sind durch eine Mutter 2 zwei Innenringe
3 von Kugellagern festgepreßt, deren Außenringe 4 in eine Muffe 5 eingesetzt sind.
Die Muffe 5 ist ihrerseits in einem Schwebelager gelagert, welches durch einen Lagerkörper
6 -gebildet wird, der eine zylindrische Bohrung hat, welche ein weiter unten ausführlicher
beschriebenes Lager 17, 18, i9 enthält, wobei ein Druckfluidum in, den zwischen
der Wand dieser zylindrischen Bohrung , und :der Außenwand dieses Lagers liegenden
Ringkanal eingeführt wird. Ein, zylindrischer Filter 8 ist im Ringkanal 7 angeordnet.
Die Welle i, die Kugellagerteile 3, 4, die Muffe 5 und die Bohrung des Lagerkörpers
C sind alle gleichachsig, wenige stens wenn. ,das Schwebelager mit einem normalen
Druck arbeitet. Das Druckfluidum wird dem Ringkanal 7 durch eine geeignete Leitung
zugeführt, welche b!ei 12 an eine in, dem oberen Teil des Lagerkörpers
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angebrachte Einlaßöffnung angeschlossen ist.
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In Fig. -2 sieht man bei 16 die Einschnürungen, durch welche das Fluidum
aus dem Ringkanal in die verschiedenen Kammern 13, fünif in dem dargestellten
Beispiel., strömt. Zwischen: aufeinanderfolgenden benachbarten Kammern 13 sieht
man bei 14 Nuten zum Abführen des Druckfluidums, «-elche mit der Auslaßöffnung 15
in Verbindung stehen-, die im unteren Teil des Körpers 6 des Lagers angebracht ist.
Die erwähnten Kammern oder Spisezonen, Ein@schnürungen und Abflußnuten werden in
dem .dargestellten Beispiel mit Hilfe dreier Teil, ebildet, nämlich durch einen
mittleren Ring 17, in' welchem die Zonen 13 und die Einschnürungen 16 angebracht
sind, und zwei Kragen 18, i9, die beiderseits dieses Ringes angeordnet sind, wobei
die Nuten 1d. in .dem Ring 17 und dem Kragen 18 anigebracht sind. Ferner
sind die Teile 9 und io der Kaitimer 7 zwischen geeigneten Schultern vorgesehen,
welche hierfür an dem Ring 17 und dem Kragens 18 sitzen.
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Die in Fig. i und 2 dargestellte Ausführungsform ist besonders für
Lager mit einem flüssigen Fluidum geeignet.
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Bei der in Fig. 3 und ¢ dargestellten Abwandlung, die insbesondere
für Lager mit gasförmigem Fluidum, insbesondere Druckluft, bestimmt ist, sind die
Kugellager 3 bis q. durch ein einziges zentrales Lager mit zwei an einem Kugelgelenk
angebrachten Kugelreihen ersetzt. Der innere Laufring dieses Lagers ist bei 3 dargestellt,
während sein äußerer, ein Kugelgelenk bildender Laufring, bei .I angegeben ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist zwischen dem äußeren in den Laufring
3 eingesetzten Drehzapfen der Welle i und der Welle i selbst eine Dichtung 2o beli.ebigr
Bauart vorgesehen, welche die Abdichtung :der Innenkammer 2r bewirken soll, welche
z. B. mit Öl gefüllt werden kann. Der Außenring des Kugellagers ist wie vorher
m eine Muffe 5 eingesetzt, weiche in einem Lager mit einem gasförmigen Fluidum,
z. B. Luft, gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform sind die obenerwähnten Teile
17, 18 und i9 durch eine Muffe 17 aus einem einzigen Stück ersetzt, im welcher die
die ringförmige Kammer 7 mit zwei durch einen Filter 8 getrennten ringförmigen Abteilungen
9 und io bildenden Ausnehmungen angebracht sind. Bei dieser Ausführungsform werden
die erwähnten Speisezonen durch Düsen 13 gebildet, welcheRillennetze speisen.
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In Fig. 5 ist eine Gasturbine dargestellt, .deren Rotor in erfindungsgemäßen
kombinierten Lagern gelagert ist.
