DE2208422B2

DE2208422B2 - Method and device for balancing shaft-elastic rotating bodies with more than two bearing points

Info

Publication number: DE2208422B2
Application number: DE19722208422
Authority: DE
Inventors: Alfred J. Dipl.-Ing. 6101 Rossdorf Giers
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1972-02-23
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1975-10-23
Also published as: JPS4898276A; GB1379132A; DE2208422A1; JPS5229395B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswuchten von wellenelastischen Umlaufkörpern (Rotoren) mit mehr als zwei Lagerstellen, wobei zunächst bei niedriger Drehzahl ein Vorwuchten in zwei Hauptlagern erfolgt und zusätzliche Hilfslager erst nach diesem Vorwuchten wirksam gemacht werden. The invention relates to a method and a device for balancing wave-elastic rotating bodies (Rotors) with more than two bearing points, whereby a pre-balancing initially at low speed takes place in two main bearings and additional auxiliary bearings are only made effective after this pre-balancing.

Das Auswuchten wellenelastischer Rotoren wird heute weitgehend nach Eigenformen durchgeführt. Der ⁶^ Grundgedanke dieses Verfahrens besteht darin, daß jeder kritischen Drehzahl des Rotors eine bestimmte Verformungsart zugeordnet ist und daß es gelingt, durch ein Korreknirgewicht oder mehrere in verschiedenen Ebenen angesetzte Korrekturgewichte Verformungen in einer bestimmten Eigenform zu beseitigen. ohne daß die Zahl dieser Ebenen sehr groß sein muß. Durch die Beseitigung der Verformungen lassen sich auch die Lagerkräfte vermindern.The balancing of shaft-elastic rotors is now largely carried out according to eigenmodes. The ⁶ ^ basic idea of this method is that each critical speed of the rotor is assigned a certain deformation mode and that it is possible to eliminate by a Korreknirgewicht or more scheduled in different planes correction weights deformations in a specific mode shape. without the number of these levels having to be very large. By eliminating the deformations, the bearing forces can also be reduced.

Dieses Verfahren ist besonders treffsicher, d. h. es führt mit wenigen Schritten zum Erfolg, wenn der Rotor bei einer Drehzahl vorgewuchtet wird, bei der er noch als starr anzusehen ist. d.h. bei der die an den Lagern entstehenden Kräfte oder Schwingungen nur durch Unwuchten und noch nicht durch Verformungen des Rotors verursacht werden.This method is particularly accurate, i. H. it leads to success with just a few steps if the rotor is pre-balanced at a speed at which he is still to be regarded as rigid. i.e. in which the forces or vibrations generated at the bearings only caused by imbalances and not yet by deformation of the rotor.

