DE2646532A1 - PISTON MACHINE - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
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- F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
- F16F15/261—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system where masses move linearly
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- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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Description
Anmelder: Balcke-Dürr AG, Hornberger Straße 2, 4030 RatingenApplicant: Balcke-Dürr AG, Hornberger Straße 2, 4030 Ratingen
"Hubkolbenmas chine""Reciprocating engine"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolbenmaschine mit mindestens einem an einem Kurbelzapfen an einer Abkröpfung einer Kurbelwelle über ein gerade geführtes Gleitgelenk und eine Pleuelstange angreifenden Hubkolben mit einem Massenausgleich der Massenkräfte der oszillierenden Gewichte. Sie findet vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, Anwendung als Hubkolbenkompressor für alle Gase.The invention relates to a reciprocating piston engine with at least one on a crank pin on a bend of a crankshaft via a sliding joint and one Piston engaging connecting rod with a mass balance of the inertia forces of the oscillating weights. She prefers to but not exclusively, use as a reciprocating compressor for all gases.
Es ist allgemein bekannt, zur Kompensation der freien oszillierenden Massenkräfte ein sogenanntes Ausgleichsgetriebe anzuordnen. Bei dieser Anordnung befinden sich unterhalb der Kurbelwelle zwei Fliehgewichte von denen eines von der Kurbelwelle angetrieben wird und das koaxial zu ihm liegende Fliehgewicht entgegengesetzt dreht. Es handelt sich um hälftig schwere bzw. unausbalancierte Zahnräder. Da die Fliehgewichte koaxial • nebeneinander liegen und entgegengesetzt drehen, heben sich ihre waagerechten Kraftkomponenten auf. Gleichzeitig kompensieren die Fliehgewichte die senkrechten Schwingungen der Kurbelwelle. Das Ausgleichsgetriebe bringt nur einen Ausgleich der freien Massenkräfte I. Ordnung.It is well known to compensate for free oscillating To arrange mass forces a so-called differential gear. In this arrangement are located below the crankshaft two flyweights, one of which is driven by the crankshaft and the flyweight that is coaxial with it rotates in the opposite direction. These are half heavy or unbalanced gears. Because the flyweights are coaxial • lying next to each other and turning in opposite directions, their horizontal force components cancel each other out. Compensate at the same time the flyweights are the vertical vibrations of the crankshaft. The differential only compensates for the 1st order free mass forces.
Es ist weiterhin bekannt, die störenden Auswirkungen von freien Massenkräften I. und II. Ordnung im Kurbeltrieb durch einen Massenausgleich, d.h. durch eine geeignete Anordnung von Gegengewichten zu unterdrücken (Lueger, "Lexikon der Technik" Bd. 1 "Grundlagen des Maschinenbaues" (1960), Seiten 275-280). In der zitierten Abhandlung sind die Formeln für die Drehkraftermittlung bei einer Schubkurbel und auch die Formeln für die Ermittlung der Massenkräfte angegeben. Für die Maßgabe, dieIt is also known that the disruptive effects of free inertia forces of the 1st and 2nd order in the crank mechanism a mass balance, i.e. suppressing a suitable arrangement of counterweights (Lueger, "Lexikon der Technik" Vol. 1 "Fundamentals of mechanical engineering" (1960), pages 275-280). In the cited paper are the formulas for determining the torque for a slider crank and also the formulas for determining the inertia forces are given. For the proviso that
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die freien Massenkräfte durch Massenausgleich zu beseitigen, fehlen jedoch nähere konstruktive Angaben. Der beispielsweise genannte Gegenkolbenmotor umfaßt einen Ausgleichskolben, was einmal zu einer aufwendigen Konstruktion führt und zum andern auch den völligen Ausgleich der Gaskräfte neben den mechanischen Kräften im vollen Stellbereich des Motors bedingt.To eliminate the free inertial forces through mass balancing, however, there are no more detailed constructive details. The example said opposed piston engine comprises a compensating piston, which leads to a complex construction and to on the other hand, the complete compensation of the gas forces in addition to the mechanical forces in the full adjustment range of the motor is necessary.
