Was ist ein Gleitlager? Hydrodynamische Unterstützung • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist ein Gleitlager? Hydrodynamische Unterstützung • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist ein Gleitlager? Hydrodynamische Unterstützung

Veröffentlicht von admin auf

Gleitlager verstehen

Definition: Was ist ein Gleitlager?

A Gleitlager (auch Gleitlager, Gleitlager oder Fluidfilmlager genannt) ist ein Lagertyp, der eine rotierende Welle durch einen dünnen Film aus unter Druck stehendem Schmiermittel anstatt durch Wälzkörper stützt. Die rotierende Welle (der “Zapfen”) ist von der stationären Lagerfläche durch einen hydrodynamischen Ölfilm getrennt. Dieser entsteht, wenn die Rotation der Welle Öl in einen keilförmigen Spalt zieht. Dieser unter Druck stehende Ölkeil trägt die Wellenlast ohne Metall-Metall-Kontakt.

Gleitlager sind für rotierende Maschinen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Belastung wie Turbinen, Generatoren und große Kompressoren von grundlegender Bedeutung, da sie eine hervorragende Tragfähigkeit, geringe Reibung bei hohen Geschwindigkeiten und eine signifikante Dämpfung das hilft bei der Kontrolle Vibration und stabilisieren Rotor Systeme.

Funktionsprinzip: Hydrodynamische Schmierung

Wie der Ölfilm entsteht

Das Gleitlager arbeitet nach dem Prinzip der hydrodynamischen Schmierung:

  1. Erstkontakt: Im Stillstand ruht die Welle durch die Schwerkraft auf der Lagerfläche
  2. Rotation beginnt: Wenn sich die Welle zu drehen beginnt, zieht sie durch Adhäsion Öl in den Spalt
  3. Keilbildung: Durch die konvergierende Geometrie zwischen Welle und Lager entsteht ein keilförmiger Raum
  4. Druckerzeugung: In den konvergierenden Keil eingezogenes Öl erzeugt hydrodynamischen Druck
  5. Abheben: Die Druckkraft übersteigt das Wellengewicht und hebt die Welle auf den vollen Ölfilm
  6. Gleichgewichtszustand: Die Welle schwimmt auf einem unter Druck stehenden Ölfilm ohne Metallkontakt

Ölfilmdicke

  • Typische Dicke: 10–100 Mikrometer (0,0004–0,004 Zoll)
  • Extrem dünn, aber ausreichend, um Kontakt zu verhindern
  • Die Dicke variiert am Umfang (Minimum am Punkt der größten Annäherung)
  • Abhängig von Drehzahl, Belastung, Ölviskosität und Lagerspiel

Arten von Gleitlagern

1. Einfach zylindrisch (Vollzapfen)

  • Einfachste Ausführung: zylindrische Bohrung mit Ölversorgungsnut
  • 360° Umschlingungswinkel
  • Gute Tragfähigkeit, kann aber bei hohen Geschwindigkeiten zu Instabilität neigen
  • Häufig in Motoren, Pumpen und allgemeinen Industrieanlagen

2. Teilbogenlager

  • Die Auflagefläche deckt nur einen Teil des Umfangs ab (120–180°)
  • Geringeres Gewicht, weniger Öldurchfluss erforderlich
  • Geringere Steifigkeit als Vollzapfen
  • Wird in Anwendungen mit geringer Belastung verwendet

3. Kippsegmentlager

  • Die Auflagefläche ist in mehrere unabhängige, schwenkbare Pads unterteilt
  • Jedes Pad entwickelt einen eigenen hydrodynamischen Keil
  • Inhärent stabil gegen Ölwirbel/Ölpeitschen
  • Industriestandard für Hochgeschwindigkeits-Turbomaschinen
  • Teurer, aber bessere dynamische Eigenschaften

4. Druckdamm und versetzte Lager

  • Modifizierte Zylinderlager mit geometrischen Merkmalen zur Verbesserung der Stabilität
  • Nuten, Dämme oder versetzte Bohrungen erhöhen die Dämpfungswirkung
  • Kompromiss zwischen einfachem Zylinder- und Kippsegment

Dynamische Eigenschaften

Steifheit

Die Steifigkeit von Gleitlagern ist komplex und geschwindigkeitsabhängig:

  • Niedrige Geschwindigkeit: Geringe Steifigkeit, Wellenposition ändert sich erheblich mit der Last
  • Hohe Geschwindigkeit: Höhere Steifigkeit durch stärker ausgeprägten hydrodynamischen Druck
  • Richtungsvariation: Unterschiedliche Steifigkeit in horizontaler und vertikaler Richtung
  • Kreuzgekoppelte Steifigkeit: Durchbiegung in eine Richtung erzeugt Kraft in senkrechter Richtung

