DE2753610A1

DE2753610A1 - Selbstauswuchtender, mit ueberkritischer und unterkritischer drehzahl umlaufender rotor

Info

Publication number: DE2753610A1
Application number: DE19772753610
Authority: DE
Inventors: Philip Charles Stein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1979-02-08
Also published as: CA1076393A; GB1560932A; FR2410814A1; IT1090838B; FR2410814B1; US4117742A; DE2753610C2

Description

Beschreibung

Dia Erfindung betrifft eine prrnrinsnt wirksame automatische /.uswuchteinrichturg fü.: Ro to ro η, die übor der kritischen Drehzahl arbeiten,und insbesondere einen Rotor, der mit einer über der kritischen Drehzahl liegenden Drehzahl rotiert und eine automatische Auswuchteinrichtung für den Potor bzw. einen automatischen Abgleich aufweist.

Viel-3 mit hoher Drehzahl umlaufende Rotoren, beispielsweise die Rotoren von Flugzeugstrahltriebverken, arbeiten bei Drehzahlen, die über ihren Resonanzdrehzahlen, d. h. über der kritischen Drehzahl, liegen. Da die Rotoren für Strahltriebwerke leicht sein inüssen und aus vielen längs dünner Flansche verbolzten Teilenhergestellt v/erden, si.nd sie relativ flexibel. Da weiterhin die Rotoren sowohl die Schaufeln für den Kompressor, die Turbine oder den Fan-Abschnitt tragen, bei denen es sich um dünne flexible Teile handelt, die der Erosion und Randr:«rstörungen ausgesetzt sind, wird die Vibration bei derartigen Rotoren ein ernsthaftes Problem.

Anstrengungen zur Lösung dieses Problems bestehen oft darin, die Kellenlager, bei denen es sich um Rollenlager und Kugellager handeln kann, flexibel anzubringen. Eine derartige Montage kann dem Aufbau nach elastisch sein. Das Federungsvermögen kann auch dadurch erreicht werden, daß die äußere Lagerlauffläche mit einem ölkissen geringer Stärke umgeben v/ird, die im Rereich von o,o5 bis o,5 mm liegt. Dieses ölkissen ermöglicht es, daß sich die Lagerlauffläche biegt, v/obei das Öl aufgrund seiner Viskosität einen Strömungswiderstand aufweist. Eine solche Einrichtung absorbiert Energie und reduziert deshalb die Schwingungsamplitude der V7elle.

Trotz derartiger Einrichtungen treten bei vielen mit hoher Drehzahl umlaufenden Maschinenrotoren beträchtliche Schwierigkeiten auf, zu denen das Reiben der äußeren Schaufelenden,

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ein mögliches Biegen und ein Verlust der Schaufelenden infolge der großen Vibrationsauslenkung gehören. Bei bestimmten Triebwerken ist es wiederholt vorgekommen, daß der Verlust eines Teils einer Schaufel die Welle so unwuchtig gemacht hat, daß alia Schaufeln in einem Abschnitt des Triebwerkes zerstört wurden und daß sich in manchen Fällan der ganze Turbinenrotor des Triebwerkes losriß und vom in der Luft befindlichen Flugzeug nach unten fiel.

Zum Bestimmen der Unwucht in Rotoren von Maschinen ist bereits eine abgleichende Maschine bzw. eine auswuchtende Einrichtung bekannt (E.L. Thearle, A new Type of Dynamic Balancing Machine ASME, 1932, Paper APM-54-12). Zur Erläuterung dieser bekannten Einrichtung v/ird auf die Figuren 1 bis 6 Bezug genommen. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in einer Seitenansicht die bekannte Anordnung zum dynamischen Auswuchten eines Rotors,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Anordnung von Fig. 1,

Fig. 3 den in der Anordnung von Fig. 1 verwendeten Auswuchtkopf in der Seitenansicht, __

Fig. 4 schematisch die Wirkungsweise der Auswuchtgewichte unter der kritischen Drehzahl,

Fig. 5 schematisch die Wirkungsweise der Ausgleichsgewichte über der kritischen Drehzahl und

Fig. 6 in einem Diagramm die Verschiebung des Phasenwinkels zwischen der Richtung einer nicht kompensierten Kraft und der Richtung der Rotorverschiebung, wenn sich die Drehzahl des Rotors ihrer natürlichen Frequenz, basierend auf typischen Dämpfungswerten, nähert und diese überschreitet.