In den letzten Jahren werden immer mehr Rotoren mit im Betriebszustand mehr als zwei Lagern einstükkig ausgebildet, so daß es nicht möglich ist, einzelne Abschnitte des Rotors je für sich nach bekannten Verfahren auszuwuchten. Bei der Auswuchtung eines mehrfach gelagerten wellenelastischen Rotors ist es nun praktisch nicht möglich, vorweg eine Auswuchiung des sich bei niedriger Drehzahl noch starr verhallenden Roters vorzunehmen, weil die Lagerung statisch unbestimmt ist und derartige Rotoren regelmäßig einen umlaufenden statischen Schlag zwischen den Lagerzapfen besitzen. Durch diesen statischen Schlag wird bei mehrfach gelagerten Rotoren an allen Lagerstellen eine umlauffrequente Kraft bzw. eine umlauffrequenie Schwingung erzeugt. Diese drehzahlunabhängigen Kräfie dürfen nicht durch Korrekturgewichte, deren Krafiwirkung bekanntlich quadratisch mit der Drehzahl zunimmt, beseitigt werden. Daher ist es nach dem derzeitigen Stande der Technik erforderlich, für die genannten Rotoren das Auswuchten bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen zu beginnen. Bei diesen hohen Drehzahlen ist aber bereits der Durchbiegungseinfluß des Rotors deutlich vorhanden, so daß die Vorteile eines starren Vorwuchtens nicht erzielbar sind.In recent years, more and more rotors with more than two bearings in operation have become one-piece designed so that it is not possible to separate individual sections of the rotor according to known methods to balance. When balancing a shaft-elastic rotor with multiple bearings, it is now practically not possible, first of all a balancing out of the still rigid at low speed Roters, because the storage is statically indeterminate and such rotors regularly revolve have static impact between the bearing journals. This static shock causes multiple mounted rotors at all bearing points a rotating frequency force or a rotating frequency oscillation generated. These speed-independent forces must not be caused by correction weights, their force effect known to increase quadratically with the speed, can be eliminated. Hence it is according to the current one State-of-the-art technology required balancing at relatively high levels for the rotors mentioned Speeds to begin. At these high speeds, however, the deflection influence of the The rotor is clearly present so that the advantages of rigid pre-balancing cannot be achieved.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß bei vielen der in der Auswuchtpraxis vorkommenden Rotoren mit mehr als zwei Lagerstellen die Hauptmasse zwischen zwei sehr kräftig ausgeführten Lagern liegt und die zusätzlichen Lager lediglich lang überhängende Wellenenden oder ähnliche Ansätze abzustützen und zu führen haben. Daraus ergibt sich, daß die Rotoren statisch bzw. bei niedrigen Drehzahlen durchaus noch an nur zwei Lagerstellen abgestützt werden könnten, weil die zusätzlichen Lager im Grunde nur bei hohen Drehzahlen erforderlich sind. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, die zusätzlichen Lager erst nach dem Vorwuchten bei niedriger Drehzahl anzubringen. Dieses Verfahren erfordert aber regelmäßig einen erheblichen Zeitaufwand und damit beträchtliche Kosten.The invention is based on the consideration that in many of the rotors occurring in balancing practice with more than two bearings, the main mass lies between two very powerful bearings and to support the additional bearings only long overhanging shaft ends or similar approaches and have to lead. This means that the rotors are still static or at low speeds could be supported at only two bearing points because the additional bearings are basically only at high Speeds are required. It has therefore already been proposed to add the additional bearings only after before pre-balancing at low speed. However, this procedure regularly requires a considerable amount Expenditure of time and thus considerable costs.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen zusätzlichen Aufwand zu vermeiden und eine Lageranordnung zu schaffen, bei der ohne aufwendige Montagearbeiten und langwieriges Einrichten beim niedrigtourigen Vorwuchten eine Verfälschung des Wuchtergebnisses durch das Nichtfluchten der Lagerzapfen weitgehend vermieden wird.It is the object of the invention to avoid this additional expense and to add a bearing arrangement create without complex assembly work and tedious set-up for low-speed pre-balancing a falsification of the balancing result due to the misalignment of the bearing journals to a large extent is avoided.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beanprucht, gelöst. Auf diese Weise kann bei weicher Einstellung der Zusatzlager ein Vorwuchten des sich noch starr verhaltenden Rotors in einer praktisch statisch bestimmten Lagerung vorgenommen werden und anschließend, nach Umschaltung der Steifigkeit der Zusatzlager von weich auf hart, das Auswuchten nach Eigenformen bei betriebs-This object is for a method of the type mentioned according to the invention, as in the characterizing Part of claim 1 claimed, solved. In this way, with a soft setting, the additional bearing a pre-balancing of the still rigidly behaving rotor in a practically statically determined bearing and then, after switching the stiffness of the additional bearings from soft to hard, balancing according to eigenmodes with operational

ähnlicher Lagerung erfolgen.similar storage.

Eine bevorzugte Vorrichtung /ur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß in Lagerstützen ein- und ausschaitbare Reibverbindungen vorgesehen sind.A preferred device / for performing the The method consists in that friction connections that can be switched on and off are provided in bearing supports.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Verstellbarkeit der Steifigkeit in den Zusatzlagerständern über Reibverbindungen vorzunehmen, die in Lagersiützen eingebaut sind und die Reibungskraft so einzustellen, daß die Reibungskupplung beim Überschreiten d>eser Kraft durchrutscht und dabei ein Energieentzug in der Reibverbindung auftritt, durch den die Gefahr drohender Ausschläge im System Rotor + Lagerung vermindert wird.In a further development of the invention, it is proposed that the rigidity be adjusted in the additional bearing stands to be carried out via friction connections that are built into bearing supports and the frictional force so set that the friction clutch slips when this force is exceeded and thereby a loss of energy occurs in the friction connection, through which there is a risk of imminent deflections in the rotor + bearing system is decreased.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die die Steifigkeit der Lagerstützen bewirkenden Reibungskräfte fernsteuerbar sind. Hierdurch wird eine einfachere und vor allem gefahrlose Bedienung ermöglicht.A further development of the device according to the invention is that the rigidity of the bearing supports causing frictional forces are remotely controllable. This makes a simpler and, above all, safe Operation made possible.

