DE102014119690A1 - Frequency tuning devices for torsional vibrations of a rotor strand - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs bereitgestellt und beinhaltet eine erste und zweite Welle, eine zwischen der ersten und zweiten Welle funktionell angeordnete Kupplung und ein Kupplungselement, das an der Kupplung angeordnet und zur Einstellung einer Frequenz eines die erste und zweite Welle und die Kupplung beinhaltenden Rotorstrangs durch eine Veränderung in wenigstens einem von Massenträgheit und/oder Drehsteifigkeit in dem Rotorstrang eingerichtet ist.There is provided a frequency tuning apparatus for torsional vibrations of a rotor string and includes first and second shafts, a clutch operatively disposed between the first and second shafts, and a coupling member disposed on the clutch and for adjusting a frequency of the first and second shafts and the clutch containing rotor strand is set up by a change in at least one of inertia and / or rotational stiffness in the rotor strand.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gegenstand der hier beschriebenen Erfindung ist eine Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs und insbesondere eine Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs, in welchem eine Rotorstrangfrequenz durch eine Veränderung in der Massenträgheit und/oder Drehsteifigkeit irgendwo in dem Strang einstellbar ist.The subject matter of the invention described here is a frequency tuning device for torsional vibrations of a rotor strand and in particular a frequency tuning device for torsional vibrations of a rotor strand in which a rotor strand frequency can be adjusted by a change in mass inertia and / or rotational stiffness anywhere in the strand.
Rotierende Körper, wie z.B. Rotoren, werden in vielen unterschiedlichen Arten von mechanischen und elektrischen Elementen, einschließlich Generatoren, Motoren und anderen ähnlichen Geräte eingesetzt. Diese rotierenden Körper haben mehrere Drehschwingungseigenfrequenzmodi und aus einer Anzahl von Gründen, einschließlich Belastung, Ermüdung, Betriebsverhalten usw. ist es erwünscht, diese Frequenzmodi außerhalb bestimmter Betriebsbereiche zu halten. Beispielsweise haben Generatoren oder andere einen rotierenden Körper enthaltenden mechanischen Elemente typischerweise wenigstens einen Drehschwingungseigenfrequenzmodus in der Nähe einer doppelten Netzfrequenz. Wenn diese Frequenz zu nahe an eine doppelte Netzfrequenz kommt und erregt wird, kann sie einen Ausfall von Elementen in einem gekoppelten Körper, wie z.B. den Schaufeln der letzten Stufe, in einer damit gekoppelten Turbine bewirken.Rotating bodies, such as e.g. Rotors are used in many different types of mechanical and electrical elements, including generators, motors and other similar devices. These rotating bodies have multiple torsional natural vibration modes, and for a number of reasons, including stress, fatigue, performance, etc., it is desirable to keep these frequency modes outside certain operating ranges. For example, generators or other rotating body containing mechanical elements typically have at least one torsional natural frequency mode in the vicinity of a double mains frequency. If this frequency comes too close to a double mains frequency and is energized, it can cause a failure of elements in a coupled body, such as e.g. cause the blades of the last stage, in a turbine coupled thereto.
Eine Frequenz eines Rotordrehschwingungsmodus kann durch Veränderungen entweder in der Massenträgheit oder in der Drehsteifigkeit verschoben werden, die direkt die Frequenz des interessierenden Drehkörpermodus (z.B. durch Hinzufügen oder Entfernen großer Aufschrumpfringe) beeinflussen. Jedoch erfordert die Durchführung derartiger Änderungen einen Prozess der Entkopplung des Rotors von anderen Abschnitten in dem Strang und die Freilegung des Rotors, um den Einbau/Ausbau der Ringe zu ermöglichen. Die Ringe sind oft sehr groß, von hoher Festigkeit und teuer, und wenn der Prozess nicht erfolgreich ist, kann es sein, dass Komponenten bearbeitet werden müssen, um Steifigkeit oder Massenträgheit abhängig von dem Szenario zu beseitigen. Jeder dieser Schritte kann teuer und zeitaufwendig sein.A frequency of a rotor torsional vibration mode may be shifted by variations in either mass inertia or torsional stiffness which directly affect the frequency of the rotating body mode of interest (e.g., by adding or removing large shrink rings). However, making such changes requires a process of decoupling the rotor from other sections in the string and exposing the rotor to allow installation / removal of the rings. The rings are often very large, high strength and expensive, and if the process is unsuccessful, components may need to be machined to eliminate stiffness or inertia depending on the scenario. Each of these steps can be expensive and time consuming.