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Die bekannte Einrichtung hat ein auf Federn sitzendes Bett 2, welches einen Rotor 4 (Fig. 1) trägt, der in Lagern 4Λ und 4B gelagert ist. Das Bett kann gegen eine Bewegung in zwei im Abstand angeordneten Ebenen 6 und 8 durch Schwenkzapfen arretiert werden, die an haiden Seiten des Eettes an den Stellen 2Λ odar 2B angebracht sind. Die Bestimmung des Ausmaßes der Unv/ucht wird durch Verwendung eine-' Auswuchtkopf es 1o erreicht, der fest mit dem Rotor verbunden ist und zwei Kugeln 12 und 14 (Fig. 3) aufweist, die in einer Lauffläche sitzen, deren Achse mit der des Rotors 4 zusammenfällt. Die Kugeln sind zur Unterbindung einer Bewegung aus ihren Stellungen in der Lauffläche durch eine nicht gezeigte federgespannte Kupplung gehalten. Die Kupplung kann von den Kugeln dadurch entfernt werden, daß die Feder von Hand zusammengedrückt wird. Ein Arbeitszyklus dieser Einrichtung besteht aus

a) dem anfänglichen Positionieren der Kugeln 12 und 14 derart, daß sie einander diametral gegenüberliegen und eine Bewegung des Bettes in der Ebene 8 ermöglichen, wobei die Zapfen an der Stelle 23 entfernt v/erden,

b) einem Drehen und einer Steigerung der Drehzahl des Rotors über die kritische Drehzahl hinaus, wobei der Kopf 1o j_n der Ebene 8 liegt,

c) der Freigabe der Kupplung, wobei die Kugeln 12 und 14 ihre Lage ändern können,

d) der Widerhersteilung der Kupplung, um die Kugeln 12 und 14 in dieser Stellung zu arretieren, und aus

e) einer Reduzierung der Drehzahl und aus dem Anhalten der Drehbewegung.

Wenn der Rotor wieder stillsteht, ermöglicht eine überprüfung der Stellung der Kugeln 12 und 14 die Schätzung der Größe und

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der Richtung des Ungleichgewichtes, d. h. es können die Größe und der Ort der Korrekturgewichte in dar Ebene 8 bestimmt werden. Ein Ersetzen der Zapfen an der Stelle 2B, wobei sie an der Stelle 2A entfernt werden, und ein Befestigen des Auswuchtkopfes in dar Ebene 6 ermöglichen die Ausführung des gleichen Vorgangs, so daß die Gewichts- bzw. din Massenkorrektur in der Ebene 6 ausgeführt werden kann. Dadurch ist die dynamische Auswuchtung des Rotors abgeschlossen.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Auswuchtkopfes 1o näher erläutert. Bei einer unwuchtigen umlaufenden Welle, die einer Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, mit einer unter der kritischen Drehzahl liegenden Wellendrehzahl umläuft und eine niedrige Dämpfungsgröße hat, sind die Verschiebung der Welle infolge der Belastung und die Belastung phasengleich, d. h. die Richtung der Last und die Richtung der dadurch bedingten Verschiebung rotieren in der gleichen radialen Ebene. Wenn die Drehzahl über die kritische Drehzahl gesteigert wird, beträgt bekanntlich der Phasenwinkel zwischen der Richtung der Kraft und der Verschiebung bzw. Auslenkung 18o°. Somit befindet sich jenseits der kritischen Drehzahl die Auslenkung auf der der schweren Seite der Welle gegenüberliegenden Seite. Bei zwangsweise herbeigeführten Schwingungen und bei einem Ungleichgewicht mit einem einzigen Freiheitsgrad lautet dTe Gleichung für den Phasenwinkel

tan

,C W

-l'²

Darin sind:

0 der Phasenwinkel zwischen der Richtung der Unwuchtkraft und der Richtung der Auslenkung,

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C die Dämpfungskonstante, d. h. der Proportionalitätsfaktor, der, wenn er nit den Auslenkungswert multipliziert wird, die Größe einer Dämpfungskraft ausdrückt, die entgegen der richtung der (Geschwindigkeit) Auslenkung wirkt,

C die kritische Dämnfungskonstante, d. h. der Wert der Dämpfungskonstar.ton, der eine Vibrationsbewegung bzw. ein Schwingen verhindert,

W die Winkelgeschwindigkeit der Wellsnrotation und

Vi die Winkelgeschwindigkeit bei der natürlichen Frequenz bzw. Eigenfrequenz der Welle.

