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Vorrichtung zum, selbsttätigen Auswuchten einer mit überkritischer
Drehzahl rotierenden Welle Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen
Auswuchten einer mit überkritischer Drehzahl rotierenden Welle.
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Es ist bekannt, Wellen, die mit überkritischer Drehzahl rotieren,
bei denen also die Wellendrehzahl größer ist als ihre kritische Drehzahl, mit Hilfe
von Kugeln, Ringsegmenten oder anders geformten Massen, die auf der betreffenden
Welle angebracht sind, selbsttätig auszuwuchten. Solche Massen sind symmetrisch
zur Wellenmitte liegend angeordnet. Im unterkritischen Gebiet behalten sie, sowiet
sie arretiert sind, diese Lage bei. Oberhalb der kritischen Wellendrehzahl möchten
die Auswuchtmassen durch die Zentrifugalkraft entgegen der Exzentrizität der Schwerpunktachse
der auszuwuchtenden, Welle raldial auswandern. Wird also die Arretierung freigegeben,
so tritt diese Auswanderung ein. Somit wird-eine der Schwerpunkt-bzw. Schwerpunktachsenexzentrizität
der Welle entsprechende Größe der Auswuchtmassen vorausgesetzt-ein selbsttätiges
Auswuchten der Welle erreicht. Dies kann während des Betriebes erfolgen ; ein, e
solche Vorrichtung kann aber auch voriibergehend angebracht sein, um nach der Auswuchtung
Tariergewichte an der Welle anbringen zu können, die den genannten Auswuchtmassen
entsprechen.
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Weiterhin, sind Freigahevorrichtungen im Zusammenhang mit anderen
Vorrichtungen zum Auswuchten einer Welle während des Betriebes bekanntgeworden.
Dort werden Auswuchtmassen während des Auswuchten, s in die sogenannte Auswuchtebene
gebrachtundanschließend in radialer Richtung so lange verschoben, bis ein ruhiger
La, tif der Welle erreicht ist. Die Vorrichtungen zur Verlegung der Auswuchtmassen
in die Auswuchtebene und zur Verschiebung dieser Massen in radialer Richtung sind
kompliziert aufgebaut und greifen durch das Maschinengehäuse hindurch, müssen also
von außen bedient werden. Sie sind mechanische Einrichtungen, bei denen zur Verlagerung
usw. der Auswuchtmassen unter anderem auch Reibungskräfte mit ihren gegebenen Nachteilen
wirksam sind.
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Ein anderes Verfahren zum selbsttätigen Auswuchten von Maschinen
oder Maschinenteilen besteht darin, daß in einem Ringraum der Maschine eine frei
bewegliche Flüssigkeit bei überkritischer Drehzahl derselben eingefüllt und bei
unterkritischer Drehzahl, insbesondere unter Ausnutzung der Schwerkraft, aus diesem
Ringraum entfernt wird. Dieses Verfahren hat ebenso wie die bisher beschriebenen
Maßnahmen den Nachteil, daß von außen zu bedienende Einrichtungen, notwendig sind,
die die Zuführung der Flüssigkeit ermöglichen und. das Wirksamwerden der Flüssigkeit
steuern. Eine Vorrichtung, bei der diese Nachteile vermieden werden, bildet die
Erfindung.
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Die Erfindung besteht aus mindestens einem mit der Welle umlaufenden
Auswuchtring und einem ebenfalls mit der Welle umlaufenden, in, sich geschlossenen
hydraulischen Verstellsystem für den Ring, welches einen in oder auf der Welle oder
im Auswuchtring angeordneten Vollringraum und mindestens drei im Volumen veränderbare,
in gleichmäßigen. Abständen voneinamler angeordnete Flüssigkeitskammern mit einem
radial verschiebbaren Wandteil aufweist, wobei der radial verschiebbare Wandteil
jeder Flüssigkeitskammer mit dem Auswuchtring verbunden ist, wenn der Vollringraum
in oder auf der Welle angeordnet ist, oder aber mit der Welle verbunden ist, wenn
de Vollringraum im Auswuchtring liegt.
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In. weiterer Ausbildung der Erfin, dung wird vo, rgeschlagen, den
Vollringraum in mindestens drei Segmenträume aufzuteilen, die gegeneinander durch
nur bei überkritischen Drehzahlen selbsttätig öffnende Segmentabsperrvorrichtungen
abgesperrt sind. Dabei wird der im Vollringraum auftretende Flüssigkeitsdruck für
die Öffnung der Segmentabeperrvorrichtungen ausgenutzt. Die Oßfnungseinrichtungen
für die Segmentabsperrvorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einer gegen eine
Federkraft wirkenden, als Ab, sperrung ausgebildeten Fliehkraftma, sse, ähnlich
den. an, sich bekannten, Fliehkraftventilen. Die Flüssigkeitskammern werden, durch
einen Zylinder mit Kolben gebildet, wobei der Kolben durch eine drehgelenkig gelagerte
Gelenkstange am Auswuchtring oder an der Welle und der Zylinder an. der entsprechenden
Seite des Vollringraumes befestigt ist. Die Flüssigkeitskammer wird durch ein Faltenbalgrohr
und eine Federmembran mit Gelenkstange gebildet, die am
Auswuchtring
oder an der Welle drehgelenkig gelagert ist.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung und die sich
daraus ergebenden Vorteile gegenüber den, bekannten Einrichtungen sind folgende
: Der Ringraum wird voll mit Flüssigkeit gefüllt.