Es ist auch möglich, daß beispielsweise an den Hauptlagerstellen Lagerständer nach der DT-PS 10 45 736 vorgesehen werden und an den Hilfslagerstellen Lagerständer nach der DT-AS 12 40 343. Für die Hauptlagerstellen kommen somit in radialen Richtungen im wesentlichen starre Lagerungen in Betracht, die die aus Wellendurchbiegung resultierenden Taumelbewegungen der Prüfkörper-Rotationsachse elastisch nachgiebig zulassen. Die radiale Abstützung jeder Stützstelle erfolgt dabei durch ein Federsystem, das in einer senkrecht zur Lagerhauptachse durch den Lagermittelpunkt verlaufenden Ebene angeordnet ist und aus zug-, druck- und knickstarren, aber biegeweichen Federstäben besteht, welche den Lagerkopf gegen Drehbewegungen um die Lagerhauptachse sichern und in allen radialen Richtungen gleichmäßig hart gegen das Maschinenbett abstützen, andererseits aber Bewegungen des Lagerkopfes um die Hoch- und Querachse zulassen. Die Hilfslagerstellen sollen dagegen die Bedingung erfüllen, daß sie, bezogen auf die Rotorachsc. wahlweise radial nachgiebig und gelenkig oder radial starr und gelenkig sein können.It is also possible, for example, that storage racks according to DT-PS 10 45 736 are provided and at the auxiliary storage points storage racks according to DT-AS 12 40 343. For the Main bearing points are thus essentially rigid bearings in radial directions the wobbling movements of the specimen axis of rotation resulting from shaft deflection are elastic allow yielding. The radial support of each support point is provided by a spring system that is shown in one perpendicular to the main axis of the bearing through the center of the bearing extending plane is arranged and made of tensile, compressive and rigid, but flexible There is spring bars which secure the bearing head against rotating movements around the main axis of the bearing and Support evenly hard against the machine bed in all radial directions, but on the other hand movements of the bearing head around the vertical and transverse axis. The relief camps, on the other hand, should be the condition meet that they, based on the Rotorachsc. optionally radially flexible and articulated or radial can be rigid and articulated.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer besonders vorteilhaften Gestaltung der Hilfslagerstellen soll nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigtAnother embodiment of the invention with a particularly advantageous design of the auxiliary bearing points will be explained below with reference to the drawing. It shows

F i g. t ein Hilfslager einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar in der linken Bildhälfte im Schnitt längs der Linie A-A der F i g. 3 und in der rechten Bildhälfte in Ansicht in Richtung der Pfeile Cder F i g. 3,F i g. An auxiliary bearing of a device for carrying out the method according to the invention, namely in the left half of the figure in section along the line AA in FIG. 3 and in the right half of the picture in a view in the direction of the arrows C of FIG. 3,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie B-B der F i g. 1 undF i g. 2 shows a section along line BB of FIG. 1 and

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie D- D der F i g. IF i g. 3 shows a section along the line D-D of FIG. I.

Der Lagerkopf 1 dient zur Aufnahme eines Hilfslagers des nicht dargestellten Rotors. Wie auch aus der F i g. 2 zu erkennen ist, ist der Lagerkopf 1 einmal durch ein System von biege- und torsionsweichen, aber zug- und druckharten Stäben 2 bis 5 auf Zwischenstükken 6, 7 abgestützt. Diese Zwischenstücke 6, 7 sind wiederum von Blattfedern 8 bis 11 so geführt und abgestützt, daß sie in einer zur Lagerachse radialen Richtung leicht beweglich sind.The bearing head 1 is used to accommodate an auxiliary bearing of the rotor, not shown. As also from FIG. 2 can be seen, the bearing head 1 is one time by means of a system of flexible and torsionally flexible, but tensile and pressure-resistant rods 2 to 5 on intermediate pieces 6, 7 supported. These intermediate pieces 6, 7 are in turn guided and supported by leaf springs 8 to 11 in such a way that that they are easily movable in a radial direction to the bearing axis.

Die Zwischenstücke 6 und 7 können über den im folgenden beschriebenen Mechanismus über Reibschluß in einer beliebigen radialen Position festgesetzt werden. Zu diesem Zweck werden die Zwischenstücke 6, 7 von je einem Blattfederpaar 12, 13 und 14, 15 umgriffen, deren Fußpunkte im Lagerbock 16 befestigt sind. Die Blattfedern 12 bis 15 berühren die Zwischenstücke 6 und 7 zunächst nicht. Die Blattfcderpaare 12. 13 und 14, 15 weisen an ihren oberen Enden miteinander fluchtende Bohrungen auf, durch die sich je eine Zugstange 17.The intermediate pieces 6 and 7 can be frictionally engaged via the mechanism described below be fixed in any radial position. For this purpose, the intermediate pieces 6, 7 each encompassed by a pair of leaf springs 12, 13 and 14, 15, the bases of which are fastened in the bearing block 16. the Leaf springs 12 to 15 initially do not touch the spacers 6 and 7. The leaf spring pairs 12. 13 and 14, 15 have holes aligned with one another at their upper ends, through each of which a pull rod 17.