In Fig. 6 sind berechnete Werte für den Verschiebungswinkel bzv/. Auslenkungswinkel 0 aufgetragen, die auf der obigen Gleichung basieren und bei denen niedrige Dämpfungswerte verwendet sind. Aus Fig. 6 sieht man die Verschiebuna des Auslenkungswinkels, wenn die Wellendrehzahl sich ihrer Eigenfrequenz nähert und diese überschreitet. Die Linien 2o, 22 und 24 zeigen die Abhängigkeit des Phasemvinkels von W/W , wobei für C/C Werte von O, o,o2 und o,o5 verwendet wurden.

In Fig. 4 sind die Kräfte und die Auslenkung für Drehzahlen des Rotors 4 unter der Eigenfrequenz veranschaulicht. Der Punkt B stellt die Mittelachse des Lagers und S die Mittelachse des Rotors 4 dar. Der Abstand zwischen S und B ist die Auslenkung des Rotors unter der Wirkung der Unwucht G. Die zentrifugale Last G, die durch einen Pfeil dargestellt ist, und die Auslenkung S von B haben die gleiche Richtung. Das System 12-S-14 und G laufen um B herum. Die Zentrifugalkräfte auf die Kugeln 12 und 14 sind durch die Pfeile 12A und 12B veranschaulicht, die durch sie hindurchgehen. Wenn die Kugeln freigegeben werden, treiben die tangentialen Komponenten der Zentrifugalkraft die Kugeln zu der schweren Seite des Rotors, was durch G veranschaulicht ist, und erhöhen die

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Kenn die Rotordrehzahl die Eiqenfrecruenz überschreitet, erfolgt dia Auslenkung von S, bezogen auf E, entgegengesetzt zur Richtung von G, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Unter diesen Bedingungen drückt die auf dia Kugeln 12 und 14 v/irkende Zentrifugalkraft diese aus der Richtung von G weg in eine Richtung, die die Schwingung reduziert. Die Massen können nicht dauernd über dem richtigen Gleichgewichtszustand liegen, denn wenn sie über die richtige Stelle hinausgehen, wird die Unwucht des Gesamtsystems, d. h. Rotor plus Massen, immer die Richtung der Auslenkung so verachieben, daß sie zur Richtuno der Massenunwucht entgegengesetzt ist, so daß sich die Massen verschieben, um das System ins Gleichgewicht zu bringen.

Die bekannte Einrichtung wird zum Prüfen und Korrigieren der dynamischen Auswuchtung von Rotoren verwendet. Sie kommt nicht zum Einsatz als permanente Einrichtung an Rotoren, um eine Unwucht, die zufällig während des Betriebs auftritt, sofort zu korrigieren, um dadurch einen ausgedehnten Schaden aufgrund der Vibration zu verhindern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine permanent wirksame Einrichtung zu schaffen, mit der eine Unwucht in Rotoren, die mit einer überkritischen Drehzahl umlaufen, automatisch korrigiert wird, und zwar unmittelbar bei ihrem Auftreten. Dabei soll das korrigierte Gleichgewicht bzw. die Auswuchtung automatisch beibehalten v/erden, wenn die Rotordrehzahl unter die kritische Drehzahl absinkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswuchtmassen immer dann ortsfest gehalten werden, wenn die Rotordrehzahl unter der kritischen Drehzahl liegt, und daß die Auswuchtmassen immer dann vollständig freigehalten werden , v/enn die Rotordrehzahl um einen geringen Betrag über der kritischen Drehzahl liegt. Dies wird auf automatische Weise mittels einer drehzahlabhängigen Kupplungseinrichtung erreicht,

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die beispielsweise mechanisch, hydraulisch oder elektrisch betätigbar ist. Zusätzlich sind die erfindungsgomäßen Auswuchtmassen speziell gebaut.

