DE3044440A1 - Measuring shaft vibrations caused by imbalances - using two sensors and two measurement speeds for static and dynamic separation - Google Patents

Measuring shaft vibrations caused by imbalances - using two sensors and two measurement speeds for static and dynamic separation

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Abstract

The measuring arrangement for horizontally mounted rotating bodies uses two measurement transducers operating in different measurement directions to derive values at two different rates of revolution. The measurements are unaffected by error sources such as shocks and shape factors. The arrangement can be used for balancing with the appropriate additional equipment. The shaft (1) deflections are measured at approximately null and operating rotation speeds for magnitude and direction. The difference between the values measured at the two revolution rates is used to enable separation of the static from the kinetic deflection components. The resulting components are added vectorally according to the measurement directions.

Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung"Method and device for determination

der unwuchter zwungenden Wellenschwingungen von horizontal gelagerten Rotationskörpern" Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 3.the imbalance forcing shaft vibrations from horizontally mounted Bodies of revolution " The invention relates to a method according to The preamble of claim 1 and a device according to the preamble of the claim 3.

Zur Überwachung von Maschinen und zur Beurteilung und Verbesserung des Laufverhaltens von Rotationskörpern kommt häufig die Wellenschwingungsmessung zur Anwendung.For monitoring machines and for assessment and improvement the running behavior of rotating bodies is often the measurement of shaft vibrations to use.

Infolge der Biegeeigenfrequenz der Rotationskörper ergeben sich drehzahlabhängige, kinetische Ausbiegungen, die von der Betriebsdrehzahl, der Unwucht, der Biegesteifigkeit der Rotationskörper und von dem Eigenspannungszustand abhängen.As a result of the natural bending frequency of the rotating body, there are speed-dependent, kinetic deflections caused by the operating speed, the imbalance, the bending stiffness the body of revolution and depend on the internal stress state.

Zur Verbesserung der unwuchterzwungenden Ausbiegungen durch Ausgleichsunwuchten müssen zunächst die unwuchtproportionalen Ausbiegungen eindeutig ermittelt werden.To improve the unbalance-forced deflections by compensating unbalances the unbalance-proportional deflections must first be clearly determined.

Dies erfolgt insbesondere durch die Ermittlung der Ausbiegungen des Rotationskörpers mittels zwei in verschiedenen Meßebene, angeordneten Meßwertaufnehmern. Die Anwendung von mehr als einem Meßwertaufnehmer ist in der Regel aufgrund der anisotropen Lager und den unterschiedlichen Rotorsteifigkeiten notwendig.This is done in particular by determining the deflections of the Rotation body by means of two transducers arranged in different measuring planes. The use of more than one transducer is usually due to the anisotropic bearings and the different rotor stiffnesses are necessary.

Aus der Veröffentlichung "Lagerschwingungen - Wellenschwingungen" in dem VDI-Bericht 88 aus dem Jahre 1964 ist es z. B. bekannt geworden, daß das Rotationskörpergewicht einen entscheidenden Einfluß auf die Ausbiegungen eines rotierenden Körpers ausüben kann.From the publication "Bearing vibrations - shaft vibrations" in the VDI report 88 from 1964 it is z. B. became known that the Rotational body weight has a decisive influence on the deflections of a rotating Body can exercise.

Aus den VDI-Richtlinien Nr. 2059 Blatt 1 ist es weiterhin bekannt geworden, daß bei langsamer Wellendrehung die statischen Ausbiegungen und bei schnellen Wellendrehungen die kinetischen Ausbiegungen ermittelt werden können, wobei mindestens zwei Meßwertaufnehmer in verschiedenen Meßrichtungen zur Anwendung kommen.It is still known from VDI guidelines No. 2059 Part 1 become that with slow shaft rotation the static deflections and with fast Shaft rotations the kinetic deflections can be determined, with at least two transducers are used in different measuring directions.

