Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von pulsierenden Kräften an von einem
Rotationskörper abstehenden Teilen
Die Erfindung beeieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von pulsierenden Kräften an von einem Rotationskörper abstehenden Teilen sowie auf eine Vorridtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In Rotationsströmungsmaschinen, wie z. B. Dampfturbinen, Gasturbinen usw., sind an der Aussenseite des Rotationskörpers in bestimmten definierten Abständen herausragende Teile, wie z. B. sich bewegende Schaufeln, angebracht und eine bestimmte definierte Anzahl von eine Vibration anregenden Quellen, wie z. B.
ruhenden Schaufeln oder Düsen, sind gegenüber diesen herausragenden Teilen angeordnet, und der Rotationskörper wird durch die Anreger der Strömung, die von den genannten Düsen oder von Teilen zwischen den genannten ruhenden Schaufeln ausgeht, angetrieben. In diesem Fall erhalten die genannten rotierenden Schaufeln die Stosskräfte, die durch die Veränderung der Geschwindigkeit der Strömung erzeugt werden, und zwar jedesmal, wenn die rotierenden Schaufeln gerade die genannten ruhenden Schaufeln oder die Düsen passiert haben, vorausgesetzt, dass die rotierenden Schaufeln sich zusammen mit dem Rotationskörper drehen.
Mit anderen Worten, die Vibrationskräfte in Form des Produktes f1 = n1 n (wobei n1 die Drehzahl des Rota- tionskörpers pro Zeiteinheit und n2 die Anzahl der ruhenden Schaufeln bzw. die Anzahl der Düsen ist) werden an die genannten rotierenden Schaufeln angelegt. Die Zeit, während welcher eine bestimmte rotierende Schaufel und die unmittelbar benachbarte rotie rende Schaufel den Stromabschnitt, der einer bestimmten ruhenden Schaufel oder einer Düse zugeordnet ist, passiert, entspricht dem Wert 1 int n3, der der Reziprokwert des Produktes aus der Drehzahl n1 des Rotationskörpers und der Anzahl n3 der rotierenden Schaufeln ist.
Daher erhalten die benachbarten rotierenden Schaufeln hintereinander die Vibrationskraft mit einer Phasendifferenz, die der genannten Zeit l/n1 n5 äquivalent ist.
Gruppen solcher rotierender Schaufeln sind elastisch miteinander verbunden mit Hilfe von Abstandshaltern oder Verbindungsmetall und bilden daher eine bestimmte Kaskade. Diese Konstruktion miacht es schwierig, theoretisch die Stellung der genannten rotierenden Schaufeln zu analysieren, im Gegensatz zu einer einzelnen Schaufel oder zu unbestimmten Kaskadenschaufeln, bei denen die Vibrationsstellung leicht mathematisch analysiert werden kann. Unter diesen Umständen bestand ein dringendes Erfordernis, dass diese Vibrationsstellung der genannten rotierenden Schaufel mit Hilfe von experimentellen Verfahren gemessen werden kann.
Um die Vibrations-Charakteristik der rotierenden Schaufel zu finden, ohne dabei den Rotationskörper eines Vibraflonssystems selbst zu drehen, sondern mit Hilfe einer Reproduzierung der Vibrationsstellung der das herausragende Teil des Rotationskörpers bildenden rotierenden Schaufel, ist bisher ein Apparat, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, in Gebrauch gewesen.
Dieser konventionelle Apparat ist so aufgebaut, dass darin ein Antriebskörper 4 vorgesehen ist und an Stelle von Dampfdüsen Wasserdüsen 3 in gleicher Anzahl wie die bekannten Dampfdüsen in dem genannten Antriebskörper 4 in gleichem Abstand voneinander und gegenüber den rotierenden Schaufeln 2 angeordnet sind, wobei die rotierenden Schaufeln an der Aussenseite einer Rotationsschtibe 1 angebracht sind. Ferner ist dabei eine Turbinenabtriebswelle 5 vorgesehen, die mit der Rotationsscheibe 1 gekuppelt ist und drehbar in einer in Fig. 1 nicht gezeigten Lagerung angeordnet ist.
Weiter ist ein Gehäuse 6 vorgesehen, in welchem die genannte Rotationsscheibe 1, die rotierenden Schaufeln 2 und der Antriebskörper 4 hermetisch abgeschlossen sind, und es wird Druckwasser dem genannten Antriebskörper 4 von einer in Fig. 1 nicht dargestellten Pumpe zugeführt, das von den Wasserdüsen 3 des genannten Antriebskörpers 4 auf die genannten Schaufeln 2 zu abgestrahlt wird, wodurch die rotierenden Schaufeln 2 und die Rotationsscheibe 1 in Drehung versetzt werden und gleichzeitig die rotierenden Schau feln durch das in Umfangsrichtung ungleichmässig strahlende Wasser mit einer periodischen Vibrationskraft beaufschlagt werden.
Ein Kraftmesser 7 ist an der genannten rotierenden Schaufel angebracht, wobei der Zuführungsdraht des genannten Kraftmessers mit dem Schleifring 8 verbunden ist, welcher auf der Abtriebswelle 5 angeordnet ist, wodurch die Kraft auf die rotierende Schaufel 2, an der der genannte Kraftmesser 7 angebracht ist, gemessen wird; ferner wird mittels des Drehzahlmessers 9, der an der Abtriebswelle 5 angebracht ist, die Drehzahl der genannten Abtriebswelle 5 gemessen und aus dieser Drehzahl die Anzahl der Vibrationen pro Zeiteinheit bestimmt, mit der die genannte rotierende Schaufel 2 beaufschlagt wird. Damit ist die Vibrations-Charakteristik der rotierenden Schaufeln 2 gefunden.
Bei einem solchen Vibrationsanregungsapparat ist es notwendig, jedesmal, wenn das herausragende Teil, wie z. B. die rotierende Schaufel des Rotationskorpers, neu konstruiert wird, ein ganzes Schaufelrad für die Vibrationsversuche zu erstellen. Das erfordert beträchtliche Mehrkosten. Zudem erlaubt der genannte Apparat nur das Teil zu messen, an dem der Kraftmesser angebracht ist. Wenn dieses herausragende Teil kurz ist, kann ausserdem nur ein Kraftmesser an einem herausragenden Teil angebracht werden. Dementsprechend ist es unmöglich, die Vibrationszustände an verschiedenen Stellen des herausragenden Teils gleichzeitig zu analysieren, und daher muss dann die Position des Kraftmessers mehrere Mal während einer Analyse ge ändert werden.
Da es zudem unmöglich ist, die Anzahl der Schleifringausgänge und die Zahl der Kanäle auf einem benutzten Aufzeichnungsgerät usw. unbeschränkt zu erhöhen, kann die Vibrationsphasenbeziehung von allen herausragenden Teilen nicht gleichzeitig gefunden werden. Aus diesen Gründen müssen wiederholte Versuche durchgeführt werden.
Hinzu kommt noch, dass der Kraftmesser in Kontakt mit den Wasserstrahlen kommt und zusätzlich noch mit einer der Umdrehungszahl entsprechenden Zentrifugalkraft beaufschlagt wird. Das führt dazu, dass die Kraftmesser schnell zerstört werden.
Weiterhin ist es notwendig, jedesmal einen neuen Antriebskörper 4 herzustellen, wenn das Verhältnis der Neigung des anregenden Teiles, wie z. B. der Düse, gegenüber der Neigung des herausragenden Teiles, wie z. B. der rotierenden Schaufel, geändert wird. Dementsprechend ist bei dem konventionellen Vibrationskfaft- anregungsapparat vom Rotationstyp ein beträchtlicher Aufwand an Arbeit und Zeit erforderlich, und es ist schwierig, die Testergebnisse zu analysieren, so dass die Versuchskosten unvermeidlich sehr hoch werden.