rrfindungsgenäß wird ein Paar von Auswuchtmassen auf bezüglich der Mittellinie des Rotors gegenüberliegenden Seiten für eine Bewegung um die Achse des Rotors angebracht. Eine automatisch betätigte Kupplung arretiert die Massen bezüglich einer Bewegung um die Rotorachse, wenn der Rotor mit einer unterkritischen Drehzahl umläuft. Sie gibt die Massen für eine freie Bewegung um die Rotorachse automatisch dann frei, v.'enn der Rotor nit überkritischer Drehzahl umläuft. Bei einer beispielsweisen Ausführungsforin bestehen die Auswuchtmassen aus Rollringen bzw. Rollkäfiger. Das Kupplan der Massen erfolgt entweder einzeln oder derart, daß die Massen zwangsweise bezüglich der Bewegung arretiert und gleichzeitig freigegeben werden. Zur Steuerung der Kupplungen wird die Zentrifugalkraft verwendet.

Anhand der weiteren Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 7 in einer Halbansicht vertikal im Schnitt einen Rotor mit einer Ausführungsform einer Rotorauswuchteinrichtung,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 7,

Fig. 9 einen Querschnitt durch einen Rotor mit einer zweiten Ausführungsform einer Rotorauswuchteinrichtung,

Fig. 1o einen Schnitt längs der Linie 1o-1o von Fig. 9,

Fig. 11 einen Querschnitt durch einen Rotor mit einer dritten Ausführungsform einer Rotorauswuchteinrichtung,

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 von Fig. 11 und

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Fig. 13 im Längsschnitt eine Modifizierung der Rotorauswuchtcinrichtung von Fig. 9.

Der in Fig. 7 und 8 gezeigte Rotor 32 dreht sich' in Lagern 34, die in einem Lagerbock 36 sitzen, der zu einsn Gehäuse 38 gehört, das den Rotor umgibt. Die Ausvmchteinrichtung hat ein ringförmiges Gehäuse 42, das am Rotor 32 durch Klemmbüchsen 44 oder durch andere geeignete Einrichtungen gehalten ist und sich mit dem Rotor dreht. Das Gehäuse 4 2 hat einen Ring 48, der auf der einen Stirnseite 5o des Gehäuses 4 2 (Fig. 8) offen ist, auf der gegenüberliegenden Seite 52 und an seiner inneren und äußeren gekrümmten Begrenzung 54 bzw. 56 geschlossen ist. In dem Fing sind zwei identische Rollenkäfige 6o und 62 vorgesehen, die in dem Ring durch einen geeigneten Haltering 64 gehalten werden. Die Rollenkäfige haben Rollen 68, die sich um die Achse des Rotors 32 frei bewegen können. Die Käfige und die Rollen 68 wirken als Auswuchtmassen. Die Rollen übertragen die Zentrifugalkräfte der Käfige und der Rollen, wenn sich der Rotor 32 dreht, auf die äußere zylindrische Oberfläche 56 des Rings 48. Jeder Rollenkäfig 6o und 62 ist ein Block mit einem Paar von Ausnehmungen 72 und 74, von denen jede eine Rolle 68 aufnimmt. Jede Rolle ist drehbar an einem käfigfesten Zapfen 76 gehalten. Jeder Rollenkäfig 6o und 6 2 hat eine innere gekrümmte Fläche 78 und eine Ausnehmung 8o darin, die einen Bremsblock 82 aufweist, der eine gekrümmte Oberfläche mit Zähnen 86 für den Eingriff mit Zähnen 88 aufweist, die sich längs der inneren gekrümmten Fläche 54 des Rings im Gehäuse 42 erstrecken. Die Zähne 86 werden durch Schraubendruckfedern 92 in die Eingriffsstellung mit den Zähnen 83 gedrückt. Die Federn 92 sind so ausgelegt, daß sie mit einer solchen Kraft wirken, daß das Ineinandergreifen der Zähne solange aufrechterhalten wird, bis die Rotordrehzahl die kritische Drehzahl überschreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zentrifugalkraft auf die Bremsblöcke 82 größer als die Federkraft, so daß der Eingriff der Zähne 86 und 88 gelöst wird. Dadurch können sich die Rollenkäfige 6o in Umfangsrichtung in dem Ring des Gehäuses 42 bewegen und

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eine Auswuchtung des Rotor.= 32 in der Ebene dor Einrichtung, wie vorstehend beschrieben, bewirken. V!c»nn die Drehzahl des Rotors 32 unter die; kritische Drehzahl absinkt, drüc!:en dia Federn 92 die Erensblöcke 82 nach innen, überwinden die Zentrifugalkraft und bringen die Zahne 86 mit den Zähnen 88 in Eingriff, wodurch die Rollenkäfige 6o und 62 in ihrer Stellung arretiert werden, so daß .sie als Ausbuchtung des Roters 32, wenn dieser sich mit ainer unterkritischen Drehzahl dreht, und nicht als Rotorunwucht wirken, wie dies der Fall wäre, wenn sie frei blieben.

