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ZHEJIANG BHS JOURNAL BEARING CO., LTD. Das im Bezirk FengXian in Shanghai ansässige Unternehmen „BHS“ ist ein Profi Hersteller von Kippsegment-Axiallagern Und Kipplagerfabrik...
Fragen Sie einen Ingenieur für Rotordynamik, was die Grenzen einer schnellen Maschine sind, und die Antwort beginnt oft bei den Lagern. Sobald ein Rotor 20.000 U/min überschreitet, muss das Lager einen dünnen, stabilen Ölfilm aufrechterhalten, während sich die Oberfläche darunter mit mehreren zehn Metern pro Sekunde bewegt. Das Richtige wählen Gleitlager für Hochgeschwindigkeitsmotoren Es handelt sich daher weniger um eine Katalogaufgabe als vielmehr um ein Gleichgewicht zwischen Steifigkeit, Dämpfung, Wärmeableitung und Herstellbarkeit.
Dieser Leitfaden geht durch die Entscheidungen, die am wichtigsten sind. Es erklärt, wie das Lager funktioniert, welche Spezifikationen auf ein Datenblatt gehören, wie Belagmaterialien und Drehzapfengeometrie das Verhalten ändern und wie Isolierung und Temperaturüberwachung die Maschine über ihre Lebensdauer hinweg schützen. Das Ziel ist praktisch: Nach der Lektüre sollten Sie in der Lage sein, eine Auswahlbeschreibung zu verfassen, anhand derer ein Lagerentwicklungsteam ohne Rätselraten ein Angebot erstellen kann.
Bei niedriger Drehzahl trägt ein Lager hauptsächlich das statische Gewicht und eine geringe Unwuchtkraft. Mit steigender Geschwindigkeit wachsen die dynamischen Kräfte schnell an, so dass ein kleines Massenungleichgewicht, das bei 3.000 U/min harmlos war, bei 25.000 U/min zu einer ernsthaften Vibrationsquelle werden kann. Das Lager muss diese Energie aufnehmen, ohne dass die Welle aus ihrer Mitte abdriftet.
Unwucht, Fehlausrichtung und Zahneingriff erzeugen Kräfte, die sich mit der Welle drehen. Das Lager sieht diese als Wechselbelastungen, deren Richtung sich tausende Male pro Minute ändert. Eine Konstruktion, die bei einer statischen Belastungsprüfung ausreichend aussieht, kann dennoch im Betrieb versagen, weil ihre Steifigkeit und Dämpfung zu gering sind, um die beim Anfahren und Auslaufen auftretenden Resonanzen zu unterdrücken.
Die Oberflächengeschwindigkeit hängt sowohl vom Zapfendurchmesser als auch von der Drehzahl ab. Ein 150-mm-Zapfen, der sich mit 20.000 U/min dreht, erzeugt eine Oberflächengeschwindigkeit von deutlich über 100 m/s. Bei diesen Geschwindigkeiten wird die viskose Schererwärmung im Ölfilm zur dominanten Wärmequelle, und das Lager muss diese Wärme schnell genug abführen, um einen Ölabbau und eine Überhitzung des Bremsbelags zu verhindern. Nicht nur die Belastbarkeit, sondern auch die Wärmeabfuhr entscheidet oft über den Erfolg einer Konstruktion.
Ein Kippsegment-Gleitlager ist um einen Satz unabhängiger Segmente herum aufgebaut, die um die Welle herum angeordnet sind. Jeder Belag kann um seinen Drehpunkt frei gekippt werden, so dass sich unter jedem Belag ein konvergierender Ölkeil bildet, wenn sich die Welle dreht. Da jedes Polster seinen eigenen Winkel findet, kommt das Lager weitaus besser mit Last- und Geschwindigkeitsänderungen zurecht als eine Hülse mit fester Geometrie.
Öl wird in den enger werdenden Spalt zwischen der Welle und den einzelnen Bremsbelägen gesaugt und baut einen Druck auf, der den Zapfen von der Oberfläche abhebt. Jedes Polster stellt sich in einem Gleichgewichtswinkel ein und die Filmsteifigkeit und Dämpfung hängen direkt von diesem Winkel ab. Dieses selbsteinstellende Verhalten ist der Hauptgrund dafür, dass Kipppad-Designs für Rotoren bevorzugt werden, die über einen weiten Drehzahlbereich stabil bleiben müssen.