Wie die Ermittlung nur der unwuchterzwungenden Wellenschwingungen durchgeführt werden soll, ist diesen Veröffentlichungen jedoch nicht zu entnehmen, zumal in der Veröffentlichung weiter ausgeführt ist, daß das Meßergebnis durch Schlag und Formfehler in unzulässiger Weise beeinträchtigt werden kann.Like the determination of only the shaft vibrations that force imbalance is to be carried out, however, it cannot be inferred from these publications, especially since it is further stated in the publication that the measurement result by impact and defects of form can be adversely affected.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der unwuchterzwungenden Wellenschwingungen von horizontal gelagerten Rotationskörpern vorzuschlagen, das frei von meßwertverfälschenden Einflüssen ist und gegebenenfalls nachfolgend einen gezielten Ausgleich durch Zusatzmassen ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a method and a device to determine the imbalance forcing shaft vibrations of horizontally mounted To propose a solid of revolution that is free from influences that falsify the measured values and, if necessary, subsequently enables targeted compensation through additional masses.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 und bei der eingangs genannten Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 3 gelöst.This task is carried out in the method mentioned at the beginning Features of the characterizing part of claim 1 and in the case of the aforementioned Device solved by the features of the characterizing part of claim 3.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.The subclaims contain advantageous developments of the invention specified.

Durch die Erfindung ist es möglich, daß zunächst die statischen Ausbiegungsanteile, die z. B. durch den Radialschlag des Rotationskörpers r in den Komponenten X und Y und durch den Eigenspannungszustand hervorgerufen werden, und dann die kinetischen Ausbiegungsanteile, die z. B. durch die Unwucht u in den Komponenten X und Y infolge der unterschiedlichen Trägheitsmomente 1 x und Iy, , hervorgerufen werden, ermittelt werden.The invention makes it possible that initially the static deflection components, the z. B. by the radial run-out of the rotating body r in the components X and Y and are caused by the internal stress state, and then the kinetic ones Deflection components that z. B. by the imbalance u in the components X and Y as a result the different moments of inertia 1 x and Iy,, are determined will.

Durch nachfolgende Differenzbildung der beiden Meßwerte in den entsprechenden Komponenten und anschließender vektorieller Addition, kann die Ausbiegung des Rotationskörpers nach Größe und Phasenlage ermittelt werden, die ausschließlich aufgrund der vorhandenen Unwucht erfolgt.By subsequently calculating the difference between the two measured values in the corresponding Components and subsequent vectorial addition can cause the solid of revolution to deflect can be determined according to size and phase position, solely on the basis of the existing Imbalance occurs.

In bevorzugter Weise werden die Ausbiegungen der 1. harmonischen Wellenschwingung ermittelt. Es können aber auch die Ausbiegungen höherer harmonischer Wellenschwingungen ermittelt werden, wenn die Filtereinrichtungen der Meßanordnung entsprechend abgestimmt werden.The deflections of the 1st harmonic wave oscillation are preferred determined. But it can also be the deflections of higher harmonic shaft vibrations can be determined when the filter devices of the measuring arrangement are matched accordingly will.

Der erste Meßwertaufnehmer, der insbesondere in der horizontalen Richtung, der X-Komponente angeordnet ist, mißt im ersten bzw.The first transducer, especially in the horizontal direction, the X-component is arranged, measures in the first resp.

zweiten Meßlauf dessen Drehzahl insbesondere nahe der Betriebsdrehzahl liegen sollte, die Ausbiegung Sx ges Sx ges = Sxu + rx + und der zweite Meßwertaufnehmer, der insbesondere in der vertikalen Richtung, der Y-Komponente angeordnet ist, die Ausbiegung Sy ges.second measurement run, the speed of which, in particular, is close to the operating speed should lie, the deflection Sx tot Sx ges = Sxu + rx + and the second transducer, particularly in the vertical direction, the Y component is arranged, the deflection Sy ges.

Sy ges = S yu + Syg + ry + S# wobei Sxu = Ausbiegung infolge der Unwucht u rx = Radialschlag des Rotationskörpers in der X-Komponente = = Radialschlag des Rotationskörpers in der Y-Komponente Syu = Ausbiegung infolge der Unwucht u Syg = Ausbiegung infolge des Gewichtes des Rotationskörpers = d = Ausbiegung infolge des Eigenspannungszustandes des Rotationskörpers ist. Sy ges = S yu + Syg + ry + S # where Sxu = deflection due to the Unbalance u rx = radial runout of the body of revolution in the X component = = radial runout of the rotation body in the Y component Syu = deflection due to the imbalance u Syg = deflection due to the weight of the rotational body = d = deflection due to is the residual stress state of the rotating body.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert: Fig. 1: zeigt schematisch den Aufbau der Meßeinrichtung Fig. 2: zeigt die Meßwertverarbeitung als Blockschaltbild Ein Rotationskörper 1 ist vorzugsweise in den eigenen Lagern 3 und 4 oder in entsprechenden Fremdlagern gelagert.The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment: Fig. 1: shows schematically the structure of the measuring device. Fig. 2: shows the processing of the measured values as a block diagram A rotating body 1 is preferably in its own bearings 3 and 4 or stored in corresponding external warehouses.