Die Verwendung einer gesonderten Kupplung an jedem Rollenkäfig erfordert, daß die Federn und die Massen sorgfältig ausgelegt und eingestellt werden, so daß die beiden Rollenkäfige gleichzeitig freigegeben und wieder eingekuppelt v/erden. Um eine derartige sorgfältige Einstellung zu vermeiden, können die Rollenkäfige so angeordnet v/erden, daß sich keiner bewegen kann, wenn nicht beide für eine Bewegung frei sind, wie dies bei der alternativen Auswuchteinrichtung 1o2 (Fig. 9 und 1o) gezeigt ist. Die Einrichtung 1o2 hat einen Rotor 1o4, der in Lagern 1o6 in einem an einem Gehäuse 11o angeformten Lagerblock 1o8 gelagert ist. Das Lager 1o6 wird im Lagerbock mittels eines Halterings 112 gehalten. Auf die Welle 1o4 ist mittels Klemmbüchsen 118 und 12o ein Gehäuse 116 aufgekeilt, das sich mit der Welle 1o4 dreht. Das Gehäuse 116 enthält einen Ring 124, der an der einen Seite 126, wie dies aus Fig. 1o zu ersehen ist, offen ist. In dem Ring befinden sich zv/ei U-förmige Käfige 13o und 132, die innerhalb einer Ringplatte 134 liegen, die nach innen durch eine Tellerfeder 136 vorgespannt ist. Die Platte 134 hat eine Ringnut 137, die teleskopartig über einen Ringabschnitt 138 des Gehäuses 116 geschoben ist und Dichtungsringe 139 und 14o aufweist, die als Abdichtung zwischen der Platte 134 und dem Abschnitt 138 dienen. Jeder Käfig hat eine gekrümmte Innenfläche 141.

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Jeder der Käfige 13o und 132 ist mit einem Paar von Rollen 142 versehen, von denen jede mittels einer V^Telle 144 am Käfiq befestigt ist. Auf jeder Seite der Käfige 13o und 132 sind zwei flache Ringe 146 und 143 angeordnet. Der Ring 146 ist durch Verschweißen am Käfia 13o befestigt, nicht jedoch an Käfig 132. Der Ring 148 ist durch Schweißen am Käfig 132 befestigt, nicht jedoch am Käfig 13o. Die von der Feder 136 auf die Platte 134 ausgeübte Kraft wird an jadam der Ringe 13o ur.d 132 durch Übertragung über den Ring 146, dann über die Käfige und anschließend über den Ringel 43 an der angrenzenden \land des Rings 124 abgestützt. Somit kann sich kein Käfig aufgrund der Reibung zwischen der Feder 136 und der Büchse 118 bewegen, bis beide Käfige und Ringe freigegeben sind.

Wia aus Fig. 1o zu ersehen ist, hat das Gehäuse 116 einen Rand 152 in der Nähe seines Innendurchmessers, wodurch eine Urrifangsrinne 154 gebildet wird, die einen ölstrahl aus einor Öffnung 156 in einem Rohr 158 aufnehmen kann, das dazu verwendet wird, um öl für die Lager 1o5 über die Öffnungen 16o zuzuführen. Das öl aus der Öffnung 156 wird in der Rinne aufgefangen, wenn sich die VTelle dreht. Das öl vird unter dsn Einfluß der Zentrifugalkraft in Kanäle 154, 166 und 176 sowie in einen Raum 163 zwischen dem Gehäuse 116 und dar Platte geführt.