Die vorstehend beschriebenen Prozesse zur Abstimmung der Frequenz eines Rotordrehschwingungsmodus haben auch die Tendenz, nicht nur auf die Drehschwingungsfrequenz oder Vibration der Rotormodi zu zielen. Vielmehr können die aktuellen Prozesse einer Massenhinzufügung die Belastungen in dem Rotor beeinflussen und zu unerwünschten Lateralfrequenzveränderungen führen.The above-described processes for tuning the frequency of a rotor torsional vibration mode also tend to target not only the torsional vibration frequency or vibration of the rotor modes. Rather, the current mass addition processes can affect the loads in the rotor and lead to undesirable lateral frequency variations.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs bereitgestellt und beinhaltet eine erste und zweite Welle, eine zwischen der ersten und zweiten Welle funktionell angeordnete Kupplung und ein Kupplungselement, das an der Kupplung angeordnet und zur Einstellung einer Frequenz eines die erste und zweite Welle und die Kupplung beinhaltenden Rotorstrangs durch eine Veränderung in wenigstens einem von Massenträgheit und/oder Drehsteifigkeit in dem Rotorstrang eingerichtet ist.According to one aspect of the invention, there is provided a rotor-frequency torsional frequency tuning apparatus and includes first and second shafts, a clutch operatively disposed between the first and second shafts, and a clutch member disposed on the clutch and adjusting a frequency of the first and second Shaft and the coupling-containing rotor strand is set up by a change in at least one of inertia and / or rotational stiffness in the rotor strand.
Das Kupplungselement kann eine veränderbare Masse aufweisen.The coupling element may have a variable mass.
Das Kupplungselement jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung kann eine umpositionierbare Masse aufweisen.The coupling element of each device mentioned above may have a repositionable mass.
Jede vorstehend erwähnte Vorrichtung kann ferner aufweisen: ein unmittelbar an dem Kupplungselement angeordnetes stationäres Element; und eine portable Masse, die unterstützt auf dem stationären Element oder dem Kupplungselement angeordnet werden kann.Each apparatus mentioned above may further comprise: a stationary member disposed directly on the coupling member; and a portable mass that can be supported on the stationary element or the coupling element.
Das Kupplungselement jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung kann wenigstens eines von einem mechanisch mit der Kupplung gekoppelten, auf die Kupplung aufgeschrumpften und in einem Stück mit der Kupplung ausgebildeten sein und wobei die portable Masse eine Ringplatte aufweist.The coupling element of each device mentioned above may be at least one of a mechanically coupled to the coupling, shrunk onto the coupling and integrally formed with the coupling and wherein the portable mass comprises a ring plate.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs bereitgestellt und enthält ein Kupplungselement, das fest auf einer Kupplung angeordnet ist, die funktionell zwischen der ersten und zweiten Welle angeordnet ist und eine portable Masse, die unterstützt auf dem Kupplungselement angebracht werden kann. Die portable Masse ist zu dem Kupplungselement hin bewegbar, um wenigstens eines von einer Drehsteifigkeit und einer Rotationsmassenträgheit von einer der Wellen dergestalt einzustellen, dass eine Frequenz eines Drehschwingungsmodus von einer der Wellen im Wesentlichen identisch mit einer Eigenfrequenz des Drehschwingungsmodus von der anderen Welle ist.According to another aspect, there is provided a rotor vibration frequency tuning apparatus and includes a coupling member fixedly mounted on a coupling operatively disposed between the first and second shafts and a portable mass that can be mounted on the coupling member in a supported manner. The portable mass is movable toward the coupling member to adjust at least one of torsional stiffness and rotational inertia of one of the shafts such that a frequency of a torsional vibration mode of one of the shafts is substantially identical to a natural frequency of the torsional vibration mode of the other shaft.