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Während des Füllens sind sämtliche Segmentabsperrvorrichtungen geöffnet.
Nach der Füllung werden die Füllöffnung und ebenfalls sämtliche Absperrvorrichtungen
dicht verschlossen, wobei der Auswuchtring konzentrisch zur Wellenmitte liegen muß.
Eine au£ den Ring wirkende Kraft kann ihn in diesem Zustand nicht radial verschieben,
da die in den einzelnen Segmentraumen befindliche Flüssigkeit inkompressibel ist.
Wird jetzt die Welle hochgefahren, dann wirken unmittelbar nach Überschreiten der
kritischen Wellendrehzahl auf den Auswuchtring Zentrifugalkräfte, die ihn entgegen
der Richtung der Exzentrizität des Wellenschwerpunkts,diejain der Praxis immer irgendwie
gegeben ist, radial verschieben möchten.
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Werden nunmehr. samtliche Absperrvorrichtungen geöffnet, dann können.
die auf der einen Seite liegenden Segmentraume durch die radial nach innen wandernden
Teile (Kolben, Membranen od. dgl.) der Verbindungseinficbtungen. verkleinert und
die auf der anderen. Seite liegenden Segmenträume durch die radial nach außen wandernden
Teile besagter Einrichtungen entsprechend vergrößert werden. Dabei verschiebt sich
die Flüssigkeit etwas. Dem Auswuchtring wird dadurch die Möglichkeit gegeben, radial
auszuwandern.
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Ist er entsprechend der Größe der Unwucht der Welle dimensioniert,.
so erfolgt eine praktisch vollkommene Auswuch, tung dieser Welle bei überkrtischen
Drehzahlen. Der radial verschobene Ring bleibt, wenn die Wellendrehzahl verringert
wird und die Welle durch das kritische Drehzahlgebiet gefahren wird, in seiner Lage
arretiert, wenn, sämtliche Absperrvorrichtungen spätestens beim Durchfaliren des
kritischen Drehzahlgebietes geschlossen werden. Dies kann nur von Vorteil sein,
da die im überkritischen Drehzahlgebiet ausgewuchtete Welle dann auch für ihren
unterkritischen Lauf relativ gut ausgewuchtet ist. Es sei bemerkt, daß zumindest
große Maschinenwellen, z. B. stationärer Dampfkraftmaschinen. anlagen (Turbinenanlagen),
fast ausschließlich mit überkritischer Drehzahl laufen.
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Vorzugsweise ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Segmentabsperrvorrichtungen
ausgerüstet, die bei einer bestimmten überkritischen Wellendrehzahl, insbesondere
bei einer genügend weit oberhalb der kritischen Wellendrehzahl liegenden, automatisch
offenbar sind. Diese Absperrvorrichtungen können z. B. durch radiales Ausrücken
von Fliehkraftmassen gegen. Federkräfte offenbar sein. Die Absperrglieder dieser
Vorrichtungen stellen dabei selbst die Fliehkraftmassen dar oder sind mit solchen.
Mas. sen verbunden bzw. gekuppelt (z. B. getriebegekuppelt), wobei Fliehkraftmassen
und Federn für das Öffnen bei der betreffenden Wellendrehzahl dimensioniert sind.
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Die Absperrvorrichtunge können aber auch so ! ausgeführt werden, daß
sie sich infolge des in den Segmenträumen bei der Rotationder Welle auftretenden,
von der Zentrifugalkraft herrührenden Flüssigkeitsdruckes bei der betreffenden Wellendrehzahl
selbsttätig öffnen.
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Die genannten Einrichtungen, die den Auswuchtring mit einer mittleren
Stelle der-Begrenzung jedes Segmentraumes verbinden (diese Begrenzung kann die Wand
eines in der Welle vorgesehenen Vollringraumes oder an der Welle vorgesehenen Ringrohres
sein),
können z. B. folgendermaßen ausgeführt sein:" Sie enthalten je einen in wellenradialer
Richtung gleitbaren Kolben, der sichh in einer entsprechend gleitzylinderförmigen
Begrenzung jedes Segmentraumes, die aji der genannten mittleren Stelle dieses Raumes
vorgesehen ist, befindet. Zwischen dem Kolben und dem Auswuchtring ist dann eine
Gelenkstange vorgesehen,, die am Kolben und am Ausbuchtung drehgelenkig mit wellenparallelen
Drehachsenn gelagert ist.