Dämpfung

Gleitlager sorgen für eine deutliche Dämpfung:

  • Energieverlust durch viskose Scherung des Ölfilms
  • Die Dämpfung nimmt mit der Geschwindigkeit und der Ölviskosität zu
  • Entscheidend für die Begrenzung von Vibrationen bei kritische Geschwindigkeiten
  • Unverzichtbar zur Vorbeugung Rotorinstabilität

Geschwindigkeitsabhängigkeit

Alle Eigenschaften des Gleitlagers ändern sich mit der Drehzahl:

  • Die Steifigkeit nimmt mit der Geschwindigkeit zu
  • Die Dämpfung nimmt mit der Geschwindigkeit zu
  • Eigenfrequenzen mit Geschwindigkeit steigen
  • Kritische Geschwindigkeiten bei zunehmender Geschwindigkeit nach oben schalten

Vorteile von Gleitlagern

  • Hohe Tragfähigkeit: Kann sehr schwere Rotoren tragen
  • Hochgeschwindigkeitsfähigkeit: Geeignet für Geschwindigkeiten bis zu 50.000+ U/min
  • Geringe Reibung bei hoher Geschwindigkeit: Sobald sich ein hydrodynamischer Film gebildet hat, ist der Reibungskoeffizient sehr niedrig (0,001–0,003).
  • Hervorragende Dämpfung: Kontrolliert Vibrationen bei kritischen Geschwindigkeiten
  • Leiser Betrieb: Keine Rollkörpergeräusche
  • Stoßfestigkeit: Ölfilm absorbiert vorübergehende Belastungen
  • Lange Lebensdauer: Kein Metallkontakt bedeutet minimalen Verschleiß (jahrzehntelanger Betrieb möglich)
  • Einfaches Design: Grundtypen sind einfach und wirtschaftlich

Nachteile und Herausforderungen

  • Hohe Anlaufreibung: Kein Ölfilm im Ruhezustand, erfordert Losbrechmoment
  • Erforderliches Schmiersystem: Muss kontinuierlich sauberes, gekühltes Öl liefern
  • Ölwirbel-/Ölpeitschenrisiko: Einfache Zylinderlager sind anfällig für Instabilität
  • Langsamere Reaktion: Ölfilm sorgt für mehr Nachgiebigkeit, weniger steif als Wälzlager bei niedrigen Geschwindigkeiten
  • Temperaturempfindlichkeit: Die Leistung ändert sich mit der Öltemperatur (beeinflusst die Viskosität)
  • Kontaminationsempfindlichkeit: Partikel können die Lageroberfläche beschädigen oder Ölkanäle blockieren
  • Axiale Positionierung: Bietet keine inhärente axiale Einschränkung (erfordert separates Axiallager)

Anwendungen

Gleitlager sind Standard in:

  • Dampf- und Gasturbinen: Multi-Megawatt-Stromerzeugungsanlagen
  • Große Generatoren: Synchrongeneratoren in Kraftwerken
  • Radialkompressoren: Hochgeschwindigkeits- und Hochlast-Industriekompressoren
  • Große Elektromotoren: Motoren > 500 PS verwenden oft Gleitlager
  • Schiffsantrieb: Lager für Schiffspropellerwellen
  • Papiermaschinen: Große Walzenlager
  • Verbrennungsmotoren: Kurbelwellenhaupt- und Pleuellager

Beziehung zur Rotordynamik

Gleitlager beeinflussen das dynamische Verhalten des Rotors entscheidend:

  • Bestimmung der kritischen Geschwindigkeit: Lagersteifigkeit und Dämpfung wirken sich direkt auf kritische Drehzahlstellen und Amplituden aus
  • Stabilität: Lagertyp und -ausführung bestimmen die Anfälligkeit für Ölwirbel und Schaftpeitsche
  • Campbell-Diagramme: Zeigen Sie, wie sich die Eigenfrequenzen aufgrund von Schwankungen der Lagersteifigkeit mit der Geschwindigkeit ändern
  • Ausgleichen: Die Lagereigenschaften beeinflussen Einflusskoeffizienten und Gleichgewichtsreaktion

Gleitlager stellen eine hochentwickelte, ausgereifte Technologie dar, die für Hochleistungs-Rotationsmaschinen unverzichtbar ist. Ihre einzigartige Kombination aus Tragfähigkeit, Drehzahlfähigkeit und Dämpfung macht sie trotz der Komplexität ihrer Schmieranforderungen und ihres dynamischen Verhaltens in kritischen Anwendungen unersetzlich.

← Zurück zum Hauptindex

Kategorien:
WhatsApp