Ein den Durchlaß im Kanal 176 steuerndes Ventil 174 ist an einen Arm 173 angelenkt, der seinerseits an einem Zapfen in einer Halterung 181 angelenkt ist und eine Masse 182 trägt. Eine in der Halterung 181 sitzende Blattfeder 186 wirkt der Zentrifugalkraft auf die Masse 182 entgegen. Bei Rotordrehzahlen unter der kritischen Drehzahl wird durch die Blattfeder 186 das Ventil 174 offengehalten, so daß öl vom Kanal 176 in das Gehäuse 11o strömen kann.

Wenn die Wellendrehzahl steigt, nimmt die Zentrifugalkraft auf die Masse 132 zu. Wenn die kritische Drehzahl überschritten

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wird, wird dia Kraft der Blattfeder 13ό überwunden, so daß das Ventil 17 1 schließt. Öl aus der öffnung 156 füllt dann die Kanäle 164 und 155 sowie- dnn ^aur. 1G0. Auf7rund der auf das öl im Kanal 1G ■ ± aus geübt-an "entrifuaalkraf t wir rl in d^n Paun IiT ein Druck erzeugt, 'u diese::! Seitpunkt :;ird der Öldruck i:r Raum 1 ' 3 größer als die Kraft der Tellerfader 135, wodurch die Platte 134 von Ping 146 wegbewegt wird. Daraufhin sind die Kn.fige 13o und 132 für eine Bewegung frei und können die Stellung einnehmen, in dor sie einer Unwucht in Rotor 1o4 entgegenwirken. Soweit der Hydraulikdruck nur bein Schließen dos Ventils 17·· aungeübt wird, ist der genaue Wert des Hydraulikdrucks von geringer Bedeutung, wenn er nicht größer wird als die Kraft der Feder 136. Der genaue Viert der Kraft der Feder 136 ist solange nicht wesentlich, wie er ausreicht, um eine Bewegung der Käfige 13o und 132 zu verhindern, wenn das Ventil 174 offen ist. Somit sind die einzigen empfindlichen Teile des Systems das Ventil 174, die Masse bzw. das Gewicht 132 und die Feder 186.

Bei der in Fig. 11 und 12 ge^eiaten Aunfiüirungsform wird die Zentrifugalkraft dazu verwendet, den Kupplungsrnechanismus zu betätigen. An einer Welle 192 ist nittel-i Klemmbüchsen 194 und 196 (Fig. 12) ein Gehäuse 19o starr festgelegt. Das Gehäuse 19o hat einen Ring 2oo an seiner einen Seite 2o2, in welchem zwei U-förmige Käfige 2o4 angeordnet sind, von denen jeder zwei Rollen 2o6 hält, die auf einer Welle 2o8 drehbar sind und durch die Zentrifugalkraft gegen die Außenfläche des Rings 2oo gedruckt v/erden. Mit einem geringen Spiel bezüglich der Innenfläche 218 des Rings 2oo sind zwei Ringe und 216 angeordnet, einer auf der Rückseite und der andere auf der Vorderseite bezüglich eines jeden Käfigs 2o4, wobei der Ring 216 an dem linken Käfig 2o4 und der Ring 214 an dem rechten Käfig 2o4 von Fig. 11 befestigt sind. Die Käfige und die Ringe werden durch eine Platte 22o an Ort und Stelle gehalten, die gegen die Käfige und die Ringe durch eine Tellerfeder gedrückt wird. Die Platte 22o hat mit Schlitzen versehene