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An Stelle des Kolbens oder zusammen mit ihm können eine Federmembran,
ein Faltenrohrbalg oder eine Federmembran mit Faltenrohrbalg verwendet werden, wobei
dann die Gelenkstange an der Membran (bzw. am Balg) und/oder am Auswuchtring drehgelenkig
mit wellenparalleler (n) Drehachse(n) gelagert ist. Am oder im Auswuchtring können
auch auf dessen. Innenseite im Gebiet der Gelenkstangen in. Umfangsrichtung verlaufende
Gleitbahnen für diese Gelenkstangen an Stelle der drehgelenkigen auswuchtringseitigen
Lagerungen angebracht sein.
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Vorzugsweise werden für die Vorrichtung Ringrohre verwendet, die
dann an radial liegenden Flächen der Welle (Stirnflächen), die durch Sprünge im
Wellendurchmesser entstanden sind, befestigt sind.
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Die Auswuchtringe befinden sich vorzugsweise radial außerhalb dieser
Ringrohre in. denselben Radialebenen der Welle, in denen die Ringrohre liegen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der
Erfindung wiedergegeben.
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Einem mit der Welle umlaufenden. Auswuchtringl ist ein in sich geschlossenes
hydaulisches Verstellsystem 3, 8, das, ebenfalls mit der Welle umläuft, zugeordnet.
Das hydraulische Verstellsytem besteht im wesentlichen aus vier gleichgroßen Segmenten
2. Die Segmenträume 3 sind durch vier Vorrichtungen 5 absperrbar. Die Vorrichtungen
5 werden bei der betreffenden iiberkritischen Wellendrehzahl durch die e Fliehkraftmassen
6 geöffnet, nachdem die Vorspannung der Federn 7 überwunden ist. Das radiale Ausrücken
des Auswuchtringes 1 ist dann durch einen radial verschiebbaren Wandteil jeder Flüssigkeitskammer
8 gewährleistet. Die Flüssigkeitskammrn 8 sind jedem Segmentraum 3 zugeordnet. Im
Fall des Ausfiihrungsbeispiels, bestehen diese Fliissigkeitskammern 8 jeweils aus
einem Faltenrohrbalg 9, der stirnseitig außen,durch eine Federmembrann 10 abgeschlossen
ist. Der betreffende Segmentraum 3 steht somit mit dem Außenraum 11 nicht in. Verbindung
; es kann daher keine Flüssigkeit aus dem Segmentraum 3 in den Außenraum 11 übertreten.
Der Faltenro'hrbalg 9 besitzt wie die Federmembra 10 eine gewisse Elastizität. Mit
der Federmembran 10 ist im Falle des Ausführungsbeispiels die Gelenkstange 12 fest
verbunden, die wiederum im Auswuchtring l drehgelenkig gelagert ist. Die Drehachse
13 der Lagerung ist wellenparallel angeordnet. DieErweiterungen 14 der Segmentraumwände
4 an den Flüssigkeitskammem 8 dienen zur Befestigung des gesamten Ringrohrsystems
z. B. an einer im Gebiet eines Wellensprunges befindlichen Stirnfläche der auszuwuchtenden
Welle. Mit 15 ist die geometrische Wellenmittellinie (Wellenachse)und mit 16 die
exzentrisch liegende Schwerpunktachse der Welle bezeichnet, die durch den radial
nach auß en rückenden Auswuchtring (s. Pfeil) zur Wellenmittellinie 15 hingezogen
wird.
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Die Schwerpunktachse 16 liegt im überkritischen Drehzahlgebiet zwischen
der Wellenachse 15 und der Drehachse 17.
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In Fig. 2 ist der Segmentraum 3 im Auswuchtring 1 angeordnet. Dementsprechend
befindet sich die Lagerung
13 der Gelenkstange 12 an der Welle.
Die Flüssigkeitskammern 8 stehen mit den Segmenträumen 3 im Auswuchtring in Verbindung.
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Durch die Ausbildung der Erfindung nach der Fig. 2 ist gezeigt, daß
es für die Wirkung natürlich gleichgültig ist, ob der durch die Federmemb, ran 9
oder sonst irgendwie veränderliche Segmentra. um 14 starr mit der Welle oder mit
dem Auswuchtring verbunden ist.
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PATENTANSPRCCHE : 1. Vorrichtung zum selbsttätigen Auswuchten einer
mit überkritischer Drehzahl rotierenden Welle, gekennzeichnet durch mindestens einen
m. it der Welle umlaufenden Auswuchtring (1) und ein ebenfalls mit der Welle umlaufendes,
in sich geschlossenes hydraulisches Verstellsystem (3, 8) für den Ring, welches
einen in oder auf der Welle oder im Auswuchtring (1) angeordneten Vollringraum und
mindestens drei im Volumen veränderbare, in gleichmäßigen Abständen voneinander
angeordnete Flüssigkeitskammern (8) mit einem radial verschiebbaren Wandteil aufweist,
wobei der radial verschiebbare Wandteil jeder Flüssigkeitskammer (8) mit dem Auswuchtring
verbunden. ist, wenn der Vollringraum in oder auf der Welle angeo, rdnet ist (Fig.
1), oder aber mit der Welle verbunden,ist,wenn der Vollringraum im Auswuchtring
(1) liegt (Fig. 2).