Einrichtung an Maschinenanlagen zur Verhütung kritischer Schwingungen in der Wellenleitung. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein richtung an Maschinenanlagen zur Verhütung kritischer Schwingungen in der Wellen leitung.
Die Arbeit übertragenden Wellen von Maschinenanlagen ergeben bei den Eigen frequenzen entsprechenden Frequenzen der periodischen Störungen kritische Schwin gungen, welche hohe zusätzliche Spannungen verursachen, die zu Dauerbrüchen führen. Insbesondere bei Maschinenanlagen, deren Wellen bei verschiedenen Umdrehungszahlen Arbeit übertragen sollen, können die Wellen nicht so ausgebildet sein, dass die kritischen Drehzahlen ausserhalb des Drehzahlbereiches der die Arbeit leistenden Maschinen fallen.
Bei bestimmten Betriebsbedingungen müssen < also die Maschinen mit derjenigen Drehzahl arbeiten, bei der die kritischen Schwingungen auftreten.
Bei der Maschinenanlage gemäss der Er findung ist der genannte Nachteil dadurch vermieden, dass die Wellenleitung unterteilt und mindestens mit einer Kupplungsvorric i tung versehen ist, mit deren Hilfe nach Mass gabe der bei den verschiedenen Drehzahlen sich einstellenden Schwingungsverhältnisse die Arbeit über einen Wellenstrang geleitet werden kann, welcher keine kritischen Schwingungen verursacht.
Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.
Fig. h zeigt drei Maschinenanlagen mit verschieden langen Wellen und die zugehöri gen., die Schwingungen in Abhängigkeit von der Drehzahl darstellenden Kurven; Fig. 2 zeigt eine zugeordnete Maschinen anlage mit der Einrichtung nach der Erfin dung; Fig. 3 und 4 betreffen ein anderes Aus- führungsbeispiel, :und Fig. 5 zeigt eine Einzelheit der Maschi nenanlage nach der Fig. 4.
Die als Kurbelwellen ausgebildeten, die Arbeit übertragenden Wellen 1, 2 und 3 der Maschinenanlagen nach Fig. 1 .sind ;alle in eine gleiche Kolbenmaschine 4 eingebaut, be sitzen aber verschiedene Längen h, 12, <I>1,3.</I> Entsprechend den verschiedenen Längen er geben sich für jede der Wellen 1-3 ver schiedene elastische Eigenschaften, welche in den Diagrammen rechts in Fig. 1 dargestellt sind. Als Abszisse ist die Umdrehungszahl U der Wellen 1, 2 bezw. 3 aufgetragen und als Ordinaten sind die zusätzlichen Span nungen, welche durch Schwingungen in der Welle entstehen, gewählt.
Die kurze Welle 1 erleidet hauptsächlich in zwei Fällen, näm lich bei den sogenannten kritischen Dreh zahlen KH1 und KN1 sehr grosse zusätzliche Beanspruchungen RH1 -und RN1, welche von den kritischen .Schwingungen herrühren. Ent sprechend der geringen Elastizität .der kurzen Welle 1 sind die kritischen Drehzahlen KH1 und KN1 sehr hoch. Die längere Welle 2 besitzt ebenfalls zwei kritische Drehzahlen ICH, und KN, bei denen die zusätzlichen Spannungen auf die Werte RH2 und RN2 an steigen. Als Folge der grösseren Länge<B>1,</B> der Welle 2 sind die kritischen Drehzahlen KH2 und KN.. kleiner als die kritischen Dreh zahlen der Welle 1.
Schliesslich erleidet. die Welle 3, welche die grösste Länge h aufweist, kritische Beanspruchungen RH, und RN3 bei den kritischen Drehzahlen KM, und KN, die entsprechend der grossen Länge l; niedriger sind, als die kritischen Drehzahlen der Wel len 1 und 2.
Wird für die Maschine 4 ein Drehzahl bereich von Umin-Umax verlangt, so ergibt jede der Wellen bei zwei Umdrehungszahlen kritische Verhältnisse, bei denen nicht nur die ganze Maschinenanlage unruhig arbeitet-, das heisst Schwingungen erleidet, sondern auch die Welle hoher Bruchgefahr ausgesetzt ist, weil bei längerem Betrieb mit kritischen Drehzahlen Dauerbrüche entstehen.