Bei den weiter bekanntgewordenen statischen Vibrationsanregungsverfahren, bei denen ein Magnet oder ein Rüttelmechanismus oder irgend etwas ähnliches benutzt wird, um die herausragenden Teile, wie z. B. die Rotierschaufeln, welche an dem rotierenden Körper, wie einem Rotor, angebracht sind, in Vibration zu versetzen, ist es unmöglich, gleichzeitig die genannten herausragenden Teile mit einer Vibrationsphasendifferenz anzuregen, die dem jeder Düse zugeordneten Stromabschnitt entspricht. Dementsprechend ist es auch unmöglich, den wirklichen Anregungszustand desselben zu reproduzieren.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile, die den bekannten Anordnungen der vorliegenden Art anhaften, zu eliminieren. Erfindungsgemäss wird das bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass eine pulsierende Kraft, deren Pulszahl gleich dem Produkt der Betriebsdrehzahl nl des Rotationskörpers und der Anzahl na der Pulskraftanregungsquellen ist, die auf abstehende Teile des stehenden Rotationskörpers wirken, gegeben wird, und dass diese pulsierende Kraft der Reihe nach auf das jeweils benachbarte abstehende Teil mit einer zeitlichen Phasendifferenz verschoben wird, die gleich dem Reziprokwert des Produktes aus der genannten Betriebsdrehzahl nl und der Anzahl n der abstehenden Teile ist.
Ein prinzipieller Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine Vibrationskraft ähnlich derjenigen im tatsächlichen Rotationszustand an die herausragenden Teile angelegt wird, ohne dass der Rotationskörper in Drehung versetzt wird, wodurch die Vibrations-Charakte ristik der herausragenden Teile, insbesondere die Resonanz-Charakteristiken in bezug auf die Anregungsquellen, genau gemessen werden können.
Weil eine Vibrationskraft in Form der Anzahl von Vibrationen n1 n2, die gleich dem Produkt aus der Anzahl ns der Anregungsquellen und der Zahl nl von Umdrehungen entsprechend der tatsächlichen Anzahl von Umdrehungen des Rotationskörpers ist, an die herausragenden Teile des Rotationskörpers angelegt wird, wird es möglich, dass eine Vibrationskraft an die genannten herausragenden Teile angelegt werden kann, die in der Zahl gleich derjenigen im tatsächlichen Betriebszustand ist und die an jeden der genannten herausragenden Teile jedesmal dann angelegt wird,
wenn der genannte herausragende Teil mit einer Drehzahl nl pro Zeiteinheit gedreht wird und an n2 Anregungsquelien vorbeigeführt wird, und dass die genannte Vibrationskraft an benachbarte herausragende Teile der Reihe nach in gleichen Phasendifferenzen in Form von 1/ni n8 angelegt wird, welche dem Reziprokwert des Produktes der genannten Drehzahl nl und der Anzahl n der herausragenden Teile entsprechen.
Dementsprechend kann eine Vibrationskraft der Reihe nach an die genannten herausragenden Teile angelegt werden mit gleicher Zeitdifferenz, wie bei dem tatsächlichen Betriebszustand, wobei während dieser Zeitdifferenz die genannte Anregungsqueile einen Stoss auf das herausragende Teil gibt, welches gerade an der Anregungsquelle vorbeiläuft, und ferner einen anderen Stoss auf das zu diesem herausragenden Teil benachbarte herausragende Teil gibt. Daher kann der tatsächliche Anregungszustand ohne Drehung des Drehkörpers reproduziert werden.
Weil eine Vibrationskraft, die die gleiche wie in dem tatsächlichen Betriebszustand ist, an das herausragende Teil ohne Drehung des Rotationskörpers angelegt werden kann, ist es möglich, direkt den Vibrationszustand des herausragenden Teiles zu beobachten und leicht die Vibrationsart im Detail durch Anlegung von Abnehmern an die notwendigen Stellen zu analysieren. Weil ferner das erfindungsgemässe Verfahren keine Schleifringe erfordert, kann die Vibrationsphasenbeziehung der herausragenden Teile als ganzes leicht innerhalb kurzer Zeit überprüft werden. Es ist auch möglich, den Vibrationsversuch an der tatsächlichen Maschine auszuführen, ohne einen speziellen Versuchs-Rotationskörper vorzusehen. Dadurch können die Kosten beträchtlich reduziert werden.
Da es nicht notwendig ist, den Rotationskörper zu drehen, kann ausserdem der mit einer Rotation verbundene Lärm des Rotationskörpers vermieden werden, und schliesslich werden auch die Messwerke bzw. die Kraftmesser vor einer Zerstörung ge schützt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch eine gleiche Anzahl von FlipiFlop- Schaltungen wie die Anzahl der vom Rotationskörper abstehenden Teile, piezo-elektrische Elemente, die an diesen ahstehenden Teilen angebracht sind und die an die Setzausgänge der genannten Flip-Flop-Schaltungen angeschlossen sind, eine erste Gleichstromquelle, die an den Setzeingang einer bestimmten der genannten Flip Flop-Schaltungen angeschlossen ist, eine zweite Gleichstromquelle, die an alle Rücksetzeingänge der genannten Flip-Flop-Schaitungen angeschlossen ist, und einen Geber,
der an alle Triggereingänge der genannten Flip Flop-Schaltungen angeschlossen ist, wobei die Flip Flop-Schaltungen so angeordnet sind, dass der Setzausgang und der Rücksetzausgang einer dieser Flip-Flop Schaltungen an den Setzeingang und den Rücksetzeingang der benachbarten Flip-Flop-Schaltung angeschlossen sind und eine solche Verbindung der Ausgänge und Eingänge in gleicher Weise jeweils von einer zur nächsten benachbarten Fllss-Flop-Schaltung vorgesehen ist, um die Flip-Flop-Schaltungen miteinander in einer Ringform zu verbinden.
Mit dieser Vorrichtung können die obengenannten Messvorgänge von einer minimalen Zahl von Leuten ausgeführt werden.
Die Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine konventionelle Vorrichtung zur Anregung von Vibrationskräften.
Fig. 2 ist ein Schnitt in der Ebene II-II in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Anregung von Vibrationskräften nach der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Flip-Flop-Schaltung, die eine wichtige Komponente der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung bildet.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die an den Kreis in Fig. 3 angelegten Eingangsimpulse und die von diesem Kreis abgegebenen und auf die piezoelektrischen Elemente übertragenen Ausgangsimpuls e darstellt.
Fig. 6 ist ein symbolisches Diagramm, das das Schema zeigt, nach welchem die Ausgangs impulse auf die einzelnen piezo-elektrischen Elemente in Fig. 5 übertragen werden.
Fig. 7 und 8 sind symbolische Diagramme wie in Fig. 6, die das Schema zeigen, nach dem die Nummern der angetriebenen Schaufeln und die Nummern der (antreibenden) Düsen des genannten Ausführungsbei- spiels geändert werden.
Fig. 9 ist ein Blockschema, das ein anderes Aus führun gsb eispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung zeigt.
Fig. 10 bis 13 sind vorgesehen, um die Arbeitsweise der Schaltung hinter der Spannungsvergleicherstufe in Fig. 9 darzustellen. Fig. 10 zeigt dabei das Schema, nach welchem eine von dem Integrator abgegebene symmetrische Dreiecks spannung mit den Potentialen von fünf Spannungsvergleichern verglichen wird, Fig. 11 zeigt dabei die Ausgangssignale dieser Spannungsvergleicher und die Fig. 12 und 13 sind die Ausgangssignale der Differenzierschaltung bzw. des Grundbegrenzers.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem eine Vibrationskraft auf eine Turbine gegeben wird, die sechs Rotationsschaufeln und eine Düse umfasst. Wie in Fig. 4 ersichtlich, bedeutet F eine Mehrzahl von Flip-Flop-Schaitungen, von denen jede aus einem ersten Teil F', der das Flip-Flop in den gesetzten Zustand bringt, und einem zweiten Teil F", der das Flip-Flop in den rückgesetzten Zustand bringt, besteht. Der Setzeingang F'a des Setzteiles F' ist verbunden mit dem Setzausgang F'b des Setzteiles des benachbarten Flip-Flops mit Hilfe des Leitungsdrahtes L. Der Rücksetzeingang F"a des Rücksetzteiles ist verbunden mit dem Rücksetzausgang F"b des benachbarten Rücksetzteiles F" mit Hilfe des Leitungsdrahtes L'.
