DE102007028728A1 - Device for balancing rotors - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Auswuchten von fest auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotoren mit einer Messeinrichtung, um einen Unwuchtvektor nach Größe und Richtung zu bestimmen, sowie mindestens zwei über ihren Umfang eine ungleichmäßige Massenverteilung ausweisenden Auswuchtringen (30a, 30b), die mit dem Rotor umlaufend gelagert sind und mittels stationären Stelleinrichtungen (6a, 6b) berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind, die wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes aufweisen, die mit den Auswuchtringen (30a, 30b) ein nach Art einer Wirbelstrombremse arbeitendes System bilden, wobei die Auswuchtringe (30a, 30b) zwecks Massenausgleich verstellbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe (30a, 30b) drehbar auf einem mit dem Rotor verbundenen Joch aus nicht-magnetischem Material angeordnet sind, in dem wenigstens eine Dauermagnet-Einrichtung eingelagert ist, die mit einer Profilierung an den Auswuchtringen (30a, 30b) zusammenwirkt und diskrete, stabile Haltepositionen bildet.Apparatus for balancing rotors arranged fixedly on a rotating shaft with a measuring device in order to determine an unbalance vector in terms of size and direction, and at least two balancing rings (30a, 30b) having a nonuniform mass distribution over their circumference, which are mounted circumferentially with the rotor and by means of stationary actuating devices (6a, 6b) are rotatable in the circumferential direction without contact, which have at least one coil for generating an electromagnetic field, which form with the balancing rings (30a, 30b) a system operating in the manner of an eddy current brake, wherein the balancing rings (30a, 30b ) are adjustable for the purpose of mass balance, characterized in that the balancing rings (30a, 30b) are rotatably mounted on a yoke connected to the rotor made of non-magnetic material, in which at least one permanent magnet device is incorporated, with a profiling on the Balancing rings (30a, 30b) cooperates un d forms discrete, stable holding positions.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswuchten von Rotoren fest auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotoren mit einer Messeinrichtung, um einen Unwuchtvektor nach Größe und Richtung zu bestimmen, sowie mindestens zwei über ihren Umfang eine ungleichmäßige Massenverteilung aufweisende Auswuchtringe, die mit dem Rotor umlaufend gelagert sind und mittels stationären Stelleinrichtungen berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind, die jeweils wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes aufweisen, die mit den Auswuchtringen ein nach Art einer Wirbelstrombremse arbeitendes System bilden, wobei die Auswuchtringe zwecks Massenausgleich verstellbar sind.The The invention relates to a device for balancing rotors rotors arranged on a rotating shaft with a measuring device, an unbalance vector in size and direction and at least two beyond its circumference Unbalanced mass distribution balancing rings, which are mounted circumferentially with the rotor and by means of stationary Adjusters rotatable without contact in the circumferential direction each having at least one coil for generating an electromagnetic Have field that with the balancing rings in the manner of an eddy current brake form working system, the balancing rings for mass balance are adjustable.
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Im Hinblick auf den oben diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation bereitzustellen, bei der die Auswuchtringe bei der Beschleunigung bzw. Abbremsung des Rotors sicher gehalten werden, jedoch bei laufendem Rotor mit möglichst geringem Steuerungsaufwand auch sicher verstellt werden können.In view of the above-discussed prior art, the present invention seeks to provide an apparatus for unbalance compensation, in which the balancing rings are held securely in the acceleration and deceleration of the rotor, but also safe with the rotor running with the least possible control effort can be adjusted.
Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswuchtringe
drehbar auf einem mit dem Rotor verbundenen Joch aus nicht-magnetischem
Material angeordnet sind, in dem wenigsten eine Dauermagnet-Einrichtung
eingelagert ist, die mit einer Profilierung an den Auswuchtringen
zusammenwirkt und diskrete, stabile Haltepositionen bildet. Durch
das Zusammenwirken der Dauermagnet-Einrichtung in dem Joch mit den Profilierungen
in den Auswuchtringen kann eine sichere Halterung der Auswuchtringe
bei Beschleunigungen oder Verzögerungen des Rotors sichergestellt
werden. Darüber hinaus ergibt sich durch die Kombination
der Wirbelstrombremse zwischen der Stelleinrichtung und den Auswuchtringen
mit der Halterung der Auswuchtringe an dem Joch durch Dauermagnete
eine vereinfachte Ansteuerung, in dem die Wirbelstrombremse nur
ein- und ausgeschaltet werden muss, um den betreffenden Auswuchtring
gegen die Drehrichtung des Rotors zu verstellen. Diese Ansteuerung
ist insbesondere gegenüber der Ansteuerung, die in der
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Joch einen radialen Jochring aufweist, der zwischen den Auswuchtringen angeordnet ist. Im Prinzip könnte jedem Auswuchtring ein eigener Jochring zugeordnet werden. Durch die vorliegende Ausgestaltung der Erfindung wird der Bauaufwand verringert, weil ein einziger Jochring ausreicht, um die beiden Auswuchtringe festzustellen.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the yoke has a radial yoke ring, which is arranged between the balancing rings. In principle, could Each balancing ring to be assigned its own yoke ring. By the present embodiment of the invention is the construction cost reduced, because a single yoke ring is sufficient to the two Determine balancing rings.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, an dem radialen Jochring seitliche in Achsrichtung des Rotors verlaufende Ansätze vorgesehen sind, an denen die Auswuchtringe über Drehlager gelagert sind. Durch diese Ausgestaltung kann die Auswuchtvorrichtung als kompakte Baueinheit ausgebildet werden, die als ganzes dann auf dem Rotor montiert wird.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that at the radial yoke ring in the axial direction the rotor extending approaches are provided, in which the balancing rings are mounted on pivot bearings. Through this Design, the balancing device as a compact unit be trained as a whole then mounted on the rotor.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe mittels Flachkäfig-Nadellagern an dem Joch gelagert sind. Flachkäfig-Nadellager als Wälzlager mit besonders niedriger Bauform sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Auswuchtvorrichtung sehr klein ausgeführt werden muss, beispielsweise, wenn der auszuwuchtende Rotor eine kleine Bauform hat.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the balancing rings by means of flat cage needle bearings are stored on the yoke. Flat cage needle roller bearings as roller bearings with a particularly low design are particularly advantageous if the balancing device has to be made very small, For example, when the rotor to be balanced a small design Has.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe mittels Dünnringlagern an dem Joch gelagert sind. Dünnringlager sind hochpräzise Kugellager mit axialer Führung. Sie sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn verhältnismäßig große Rotoren mit einem kompakten Auswuchtsystem ausgewuchtet werden sollen.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the balancing rings by means of thin-ring bearings are stored on the yoke. Thin-section bearings are highly precise Ball bearing with axial guidance. They are especially then advantageous if relatively large Rotors with a compact balancing system to be balanced.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem Joch einzelne Dauermagnete aufweist, die über den Umfang des Jochs verteilt sind. Jeder der Dauermagnete wirkt dann mit einer Profilierung an den jeweiligen Auswuchtringen zusammen, so dass beispielsweise bei 360 am Umfang des Jochs verteilten Dauermagneten 360 stabile Haltepositionen erzeugt werden, die jeweils um ein Winkelgrad auseinander liegen.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the permanent magnet device on the Yoke has individual permanent magnets that are over the circumference of the yoke are distributed. Each of the permanent magnets then acts with a Profiling of the respective balancing rings together, so that for example, at 360 distributed on the circumference of the yoke permanent magnet 360 stable stop positions are generated, each by an angular degree lie apart.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem Joch einen Ringmagneten aufweist, der axial magnetisiert ist. Ein Ringmagnet als Alternative zu einzelnen Dauermagneten bietet den Vorteil eines einfachen Einbaus.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the permanent magnet device on the Yoke has a ring magnet which is axially magnetized. One Ring magnet as an alternative to single permanent magnets offers the Advantage of a simple installation.