Zur Verhinderung dieses Nachteils ist bei der Maschinenanlage nach Fig. 2 die Welle zur Arbeitsübertragung in drei aufeinander folgende Teile geteilt, von denen bei den verschiedenen im Betrieb notwendigen Um drehungszahlen diejenigen Teile zur Über- tragung der Arbeit verwendet werden, wel che zusammen bei der betreffenden Um drehungszahl keine kritischen Schwingungen ergeben.
Die Kraftmaschine 4 treibt das Ritzel 5, welches mit einem Zahnrad 6 kämmt. Mit- telst der Kupplungsflanschen 7, 8 und 9 sind die drei Teile der Welle 10 so zu Wellen kuppelbar, dass eine die Länge h der Welle 1 (Fig. 1) besitzt, die andere die Länge h der Welle 2 und die dritte die Länge 1" der Welle 3.
Je nachdem die zu übertragende Arbeit vom Kupplungsflansch 7 auf den Kupplungsflansch 11 des Zahnrades 5 oder vom Kupplungsflansch 8 auf den Kupplungs flansch 12 des Zahnrades 5 oder vom Kupp lungsflansch 9 des Wellenteils 10 über das Rohr 13 auf den Kupplungsflansch 12 .des Zahnrades 5 übertragen wird, sind die in der Maschinenanlage entstehenden Schwingungen ,die gleichen wie die in den Maschinenanlagen nach Fig. 1 mit der Welle 1 bezw. der Welle 2 bezw. der Welle 3.
Soll die Maschinenanlage nach Fig. 2 mit niedrigen Drehzahlen arbeiten, so kann die Welle mit der Länge 13 nicht verwendet wer den, weil sie bei niedrigen Drehzahlen kri tische Schwingungen ergibt. Wird dagegen entweder die Welle mit der Länge 1:, oder 1, zur Übertragung der Arbeit verwendet, so arbeitet die Maschinenanlage ruhig und Schwingungen können nicht entstehen, weil bei niedrigen Umdrehungszahlen für beide Längen keine kritischen Drehzahlen vorhan den sind. Vorteilhafterweise wird natürlich von den beiden Wellen diejenige gewählt, welche die geringeren Nebenschwingungen ergibt.
Bei Umdrehungszahlen von mittlerer Grösse würden sich bei einer Welle mit der Länge l., Schwingungen ergeben. Die Arbeit wird daher vorteilhafterweise durch die Welle mit der Länge 1, oder mit der Länge 1;, übertragen.
Schliesslich kann bei hohen Umdrehungs zahlen die Welle mit der Länge 1, nicht ver wendet werden, weil die kritischen Schwin gungen bei dieser im Bereich der hohen Dreh- zahlen stattfinden. Es wird deshalb die Welle mit der Länge 1.,, oder 13 eingeschaltet.
Die Kupplungsflanschen 7, 3 und 9 kön nen zum Kuppeln mit entsprechenden Gegenflanschen dadurch in starre Verbin dung gebracht werden, dass durch vorgesehene Löcher Passbolzen gesteckt werden.
Ist der Betriebsdrehzahlbereich einer Ma schinenanlage kleiner, so kann die Unter teilung der Welle, wie aus Fig. 3 hervorgeht, auch in nur zwei Teile genügen. Liegt bei spielsweise ein Leistungsbereich zwischen den Umdrehungszahlen U14 und Uli vor, so wird vorteilhafterweise zwischen den Um drehungszahlen U14-U15 eine Welle der Länge 12l und zwischen den Umdrehungs zahlen U 1: -U" eine Welle der Länge<B>4,</B> gewählt, um Schwingungserscheinungen für die ganze Maschinenanlage zu verhindern.