So sind sechs Flip-Flop-Schaltungen F miteinander in Ringform verbunden, wobei die Anzahl dieser Flip-Flops die gleiche wie die Anzahl der Rotierschaufeln der Turbine ist.
Ein direkter Setzeingang F'c ist nur an dem ersten (F1) der genannten sechs Flip-Flop-Schaltungen F angebracht, und direkte Rücksetzeingänge F"c sind an den Rücksetzteil F" der genannten Flip-Flop-Schaltungen F angebracht und verbunden mit einem Anschluss D durch einen Draht R, und dieser Anschluss D ist mit einem Rücksetzeingang C durch einen Draht R' verbunden. Wenn ein anfänglicher einzelner Setzimpuls an den genannten direkten Setzeingang F'c angelegt wird, kann die Flip-Flop-Schaltung nicht akkurat betrieben werden, wenn mehr als zwei Impulse gleichzeitig eingegeben werden. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, eine Schnatterschutzvorrichtung vorzusehen.
Ein Triggereingang Fd ist an jede der genannten Flip-Flop-Schaltungen angebracht, und diese Triggereingänge Fd sind mit einem ringförmigen Verbindungsdraht S über einen Leitungsdraht S' verbunden, und diese Ringverbindung S ist an einen in der Figur nicht gezeigten Wellen-Pulsgeber angeschlossen.
Die Verbindungsleitung L, die mit den Setzteilen F' der genannten Flip-Flop-Schaltungen F verbunden ist, ist an jedes der piezo-elektrischen Elemente P angeschlossen, die aus Titan-Acid-Barium oder etwas ähnlichem bestehen und die an den in der Figur nicht gezeigten Rotierschaufeln angebracht und an die Leitungsdrähte E angeschlossen sind.
Wenn ein Setzpegel-Kontrolleingang an die Setzeingänge F'a der Setzteile von jedem der genannten Flip-Flop-Schaltungen F angelegt wird, werden die Flip-Flop-Schaltungen F gesetzt, und der genannte Impuls wird an die piezo-elektrischenl Elemente P von dem Setzausgang F'b über die Leitung L gegeben, und damit wird eine Vibrationskraft an die Rotierschaufel angelegt. Demgegenüber wird, wenn ein Rücksetzpegel Kontrolleingang an den Rücksetzeingang F"a des Rücksetzteiles F" gegeben wird, die Flip-Flop-Schaltung zurückgesetzt. In diesem Fall wird jedoch keine Vibra- tionskraft an die Rotierschaufel angelegt, weil der Rücksetzausgang F"b nicht mit dem piezo-elektrischen Element P verbunden ist.
Wenn ein Triggerimpuis an den Triggereingang Fd angelegt wird, wird die Schaltung F gesetzt, wenn der Setzpegel-Kontrolleingang in den Flip-Flop-Schaltungen F vorhanden ist (nämlich wenn eine Spannung darin angelegt ist). Demgegenüber wird die Schaltung F zurückgesetzt, wenn der Rücksetz-Kontrolleingang vorhanden ist.
Es wird nun eine solche Anordnung getroffen, dass der Setzpegel-Kontrolleingang und der Rücksetzpegel Kontrolleinganb nicht gleichzeitig an dieselbe Flip-Flop Schaltung F angelegt werden.
Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel ist in dieser Weise angeordnet bzw. aufgebaut.
Wenn daher der Rücksetzeingang C geschlossen ist, erreichen die Rücksetzimpulse alle Flip-Flop-Schaltungen F1 bis F6, und dann werden alle Flip-Flop-Schal- tungen im Rücksetzzustand gehalten. Demgemäss wird eine Spannung an die Leitungsdrähte L1 bis L6 angelegt, die die genannten Rücksetzteile F" miteinander verbindet, und es wird keine Spannung an einen der Leitungsdrähte Ll bis L6 angelegt, welche die Setzteile F' miteinander verbinden.
Wenn ein einzelner Impuls zum anfänglichen Setzen an den direkten Setzimpulseingang F'c, welcher an der genannten ersten Flip-Flop-Schaltung F1 angebracht ist, angelegt wird, wird nur die Schaltung F 1 vom rückgesetzten Zustand in den Setzzustand gebracht, und die anderen Flip-Flop-Schaltungen F2 bis F6 werden im Rücksetzzustand gehalten. Dementsprechend wird der Leitungsdraht L'1, der die Schaltungen F1 und F2 verbindet, in einen nichtleitenden Zustand und die anderen Leitungsdrähte L1 in einen leitenden Zustand gebracht.
Daraus ergibt sich, dass ein Impuls an das piezo-elektrische Element P1 abgegeben wird, welches über den Draht El mit dem genannten Leitungsdraht L1 verbunden ist, wodurch die Rotierschaufel, welche mit dem genannten piezo-elektrischen Element P1 versehen ist, einen Stoss bekommt. Anderseits werden jedoch die Schaltungen F2 bis F6 im Rücksetzzustand gehalten, und dementsprechend werden keine Impulse an die anderen piezo-elektrischen Elemente P2 bis P6 abgegeben.
Wenn der erste Schiebeimpuls fsl auf den Schiebeimpulsanschluss S" von dem in der Figur nicht gezeigten Schiebeimpulsgeber abgegeben wird, wird ein Triggereingangs impuls an alle Flip-Flop-Schaltungen F mit Hilfe der Ringverbindung S und den Leitungsdrähten S'1 bis S'6, die mit dem genannten Anschluss S" verbunden sind, abgegeben.
In diesem Moment ist die Flip-Flop-Schaltung F 1 im gesetzten Zustand. Da jedoch die Leitung L'6 leitend gemacht wird und daher der Rücksetzpegel=Kontroll- eingang an diese Leitung angelegt ist, wird die genannte erste Flip-Flop-Schaltung F1 in den rückgesetzten Zustand gebracht.
Weiterhin ist die zweite Schaltung F2 in dem rückgesetzten Zustand, aber weil die Leitung L1 leitend gemacht worden ist und der Setzpegel¯Kontrolleingang an gelegt ist, wird die Schaltung F2 dann in den gesetzten Zustand gebracht. Die Schaltungen F3 bis F6 der Fig. 3 bis 6 sind dann noch in dem rückgesetzten Zustand, und weil die Leitungsdrähte L'2 bis L'5 leitend sind, werden diese Schaltungen in dem rückgesetzten Zustand gehalten.
Auf diese Weise wird nur die Schaltung F2 durch den ersten Schiebeimpuls fsl in den gesetzten Zustand gebracht, wodurch das zweite piezo-elektrische Element P2 betätigt wird und nur die zweite Rotierschaufel angeregt wird.
Nach dieser Operation, wenn der zweite Schiebe impuls fs2 an den Schiebeimpulsanschluss S" abgegeben wird, wird nur die dritte Flip-Flopsschaltung F3 in den gesetzten Zustand gebracht, und alle anderen Flip-Flop Schaltungen F1, F2 und F4 bis F6 befinden sich im rückgesetzten Zustand, und daher wird eine Vibrationskraft nur an die dritte Rotierschaufel angelegt.
In gleicher Weise werden die vierte, die fünfte usw.
Schaltungen F4, F5 usw. nacheinander in den gesetzten Zustand gebracht mit dem nacheinanderfolgenden Eintreffen der Schiebeimpulse fs3, fs4 usw., wodurch eine Vibrationskraft an die vierte, fünfte usw. Rotierschaufel angelegt wird.
Um die oben beschriebene Arbeitsweise zu realisieren, ist es notwendig, dass die Frequenz f's der Schiebeimpulse fs, die an den genannten Schiebeimpulsanschluss S" anzulegen ist, übereinstimmt mit dem Produkt aus erstens der Anzahl n1 von Umdrehungen pro Zeiteinheit des Rotationskörpers, an den die Rotierschaufeln angebracht sind, und zweitens der Anzahl n von ruhen den Schaufeln oder Düsen und drittens der Anzahl ns der Rotierschaufein (f's = nl n n3).