In einem vollständigen Datenblatt sollten der physische Bereich, das Geschwindigkeitsfenster und die mechanischen Grenzen angegeben werden, bevor über den Preis gesprochen wird. Die folgenden Zahlen stellen einen typischen Bereich für diese Lagerklasse dar.
| Parameter | Typischer Bereich |
|---|---|
| Lagerbohrungsdurchmesser | 45 bis 250 mm |
| Betriebsgeschwindigkeit | 5.000 bis 32.000 U/min |
| Maximale Oberflächengeschwindigkeit | 120 m/s |
| Durchschnittlicher Lagerdruck | 2,6 MPa |
| Pad-Anzahl | 4 oder 5 Pads |
| Pivot-Offset-Verhältnis | 0,50, 0,55 oder 0,60 |
Praxiserfahrungen zeigen, wie sich die gleiche Lagerfamilie auf sehr unterschiedliche Maschinen anwenden lässt. Zu den repräsentativen Installationen gehören die folgenden.
Bei den meisten Projekten werden am Ende einige Standardoptionen kombiniert. Zu den gängigen Optionen gehören:
Feste Druckstücke Schub des Kippkissens RTD-Sensor PTFE-Isolierung Liniendrehpunkt Kugelgelenk
Wenn ein Projekt eine nicht standardmäßige Bohrungs- oder Drehpunktanordnung erfordert, benötigt ein Designteam dieselben oben aufgeführten Datenblattfelder, um eine geeignete Lösung vorzuschlagen Kipplager für Hochgeschwindigkeitsmotoren .
Die Materialpaarung entscheidet darüber, welche Höchsttemperatur ein Belag verträgt, wie sich das Lager beim Einlaufen verhält und wie es einen Stillstand übersteht, wenn Restwärme in das Gehäuse eindringt. Es gibt keine einzelne beste Wahl, sondern nur eine Wahl, die zum Arbeitszyklus passt.
Die Drehpunktposition bestimmt, wie sich jedes Polster unter Last bewegt, was wiederum die Filmdicke, die Temperaturverteilung und die dynamische Steifigkeit des gesamten Lagers steuert. Die Wahl des Pivots ist daher eine der folgenreichsten Designentscheidungen.
In der Mitte schwenkbare Bremsbeläge verhalten sich symmetrisch und eignen sich daher für Maschinen, die sich in beide Richtungen drehen müssen. Die Montage ist unkompliziert und die Ersatzteilbestände sind einfacher zu verwalten. Aus diesem Grund sind mittlere Pivot-Pads häufig die Standardkonfiguration, wenn die Oberflächengeschwindigkeit moderat bleibt.
Wenn die Oberflächengeschwindigkeit etwa 60 m/s überschreitet, trägt ein versetzter Drehpunkt zur Vorderkante dazu bei, einen stärkeren konvergierenden Film aufzubauen. Das Ergebnis ist eine niedrigere Belagtemperatur und ein günstigeres Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Dämpfung, was zur Unterdrückung von Wirbeln beiträgt. Offset-Pivots sind im Allgemeinen unidirektional, daher muss die Drehrichtung festgelegt und im Auftrag klar angegeben werden.
Motoren, die von Antrieben mit variabler Frequenz angetrieben werden oder mit ungleichmäßigen magnetischen Pfaden gebaut sind, können Wellenspannungen entwickeln. Wenn sich der entstehende Strom durch das Lager entlädt, beschädigt er die Lauffläche und verkürzt die Lebensdauer schnell. Der Schutz des Lagers davor ist eine Konstruktionsanforderung und kein optionales Extra, wenn die Antriebsarchitektur Wellenströme wahrscheinlich macht.
Eine dielektrische Beschichtung auf einer Seite des Lagers unterbricht den Strompfad, während die Gleitfläche unberührt bleibt. Die Beschichtung muss der Öltemperatur, dem Montagevorgang und den mechanischen Belastungen standhalten, ohne zu reißen oder abzublättern. Durch die frühzeitige Festlegung des Isolationsbedarfs werden kostspielige Nacharbeiten bei der Inbetriebnahme des Antriebssystems vermieden.
Widerstandstemperaturdetektoren, die in der Nähe des belasteten Lagers angebracht sind, ermöglichen einen direkten Blick auf den thermischen Zustand im Inneren des Lagers. Wenn man den Messwert über einen längeren Zeitraum betrachtet, erkennt man ein sich entwickelndes Problem, lange bevor ein Auslöseschwellenwert erreicht wird. Auch im Stillstand ist die Überwachung wertvoll, da die Restwärme im Gehäuse die Temperatur des Ölfilms bei Stillstand der Maschine erhöhen kann und eine Frühwarnung hilft dem Bediener bei der Entscheidung, wann ein Neustart sicher ist.