In der Maschinenanlage nach Fig. 4 wird die Arbeit der Kraftmaschine 4 auf ein Ritzel 17 übertragen, welches mit dem Zahn rad 18 kämmt. Die Welle 19 ist in zwei Teile aufgeteilt, von denen der eine eine Länge 1.2, wie die Welle 2,1 (Fig. 3) besitzt, während beide zusammen eine Länge 122 wie die Welle 22 (Fig. 3) haben. Die Welle 1.9 besitzt zwei Kupplungsflanschen 23 und 24, an die ein zylindrischer Teil 25 bezw. 26 angeschlossen ist. Auf dem zylindrischen Teil sind, durch Keile oder Nuten an einer Relativdrehung zum Kupplungsflansch ver hindert, die Gleitstücke 21 bezw. 2.8 ver schiebbar, welche Klauen besitzen und mit Klauen der Kupplungsteile 29 bezw. 30 in Eingriff gebracht werden können. Durch Kuppeln der Kupplungsteile 2:3 und 29 läuft die Maschinenanlage der Fig. 4 mit der Charakteristik der Welle 21 von Fig. 3.
Werden statt dessen die Kupplungsteile 24 und 3,0 verbunden, so läuft die Maschinen anlage mit der Charakteristik der Welle 22 von Fig. 3.
Eine Welle für eine Maschinenanlage nach Fig. 4 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Kur belwelle 30 einer nicht gezeichneten Brenn kraftmaschine ist in einem Endlager 31 der Brennkraftmaschine gelagert und besitzt einen Kupplungsflansch 32. Am Kupplungs flansch 32 ist ein Schwungrad 33 auf geflanscht, welches eine konische Bohrung 34 besitzt, in die eine Welle 35 eingekeilt ist. Gleichzeitig besitzt das Schwungrad 33 auch einen zur Kupplung dienenden Klauen ring 36, welcher mit einem entsprechenden Klauenkranz 37 in starren Eingriff gebracht werden kann.
Der Klauenkranz 37 sitzt seinerseits auf einem Klauenring 38 und kann auf diesem in Richtung der Wellen achse gegen das Schwungrad 33 mit Hilfe der Hülse 50 bis in die strichpunktiert ge zeichnete Lage 37a verschoben werden. Der Klauenring 38 ist unmittelbar auf der mit dem Ritzel 39 aus einem Stück bestehenden Verlängerung 40 aufgesetzt. Auf .der gegen überliegenden Seite ist die Welle 35 mittelst eines Flansches 41 durch die Schrauben 42 starr mit dem Flansch 43 des Ritzels 39 ver bunden. Das Ritzel 39 selber kämmt mit einem Zahnrad 44, welches die Arbeit an die Verbrauchsstellen weiterleitet.
Das Ritzel 39 ist in zwei Lagern 45 und 46 gelagert und der Ring 47 zentriert die Welle 35 gegen das Ritzel 39, so dass beide zentrisch laufen.
Soll die Maschinenanlage mit niedrigen Umdrehungszahlen betrieben werden, so wird mittelst der Hülse 50 der Klauenkranz 37 über den Klauenring 316 geschoben, so dass zwischen dem Schwungrad 33 und dem Ritzel 39 über die Verlängerung 40 eine Ver bindung entsteht. Dabei wird die Arbeit von der Kurbelwelle 30 über das Schwungrad 33 unmittelbar auf das Ritzel 39 übertragen, ohne dass dabei die Elastizität der Welle 35 mitspielen kann.
Soll dagegen mit hoher Drehzahl ge arbeitet werden, so wird der Klauenkranz 37 mittelst der Hülse 50 in die ausgezogen ge zeichnete Lage verschoben, so dass zwischen dem Schwungrad 33 und dem Ritzel 39 über die Verlängerung 40 keine Verbindung mehr vorhanden ist und die Arbeit über die elastische Welle 35 und die Kupplungs flauschen 41, 43 .geleitet wird.
Soll die Maschinenanlage längere Zeit nur mit niedrigen Drehzahlen betrieben werden. so kann die Kupplung zwischen den Flan schen 41 und 43 durch Entfernen der Bolzen 42 und des Ringes 47 gelöst werden. Dabei wird die Welle 35 in einem besonderen Lager 48 des Deckels 49 gehalten.