Weiterhin ist die Zahl der Flip-Flops gleich der Anzahl der Rotierschaufeln. Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt den Fall, dass die Anzahl n2 von Düsen gleich 1 ist und die Anzahl ns von Rotierschaufeln gleich 6. Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen den Schiebeimpulsen fs und der Impulsverteilung FD, die an das erste bis sechste piezo-elektrische Element P1 bis P6 angelegt wird. Bezüglich Fig. 5 ist zu sagen, dass, wenn ein einzelner Impuls zum anfänglichen Setzen angelegt wird, dieser Impuls auf das erste piezo-elektrische Element P1 abgegeben wird, wodurch die erste Rotierschaufel angeregt wird. Dann wird durch Anlegung des ersten Schiebeimpulses fsl das zweite piezo-elektfische Element P2 betätigt.
Auf diese Weise werden das dritte, das vierte usw. bis zum sechsten piezo-elektrischen Element P3, P4 . . . P6 der Reihe nach betätigt jedesmal wenn der Schiebeimpuis fs eingegeben wird. Danach, wenn der sechste Schiebeimpuis abgegeben wird, wird wieder das erste piezo-elektrische Element P1 angeregt.
Ein und dieselbe Rotierschaufel erhält also mit einer Periode von l/n1 n= lini (weiln 1) jeweils einen Stoss. Ferner wird die Vibrationskraft nacheinander auf die jeweils benachbarte Rotierschaufel mit einer Phasendifferenz von l/n1 n geschoben.
Dementsprechend ist es durch Variation der Frequenz f's der Schiebeimpulse fs auch möglich, den Zustand zu reproduzieren, der sich ergibt, wenn die Anzahl der Umdrehungen n1 = fs/n2 n des Rotationskörpers verändert wird.
Es ist ferner auch möglich, die Anzahl der Rotierschaufeln zu verändern, wobei dann entsprechend die Anzahl Ider Flip-Flops F zu ändern ist. In dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel werden, wie erwähnt, sechs Flip-Flop-Schaltungen F benutzt, wodurch der Zustand reproduziert wird, der sich ergibt, wenn eine Vibrationskraft auf eine Turbine mit sechs Rotierschaufeln (nu= 6) und einer Düse (nu = 1) gegeben wird.
Demgegenüber wird, um den Zustand zu reproduzieren, der sich ergibt, wenn eine Turbine mit sechs Rotierschaufeln (na = 6) und zwei Düsen (n = 2) angeregt wird, die Anordnung so getroffen, dass der Setzausgang F'bt des Setzteiles der ersten Flip-Flop Schaltung F1 zu dem ersten piezo-elektrischen Element P1, welches an der ersten Rotierschaufel angebracht ist, und ferner zu dem vierten piezo-elektrischen Element P4, welches an der vierten Rotierschaufel angebracht ist, parallelgeschaltet wird,
dass weiter der Setzausgang F'b3 der dritten Flip-Flop-Schaltung F3 parallel zu dem zweiten und fünften piezo-elektrischen Element P2 und PS geschaltet wird und dass schliesslich der Setzausgang F'bs der fünften Flip-Flop-Schaltung PS parallel zu dem dritten und sechsten piezo-elektrischen Element P3 und P6 geschaltet wird.
Durch den obengenannten Schaltungsaaufbau erhält jedes piezo-elektrische Element einen Impuls
1/n1 n = 1/2nl, und dementsprechend erhält jede Rotierschaufel einen
Stoss im gleichen Zeitintervall 1/n1.n2= n9 = 1/2n1.
Die Vibrationskraft wird dabei nacheinander an jeweils benachbarte Rotierschaufeln mit einer Phasendifferenz entsprechend 1/n1.n3= n3= 1/6n1 angelegt, wobei die Phasendifferenz gleich dem Produkt aus der Periode der Schiebeimpulse l/nr fl2 # n3 und der Anzahl n2 der Düsen ist.
Die Flip-Fiop-Schaltungen F2, F4 und F6, deren Setzausgänge F'b nicht mit den genannten piezo-elek- trischen Elementen verbunden sind, werden dabei lediglich zum Zwecke der Frequenz- und Phasenlageanpas- sung benutzt.
Im Falle einer Turbine, bei der die Anzahl n3 von Rotierschtaufeln 21 und die Anzahl der Düsen 27 ist, wird die gleiche Zahl 21 von Flip-Flop-Schaltungen wie die Anzahl der Rotierschaufeln zu einem Ring wie vorher beschrieben verbunden, und die genannten 21 Flip Flop-Schaltungen F werden in sieben Gruppen von je drei Flip-Flops aufgeteilt (3 ist der grösste gemeinsame Teiler in den Zahlen n3 = 21 der Rotierschaufeln und n2 = 27 der Düsen).
Dann wird das erste piezoelek- trische Element P1 mit dem Setzausgang F'bt der ersten Flip-Flop-Schaltung F1 von der ersten FlipFlop-Schal- tungs-Gruppe, das zweite piezo-elektrische Element P2 mit dem Setzausgang F'b7 der siebenten Flip-Flop Schaltung F7 (welche in dem Flip Flop-Schaltungs- Netzwerk dem 27ten - 27 ist gleich der Anzahl der Düsen - gezählt der Reihe nach von der genannten ersten Flip-Flop-Schaltung F1 zu der zweiten, dritten usw.
Flip-Flop-Schaltung F2, F3 usw. entspricht) ver bunden. (Merke: Weil das Flip-Flop-Schaltungs-Netz- werk in Ringform aufgebaut und aus 21 Flip Flops besteht, entspricht das 21te Flip-Fiop dem genannten ersten Flip-Flop F1). In entsprechender Weise wird das dritte piezo-elektrische Element P3 mit dem Setzausgang F'b13 der 13ten Flip-Flop-Schaltung und das vierte piezo-elektrische Element P4 mit dem Ausgangsanschluss F'b19 der l9ten Flip-Flop-Schaltung verbunden.
Durch die gesamte Anordnung hindurch wird das erste piezo-elektrisohe Element P1 und das achte piezoelektrische Element P8, welches das siebente von dem genannten ersten piezo-elektrischen Element aus ist (nämlich, 7 ist der Quotient von der Zahl n2 = 21 der Rotierschaufeln, dividiert durch den grössten gemeinsamen Teiler der Anzahl na = 21 der Rotierschaufein und der Anzahl n3= 27 der Düsen), und das fünfzehnte piezo-elektrische Element P15, welches das siebente von dem genannten achten piezo-elektrischen Element aus ist, parallel zu dem Ausgangsanschluss F'bt der ersten Flip-Flop-Schaltung der ersten Flip Flop-Schaltungs-Gruppe geschaltet.
Die einzelnen Verbindungen sind im folgenden tabuliert:
Flip-Flop- Flip-Flop- Piezo-elektrisches
Gruppe Nr. Schaltung Nr. Element Nr.
1 1 1, 8, 15
2
3
2 4 5, 12, 19
5
6
3 7 2, 9, 16
8
9
4 10 6, 13, 20
11
12
5 13 3, 10, 17
14
15
6 16 7, 14, 21
17
18
7 19 4, 11, 18
20
21
Wenn die genannten FlipFlop-Schaltungen F und die piezo-elektrischen Elemente P wie oben angegeben verbunden sind und ein Schiebeimpuls, dessen Frequenz na n2 n0 = 567n1 entspricht, an die Flip-Flop-Schal- tungen abgegeben wird, werden die 21 Rotierschan- feln angestossen in einem Zeitintervall,
entsprechend 1/n1 n2 = 1/27nl, und die benachbarten Rotierschaufeln werden nacheinander angestossen mit einer Phasendifferenz 1/ni na = 1/21n1, nämlich l/27n' = 6l567n1 (weil die Anzahl na = 27 der Düsen grösser als die Anzahl nl = 21 der Rotierschaufeln ist, wird die Rotierschaufel, welche zu einer Rotierschaufel benachbart ist, die von einer bestimmten Düse angestossen worden ist, von der zu der bestimmten Düse benachbarten Düse angestossen, bevor sie von der genannten bestimmten Düse angestossen wird. Daher ist die scheinbare Phasendifferenz na n3 - l/n1 # n2 = n2-n1 n1 # n2 # n3
Ein anderes in Fig. 9 dargestelltes Ausführungsbei- spiel ist im folgenden erläutert.