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung an den Auswuchtringen den Dauermagneten gegenüberliegende Ausnehmungen oder Bohrungen an den Auswuchtringen aufweisen. Die Profilierungen, die zum Ausbilden der Magnetkreise dienen, können in einfacher Weise aus Ausnehmungen oder Bohrungen an den Auswuchtringen bestehen, so dass hier kein besonderer Bearbeitungsaufwand entsteht.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the profiling of the Auswuchtringen the permanent magnet opposite recesses or holes have on the balancing rings. The profiling that leads to training The magnetic circuits can serve in a simple way Recesses or holes on the balancing rings exist, so that no special processing effort is created here.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung als die Rotoren umgebender Ring ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der Stelleinrichtung als die Rotoren umgebender Ring wird der gesamte Außenumfang der Rotoren durch die Wirbelstrombremse beeinflusst, wodurch die zur Verfügung stehende Kraft der Wirbelstrombremse voll ausgenutzt wird.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the adjusting device as the rotors surrounding ring is formed. By training the adjusting device As the rotors surrounding ring is the entire outer circumference the rotors are influenced by the eddy current brake, causing the available force of the eddy current brake full is exploited.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung als ein die Rotoren teilweise umgebendes Ringsegment ausgebildet ist. In einigen Anwendungsfällen, insbesondere wenn die Beschleunigung und Verzögerung des Rotors im Betrieb verhältnismäßig kleine Beträge haben, beispielsweise, weil die Drehzahl des Rotors niedrig ist, kann es ausreichen, wenn die Stelleinrichtung ein die Rotoren teilweise umgebendes Ringelement ausgebildet ist, wobei dann Material und Bearbeitung eingespart wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the adjusting device is designed as a ring segment partially surrounding the rotors. In some applications, especially when the acceleration and deceleration of the rotor in operation have relatively small amounts, for example, because the rotational speed of the rotor is low, it may be sufficient if the actuator is formed a ring element partially surrounding the rotors, then material and Bear saved.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen aus zwei magnetisch leitenden Ringteilen bestehen, die jeweils am Innenumfang Polansätze haben, die im zusammengesetzten Zustand abwechselnd unter den gegenüberliegenden Ringteil zur Bildung abwechselnder Pole vorstehen, und dass jede Stelleinrichtung eine Ringspule aufweist, die zwischen den Ringteilen angeordnet ist. Durch die Spule und die Polansätze der Ringteile werden in einfacher Weise die Magnetfelder erzeugt, die zusammen mit den Profilierungen an den Auswuchtringen die Wirbelstrombremse verwirklichen.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the adjusting means of two magnetic conductive ring parts, each at the inner circumference Polansätze have, in the assembled state, alternately under the opposite Ring part projecting to form alternating poles, and that each Setting device has an annular coil, between the ring parts is arranged. Through the coil and the Polansätze the Ring parts are easily generated the magnetic fields, the together with the profiling on the balancing rings the eddy current brake realize.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung U-förmige Magnete mit über dem Innenumfang der Stelleinrichtung abwechselnden Polen aufweist, und dass den Magneten elektrische Spulen zugeordnet sind, durch die das elektromagnetische Feld der Stelleinrichtung ein- und auszuschalten ist. Diese Ausgestaltung der Stelleinrichtung ist besonders vorteilhaft bei Auswuchtvorrichtungen, die zum Wuchten von Rotoren des Schwermaschinenbaus mit hohen Unwuchtkräften, beispielsweise für Turbinen und Generatoren, erforderlich sind, weil der Stator dann in Segmente unterteilt werden kann, die an dem Betreffenden Rotor (Turbine oder Generator) angebracht werden kann, ohne den Rotor aus seinem eingebauten Zustand, beispielsweise in einem Kraftwerk, ausbauen zu müssen.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the device characterized in that the adjusting device U-shaped magnets alternating with over the inner circumference of the actuator Poland, and that the solenoid associated with electrical coils through which the electromagnetic field of the actuator and turn off. This embodiment of the adjusting device is particularly advantageous in balancing devices that balance of rotors of heavy machinery with high unbalance forces, For example, for turbines and generators required are because the stator can then be divided into segments that be attached to the relevant rotor (turbine or generator) can, for example, without the rotor from its installed state in a power plant, to have to remove.