Die Kupplungsflanschen können mit den entsprechenden Gegenflanschen in beliebiger Weise gekuppelt werden. Es können Klauen kupplungen, Reibungskupplungen, elektrische Kupplungen, magnetische Kupplungen, hy draulische Kupplungen und andere dabei Verwendung finden. Die. Kupplungen kön nen dabei so ausgebildet sein, dass sie in radialer Richtung starr, in achsialer Rich tung dagegen nachgiebig kuppeln, um bei Verwendung von Pfeilzahnrädern auf die beiden Hälften der Pfeilräder eine gleich mässige Kraftübertragung zu sichern.
Vorteilhafterweise werden solche Kupp lungen in Abhängigkeit von einer Drehzahl messvorrichtung entweder von Hand oder selbsttätig ein- und ausgeschaltet, so dass bei jeder Umdrehungszahl diejenigen Wellen ausgeschaltet werden, welche kritische Schwingungen ergeben, und nur diejenigen Verwendung finden, welche bei der betref fenden Drehzahl ruhig arbeiten. Bei Rei bungskupplungen können die Anpressdrücke so gewählt sein, dass die Haftreibungskräfte bei Schwingungserscheinungen durch die Schwingungskräfte von einer bestimmten Grösse weg überwunden werden, so dass zwi schen den Kupplungsteilen gleitende Rei bung und damit die Übertagung der Kraft durch andere Teile erfolgt.
Das Ausschalten einzelner Teile kann auch in Abhängigkeit vom Auftreten von Schwingungserscheinun gen selbsttätig geregelt werden.
In gewissen Fällen können, um besondere Schwingungscharakteristiken für die einzel nen Wellen zu erhalten, noch besondere Schwungmassen mit den Wellenteilen fest oder unter Umständen auch lösbar verbunden sein. Es können auch Schwingungsdämpfer auf den einzelnen Wellenteilen vorgesehen sein, welche unter Umständen zugleich auch die Wirkung einer Kupplung übernehmen.
Zur Betätigung der Kupplungen können alle möglichen Servomotoren verwendet wer den, beispielsweise mechanische, hydraulische, magnetische oder elektrische Servomotoren.
Selbstverständlich können in der Wellen leitung die Wellen verschiedener Elastizi tät auch auf andere Weise als durch Kupp lung verschiedener Wellenteile gebildet sein. Es können beispielsweise verschiedene Rohre von verschiedener Elastizität konzentrisch zueinander angeordnet sein, wobei jeweils das eine oder das andere der Rohre, welches bei den betreffenden Umdrehungszahlen keine kritischen Schwingungen ergibt, zur Übertra gung der Arbeit verwendet wird.
Die ein zelnen Wellen können unter sich auch die gleiche Elastizität besitzen, wobei dann zur Erreichung einer veränderten Elastizität die Arbeit durch eine der Wellen allein oder durch zwei oder durch mehrere Wellen ge meinsam zu übertragen ist. Auch dann, wenn die einzelnen Wellen verschiedene Elastizi tät aufweisen, können gegebenenfalls zwei oder mehrere Wellen gemeinsam zur Über tragung der Arbeit herangezogen werden.
Die Maschinenanlage kann Kolbenmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben oder mit drehenden Kolben oder auch Rotations maschinen, beispielsweise Turbinen, elek trische Motoren oder Stromerzeuger umfas sen, das heisst irgend eine Maschinenanlage sein, bei welcher Arbeit übertragen wird und welche somit kritischen Schwingungen unter worfen ist. Solchen kritischen Schwingungen sind besonders Schiffsmaschinenanlagen aus gesetzt, welche in einem weiten Drehzahl bereich regelbar sein müssen.
Wenn wäh rend des Betriebes zur Arbeitsübertragung stets diejenige Welle gewählt wird, welche gerade keine kritischen Schwingungen ergibt, wird dadurch nicht nur eine grössere Sicher heit des Betriebes, sondern auch ein ruhigerer Gang der Anlage, insbesondere beim An fahren und Abstellen, bewirkt.