Die Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs kann aufweisen: Ein Kupplungselement, das fest auf einer Kupplung angeordnet ist, die funktionell zwischen der ersten und zweiten Welle angeordnet ist; und eine portable Masse, die unterstützt auf dem Kupplungselement angeordnet werden kann, wobei die portable Masse zu dem Kupplungselement hin bewegbar ist, um wenigstens eines von einer Drehsteifigkeit und einer Rotationsmassenträgheit der zweiten Welle dergestalt zu verändern, dass eine Frequenz eines Drehschwingungsmodus der zweiten Welle im Wesentlichen identisch mit einer Eigenfrequenz des Drehschwingungsmodus der ersten Welle ist.The frequency tuning device for torsional vibrations of a rotor string may include: a coupling member fixedly mounted on a coupling operatively disposed between the first and second shafts; and a portable mass, which can be supported on the coupling element, wherein the portable mass is movable towards the coupling element to at least one of a rotational stiffness and a Change rotational inertia of the second shaft such that a frequency of a torsional vibration mode of the second shaft is substantially identical to a natural frequency of the torsional vibration mode of the first shaft.
Das Kupplungselement jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung kann wenigstens eines sein, das mechanisch mit der Kupplung gekoppelt ist, das auf die Kupplung aufgepresst ist und das in einem Stück mit der Kupplung ausgebildet ist.The coupling element of each device mentioned above may be at least one which is mechanically coupled to the coupling which is pressed onto the coupling and which is formed in one piece with the coupling.
Die portable Masse jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung kann eine Ringplatte aufweisen.The portable mass of each device mentioned above may comprise a ring plate.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird eine Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs bereitgestellt. Der Rotorstrang enthält eine Kupplung, mittels welcher entsprechende Enden von Wellen miteinander verbindbar sind. Die Vorrichtung enthält ein fest auf der Kupplung angeordnetes Kupplungselement und eine portable Masse, die unterstützt auf dem Kupplungselement angeordnet werden kann. Die portable Masse ist zu dem Kupplungselement hin verschiebbar, um wenigstens eines von einer Drehsteifigkeit und einer Rotationsmassenträgheit von einer der Wellen dergestalt einzustellen, dass eine Frequenz eines Drehschwingungsmodus von der einen der Wellen im Wesentlichen identisch mit einer Eigenfrequenz des Drehschwingungsmodus der anderen Welle ist.In yet another aspect, a frequency tuning apparatus for torsional vibrations of a rotor string is provided. The rotor strand includes a coupling by means of which corresponding ends of shafts are connectable to each other. The device includes a fixedly arranged on the clutch coupling element and a portable mass, which can be arranged supported on the coupling element. The portable mass is slidable toward the coupling member to adjust at least one of torsional stiffness and rotational inertia of one of the shafts such that a frequency of a torsional vibration mode of one of the shafts is substantially identical to a natural frequency of the torsional vibration mode of the other shaft.
Die Wellen der vorstehend erwähnten Vorrichtung können aufweisen: eine mit einer Turbomaschine gekuppelt erste Welle; und eine mit der ersten Welle mittels der Kupplung gekuppelte zweite Welle.The shafts of the aforementioned apparatus may include: a first shaft coupled to a turbomachine; and a second shaft coupled to the first shaft via the clutch.
Die Kupplung kann aufweisen: ein erstes Kupplungsteil, das dem Ende der ersten Welle zugeordnet ist; und ein zweites Kupplungsteil, das dem Ende der zweiten Welle zugeordnet ist,
wobei das Kupplungselement fest auf dem zweiten Kupplungsteil angeordnet ist.The coupling may include: a first coupling part associated with the end of the first shaft; and a second coupling part associated with the end of the second shaft,
wherein the coupling element is fixedly arranged on the second coupling part.
Das Kupplungselement kann mechanisch an die Kupplung gekoppelt sein.The coupling element may be mechanically coupled to the coupling.