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Vorsprünge 224, in denen Massen 226 angeordnet sind. Die Massen 226 sind an Zapfen 228 angelenkt, die in den Vorsprüngan 224 befestigt sind. Die Massen 226 haben weiterhin einen Abschnitt 23o, dar am Gehäuse 18o anliegen kann. Die Massen 226 sind bezüglich der Zapfen 223 so ausgerichtet, daß sie durch die Zentrifugalkraft im Uhrzeigersinn, wie dies in Fig. 12 zu ersehen ist, gedrückt werden, wobei der Abschnitt 23o am Gehäuse 19o anliegt. Die Reaktion aus dieser Belastung wird über den Zapfen 228 auf -iie Platte 22o übertragen, von der aus die Reaktion auf die Fader 222 wirkt, wodurch die Kraft aufgehoben wird, welche die Platte 22o auf die Käfige 2o4 und die Ringe 214 und 21? ausübt. Die Feder 222 übt eine Kraft aus, welche die Platte 22o, die Käfige 2o4 und die Ringe 214 und 216 gegeneinander arretiert hält, bis die Zentrifugalkraft, die auf die Massen 22G hai einer gerade über der kritischen Drehzahl liegenden Drehzahl wirkt, die Platte 22o in Fig. 11 nach vorn drückt, so daß die Käfige 2o4 sich in eine Ausvmchtstellung bewegen können, in der sie gehalten werden, wenn der Rotor 192 auf die kritische Drehzahl zurückgeht, wobei die Feder 222 die Platts 22o wieder in die Arretiarstellung drückt.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, kann das außenliegende Ventil 174 der Einrichtung 1o2 von Fig. 9 und 1o durch eine innenliegende Ventilanordnung ersetzt v/erden. Die Platte 134 wird durch eine Platte 24o ersetzt, die an dem Fing 146 anliegt und eine Ringnut 241 aufweist, die teleskopartig über den Ringabschnitt 138 des Gehäuses 116 ragt. Dichtungsringe 242 und 244 sorgen zusammen mit Stützdichtungsringen 246 bzw. 248 für eine Abdichtung zwischen der Platte 24o und dem Ringabschnitt 138. An der Platte 24o ist durch Schrauben 254 eine Abdeckplatte 252 befestigt und liegt an einem Dichtungsring 256 an. Eine Tellerfeder 26o drückt die Abdeckplatte 252 und die Platte 24o nach innen in Fig. 13. Ein Anschlag 262 begrenzt die Bewegung dieser Platten nach außen.

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Ein Federstahlband 266 hat einen Finger 268, dor in einem Schlitz 27o in der Platte 24o zusammen mit einem Finger 272 an d-^r Abdeckplatte 25? auf genomon ist. Das Band 266 liegt an ein im Vorsprung 27'? an d.-?r Abdeckplatte 252 angrenzend an den Bandfinger 275 an, der in einer Öffnung 273 in der Platte 24o und parallel zur Achse dos Rotors 2o4 sitzt. Das Ende des Fingers 276 trägt ein Ventil 23o, das mit einem Ventilsitz in der Platte 2 4o so zusammenwirkt, daß der Durchgang durch den Kanal 235 gesteuert wird, der die Atmosphäre mit einer Öffnung 278 und einem Raum 283 zwischen' den Platten 24o und 252 verbindet, in dem sich der Streifen 266 befindet. Der Kanal 29o verbindet den Raum 233 mit einem Kanal 292, der in Verbindung mit dem Kanal 166 steht.

Wenn die Wellendrehzahl steigt, drückt die Zentrifugalkraft den Finger 276 nach außen. Wenn die kritische Drehzahl überschritten wird, wird das Ventil 28o auf den Sitz 284 gedrückt, wodurch der ölstrom durch den Kanal 286 blockiert wird. Durch die Kanäle 166, 292 und 29o zugeführtes Gl füllt den Raum 288 mit öl. Durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf das Öl im Kanal 164 wird im Raum 288 ein Druck erzeugt, der die Kraft der Tellerfeder 26o überwiegt und die Platte 24o von dem Ring 146 wegbewegt, wodurch die Käfige 13o und 132 sich frei bewegen können und einer Unwucht im Rotor 1o4 entgegenwirken.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Einrichtungen werden wenigstens zwei Auswuchteinrichtungen verwendet, von denen jeweils eine an jeder stirnseitigen Lagerung des Rotors angeordnet ist. Wenn die Massenänderung nahe bei einem Lager an einer Stirnseite des Rotors eintritt, kann auch ein Auswuchtkopf in der Nähe der Stirnseite genügen. Dies ist der Fall bei Turbinenwellen bestimmter Flugzeuge, bei denen sich die Schaufelscheiben nahe bei einem der Lager befinden. Eine Änderung der Auswuchtung infolge des Verlustes oder der Beschädigung einer Schaufel kann durch eine einzige erfindungsgemäße Einrichtung kompensiert werden.