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In Fig. 5 sieht man bei 22 den Mantel der Gasturbine und bei 23 die
Welle des Rotors. Diese Welle ist in zwei Lagern einer der Bauart der Fig. 3 und
.I entsprechenden Art gelagert, jedoch mit dem Unterschied, daß das Kugellager hier
außen liegt, während das Druckluftla,ger zwischen dem Innenring dieses Kugelwälzlagers
und der Welle des Rotors angeordnet ist. Die beiden Lager sind gleich, wobei das
rechte Lager in Seitenansicht und das linke Lager in einem Axialsc!hnitt dargestellt
ist. In. dieser Figur bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die entsp,rechen@den
Organe der vorhergehenden Figuren.
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Die Welle 23 des Verdichters trägt, wie bei 24 angegeben, eine
Reihe von sich drehenden Beschaufelungen, zwischen welchen feste, mit dem :Mantel
2;2 starr verbundene Beschaufelungen 25 angeordnet sind. An. ihrem Ende trägt die
Welle 23 das Schaufelrad 26 der Turbine. Man sieht bei 27
die V erbrennungskammern
und bei 28 die Brennstoffeinspritzer.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Die Luft tritt bei
32 ein, wird durch die Schaufeln 24. und 25 verdichtet und gelangt bei 29 in den
zwischen der Verdichtungskammer und den Verbren,nungskammern liegenden Raum. An
dieser Stelle ist in der Wand der Hohlwelle 23 eine Reihe von Löchern
30 vorgesehen, durch welche Druckluft in die Hohlwelle eintritt. Von. dort
strömt sie durch die Düsen 13 und gelangt zwischen die Enddrehzapfen der Welle z3
und die Muffen z, welche mit den Innenringen der Kugellager fest verbunden sind,
wobei die Gesamtanordnung ein erfindungsgemäßes kombiniertes Lager bildet.
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Bei dieser Anordnung wird im Augenblick des Aaslassens der Turbine,
wenn die Luft noch nicht genügend verdichtet ist, um das Halten der Welle 23 durch
die Schwebelager zu gewährleisten@dieses Halten durch die Kugellager 3, d. bewirkt.
Sobald die Verdichtung der Luft hinreichend ist, werden die Schwebelager wirksam
und bewirken ihrerseits das, Halten der Welle 23, wodurch tatsächlich jede Reibung
der Welle in, ihren Lagern ausgeschaltet wird.
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Fig. 6 und 7 zeigen einzeln den Aufbau der kombinierten Lager, welche
in der Ausführungsform der Fi:g. 5 für die Lagerung der Welle des Rotors einer Gasturbine
benutzt werden. In dieser Figur sieht man, diaß die Speisezonen des, Schwebelagerteil.s
der kombinierten Lager durdh Schmiernuten ähnliche Nuten 31 gebildet werden,
welche kreuzförmig längs der Diagonalen dieser Speisezonen angeordnet sind und merklich
in ihrer Mitte durch die erwähnten Düsen 13 gespeist werden. Man sieht bei 1d. die
Nuten zum Abführen, des Fluidums.
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Die in Fig: 5 bis 7 dargestettte Ausführungsform der Gasturbine ist
keineswegs beschränkend, sondern, kann beliebige Veränderungen erfahren, ohne den
Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es, ist insbesondere gemäß einem weiteren Kennzeichen
der Erfindung vorgesehen, in kombinierten Lagern nicht nur den Rotor der Turbine
in der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Art zu Lagern, sondern auch jedes drehbare
Organ,der Gasturbine, insbesondere die Räder, welche die Leitschaufeln des Verdichters
und/oder der Turbine tragen, falls diese Räder anistatt mit der Hülle 22 starr verbunden
zu sein, zu bestimmten Zwecken beweglich gemacht sind. Ferner kann man unabhängig
von der beabsichtigten Anwendung natürlich bei einer Gasturbine an Stelle der in
Fig. 5 bis 7 dargestellten Lager kombinierte
Lager -der in Fng.
3 und q. dargestellten Bauart benutzen, bei welchen.das Schwebelager das mechanische
Lager umgibt.