Das Kupplungselement kann aufweisen: einen mechanisch mit der Kupplung gekoppelten Basisring; und einen sich axial von dem Basisring erstreckenden Haltering, wobei eine äußere radiale Oberfläche des Kupplungselementes, eine axiale Oberfläche des Basisrings und eine innere radiale Oberfläche des Halterings einen Ring definieren, wobei die portable Masse eine Ringplatte aufweist, die passend zum Sitz in dem Ring dimensioniert ist.The coupling element may comprise: a base ring mechanically coupled to the coupling; and a retaining ring extending axially from the base ring, wherein an outer radial surface of the coupling element, an axial surface of the base ring and an inner radial surface of the retaining ring define a ring, the portable mass having a ring plate sized to fit the ring in the ring is.
Der Rotorstrang kann ein stationäres Element aufweisen, das unmittelbar an dem Kupplungselement angeordnet ist, wobei die portable Masse unterstützt auf dem portablen Element oder dem Kupplungselement angeordnet werden kann und von einem zu dem anderen von dem stationären Element und dem Kupplungselement hin bewegt werden kann.The rotor string may include a stationary member disposed directly on the coupling member, wherein the portable mass may be supported on the portable member or the coupling member and may be moved from one to the other of the stationary member and the coupling member.
Das Kupplungselement kann auf die Kupplung im Presssitz aufgepresst sein.The coupling element may be pressed onto the coupling in a press fit.
Das Kupplungselement kann aufweisen, einen auf die Kupplung aufgeschrumpften Basisring, wobei der Basisring einen axialen Abschnitt und einen radialen Abschnitt enthält, wobei eine äußere radiale Oberfläche des axialen Abschnittes und eine axiale Oberfläche des radialen Abschnittes eine Tasche definieren.The coupling element may comprise a base ring shrunk onto the coupling, the base ring including an axial portion and a radial portion, wherein an outer radial surface of the axial portion and an axial surface of the radial portion define a pocket.
Die portable Masse kann eine Ringplatte aufweisen, die passend zum Sitz in der Tasche dimensioniert ist.The portable mass may include a ring plate dimensioned to fit in the pocket.
Das Kupplungselement kann in einem Stück mit der Kupplung ausgebildet sein.The coupling element may be formed in one piece with the coupling.
Das Kupplungselement kann aufweisen: ein dem Ende der ersten Welle zugeordnetes erstes Kupplungsteil, ein dem Ende der zweiten Welle zugeordnetes zweites Kupplungsteil, wobei eine axiale Oberfläche des ersten Kupplungsteils, eine axiale Oberfläche des zweiten Kupplungsteils und eine radiale Oberfläche des zweiten Kupplungsteils eine Aussparung definieren.The coupling element may comprise: a first coupling part associated with the end of the first shaft, a second coupling part associated with the end of the second shaft, an axial surface of the first coupling part, an axial surface of the second coupling part and a radial surface of the second coupling part defining a recess.
Die portable Masse weist eine Ringplatte auf, die zum Einschrauben in die Vertiefung gestaltet ist.The portable mass has a ring plate, which is designed for screwing into the recess.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher ersichtlich.These and other advantages and features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Der als die Erfindung betrachtete Erfindungsgegenstand, wird insbesondere in den Ansprüchen am Schluss der Patentschrift dargestellt und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:The subject of the invention considered as the invention is particularly shown in the claims at the end of the patent and clearly claimed. The above and other objects, features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.The detailed description explains embodiments of the invention together with advantages and features by way of example with reference to the drawings.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die nachstehend gegebene Beschreibung bezieht sich auf die Abstimmung von Drehschwingungseigenfrequenzen beispielsweise in Turbine/Generator-Antriebssträngen. Die Beschreibung einer derartigen Abstimmung ist ähnlich zu Beschreibung in dem
Gemäß
Die Kupplung
Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, kann die portable Masse
Gemäß speziellem Bezug auf
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung enthält das stationäre Element
Das Beladen kann den Transport der portablen Masse
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die portable Masse
Während eines Betriebs des Rotorstrangs
Gemäß spezieller Bezugnahme auf
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung enthält das stationäre Element eine Stirnfläche
Das Beladen kann das Überführen der portablen Masse
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die portable Masse
Während eines Betriebs des Rotorstrangs
Gemäß spezieller Bezugnahme auf
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung enthält das stationäre Element
Das Beladen kann das Überführen der portablen Masse
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die portable Masse
Während eines Betriebs des Rotorstrangs
Gemäß weiteren Ausführungsformen und gemäß Bezugnahme auf
Unter Bezugnahme auf
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen fügten Drehschwingungsträgheit über oder zwischen der Kupplung
Obwohl die Erfindung nur in Verbindung mit einer eingeschränkten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, dürfte es sich ohne Weiteres verstehen, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, sodass sie eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Varianten, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen enthält, die aber dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung entsprechen. Zusätzlich dürfte es sich, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, verstehen, Aspekte der Erfindung nur einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demzufolge ist die Erfindung nicht als durch die Beschreibung eingeschränkt zu betrachten, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.Although the invention has been described in detail only in connection with a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such described embodiments. Rather, the invention may be modified to include any number of variations, changes, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, which are within the spirit and scope of the invention. In addition, while various embodiments of the invention have been described, it should be understood that aspects of the invention may be included within only some of the described embodiments. Accordingly, the invention should not be considered as limited by the description, but is limited only by the scope of the appended claims.