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Claims

PAT E N VAN WALTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 4 3, MÖNCHEN ΘΟ POSTADRESSE: POSTFACH 95 016O, D-8OOO MÖNCHEN 95

KARl, LUDWIG SCHIFF

Τ"» IT 1QTl DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER v. FÜNER

UA- J\ \ Q ΔΔ OIPL. ING. PETER STREHL

Fl /eil DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF

DIPL. ING. DIETER tBÖINGHAUS DR. ING. DIETER FINCK

TELEFON (Ο8Θ) 48QO54

TELEX 5-33565 AURO O

TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

PHILIP CHARLES STEIN ¹ *

Lansdowne, Pa. 19o5o, USA

Selbstauswuchtender, mit überkritischer und unterkritischer Drehzahl umlaufender Rotor

Patentansprüche

M.NMit überkritischer und unterkritischer Drehzahl umlaufender, selbstauswuchtender Rotor, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Gehäuse (42, 116, 19o), das an dem Rotor (32, 1o4, 192) befestigt ist, durch ein Paar von Ausv/uchtmassen (6o, 62; 13o, 132; 2o4) auf zur Mittellinie des Rotors gegenüberliegenden Seiten, die in dem Gehäuse (42, 116, 119) für eine Bewegung um die Rotorachse angeordnet sind, und durch wenigstens eine drehzahlabhängige Kupplung (86, 88, 92; 134, 136, 154; 182, 186; 22ο, 24ο), welche automatisch die Massen bezüglich einer Bewegung um die Rotorachse arretiert hält, wenn der Rotor mit einer unterkritischen Drehzahl umläuft, und die Massen freigibt und um die Achse des Rotors frei bewegen läßt, wenn der Rotor mit der kritischen oder einer überkritischen Drehzahl umläuft.

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2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen (βο, 62, 13o, 132, 2o4) Rollenküfige sind.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kupplung (86, 88, 134, 2o4) in die Eingriffsstollung federgespannt (92, 136, 222, 26o) ist und der Eingriff durch die Zentrifugalkraft aufgehoben wird.
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Massen (6o, 62) Rollenkäfige sind und an jeder Masse eine federbelastete (92) Zentrifugalkupplung angebracht ist.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß für den Eingriff beider Auswuchtmassen (13o, 132) eine einziqe Kupplung (134, 24o) vorgesehen ist und daß für die Eingriffslösung der Kupplung eine hydraulische Betätigungseinrichtung (168, 238) vorgesehen ist, die auf die Zentrifugalkraft bei der kritischen Drehzahl oder etwas über der kritischen Drehzahl anspricht. __
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Kupplung (22ο, 19ο) in die Eingriffsstellung federvorgespannt ist und an beiden Auswuchtmassen (2o4) angreift und daß auf die Kupplung (22o, 19o) Schwenkhebel (226) einwirken, die auf die Zentrifugalkraft ansprechen, die bei der kritischen oder bei einer etwas darüberliegenden Drehzahl für das Lösen der Kupplung ansprechen.

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DA-K 1823 - 3 -
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Kupplung (24o) in die Eingriffsstellung federvorgespannt (2fio) ist und an beiden Aus^T-mchtmassen (13o, 132) angreift, und daß eine hydraulische Betätigungseinrichtung (238) für das Lösen der Kupplung ansprechend auf die Zentrifugalkraft vorgesehen ist, die bei der kritischen oder einer etwas darüberliegenden Drehzahl ausgeübt v/ird.

3. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Betätigungseinrichtung (168, 288) ein Ventil (174, 28o) aufweist, das durch die Zentrifugalkraft geschlossen wird, wodurch das Lösen der Kupplung eingeleitet wird.

9· Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (28o) einen Federstreifen (276) in dem Gehäuse (116) aufv;eist, der das Ventil (28o) in die Offenstellung vorspannt.

1o. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Paar von Ringen (146, 148, 214, 216), die in dem Gehäuse konzentrisch zum Rotor (1o4, 192) angeordnet sind, wobei ein Ring (146, 214) mit einer Masse (13o, 2o4) und der andere Ring (148, 216) mit der anderen Masse (132, 2o4) verbunden ist, und durch eine drehzahlabhängige Kupplung (134, 136, 22o, 222), um die Ringe (146, 148; 214, 216) automatisch aus einer Bewegung um die Achse des Rotors zu arretieren, wenn der Rotor sich mit einer unterkritischen Drehzahl dreht, und um die Ringe (146, 148, 214, 216) für eine Bewegung um die Rotorachse freizugeben, wenn der Rotor (1o4, 192) mit überkritischer Drehzahl umläuft.

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