Die meisten Lagerausfälle in Hochgeschwindigkeitsmaschinen sind auf ein Missverhältnis zwischen Geschwindigkeit, Last und Belaggeometrie zurückzuführen und nicht auf eine einzelne defekte Komponente. Die folgende Tabelle fasst die am häufigsten auftretenden Symptome und die Entwurfsreaktionen zusammen, die normalerweise helfen.
| Symptom | Wahrscheinliche Ursache | Praktische Antwort |
|---|---|---|
| Übermäßiger Temperaturanstieg | Geringe Filmdicke oder schlechte Wärmeableitung | Überprüfen Sie den Drehpunktversatz, das Belagmaterial und den Ölfluss |
| Subsynchrone Vibration | Ölwirbel durch unzureichende Dämpfung | Stellen Sie den Drehpunktversatz und das Lagerspiel ein |
| Temperaturanstieg nach Stopp | Wärmespeicherung durch Restwärme des Gehäuses | Wählen Sie Materialien aus, die zum Stillstand der Hitze geeignet sind, und überwachen Sie den Neustart |
| Lochfraß auf der Lauffläche | Wellenstromentladung | Fügen Sie eine dielektrische Beschichtung hinzu und überprüfen Sie die Erdung |
Die isolierte Behandlung eines Symptoms verlagert das Problem oft an eine andere Stelle. Eine Änderung des Drehpunktversatzes ändert beispielsweise die Steifigkeit und kann ein Vibrationsproblem auf einen anderen Geschwindigkeitsbereich verlagern. Daher sollte jede Änderung anhand des gesamten Betriebsbereichs überprüft werden.
Kippkissenkonstruktionen kommen in einer Vielzahl rotierender Geräte vor, bei denen die Geschwindigkeitsstabilität im Mittelpunkt steht. Ingenieure, die an Kompressor- und Expanderrotoren arbeiten, werden die gleichen Fragen kennen und viele Leser recherchieren Kippsegment-Gleitlager Befolgen Sie für diese Maschinen den in diesem Leitfaden beschriebenen Auswahlpfad.
Ein gut vorbereitetes Briefing verkürzt den Designzyklus und reduziert die Anzahl der Klärungsrunden. Die folgende Liste enthält die Informationen, die ein Lagerentwicklungsteam normalerweise benötigt.
Ein Auftrag, der diese Elemente enthält, führt im Allgemeinen zu einem schnelleren und genaueren technischen Vorschlag als eine Anfrage, die nur die Bohrung und Geschwindigkeit auflistet.
Standardkonstruktionen arbeiten üblicherweise mit etwa 5.000 U/min bis etwa 32.000 U/min. Der genaue Grenzwert hängt von der Bohrungsgröße, der Oberflächengeschwindigkeit, der Schmierung und der Belaggeometrie ab. Der endgültige Wert sollte daher anhand des gesamten Betriebsbereichs bestätigt werden.
Ja. Es sind sowohl Mitteldrehzapfen- als auch versetzte Drehzapfenanordnungen verfügbar, und das Versatzverhältnis kann innerhalb eines praktischen Bereichs angepasst werden, um es an die Oberflächengeschwindigkeit und die gewünschten Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften anzupassen.
Eine isolierende Beschichtung unterbricht Wellenstrompfade, die sich über das Lager entladen und die Lauffläche beschädigen können. Dies ist besonders wichtig bei Motoren, die von Frequenzumrichtern angetrieben werden oder mit asymmetrischen Magnetkreisen ausgestattet sind.
Übliche Optionen sind Kupfer-Chrom-Träger mit Babbitt-Auflage, Stahlträger mit Kupfer-Blei-Auskleidung und Babbitt-Optionen, die den europäischen Vorschriften zur Chemikalienbeschränkung entsprechen. Jedes erfüllt unterschiedliche Temperatur-, Last- und Dokumentationsanforderungen.
Es können eingebettete RTD-Sensoren geliefert werden, damit Bediener die Pad-Temperatur im Zeitverlauf verfolgen können. Die Überwachung hilft, sich entwickelnde Probleme zu erkennen und unterstützt sichere Neustartentscheidungen nach einem Stopp.
Mittelgelenkpolster support rotation in either direction and are simpler to maintain. Offset pivot pads are generally used above about 60 m/s and unidirectional rotation, where they can lower pad temperature and improve damping.
Gleitlager für Hochgeschwindigkeitsmotoren sind dann erfolgreich, wenn Geschwindigkeit, Last, Wärmeabfuhr und Rotordynamik zusammen und nicht einzeln betrachtet werden. Bohrungsgröße, Geschwindigkeitsfenster, Lastrichtung, Belagmaterial, Drehpunktgeometrie, Isolierung und Temperaturüberwachung bilden den Kern jeder Klangauswahl.
Ingenieure, die diese Parameter von Anfang an klar dokumentieren, profitieren am meisten vom Konstruktionsprozess, da das resultierende Lager zu der Maschine passt, die es tragen soll. Die Erstellung eines vollständigen Briefings ist der effektivste erste Schritt zu einer zuverlässigen Installation.
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