Es wird eine Frequenzabstimmvorrichtung für Drehschwingungen eines Rotorstrangs bereitgestellt und beinhaltet eine erste und zweite Welle, eine zwischen der ersten und zweiten Welle funktionell angeordnete Kupplung und ein Kupplungselement, das an der Kupplung angeordnet und zur Einstellung einer Frequenz eines die erste und zweite Welle und die Kupplung beinhaltenden Rotorstrangs durch eine Veränderung in wenigstens einem von Massenträgheit und/oder Drehsteifigkeit in dem Rotorstrang eingerichtet ist.There is provided a frequency tuning apparatus for torsional vibrations of a rotor string and includes first and second shafts, a clutch operatively disposed between the first and second shafts, and a coupling member disposed on the clutch and for adjusting a frequency of the first and second shafts and the clutch containing rotor strand is set up by a change in at least one of inertia and / or rotational stiffness in the rotor strand.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- rotierender Körper rotating body
- 102102
- mechanische Vorrichtung mechanical device
- 105105
- erste Welle first wave
- 104104
- Lager camp
- 106106
- Endabschnitt end
- 107107
- komplementärer Endabschnitt complementary end section
- 108108
- zweite Welle second wave
- 109109
- Kupplung clutch
- 10911091
- erstes Kupplungsteil first coupling part
- 10921092
- zweites Kupplungsteil second coupling part
- 110110
- Rotorstrang rotor strand
- 11
- Vorrichtung contraption
- 22
- Kupplungselement coupling member
- 33
- stationäres Element stationary element
- 44
- portable Masse portable mass
- 1010
- Basisring base ring
- 1111
- äußere radiale Oberfläche outer radial surface
- 1212
- Haltering retaining ring
- 1313
- axiale Oberfläche axial surface
- 1414
- innere radiale Oberfläche inner radial surface
- 1515
- Ring ring
- 1616
- Flansch flange
- 1717
- Hakenelemente hook elements
- 1818
- Trägheitsplatten inertia plates
- 2020
- Basisring base ring
- 2121
- äußere radiale Oberfläche outer radial surface
- 2222
- axialer Abschnitt axial section
- 2323
- radialer Abschnitt radial section
- 2424
- äußere radiale Oberfläche outer radial surface
- 2525
- axiale Oberfläche axial surface
- 2626
- ringförmige Tasche annular bag
- 2727
- Stirnfläche face
- 2828
- Massenträgheitsplatte Inertia plate
- 3030
- axiale Oberfläche axial surface
- 3131
- axiale Oberfläche axial surface
- 3232
- radiale Oberfläche radial surface
- 3333
- ringförmige Aussparung annular recess
- 3434
- Flansch flange
- 3535
- Hakenelemente hook elements
- 3636
- Massenträgheitsplatte Inertia plate
- 50, 5150, 51
- Segmente segments
- 5252
- Rand edge
- 4040
- veränderbare Masse changeable mass
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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