Die Erfindung betrifft auch ein adaptives System zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine, die eine Antriebsspindel, eine Werkstückaufnahmeeinrichtung und eine Wuchteinheit aufweist, wobei ein Unwuchtvektor von Schwingungssensoren über die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven Regelkreis die Wuchteinheit derart angesteuert wird, dass der Unwuchtvektor durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wuchteinheit eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist. Das adaptive System, in dem die Wuchtvorrichtung der oben beschriebenen Art integriert ist, ist besonders vorteilhaft, um Rotoren auszuwuchten, während diese drehbar angetrieben sind, das heißt, dass der Rotor ausgewuchtet werden kann, ohne ihn still zu setzen.The The invention also relates to an adaptive system for imbalance compensation in a tooling or balancing machine that has a drive spindle, a workpiece holder and a balancing unit having an unbalance vector of vibration sensors via the oscillation amplitude and the phase angle of the imbalance generated vibration and via an adaptive control loop the balancing unit is controlled such that the unbalance vector compensated or kept to a minimum by the balancing unit is characterized in that the balancing unit is a device of the type described above. The adaptive system in which the balancing device of the type described above is integrated, is particularly advantageous for balancing rotors while these rotatably driven, that is, the rotor balanced can be without putting it down.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System gekennzeichnet durch eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis, durch die die Ist-Position der Auswuchtringe zu bestimmen ist. Obwohl die Ist-Position der Auswuchtringe auch durch Aufzeichnen der Historie der Verstellung der Auswuchtringe ermittelt werden kann, ist eine Positions-Bestimmungseinheit vorteilhaft, weil hier das Aufzeichnen einer Historie nicht erforderlich ist. Außerdem ist eine derartige Positions-Bestimmungseinheit genauer, da auch unbeabsichtigte Verstellungen der Auswuchtringe mit erfasst werden können.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the system characterized by a position determining unit in the adaptive one Loop through which to determine the actual position of the balancing rings is. Although the actual position of the balancing rings also by recording the history of the adjustment of the balancing rings are determined can, a position determination unit is advantageous because here the recording of a history is not required. Furthermore is such a position determination unit more accurate, as well unintentional adjustments of balancing rings are recorded can.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Bestimmungseinheit wenigstens einen Magneten an dem Rotor und einen auf den Magneten ansprechenden Sensor in der Stelleinrichtung sowie eine die Reluktanz des Auswuchtringes verändernde, örtlich definierte Einrichtung und einen auf die Reluktanz des Auswuchtringes ansprechenden Sensor in der Stelleinrichtung aufweist. Mit dieser Anordnung kann sowohl die Ist-Position der Auswuchtringe auf einfache Weise festgestellt werden, als auch kann der Bezug der Lage der Auswuchtringe mit einem Referenzpunkt dazu festgestellt werden.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the system characterized in that the position determining unit is at least a magnet on the rotor and a magnet responsive to the magnet Sensor in the adjusting device and a reluctance of Auswuchttringes changing, locally defined facility and a responsive to the reluctance of Auswuchttringes sensor having in the adjusting device. With this arrangement, both the Actual position of the balancing rings can be easily detected as well as the reference of the position of the balancing rings with a reference point to it be determined.
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System
gekennzeichnet durcheine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis,
mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren die zur Kompensation
des Unwuchtvektors erforderliche Verstellung der Auswuchtringe berechnet
wird. Mit dieser Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise beispielsweise
das Verfahren durchgeführt werden, das in der oben erwähnten
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Wuchtebenen mehrere Wuchteinheiten entsprechend den Wuchtebenen angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Wuchtvorrichtung kann in vorteilhafter Weise nicht nur zum Auswuchten von Rotoren in einer Wuchtebene sondern auch zur Auswuchtung von Rotoren in mehreren Wuchtebenen verwendet werden, in dem die erfindungsgemäße Auswuchtvorrichtung an geeigneten Stellen entlang der Achse des Rotors angeordnet werden.According to one Another advantageous embodiment of the invention is the system characterized in that at several balancing planes several balancing units are arranged according to the balancing planes. The balancing device according to the invention can advantageously not only for balancing rotors in a balancing plane but also for balancing rotors in several Balancing levels are used, in which the inventive Balancing device at appropriate locations along the axis of the Rotor can be arranged.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in denen:advantageous Embodiments of the invention will now be described with reference to attached drawing, in which:
Der
Positionssensor
Das
adaptive Regelsystem
Die
In
Die
Stelleinheit-Hälften
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele wurden im Einzelnen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern der Schutzumfang der Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.The The above embodiments have been described in detail. However, the invention is not limited to the examples described, but the scope of the invention is only by the attached Claims defined.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20121103 |