Der Erfindung liegt, ausgehend von einer Hubkolbenmaschine der eingangs genannten Gattung, die Aufgabe zugrunde, bei angestrebter Kompaktbauweise eine Kompensation der freien oszillierenden Massenkräfte I. und II. Ordnung zu erreichen.Based on a reciprocating piston engine of the type mentioned at the outset, the invention is based on the object To achieve a compensation of the free oscillating inertia forces of the 1st and 2nd order with the desired compact design.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß an der Krubelwelle, symmetrisch zum Angriffspunkt des Hubkolbens, ein von der Kurbelwelle entgegengesetzt zum Hubkolben bewegtes, mit seiner Masse auf den Hubkolben und die mit dem Hubkolben oszillierenden Massenkräfte I. Ordnung und II. Ordnung abgestimmtes Ausgleichsgewicht angelenkt ist.The solution to this problem is that according to the invention on the crankshaft, symmetrical to the point of application of the reciprocating piston, one from the crankshaft opposite to the reciprocating piston moving, with its mass on the reciprocating piston and the inertial forces of the 1st order and 2nd order oscillating with the reciprocating piston coordinated balance weight is articulated.
Das Ausgleichsgewicht wird also auf geradliniger Bewegungsbahn, entgegengesetzt zum Hubkolben mitgeführt. Die Pleuelstangenlänge I1 des Hubkolbens ist gleich der Pleuelstangenlänge I2 des Ausgleichsgewichtes, ebenso sind die Hubstangenverhältnisse A- 1 und Λ2, d.h. die Quotienten aus der jeweiligen Länge der Pleuel- bzw. Schubstange zum jeweiligen Kurbelradius1, gleich. Durch Wahl des Ausgleichsgewichtes läßt sich somit vorteilhaft eine volle Kompensation der freien oszillierenden Massenkräfte I. und II. Ordnung erreichen.The counterweight is thus carried along on a straight path of movement, opposite to the reciprocating piston. The connecting rod length I 1 of the reciprocating piston is equal to the connecting rod length I 2 of the counterweight, and the lifting rod ratios A- 1 and Λ 2 , ie the quotients from the respective length of the connecting rod or push rod to the respective crank radius 1 , are the same. By choosing the balance weight, a full compensation of the free oscillating inertia forces of the first and second order can advantageously be achieved.
Zweckmäßig ist die Kurbelwelle im Bereich des Hubkolbens bzw. des Ausgleichgewichtes dreifach abgekröpft, wobei das Ausgleichsgewicht an den beiden äußeren Kurbelzapfen über Pleuelstangen angelenkt ist. Diese Anordnung ist vorteilhaft angebracht bei einem Einkurbelhubkolbenverdichter.The crankshaft is expediently bent three times in the area of the reciprocating piston or the counterweight, the counterweight is hinged to the two outer crank pins via connecting rods. This arrangement is advantageously attached at a single-crank reciprocating compressor.
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Vorzugsweise ist die Kurbelwelle auf den den beiden äußeren Abkröpfungen zugeordneten Kurbelwangen gelagert. Dabei ergibt sich der überraschende Vorteil, daß die bevorzugt in vertikaler Aufstellungsart ausgeführte Hubkolbenmaschine eine extrem kleine Erstreckung in Richtung der Kurbelwelle besitzt. Bekanntlich wächst die Durchbiegung der Welle bei gleichmäßiger Belastung mit der dritten Potenz der freien Länge zwischen zwei Stützpunkten. Die Anordnung eines Ausgleichsgewichtes muß daher zunächst wegen möglicher anderer auf den Hubkolben wirkender Störkräfte und unter Berücksichtigung der im vollen Stellbereich evt. unterschiedlichen Gaskräfte bedenklich erscheinen. Mit der durch die Lagerung auf den Kurbelwangen erreichten extrem kleinen freien Wellenlänge ist dies jedoch unproblematisch. Vielmehr ergibt sich ein vibrationsfreier Lauf, eine Einsparung an Fundamenten, eine Erweiterung des Drehzahlstellbereiches nach oben und folglich ein kleineres Bauvolumen und Baugewicht sowie ein günstiges Leistungs- Kostenverhältnis.The crankshaft is preferably mounted on the crank webs assigned to the two outer bends. This results in the surprising advantage that the reciprocating piston machine, which is preferably designed in a vertical installation has an extremely small extent in the direction of the crankshaft. It is known that the deflection of the shaft increases uniform load with the third power of the free length between two support points. The arrangement of a balance weight must therefore first because of possible other disturbing forces acting on the reciprocating piston and taking into account the possibly different gas forces appear questionable in the full setting range. With the through storage up The extremely small free wavelength achieved by the crank webs, however, poses no problem. Rather, it results in a vibration-free running, a saving on foundations, an expansion of the speed setting range upwards and consequently a smaller volume and weight as well as a favorable performance-cost ratio.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 schematisch einen Schnitt parallel zur Kurbelwelle einer Hubkolbenmaschine und eine Teildraufsicht undFig. 1 schematically shows a section parallel to the crankshaft of a reciprocating piston engine and a partial plan view and