Das Bezugszeichen I bezeichnet einen Geber, der Sinus wellen abgibt, deren Frequenz 2fl ist, entsprechend zweimal der Frequenz fl =nl n2 der Vibrationskräfte, die periodisch auf die in der Figur nicht gezeigten Rotierschaufein gegeben wird. Der Ausgang dieses Gebers list an den Eingang einer Wellenform-Schaltung II angeschlossen. Diese Wellenform-Schaltung besteht aus einem Schmitt-Trigger, einer Differenzier-Schaltung und einer Flip-Flop Schaltung und wandelt die Sinuswelle in eine symmetrische Rechteckwelle um, deren Frequenz gleich f1 ist.
Der Eingang eines Integrators III ist mit dem Ausgang der genannten Wellenform-Schaltung II verbunden.
Dieser Integrator integriert die genannten symmetri- schen Rechteckwellen, deren Frequenz 4 ist, und wandelt sie auf diese Weise in eine symmetrische Dreieckwelle um. Der Ausgang dieses Integrators III ist parallel zu dem Spannungsvergleicher IV geschaltet, dessen Quantität ns/2 ist (wenn na eine gerade Zahl ist), was der Hälfte der Anzahl na der Rotierschaufeln ent spricht, oder fla + 1 (wenn na eine ungerade Zahl
2 ist). Der Ausgang dieses Spannungsvefteilers IV ist an eine Differenzier-Schaltung V angeschlossen.
Jeder von zwei Grundbegrenzern VI ist an diese Differenzier-Schaltung V angeschlossen, wodurch die positiven und negativen Impulse dieser Differenzierschaltung voneinander getrennt werden. Die genannten Grundbegrenzer VI sind mit piezozelektfischen Elementen VIII über Verstärker VII verbunden. Diese piezo-elektrischen Elemente sind an den Rotierschaufeln angebracht.
In dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, dass nu= 1 (die Anzahl der Düsen ist 1) und nu = 10 (die Anzahl der Rotierschaufeln ist 10) ist. Eine Sinuswelle, deren Frequenz 2f1 ist und die von dem Geber I abgegeben wird, wird in eine symmetrische Rechteckwelle umgeformt, deren Frequenz fl ist. Diese Rechteckwelle wird in eine symmetrische Dreieckwelle mittels des Integrators III umgeformt. Wie in Fig. 10 gezeigt, wird diese symmetrische Rechteckwelle so eingestellt, dass ihre Amplitude bei 5 Volt gehalten wird.
Fünf Spannungsvergleicher IV1, IV2, IV3, IV4 und IV5 werden bei 1 bzw. 3, 5, 7 und 9 Volt gehalten.
Wenn dementsprechend die Spannung der genannten symmetrischen Dreieckwelle graduell von ihrem Mini talwert auf ihren Maximalwert ansteigt, nämlich über 1, 3, 5, 7 und 9 Volt, werden der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Spannungsvergleichef IV1, IV2, IV3, IV4 und IV5 nacheinander betätigt. Wenn die genannte symmetrische Dreiecksweile in ihrer Spannung absinkt von ihrem Maximalwert 10 Volt über 9, 7, 5, 3 und 1 Volt, werden der fünfte bis erste Spannungsvergleicher IV5 bis IVl nacheinander wieder in den unbetätigten Zustand versetzt. Dementsprechend geben der genannte erste bis fünfte Spannungsvergleicher IV5 bis IV1 Ausgänge wie in Fig. 11 gezeigt ab.
Die Differenzierschaltungen VI bis V5, von denen je eine mit einem der Spannungsvergleicher IV1 bis IVS verbunden ist, geben positive oder negative Impulse wie in Fig. 12 gezeigt ab, wenn der zugeordnete Spannungsvergleicher ein Ausgangssignal liefert oder das Ausgangs signal beendet.
Es ergibt sich, dass zehn Grundbegrenzer VI1, VI'1, VI2, VI'2 usw. bis VI5 und VI'5 (von denen je zwei parallel an die zugeordnete Differenzierschaltung V angeschlossen sind) sich in einer solchen Weise verhalten, dass die Grundbegrenzer VI1 bis VI5 und VI'1 bis VI'5 nacheinander jeweils einen von fünf positiven Impulsen und fünf negativen Impulsen nach einer
Phasenverschiebung lint n2 na = l/ni na abgeben, wobei die Phasenverschiebung der Quotient aus der Periode 1/f1 = l/nl na = l/nl (weil na = ist) der auf die Rotierschaufeln gegebenen Vibrationskraft, dividiert durch 10 ist,
wobei 10 die Zahl der Rotier schaufeln ist. Nach der genannten Periode l/fl wird wieder ein positiver Impuls von dem Grunldbegren- zer VI1 abgegeben.
Diese Impulse werden dann an die piezo-elektrischen Elemente VIII 1 bis VIIIS und VIII'1 bis VIII'S mit einer Phasenverschiebung 1/na na über die Verstärker VI 1 bis VII5 und VII'1 bis VII'S abgegeben, welche Verstärker an die genannten zehn GrundbeEgren- zer VI 1 bis VI5 und VI'1 bis VI'5 abgeschlossen sind.
Bei dem Ansführungsbeispiel in Fig. 9 ist es also möglich, Vibrationskräfte an die Rotierschaufein unter denselben Bedingungen wie beim tatsächlichen Betrieb abzugeben.
Die Ausführungsbeispiele, bei denen eine Anregungsquelle, wie z. B. eine Düse, benutzt wird, sind oben erläutert worden. Im Fall, dass mehrere Anre gungsqueilen benutzt werden, ist es notwendig, eine derartige Anordnung zu treffen, dass der genannte Impuls jeweils nach einer Zeit entsprechend l/n1 n2 na (was dem Reziprokwert des Produktes aus der Anzahl n1 der Umdrehungen pro Zeiteinheit des Rotationskörpers und der Anzahl n;
; der Anregungsquellen und der Anzahl n3 der herausragenden Teile wie Rotierschaufeln entspricht) abgegeben wird und dass der genannte Impuls an die herausragenden Teile jeweils nach na Impulsen gegeben wird, so dass eine Vibrationskraft an jeden der genannten herausragenden Teile angelegt wird, deren Vibrationszahl nu nu ist. Ferner wird die Anlegung der Vibrationskraft nacheinander verschoben auf die jeweils benachbarten herausragenden Teile mit einer Phasendifferenz entsprechend 1/n1. na, und die Impulse werden der Reihe nach verteilt mit einem Impulsabstand ng.
Method and device for generating pulsating forces on one
Rotation body protruding parts
The invention relates to a method for generating pulsating forces on parts protruding from a body of revolution and to a provision for carrying out this method.
In rotary fluid machines, such as. B. steam turbines, gas turbines, etc., are on the outside of the rotating body at certain defined intervals protruding parts such. B. moving blades, attached and a certain defined number of a vibration stimulating sources, such. B.
stationary blades or nozzles are arranged opposite these protruding parts, and the rotating body is driven by the exciters of the flow emanating from said nozzles or from parts between said stationary blades. In this case, the said rotating blades receive the impact forces generated by the change in the speed of the flow, each time the rotating blades have just passed the said stationary blades or the nozzles, provided that the rotating blades move together with rotate the rotating body.
In other words, the vibration forces in the form of the product f1 = n1 n (where n1 is the speed of rotation of the rotating body per unit of time and n2 is the number of stationary blades or the number of nozzles) are applied to the rotating blades mentioned. The time during which a certain rotating blade and the immediately adjacent rotating blade pass the flow section that is assigned to a certain stationary blade or nozzle corresponds to the value 1 int n3, which is the reciprocal of the product of the rotational speed n1 of the rotating body and the number n3 of the rotating blades.
