DE251866C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 47δ. GRUPPE

SOCIETE ANONYME POUR SEXPLOITATION DES PROCEDES WESTINGHOUSE-LEBLANC

in PARIS.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. August 1911 ab.

Wenn eine Räderwelle sich sehr schnell drehen

soll, so muß ihre geometrische Achse möglichst mit einer der durch den Schwerpunkt der sich drehenden Massen gehenden Hauptträgheitsachsen derselben zusammenfallen.

Hierzu befestigt man auf den beiden Enden der Welle zusätzliche Massen, und zwar an Punkten, die mit großer Genauigkeit bestimmt werden müssen.

ίο Diese Bestimmung ist um so schwieriger, je schneller die Welle sich drehen muß, und wird unmöglich, wenn die bewegten Massen sich unter dem Einfluß des bei der Drehung entwickelten Beharrungsvermögens gestaltlich verändern.

Jeder der im folgenden beschriebenen selbsttätigen Ausgleicher besitzt eine zusätzliche Masse, deren Stellung er während des Ganges der Maschine in jedem Augenblick ändern kann. Die Vorrichtungen regeln natürlich ihre Wirkung in der Weise, daß sie die Gesamtheit der Massen, welche sich um die geometrische Achse der sie tragenden Welle drehen, mit beliebiger Genauigkeit ausgleichen.

Damit aber diese Ausgleicher wirken können, ist es unerläßlich, daß die Welle nicht gezwungen ist, sich um ihre geometrische Achse zu drehen, daß sie vielmehr wie ein Kreisel ihre ■ Drehungsachse sich selbst wählen kann.

Man kann dies dadurch erreichen, daß die Räderwelle durch biegsame Wellenstücke verlängert wird, welche in festen Lagerböcken ruhen. Die Räderwelle wählt sich eine Drehungsachse, die um so näher einer der duich den Schwerpunkt der sich drehenden Massen gehenden Hauptträgheitsachse liegt, je größer ihre Drehungsgeschwindigkeit gegenüber einer gewissen sogenannten kritischen Geschwindigkeit ist, und diese ist um so kleiner, je biegsamer die Wellenenden sind. ·

Dasselbe ist einfacher mit einer starren Welle zu erzielen, wenn man deren Lager in festen Ringen ohne Drehung bewegbar anordnet.

Wenn sich die Welle nicht mehr um ihre Achse dreht, so bewegen sich die Lager wie Exzenterringe. Der zwischen ihnen und den sie umgebenden Ringen vorhandene Spielraum muß so groß sein, daß die Lager sich frei bewegen können.

Die Lagerungsteile der Welle haben die Lager zu verschieben und die auftretenden Trägheitskräfte zu überwinden. Es wird aber ein Leichtes sein, den Lagern nur eine gegenüber den sich drehenden Massen sehr geringe Masse zu geben; die erforderlichen Kräfte sind selbst sehr gering im Vergleich zu jenen, welche die Lagerungsteile der Welle übertragen müßten, wenn diese Massen gezwungen wären, sich um die geometrische Achse der Welle zu drehen.

Die Welle kann praktisch nur freigemacht werden, wenn die sich drehenden Massen schon

sehr gut ausgeglichen sind. Der Nutzen, den man dabei hat, scheint illusorisch zu sein; aber der erwähnte Umstand gestattet, die im folgenden beschriebenen selbsttätigen Ausgleieher anzuwenden, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden. Jeder von ihnen besitzt, wie Fig. ι zeigt, einen zur geometrischen Achse x-y der Welle konzentrischen kreisförmigen Kanal H. Dieser bildet z.B.

ίο eine Ausnehmung in einem Ringe I, welcher heiß auf die Felge eines auf der Welle aufgekeilten kleinen Schwungrades / aufgebracht wird. In diesen Kanal wird durch Löcher K, welche nachher wieder verschlossen werden, eine gewisse Menge Quecksilber eingeführt, ohne daß der Kanal vollständig gefüllt wird. Jede Räderwelle ist wenigstens mit zwei Ausgleichern zu versehen. Das Quecksilber bildet eine zusätzliche Masse. Es wird ersichtlich sein, daß diese, wenn die Welle sich ihre Drehungsachse selbst wählen kann — was eine wesentliche Bedeutung ist —, stets streben, die Hauptträgheitsachse der sich drehenden Massen der geometrischen Achse der Welle zu nähern.

Fig. 2 ist in der zur Achse x-y eines Ausgleichers senkrechten normalen Ebene gezeichnet.