Fig. 2 einen Schnitt quer zur Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine gemäß Fig. 1 und eine Teildraufsicht.FIG. 2 shows a section transversely to the crankshaft of the reciprocating piston machine according to FIG. 1 and a partial plan view.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Einkurbelhubkolbenverdichter vertikaler Aufstellungsart. Es sind nur die für vorliegenden Zusammenhang wesentlichen Elemente dargestellt; der weitere Aufbau eines solchen Einkurbelhubkolbenverdichters ist z. B. durch den Typ HTS 230 der Firma Maschinenbau-AG Balcke, Wormser Str. 109, $71 Frankenthal/Pfalz, Bundesrepublik Deutschland , bekannt.The exemplary embodiment relates to a single-crank reciprocating compressor vertical installation type. They are only for the present Context of essential elements shown; The further structure of such a single-crank reciprocating compressor is z. B. by the type HTS 230 from the company Maschinenbau-AG Balcke, Wormser Str. 109, $ 71 Frankenthal / Pfalz, Federal Republic of Germany , known.
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Der im oberen Teil 1 der Maschine befindliche Hub- bzw. Verdichterkolben greift über ein Kreuzgelenk/mit einem Kreuzkopfbolzen 3 und eine auf letzterem sitzende Pleuelstange 4 an einem mittleren Kurbelzapfen 5 einer mittleren Abkröpfung einer Kurbelwelle 6 an. Ein Ausgleichsgewicht 7 ist über zwei an den beiden äußeren Kurbelzapfen 8 und 9 angelenkte Pleuelstangen 10 und 11 mit der Kurbelwelle 6 gekoppelt.The lift or compressor piston located in the upper part 1 of the machine engages via a universal joint / with a cross head bolt 3 and a connecting rod 4 seated on the latter a middle crank pin 5 a middle bend one Crankshaft 6 on. A balance weight 7 is via two connecting rods articulated on the two outer crank pins 8 and 9 10 and 11 coupled to the crankshaft 6.
Die Kurbelwelle 6 ist auf den den beiden äußeren Abkröpfungen der der dreifach abgekröpften Kurbelwelle 6 zugeordneten Kurbelwangen 12 und 13 gelagert.The crankshaft 6 is on the two outer bends of the crank webs 12 and 13 associated with the triple cranked crankshaft 6.
Weiterhin befindet sich auf der Welle eine Schwungmasse 14.A flywheel 14 is also located on the shaft.
Für das Ausgleichsgewicht 7 ist eine Gleitführung 15 vorgesehen. (Fig. 2). Die Pleuelstangenlänge I1 der Pleuelstange 4 ist gleich der Pleuelstangenlänge I2 der Pleuelstangen 10 und 11.A sliding guide 15 is provided for the balance weight 7. (Fig. 2). The connecting rod length I 1 of the connecting rod 4 is equal to the connecting rod length I 2 of the connecting rods 10 and 11.
Bei der Bewegung des Hubkolbens wird das Ausgleichsgewicht 7 im entgegengesetzten Sinne mitgeführt. Überträgt man das jeweilige Zeigerbild für die Massenkräfte I. und II. Ordnung in ein Zeitdiagramm, z.B. für einen Bewegungsabschnitt zwischen der unteren und der oberen Grenzlage, so erkennt man bei überlagerung der jeweiligen Schwingungen, daß eine vollständige Kompensation vorliegt. Die entsprechende rechnerische Ermittlung ergibt sich aus Lueger (s.o.).When the reciprocating piston moves, the counterweight 7 is carried along in the opposite direction. If you transfer the respective Vector image for the inertial forces of the 1st and 2nd order in a time diagram, e.g. for a movement segment between the lower and the upper limit position can be seen when they are superimposed of the respective vibrations that there is complete compensation. The corresponding arithmetical determination results from Lueger (see above).
Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß sich durch die Lagerung auf den Kurbelwangen 12 und 13 eine minimale Erstreckung der Maschine bzw. der Kurbelwelle in horizontaler Richtung ergibt.From Fig. 1 it can be seen that the storage on the crank webs 12 and 13, a minimal extent of Machine or the crankshaft results in the horizontal direction.
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