Therefore, the adjacent rotating blades successively receive the vibrating force with a phase difference equivalent to the aforementioned time l / n1 n5.
Groups of such rotating blades are elastically connected to one another with the help of spacers or connecting metal and therefore form a certain cascade. This construction makes it difficult to theoretically analyze the position of said rotating blades, in contrast to a single blade or to indefinite cascade blades, in which the vibration position can easily be analyzed mathematically. Under these circumstances, there has been an urgent requirement that this vibration position of said rotating blade can be measured by means of experimental methods.
In order to find the vibration characteristics of the rotating blade without rotating the rotating body of a vibraflon system itself, but with the aid of a reproduction of the vibration position of the rotating blade forming the protruding part of the rotating body, an apparatus as shown in FIGS 2 has been in use.
This conventional apparatus is constructed in such a way that a drive body 4 is provided therein and, instead of steam nozzles, water nozzles 3 in the same number as the known steam nozzles in said drive body 4 are arranged at the same distance from one another and opposite the rotating blades 2, the rotating blades are attached to the outside of a rotary disk 1. Furthermore, a turbine output shaft 5 is provided, which is coupled to the rotating disk 1 and is rotatably arranged in a bearing not shown in FIG. 1.
A housing 6 is also provided, in which said rotating disk 1, rotating blades 2 and drive body 4 are hermetically sealed, and pressurized water is supplied to said drive body 4 by a pump (not shown in FIG. 1), which is supplied by water nozzles 3 of said drive body 4 is radiated towards said blades 2, whereby the rotating blades 2 and the rotating disk 1 are set in rotation and at the same time the rotating blades are subjected to a periodic vibratory force by the water radiating unevenly in the circumferential direction.
A dynamometer 7 is attached to said rotating blade, the feed wire of said dynamometer being connected to the slip ring 8, which is arranged on the output shaft 5, whereby the force on the rotating blade 2, to which said dynamometer 7 is attached, is measured; Furthermore, the speed of the said output shaft 5 is measured by means of the tachometer 9, which is attached to the output shaft 5, and the number of vibrations per unit of time with which the said rotating blade 2 is applied is determined from this speed. The vibration characteristics of the rotating blades 2 are thus found.
In such a vibration excitation apparatus, it is necessary every time the protruding part such. B. the rotating blade of the Rotationskorpers is redesigned to create a whole blade wheel for the vibration tests. This entails considerable additional costs. In addition, the apparatus mentioned allows only the part to which the dynamometer is attached to be measured. In addition, when this protruding part is short, only a dynamometer can be attached to one protruding part. Accordingly, it is impossible to analyze the vibration conditions at different locations of the protruding part at the same time, and therefore the position of the dynamometer has to be changed several times during one analysis.
In addition, since it is impossible to unlimitedly increase the number of slip ring outputs and the number of channels on a used recorder, etc., the vibration phase relationship of all the protruding parts cannot be found at the same time. For these reasons, repeated attempts must be made.
In addition, the dynamometer comes into contact with the water jets and is additionally subjected to a centrifugal force corresponding to the number of revolutions. This means that the dynamometers are quickly destroyed.
Furthermore, it is necessary to produce a new drive body 4 every time the ratio of the inclination of the exciting part, such as. B. the nozzle, against the inclination of the protruding part such. B. the rotating blade is changed. Accordingly, in the conventional rotary-type vibratory excitation apparatus, considerable labor and time are required and it is difficult to analyze the test results, so that the cost of the experiment inevitably becomes very high.
In the further known static vibration excitation method in which a magnet or a vibrating mechanism or something similar is used to move the protruding parts, such as. B. to vibrate the rotating blades attached to the rotating body such as a rotor, it is impossible to simultaneously excite said protruding parts with a vibration phase difference corresponding to the flow portion associated with each nozzle. Accordingly, it is also impossible to reproduce its real excited state.
The invention was based on the object of eliminating the above-mentioned disadvantages inherent in the known arrangements of the present type. According to the invention, this is achieved in a method of the type mentioned in that a pulsating force, the number of pulses of which is equal to the product of the operating speed nl of the rotary body and the number na of pulse force excitation sources that act on protruding parts of the stationary rotary body, is given, and that this pulsating force is shifted in sequence to the respectively adjacent protruding part with a time phase difference which is equal to the reciprocal of the product of the said operating speed nl and the number n of protruding parts.
A principal advantage of the invention is that a vibration force similar to that in the actual state of rotation is applied to the protruding parts without the rotating body being set in rotation, whereby the vibration characteristics of the protruding parts, in particular the resonance characteristics in relation to the excitation sources, can be measured accurately.
Because a vibration force in the form of the number of vibrations n1 n2, which is equal to the product of the number ns of excitation sources and the number nl of revolutions corresponding to the actual number of revolutions of the rotating body, is applied to the protruding parts of the rotating body, it becomes possible that a vibration force can be applied to said protruding parts equal in number to that in the actual operating state and which is applied to each of said protruding parts each time,
if the said protruding part is rotated at a speed nl per unit of time and is guided past n2 excitation sources, and that the said vibration force is applied to adjacent protruding parts in sequence in equal phase differences in the form of 1 / ni n8, which is the reciprocal of the product correspond to the stated speed nl and the number n of protruding parts.
Accordingly, a vibration force can be applied to the above-mentioned protruding parts in sequence with the same time difference as in the actual operating state, during which time difference the said excitation source gives a shock to the protruding part which is just passing the excitation source, and also another Encounter the protruding part adjacent to this protruding part. Therefore, the actual excited state can be reproduced without rotating the rotating body.
Because a vibration force that is the same as in the actual operating state can be applied to the protruding part without rotating the rotating body, it is possible to directly observe the vibration state of the protruding part and easily the type of vibration in detail by applying pickups to the to analyze necessary positions. Further, since the method of the present invention does not require slip rings, the vibration phase relationship of the protruding parts as a whole can be easily checked in a short time. It is also possible to carry out the vibration test on the actual machine without providing a special test rotating body. This can significantly reduce costs.
Since it is not necessary to rotate the rotating body, the noise of the rotating body associated with a rotation can also be avoided, and finally the measuring mechanisms or dynamometers are also protected from destruction.
The invention further relates to a device for carrying out the present method, which is characterized by the same number of FlipiFlop circuits as the number of parts protruding from the rotating body, piezo-electric elements that are attached to these parts and that are connected to the set outputs of the said flip-flop circuits are connected, a first direct current source which is connected to the set input of a certain one of said flip-flop circuits, a second direct current source which is connected to all reset inputs of said flip-flop circuits, and a transmitter,
which is connected to all trigger inputs of the said flip-flop circuits, the flip-flop circuits being arranged so that the set output and the reset output of one of these flip-flop circuits are connected to the set input and the reset input of the adjacent flip-flop circuit and such a connection of the outputs and inputs is provided in the same way in each case from one to the next adjacent flow-flop circuit in order to connect the flip-flop circuits to one another in a ring shape.
With this device, the above-mentioned measuring operations can be carried out by a minimum number of people.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawings, for example.
Fig. 1 is a longitudinal section through a conventional device for exciting vibratory forces.
FIG. 2 is a section on the plane II-II in FIG. 1.
Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a device for exciting vibratory forces according to the invention.
FIG. 4 shows a flip-flop circuit which forms an important component of the device shown in FIG.
Fig. 5 is a diagram showing the input pulses applied to the circuit in Fig. 3 and the output pulses e emitted from that circuit and transmitted to the piezoelectric elements.
FIG. 6 is a symbolic diagram showing the scheme according to which the output pulses are transmitted to the individual piezoelectric elements in FIG.
7 and 8 are symbolic diagrams as in FIG. 6, which show the scheme according to which the numbers of the driven blades and the numbers of the (driving) nozzles of the embodiment mentioned are changed.
