Turbomaschinenprobleme lösen: Miba Kippsegmentlager

26. April 2022 | Durch Chemieingenieurwesen

Treten bei Turbomaschinen Temperaturprobleme auf oder müssen die Lager eine erhöhte Belastbarkeit aufweisen, ist es gängige Praxis, Merkmale wie gezielte Schmierung und Belaggrundmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu verwenden. Doch insbesondere Belaggrundmaterialien wie Kupfer-Chrom sind teuer und verlängern die Lieferzeit des Lagers. Bei hohen Gleitgeschwindigkeiten übertreffen Miba-Konstruktionslager mit Eddy-Groove-Technologie das CuCr-Basismaterial deutlich und verschieben damit die Grenzen von Lagern und Anwendungen erheblich.

Kippsegment-Gleitlager werden in rotierenden Geräten wie Kompressoren, Turbogetrieben, Gasturbinen und Dampfturbinen eingesetzt. Voraussetzung für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Lagern ist eine ausreichende Schmierfilmdicke, die im Wesentlichen von der auftretenden Belastung, Drehzahl und dem gewählten Schmierstoff abhängt. Der zweite Parameter ist die Wärme, die im Öl entsteht. Die maximalen Temperaturen sowohl des Schmierstoffs als auch des Lagers können ein entscheidender Parameter sein. Der Schlüssel zu einer verbesserten Lagerleistung liegt in der entsprechenden Produktgestaltung, sodass auch bei hohen Geschwindigkeiten und Belastungen eine übermäßige Erwärmung bestimmter Lagerbereiche sowie heiße Stellen im Ölfilm vermieden werden.

Um die Wärmeableitung zu erhöhen, werden in der Regel Merkmale wie gezielte Schmierung und Belagträgermaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Wenn dieser Ansatz immer noch nicht ausreicht, gibt es geometrische Optionen wie eine Vergrößerung der axialen Länge oder des Bohrungsdurchmessers des Lagers, obwohl solche Änderungen häufig den Ölbedarf, den Leistungsverlust und den Platzbedarf erhöhen.

Physikalisch gesehen werden robuste Rillen einer bestimmten Form, die in einem bestimmten Muster angeordnet sind, in einen bestimmten Bereich des Lagermaterials eingearbeitet. Die Rillen sind so optimiert, dass sie den laminaren Schmierstofffluss stören und so einen Kühleffekt erzeugen, indem sie den Temperaturaustausch zwischen kühlerem Öl in der Nähe der Welle und wärmerem Öl in der Nähe der Lageroberfläche verbessern. Im Vergleich zu einem baugleichen Lager ohne Wirbelrillen bleiben wichtige Betriebsparameter wie Ölverbrauch, Reibleistung und dynamische Eigenschaften nahezu unverändert.

miba Kippplatten mit Wirbelrille

Ein ausführlicher Artikel zur Leistungssteigerung durch Wirbelrillen wurde 2021 veröffentlicht (Schüler E, Berner O.)*. Die Untersuchung wurde an einem Miba 5-Kippsegment-Gleitlager mit einem Bohrungsdurchmesser von 120 mm bei einem Geschwindigkeitsbereich von 50 – 110 m/s und einem Lastbereich von 0 – 4 MPa durchgeführt. Temperatursensoren nahe der Gleitfläche ermöglichten die genaue Bestimmung maximaler Temperaturen. Diese Tests bestätigten eine deutliche Reduzierung der Oberflächentemperatur.

Bisher wurde die Technologie experimentell an Lagern mit Wellendurchmessern von 120 und 500 mm verifiziert. Darüber hinaus wurde im Januar 2021 ein erstes Ø60 mm Wirbelrillen-Kippsegmentlager in einen Integralgetriebekompressor eingebaut. Die Maschine ist wieder in Betrieb und das frühere Temperaturproblem des Lagers wurde gelöst. Der vorhergesagte Temperaturabfall wurde aufgezeichnet und vom Betreiber bestätigt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die getestete und verifizierte Eddy-Groove-Technologie besonders für hochbelastete Lager in z. B. Integralgetriebekompressoren von Vorteil sein kann, die nahe ihrer Leistungsgrenze arbeiten, um die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Maschine zu erhöhen. In manchen Fällen können die reduzierten Maximaltemperaturen auch eine Reduzierung der Lagergröße ermöglichen, was zu einem geringeren Ölbedarf und geringeren Leistungsverlusten des Lagers führen würde, während gleichzeitig die Temperaturen auf einem akzeptablen Niveau gehalten werden.

Die durch Wirbelrillen verursachten reduzierten Lagertemperaturen können genutzt werden, um:

Die Miba produziert hydrodynamische Lager und Labyrinthdichtungen für den Einsatz in kritischen rotierenden Anlagen wie Turbinen, Kompressoren, Generatoren oder Industriepumpen. Unsere Flüssigkeitsfilmlager werden sowohl in der Energieerzeugung als auch in der Öl- und Gasindustrie und der petrochemischen Industrie eingesetzt. Miba vereint die ehemaligen Unternehmen Orion, Sartorius Bearings, TCE und Zollern Plain Bearings, die die Branche seit Jahrzehnten unterstützen. Mit OE-Fertigung und Aftermarket-Unterstützung arbeiten wir während der gesamten Lebensdauer des Produkts und Ihrer Ausrüstung mit Ihnen zusammen.

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*Schüler, E.; Berner, O. Verbesserung der Betriebseigenschaften von Kippsegment-Gleitlagern durch Anwendung von Wirbelrillen. Schmierstoffe 2021, 9, 18. https://doi.org/10.3390/lubricants9020018

Kontaktlinks:

https://www.miba.com/de/produktbereiche/industrielager#lagerkontakt

miba Kippsegmentlager können mit Wirbelrillen ausgestattet werden

Darüber hinaus fertigt die miba kundenspezifische Axiallagerlösungen