In der Zeichnung sind die Punkte 0, L und G die Spuren der geometrischen Achse x-y der Welle, der wirklichen Drehungsachse und der durch den Schwerpunkt der sich drehenden Massen gehenden, der Achse x-y am nächsten benachbarten Hauptträgheitsachse derselben ausschließlich des Quecksilbers. Zur Vereinfachung der Erklärung sei angenommen, daß diese drei Achsen parallel sind.

Wenn die Welle frei ist, so liegt der Punkt L (Fig. 2) zwischen den Punkten O und G. Wenn das Quecksilber die Drehungsgeschwindigkeit der Welle angenommen hat, so ist seine freie Oberfläche eine Niveaufläche und strebt, die Gestalt eines um die wirkliche Drehungsachse erzeugten Kreiszylinders anzunehmen. Die Spur der freien Oberfläche des Quecksilbers ist in Fig. 5 durch eine Kreislinie M mit dem Punkt L als Mittelpunkt angedeutet. Die Quecksilbermasse wird anderseits begrenzt durch die äußere Wand des Kanals H, H, dessen Spur in Fig. 3 eine Kreislinie P mit O als Mittelpunkt ist.

Diese Quecksilbermasse wird in bezug auf den Punkt L aus dem Gleichgewicht gebracht. Ihr Schwerpunkt liegt dann auf der Verlängerung der Geraden G, 0, und zwar in bezug auf den Punkt G auf der anderen Seite des Punktes O. Sie wird also bestrebt sein, die Spur der Hauptträgheitsachse der Gesamtheit der sich drehenden Massen dem Punkt 0 in Fig. 2 zu nähern. Diese Spur wird nahe an den Punkt L kommen, wenn die der Wanderung des Punktes A entgegenwirkenden Dämpfungskräfte im Vergleich mit den Trägheitskräften gering sind.

Da der kreisförmige Kanal eines Ausgleichers von sehr geringer Tiefe sein kann, so kann man eine große Anzahl von Kanälen konzentrisch zur geometrischen Achse der Welle übereinander anordnen. Dies gelingt z. B., wenn Metallringe, wie sie Fig. 3 bei P, I² usw. darstellt, heiß aufeinander aufgebracht werden. In diese verschiedenen Kanäle wird durch Löcher, die nachher wieder verschlossen werden, Quecksilber eingeführt. Auf diese Art werden Ausgleicher von hohem Wirkungsgrad gewonnen, die dennoch sehr leicht sind und wenig Raum beanspruchen.

Es sei nochmals daran erinnert, daß diese Vorrichtungen nur wirken können, wenn die sie tragende Welle ihre Drehungsachse sich frei wählen kann. Die Theorie setzt nämlich voraus, daß der Punkt L der Fig. 2 zwischen den Punkten O, G liegt. Dies ist natürlich der Fall, wenn die Welle frei ist oder wenn sie, von biegsamen Wellenenden getragen, eine Drehungsgeschwindigkeit hat, welche über der kritischen Geschwindigkeit liegt. Wenn dagegen die durch den Punkt L gehende Drehungsachse fest wäre, so befände sich der Punkt G gegenüber dem Punkt L auf derselben Seite wie der Punkt O und weiter davon entfernt, go Die Wirkung der Exzentration der Quecksilbermassen würde sich zu jener der Exzentration des Punktes G addieren statt sich davon abzuziehen, und das Übel wäre verschlimmert statt verbessert.

Die beschriebene Ausführungsform des Ausgleichers bildet nur ein Beispiel. Es ist jede Einrichtung brauchbar, welche die Anordnung von kreisförmigen, vollständig geschlossenen Kanälen gestattet. Im besonderen wird man Vorrichtungen mit dünnen Stahlrohren machen können, welche gleich den Rohren der Manometer von Bourdon sehr flach sind, und die man, nachdem die gewünschte Quecksilbermasse eingeführt ist, durch eine autogene Lötung oder Schweißung in sich selbst schließt. Man kann das Quecksilber vollkommen ersetzen durch Stahlkugeln passender Größe oder durch irgendwelche metallischen Feilspäne.

Wenn eine Welle ,mehrere Räder zu tragen hat, wie dies z.B. bei R¹, i?² usw. in Fig. 4 dargestellt ist, so hat man sie folgerichtig mit ebenso vielen Ausgleichern S¹, S² usw. auszustatten, wie Räder vorhanden sind, indem man jedem Rad einen Ausgleicher zuordnet.