Fig. 9 is a block diagram showing another embodiment of an apparatus according to the invention.
FIGS. 10 to 13 are provided to illustrate the operation of the circuit behind the voltage comparator stage in FIG. 10 shows the scheme according to which a symmetrical triangular voltage output by the integrator is compared with the potentials of five voltage comparators, FIG. 11 shows the output signals of these voltage comparators and FIGS. 12 and 13 are the output signals of the differentiating circuit or of the basic limiter.
3 and 4 show an embodiment of the invention in which a vibratory force is applied to a turbine comprising six rotating blades and a nozzle. As can be seen in Fig. 4, F means a plurality of flip-flop circuits, each of which consists of a first part F ', which brings the flip-flop into the set state, and a second part F ", which the flip-flop The set input F'a of the set part F 'is connected to the set output F'b of the set part of the adjacent flip-flop with the aid of the lead wire L. The reset input F "a of the reset part is connected to the Reset output F "b of the adjacent reset part F" with the aid of the lead wire L '.
Thus six flip-flop circuits F are connected to one another in a ring shape, the number of these flip-flops being the same as the number of rotating blades of the turbine.
A direct set input F'c is attached only to the first (F1) of said six flip-flop circuits F, and direct reset inputs F "c are attached to the reset part F" of said flip-flop circuits F and connected to one Terminal D by a wire R, and this terminal D is connected to a reset input C by a wire R '. If an initial single set pulse is applied to said direct set input F'c, the flip-flop circuit cannot be operated accurately if more than two pulses are inputted simultaneously. To avoid this, it is necessary to provide a chatter protection device.
A trigger input Fd is attached to each of the aforesaid flip-flop circuits, and these trigger inputs Fd are connected to a ring-shaped connecting wire S via a lead wire S ', and this ring connection S is connected to a wave pulse generator not shown in the figure.
The connecting line L, which is connected to the set parts F 'of said flip-flop circuits F, is connected to each of the piezoelectric elements P, which are made of titanium-acid-barium or something similar and which are connected to the in the figure Rotating blades not shown are attached and connected to the lead wires E.
When a set level control input is applied to the set inputs F'a of the set parts of each of said flip-flop circuits F, the flip-flop circuits F are set, and said pulse is sent to the piezoelectric elements P of the Set output F'b is given via line L, and thus a vibration force is applied to the rotating blade. In contrast, when a reset level control input is given to the reset input F "a of the reset part F", the flip-flop circuit is reset. In this case, however, no vibratory force is applied to the rotating blade because the reset output F ″ b is not connected to the piezoelectric element P.
When a trigger pulse is applied to the trigger input Fd, the circuit F is set when the set level control input is present in the flip-flop circuit F (namely when a voltage is applied therein). In contrast, the circuit F is reset when the reset control input is present.
Such an arrangement is now made that the set level control input and the reset level control input are not applied to the same flip-flop circuit F at the same time.
The embodiment shown in FIGS. 3 and 4 is arranged or constructed in this way.
Therefore, when the reset input C is closed, the reset pulses reach all flip-flop circuits F1 to F6, and then all flip-flop circuits are held in the reset state. Accordingly, a voltage is applied to the lead wires L1 to L6 which connect the aforementioned reset parts F ″ to each other, and no voltage is applied to any of the lead wires Ll to L6 which connect the set parts F 'to each other.
When a single initial setting pulse is applied to the direct set pulse input F'c, which is attached to said first flip-flop circuit F1, only the circuit F 1 is brought from the reset state to the set state, and the others flip -Flop circuits F2 to F6 are held in the reset state. Accordingly, the lead wire L'1 connecting the circuits F1 and F2 is made non-conductive and the other lead wires L1 are made conductive.
The result is that a pulse is emitted to the piezo-electric element P1, which is connected to the aforementioned lead wire L1 via the wire E1, whereby the rotating blade, which is provided with the aforementioned piezo-electric element P1, receives a shock. On the other hand, however, the circuits F2 to F6 are kept in the reset state, and accordingly no pulses are given to the other piezoelectric elements P2 to P6.
When the first shift pulse fsl is delivered to the shift pulse terminal S "from the shift pulse generator, not shown in the figure, a trigger input pulse is sent to all flip-flop circuits F with the aid of the ring connection S and the lead wires S'1 to S'6, which connected to said port S ″, delivered.
At this moment the flip-flop circuit F 1 is in the set state. However, since the line L'6 is made conductive and therefore the reset level = control input is applied to this line, the said first flip-flop circuit F1 is brought into the reset state.
Furthermore, the second circuit F2 is in the reset state, but because the line L1 has been made conductive and the set level control input is applied, the circuit F2 is then brought into the set state. The circuits F3 to F6 of FIGS. 3 to 6 are then still in the reset state, and because the lead wires L'2 to L'5 are conductive, these circuits are held in the reset state.
In this way, only the circuit F2 is brought into the set state by the first shift pulse fsl, whereby the second piezoelectric element P2 is actuated and only the second rotating blade is excited.
After this operation, when the second shift pulse fs2 is applied to the shift pulse terminal S ", only the third flip-flop circuit F3 is set and all other flip-flop circuits F1, F2, and F4 to F6 are set to be reset State, and therefore a vibratory force is applied only to the third rotating blade.
In the same way, the fourth, the fifth, etc.
Circuits F4, F5, etc. are sequentially brought into the set state with the successive arrival of the shift pulses fs3, fs4, etc., whereby a vibratory force is applied to the fourth, fifth, etc. rotating blades.
In order to implement the above-described mode of operation, it is necessary that the frequency f's of the shift pulses fs, which is to be applied to the said shift pulse connection S ", corresponds to the product of firstly the number n1 of revolutions per unit time of the rotating body to which the rotating blades are attached, and secondly the number n of resting blades or nozzles and thirdly the number ns of rotating blades (f's = nl n n3).
Furthermore, the number of flip-flops is equal to the number of rotating blades. The embodiment shown in Figs. 3 and 4 shows the case that the number n2 of nozzles is 1 and the number ns of rotating blades is 6. Fig. 5 shows the relationship between the shift pulses fs and the pulse distribution FD applied to the first to sixth piezo-electric elements P1 to P6 are applied. Referring to Fig. 5, when a single pulse is applied for initial setting, this pulse is applied to the first piezo-electric element P1, thereby exciting the first rotating vane. Then the second piezo-electric element P2 is actuated by applying the first shift pulse fsl.
In this way, the third, fourth, etc. through the sixth piezo-electric element P3, P4. . . P6 is operated in turn each time the shift pulse fs is entered. Afterwards, when the sixth shift pulse is emitted, the first piezo-electric element P1 is excited again.
One and the same rotating shovel receives a push with a period of l / n1 n = lini (becausen 1). Furthermore, the vibration force is successively pushed onto the respectively neighboring rotating blade with a phase difference of l / n1 n.
Accordingly, by varying the frequency f's of the shift pulse fs, it is also possible to reproduce the state which results when the number of revolutions n1 = fs / n2 n of the rotary body is changed.
It is also possible to change the number of rotating blades, the number of flip-flops F then having to be changed accordingly. In the embodiment shown in Figs. 3 and 4, as mentioned, six flip-flop circuits F are used, whereby the state is reproduced which results when a vibratory force is applied to a turbine with six rotating blades (nu = 6) and a nozzle (nu = 1) is given.
In contrast, in order to reproduce the state that results when a turbine with six rotating blades (na = 6) and two nozzles (n = 2) is excited, the arrangement is made so that the setting output F'bt of the setting part of the first Flip-flop circuit F1 is connected in parallel to the first piezo-electric element P1, which is attached to the first rotating blade, and furthermore to the fourth piezo-electric element P4, which is attached to the fourth rotating blade,
that the set output F'b3 of the third flip-flop circuit F3 is connected in parallel to the second and fifth piezoelectric elements P2 and PS and that finally the set output F'bs of the fifth flip-flop circuit PS is connected in parallel with the third and the sixth piezo-electric element P3 and P6 is switched.
