Mit CARB Lagern in Standardgehäusen auf der Loslagerseite konnten Ingenieure von SKF und ABB Fläkt Industri AB übermäßige Schwingungen bei Großgebläsen beseitigen.

Technik
Wellen von mittleren und großen Industriegebläsen werden häufig mit zwei Pendelrollenlagern in Standard-Lagergehäusen der Reihe SNH oder SOFN gelagert. Dabei ermöglicht die Verwendung serienmäßiger Bauteile eine wirtschaftliche Lagerung, die im Gebläsebau wegen ihrer Zuverlässigkeit praktisch schon als Standardlösung angesehen wird.
Bei dieser Lagerung handelt es sich um eine klassische Fest-/Loslagerung, die den Ausgleich von Wärmedehnungen der Gebläsewelle zuläßt. Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion ist jedoch, daß sich der Außenring des Loslagers ungehindert in der Gehäusebohrung verschieben kann. Theoretisch ist das auch kein Problem, praktisch aber gibt es einige Schwierigkeiten.

„Gewichtiges“ Problem
Wellen von großen Industriegebläsen haben oft ein beträchtliches Gewicht, weil aus Gründen der Rotordynamik große Wellendurchmesser angestrebt werden. Das bedeutet, daß bei der Axialverschiebung des Loslager-Außenringes auch ein Teil des Wellengewichtes zu überwinden ist und deshalb sehr hohe Axialkräfte auftreten.
Nach einer gewissen Betriebszeit kann es zwischen Außenring und Gehäusebohrung zu Passungsrostbildung kommen, die auch unter idealen Betriebsbedingungen nie ganz zu vermeiden ist. Da sich dadurch der Reibungsbeiwert erhöht, muß das Loslager hohe Axialbelastungen aufnehmen, bevor sich der Außenring verschiebt.
Es besteht auch die Gefahr, daß der Außenring in der Bohrung verkantet und dadurch jede weitere axiale Verschiebung unmöglich gemacht wird. Damit einigermaßen annehmbare Bedingungen gewährleistet sind, müssen bestimmte Zusammenhänge zwischen Lagerbreite (B), Lageraußendurchmesser (D) und Reibungsbeiwert (m) gegeben sein, d.h. m £ B/D. Für ein Lager 22220 CC/W33 beispielsweise gilt demnach m £ 46/180. Diese einfache Formel zeigt, daß der Spielraum für eine einwandfreie Axialverschiebung sehr eng ist und sich jede Unregelmäßigkeit in der Bohrung ungünstig auf die axiale Verschiebbarkeit auswirken kann.
Die Gelegenheit zur Erprobung einer neuen Art der Lagerung ergab sich, als in einem schwedischen Kraftwerk bei einer Gebläselagerung auf der Loslagerseite schwerwiegende Probleme auftraten. Das Gebläse mit verstellbarem Laufrad, das nur im Winter zur Förderung von Rauchgasen unterschiedlicher Temperatur eingesetzt wurde, fiel nach achtjähriger Betriebszeit aus. Gelagert war es mit zwei SKF Pendelrollenlagern 22244 CCK/C3W33, die bei einer Betriebsdrehzahl von 950 U/min mit Umlauföl geschmiert wurden.

Praktische Erfahrungen
Im Betrieb waren gelegentlich starke Schwingungen aufgetreten, vor allem Axialschwingungen. Kurzzeitig waren Schwinggeschwindigkeiten von 10 mm/s und darüber gemessen worden.
Da der Betreiber Schwingungen dieser Größenordnung nicht akzeptierte, wurde das Gebläse stillgelegt. Bei der Auswertung der Messungen stellte sich heraus, daß die Schwingungen vom Loslager ausgegangen waren. Der Schwingungspegel auf der Festlagerseite war normal. Eine eingehendere Untersuchung zeigte, daß die Spitzenwerte der Schwingungen nur während kurzer Zeiträume von einigen Sekunden Dauer auftraten und zeitlich mit der Verstellung des Battwinkels und/oder Änderungen der Gastemperatur zusammenfielen.
Ursächlich für das Auftreten dieser Schwingungsspitzen war eine Wechselwirkung zwischen Fest- und Loslager, durch das sich zeitweilig die Rotordynamik veränderte. Bei jeder Änderung der Axialbelastung kam es zu entsprechenden Verformungen im Festlager und damit zu axialen Verschiebungen innerhalb des Gebläses sowie zu einer Änderung der Lastverteilung im Loslager.

Neue Lösung
Nach erfolgversprechenden Versuchen mit einem Zylinderrollenlager NU 240 ECM/C3 auf der Loslagerseite beschlossen SKF und der Kunde, ein CARBTM Lager als Loslager zu testen. Es folgten umfangreiche Laborversuche beim Kunden. Schließlich wurde entschieden, zwei Großgebläse in zwei schwedischen Kraftwerksanlagen mit CARBTM Lagern auszurüsten.
Nach dem Umbau durchgeführte Schwingungsmessungen waren sehr ermutigend. Der Schwingungspegel war deutlich geringer, und sowohl Gebläsehersteller als auch Betreiber äußerten sich sehr zufrieden über das Betriebsverhalten der Gebläse.
Schließlich hat das Ergebnis des praktischen Versuchs den Hersteller bewogen, als Standardlösung für die Loslagerung seiner Großgebläse CARBTM Lager vorzusehen und als Festlager weiterhin Pendelrollenlager einzubauen.
Eine weitere Verbesserung wurde durch den Einbau der Lager in Gehäuse der Reihe SBP erreicht, die den seitlichen Zugang zu den Lagern erleichtern. Bei Wartungsarbeiten muß die Gebläsewelle jetzt nicht mehr aus den Gehäuseunterteilen herausgehoben werden. Es genügt, sie so weit anzuheben, daß die Lager entlastet sind.

Ove Andersson,  
SKF, Global Segment Fluid Machinery,
Göteborg, Schweden