18 eines Anpreßsystems erstrecken, welche Zugstangen in Querbohrungen der Zwischenstucke 6, 7 geführt sind (s. F i g. 2). Die Zugstangen 17, 18 sind an einem Ende mit je einem Hydraulikkolben 21 in den den Blattfedern 12 bzw. 15 anliegenden Zylindergehäusen 22 verbunden. An den anderen Enden weisen sie je eine Mutter18 extend a pressure system, which tie rods are guided in transverse bores of the intermediate pieces 6, 7 (see Fig. 2). The tie rods 17, 18 are each with a hydraulic piston 21 in the leaf springs at one end 12 or 15 adjacent cylinder housings 22 are connected. At the other ends they each have a mother

19 bzw. 20 auf. die die Blattfedern 13 bzw. 15 hintergreifen. Wird nun auf die Unterseite der Kolben 21 Preßöl gegeben, so werden die Zwischenstücke 6, T von den Blattfederpaaren 12, 13 und 14, 15 eingepreßt und dadurch an radialen Bewegungen so lange gehindert, wie die Reibkräfte größer sind als die radialen Lagerkräfte. Wenn die Lagerkräfte größer werden als die Reibkräfte, so rutscht die Verbindung durch. Dieses Durchrutschen bewirkt einen Energieentzug aus dem System und damit eine erwünschte Schwingungsdämpfung. 19 and 20 respectively. which the leaf springs 13 and 15 engage behind. Is now on the underside of the piston 21 Given press oil, the spacers 6, T are pressed in by the leaf spring pairs 12, 13 and 14, 15 and thus prevented from radial movements as long as the frictional forces are greater than the radial bearing forces. If the bearing forces are greater than the frictional forces, the connection slips through. This Slipping causes energy to be withdrawn from the system and thus the desired vibration damping.

Der besondere Vorteil der beschriebenen Ausführungsform besteht außerdem darin, daß die statische Ausrichtung des Hilfslagers unkritisch ist, weil es in einer beliebigen radialen Lage festgeklemmt werden kann.The particular advantage of the embodiment described is also that the static Alignment of the auxiliary bearing is not critical because it can be clamped in any radial position can.

Es versteht sich, daß die Anpreßkräfte für die Festklemmung der Zwischenstücke 6, 7 statt durch eine: Hydraulikkolben-Einrichtung 21, 22 auch durch eine beliebige andere Krafterzeugung erfolgen kann.It goes without saying that the pressing forces for the clamping of the intermediate pieces 6, 7 instead of by a hydraulic piston device 21, 22 can also be done by any other force generation.

Hierzu 1 Blatt ZeichnuneenFor this 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Procedure for balancing shaft-elastic recirculating units with more than two bearing points, whereby a pre-balancing is carried out in two main bearings at low speed and additional ones Auxiliary bearings can only be made effective after this pre-balancing, characterized in that that used as an auxiliary bearing bearing with variable rigidity in the radial direction and the recirculating unit is already included in the additional auxiliary bearings during pre-balancing but this is set to soft during the pre-balancing and only to '5 for the main balancing hard to be converted.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that at the auxiliary bearings in the bearing supports (8 to 11), friction connections (12 to 15, 17 to 22) are provided.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the frictional forces of the friction connections (12 to 15. 17 to 22) can be set and the connections when a limit value is exceeded the forces demanding them can perform sliding movements.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the rigidity of the bearing supports causing frictional forces are remotely controllable.

5. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the auxiliary bearing (1) by means of bending and rods (2 to 5) which are torsion-soft, but are tensile and pressure-resistant, supported on intermediate pieces (6, 7) are, which from transverse to the direction of the associated rods (2 to 5) extending leaf springs (8 to 11) are guided and supported.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the intermediate pieces (6, 7) on both sides Leaf springs (12 to 15) which are rigidly fastened on one side can be pressed against their longitudinal directions in the direction of the associated rods (2 to 5) run.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the pressing of the leaf springs (12 to 15) by means of transversely through the intermediate pieces (6, 7) and through aligned bores in the free leaf spring ends extending tie rods (17,18) takes place on one side each with a flange-like stop (19, 20) and at the other ends > ° with pistons (21) guided in movable cylinder housings (22).