With the above circuit structure, each piezoelectric element receives a pulse
1 / n1 n = 1 / 2nl, and accordingly each rotating blade receives one
Collision in the same time interval 1 / n1.n2 = n9 = 1 / 2n1.
The vibration force is applied one after the other to adjacent rotating blades with a phase difference corresponding to 1 / n1.n3 = n3 = 1 / 6n1, the phase difference being equal to the product of the period of the shift pulses l / nr fl2 # n3 and the number n2 of nozzles .
The flip-flop circuits F2, F4 and F6, the setting outputs F'b of which are not connected to the aforementioned piezoelectric elements, are used only for the purpose of frequency and phase position adjustment.
In the case of a turbine in which the number n3 of rotating blades is 21 and the number of nozzles is 27, the same number 21 of flip-flop circuits as the number of rotating blades are connected into a ring as described above, and the aforementioned 21 flip Flop circuits F are divided into seven groups of three flip-flops each (3 is the greatest common factor in the numbers n3 = 21 of the rotating blades and n2 = 27 of the nozzles).
Then the first piezoelectric element P1 with the set output F'bt of the first flip-flop circuit F1 of the first flip-flop circuit group, the second piezoelectric element P2 with the set output F'b7 of the seventh flip -Flop circuit F7 (which in the flip-flop circuit network the 27th - 27 is equal to the number of nozzles - counted in sequence from said first flip-flop circuit F1 to the second, third, etc.
Flip-flop circuit F2, F3, etc. corresponds) ver. (Note: because the flip-flop circuit network is structured in a ring shape and consists of 21 flip-flops, the 21st flip-flop corresponds to the aforementioned first flip-flop F1). In a corresponding manner, the third piezo-electric element P3 is connected to the set output F'b13 of the 13th flip-flop circuit and the fourth piezo-electric element P4 is connected to the output terminal F'b19 of the 19th flip-flop circuit.
Throughout the entire arrangement, the first piezoelectric element P1 and the eighth piezoelectric element P8, which is the seventh of said first piezoelectric element (namely, 7 is the quotient of the number n2 = 21 of the rotating blades, divided by the greatest common divisor of the number na = 21 of the rotating blades and the number n3 = 27 of the nozzles), and the fifteenth piezo-electric element P15, which is the seventh of the eighth piezo-electric element mentioned, in parallel with the output terminal F. 'bt switched to the first flip-flop circuit of the first flip-flop circuit group.
The individual connections are tabulated below:
Flip-flop flip-flop piezo-electric
Group No. Circuit No. Element No.
1 1 1, 8, 15
2
3
2 4 5, 12, 19
5
6th
3 7 2, 9, 16
8th
9
4 10 6, 13, 20
11
12
5 13 3, 10, 17
14th
15th
6 16 7, 14, 21
17th
18th
7 19 4, 11, 18
20th
21st
When the mentioned flip-flop circuits F and the piezoelectric elements P are connected as indicated above and a shift pulse whose frequency corresponds to na n2 n0 = 567n1 is output to the flip-flop circuits, the 21 rotating blades become triggered in a time interval,
corresponding to 1 / n1 n2 = 1 / 27nl, and the neighboring rotating blades are pushed one after the other with a phase difference 1 / ni na = 1 / 21n1, namely l / 27n '= 6l567n1 (because the number na = 27 of the nozzles is greater than the number nl = 21 of the rotating blades, the rotating blade that is adjacent to a rotating blade that has been hit by a specific nozzle is hit by the nozzle adjacent to the specific nozzle before it is hit by the named specific nozzle Phase difference na n3 - l / n1 # n2 = n2-n1 n1 # n2 # n3
Another exemplary embodiment shown in FIG. 9 is explained below.
The reference symbol I denotes an encoder that emits sine waves whose frequency is 2fl, corresponding to twice the frequency fl = nl n2 of the vibration forces that are periodically applied to the rotating blade, not shown in the figure. The output of this encoder is connected to the input of a waveform circuit II. This waveform circuit consists of a Schmitt trigger, a differentiating circuit and a flip-flop circuit and converts the sine wave into a symmetrical square wave whose frequency is equal to f1.
The input of an integrator III is connected to the output of said waveform circuit II.
This integrator integrates the mentioned symmetrical square waves, the frequency of which is 4, and in this way converts them into a symmetrical triangular wave. The output of this integrator III is connected in parallel to the voltage comparator IV, the quantity of which is ns / 2 (if na is an even number), which corresponds to half the number na of rotating blades, or fla + 1 (if na is an odd number
2 is). The output of this voltage divider IV is connected to a differentiating circuit V.
Each of two basic limiters VI is connected to this differentiating circuit V, whereby the positive and negative pulses of this differentiating circuit are separated from one another. The basic limiters VI mentioned are connected to piezoelectric elements VIII via amplifier VII. These piezo-electric elements are attached to the rotating blades.
In the embodiment shown in FIG. 9, it is assumed that nu = 1 (the number of nozzles is 1) and nu = 10 (the number of rotating blades is 10). A sine wave, the frequency of which is 2f1 and which is output by the transmitter I, is converted into a symmetrical square wave, the frequency of which is fl. This square wave is converted into a symmetrical triangular wave by means of the integrator III. As shown in Fig. 10, this symmetrical square wave is adjusted to keep its amplitude at 5 volts.
Five voltage comparators IV1, IV2, IV3, IV4 and IV5 are held at 1 and 3, 5, 7 and 9 volts, respectively.
Accordingly, when the voltage of said symmetrical triangular wave gradually increases from its mini talwert to its maximum value, namely above 1, 3, 5, 7 and 9 volts, the first, second, third, fourth and fifth voltage comparators IV1, IV2, IV3, IV4 and IV5 operated in succession. If the voltage of said symmetrical triangular wave drops from its maximum value of 10 volts to 9, 7, 5, 3 and 1 volt, the fifth to first voltage comparators IV5 to IV1 are successively returned to the inoperative state. Accordingly, the aforementioned first to fifth voltage comparators IV5 to IV1 give outputs as shown in FIG.
The differentiating circuits VI to V5, each of which is connected to one of the voltage comparators IV1 to IVS, emit positive or negative pulses as shown in FIG. 12 when the associated voltage comparator supplies an output signal or the output signal terminates.
The result is that ten basic limiters VI1, VI'1, VI2, VI'2 etc. to VI5 and VI'5 (two of which are each connected in parallel to the associated differentiating circuit V) behave in such a way that the basic limiters VI1 to VI5 and VI'1 to VI'5 in succession each one of five positive pulses and five negative pulses after one
Output phase shift lint n2 na = l / ni na, where the phase shift is the quotient of the period 1 / f1 = l / nl na = l / nl (because na = ist) of the vibration force applied to the rotating blades, divided by 10,
where 10 is the number of rotating blades. After the period l / fl mentioned, a positive pulse is emitted again by the basic limiter VI1.
These pulses are then transmitted to the piezo-electric elements VIII 1 to VIIIS and VIII'1 to VIII'S with a phase shift 1 / na na via the amplifiers VI 1 to VII5 and VII'1 to VII'S, which amplifiers are sent to the ten basic levels mentioned. zer VI 1 to VI5 and VI'1 to VI'5 are completed.
In the exemplary embodiment in FIG. 9, it is therefore possible to give vibration forces to the rotating blades under the same conditions as during actual operation.
The embodiments in which an excitation source such. B. a nozzle is used, have been explained above. In the event that several excitation sources are used, it is necessary to make such an arrangement that the said pulse in each case after a time corresponding to l / n1 n2 na (which is the reciprocal of the product of the number n1 of revolutions per unit time of the rotary body and the number n;
; of the excitation sources and the number n3 of protruding parts such as rotating blades) and that the said pulse is given to the protruding parts after every na pulses, so that a vibration force is applied to each of the mentioned protruding parts, the number of vibrations is nu nu. Furthermore, the application of the vibration force is shifted one after the other to the respectively adjacent protruding parts with a phase difference corresponding to 1 / n1. na, and the pulses are distributed in sequence with a pulse spacing ng.