Es ist zweckmäßig, die Vorrichtung möglichst groß im Durchmesser auszubilden, z. B., wie Fig. 5 zeigt, bei einer Dampfturbine an jedem Rade in der Nähe des Ursprungs der'120 Schaufeln b flache Rohre t anzuordnen, die teilweise mit Quecksilber gefüllt sind. Die

angegebene Befestigungsart kann unendlich viele Änderungen erfahren.

Da die einer mangelhaften Entlastung der Räder zuzuschreibenden Kraftäußerungen nicht mehr durch die Welle übertragen zu werden brauchen, so kann man sehr kräftige Ausgleicher benutzen, ohne ein Ermüden der Welle befürchten zu müssen.

Auf diese Art kann nicht nur mangelnde

ίο Entlastung behoben werden, die eine Folge der Bauart ist, sondern es können auch zufällig entstehende Fehler ausgeglichen werden, wie z. B. eine Unordnung an den Schaufeln der Turbinen. Die Lagerungsteile und die Lager werden dann niemals einer starken Rückwirkung unterworfen. Dies wird aber nicht immer möglich sein; denn es kann der Fall eintreten, daß nicht genügend Platz zur Anordnung der Ausgleicher vorhanden ist. Man kann sich dann, wie Fig. 6 zeigt, damit begnügen, zwei solcher Vorrichtungen an den beiden Enden der Welle vorzusehen.

Wenn man sie, um die Folgen eines Zufalls abzuwenden, stark genug ausführt, so könnte die Welle z. B. einer bedeutenden, in ihrer Mitte angreifenden Kraft f¹ sowie entgegengesetzt dazu wirkenden Kräften /",', /V zu widerstehen haben; sie liefe Gefahr, sich zu verbiegen.

In diesem Falle kann man sich nicht Vorrichtungen bedienen, die wirksam genug sind, um bei Unfällen ein Springen der Welle, genügend zu begrenzen; vielmehr wird dann die Begrenzung mittels zweier Schwungringe T¹, T² (Fig. 6) bewirkt oder mittels einer größeren Anzahl solcher Ringe, die längs der Welle verteilt sind. Bei einem Unfälle läuft diese Welle auf diesen Ringen, bis die Maschine angehalten wird, ohne daß also ein Schaden entsteht.

Die beschriebene Vorrichtung kann an jeder mit Rädern oder anderen Massen versehenen Welle angebracht ,werden, wenn mangelnde Entlastung der sich drehenden Massen eine Veranlassung dazu gibt, die Welle mit größeren Lagerungsteilen auszustatten, als erforderlich ist. Sie gestattet namentlich, Turbinen und Rotationskompressoren für sehr hohe Geschwindigkeiten herzustellen.

Bei Dynamomaschinen gestatten diese großen Geschwindigkeiten, in wirtschaftlicher Weise Wechselstrommaschinen von der Gleichpoltj'pe mit fester, eisenloser Wicklung zu bauen, wo der Induktor durch eine gleichfalls fest angeordnete Mittelspule erregt wird und wo man nur eine Eisenmasse in Drehung zu versetzen hat. Die Abwesenheit dieses Metalles in der Wicklung schützt vor den Anziehungsunterschieden, welche in den gewöhnlichen Maschinen auftreten und die Welle anzuheben oder zu unterstützen streben. Man kann also dieser die ganze erforderliche Bewegungsfreiheit lassen.

Die große Frequenz, welche mit diesen Maschinen erzielt wird, erweist sich, wenn eine Umformung der Ströme erfolgt, nicht als nachteilig. Die Abwesenheit des Eisens in der Wicklung verhütet die Hysterisisverluste. Man ordnet A'entile von Cooper Hewitt an, statische Apparate, die imstande sind, Wechselströme höchster Frequenz und sehr hoher Spannung umzuformen. Die Anwendung eines Kollektors ist also nicht erforderlich.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ausgleichvorrichtung für frei um eine ihrer durch den Schwerpunkt gehenden Hauptträgheitsachsen umlaufende Massen, insbesondere für solche mit großer Geschwindigkeit, gekennzeichnet durch mindestens zwei ringförmige, in bezug zur geometrischen Achse der umlaufenden Masse konzentrische, teilweise mit einem flüssigen Stoff von vorzugsweise sehr großer Dichte gefüllte, nebeneinander angeordnete Ausgleichskanäle in der Masse.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.