Da eine isotrope Lagerung in der Regel nicht zu realisieren ist, ist die Anisotropie der Lager 3 und 4 in den X- und Y-Komponenten durch unterschiedlich elastische Federn 5 und 6 symbolisiert. Die Meßwertaufnehmer 7 und 8, die berührend oder berührungslos arbeiten können, sind in zwei unterschiedliche Meßrichtungen, insbesondere unter 900 in den X- und Y-Komponenten angeordnet.Since isotropic storage cannot usually be implemented, is the anisotropy of the bearings 3 and 4 in the X and Y components by different symbolizes elastic springs 5 and 6. The transducers 7 and 8, the touching or work without contact can are in two different ways Measuring directions, in particular arranged under 900 in the X and Y components.

Es kann aber auch jede andere Meßrichtung gewählt werden, wenn die Meßwerte nachfolgend entsprechend umgerechnet werden.However, any other measuring direction can also be selected if the Measured values are subsequently converted accordingly.

Das Phasenbezugssignal kann durch eine Fotozellenabtasteinrichtung 9, die eine entsprechende Markierung 1o am Rotationskörper 1 abtastet, gewonnen werden. Es kann aber auch jede andere bekannte Einrichtung zur Phasenbezugsgewinnung eingesetzt werden.The phase reference signal can be provided by a photocell scanner 9, which scans a corresponding marking 1o on the rotary body 1, won will. However, any other known device for obtaining phase reference can also be used can be used.

Die Meßwerte der Aufnehmer 7 und 8 und des Phasenbezugsgebers 9 werden selektiven Filtereinrichtungen 11 und 12 weitergeleitet.The measured values of the transducers 7 and 8 and the phase reference transmitter 9 are selective filter devices 11 and 12 forwarded.

Den Filtereinrichtungen 11 und 12 ist eine Auswerteinrichtung 13 nachgeschaltet, die die Ermittlung der Ausbiegung des Rotationskörpers 1 aufgrund der vorhandenen Unwucht durchführt.An evaluation device 13 is connected downstream of the filter devices 11 and 12, the determination of the deflection of the rotational body 1 based on the existing Performs imbalance.

Die Auswerteinrichtung 13 weist im einzelnen je eine Recheneinheit 14 und 15 für jede Meßrichtung auf, in der die Meßwerte bei den unterschiedlichen Drehzahlen, wobei die eine Drehzahl nahe null und die zweite Drehzahl nahe der Betriebsdrehzahl liegen sollte, entsprechend gespeichert werden. Die Recheneinheiten 14 und 15 können durch eine nicht näher dargestellte Programmeinheit angesteuert werden, wobei die Programmeinheit die Speicherimpulse bei Erreichen der erforderlichen Meßdrehzahlen erzeugt und die Weitergabe der gespeicherten Meßwerte steuert.The evaluation device 13 has in each case one arithmetic unit 14 and 15 for each measuring direction in which the measured values for the different Speeds, one speed close to zero and the second speed close to the operating speed should be stored accordingly. The computing units 14 and 15 can be controlled by a program unit not shown, wherein the Program unit stores the memory pulses when the required measuring speeds are reached and controls the forwarding of the stored measured values.

Die gemessenen Ausbiegungen des Rotationskörpers 1, bei den unterschiedlichen Drehzahlen, werden nachfolgend je einem Differenzbildner 16 und 17 weitergeleitet, die die Ausbiegungen infolge der vorhandenen Unwucht, getrennt nach Meßrichtungen, errechnen. In einem nachgeschalteten Addierer 18 können die so ermittelten Meßwerte vektoriell addiert werden und nachgeschalteten Anzeigegeräten 19 und 20 zur Darstellung der Ausbiegung nach Größe und Winkellage, z. B. bezüglich der Markierung 1o des Rotationskörpers 1 weitergeleitet werden. Es kann aber auch ein Drucker oder andere Anzeigeinstrumente angeschlossen werden.The measured deflections of the body of revolution 1 in the different Speeds, are subsequently passed on to a differentiator 16 and 17, the deflections due to the existing imbalance, separated according to measuring directions, calculate. The measured values determined in this way can be used in a downstream adder 18 are added vectorially and downstream display devices 19 and 20 for representation the deflection according to size and angular position, z. B. with respect to the marking 1o des Rotation body 1 are forwarded. But it can also be a printer or something else Display instruments can be connected.

Weiterhin besteht die Möglichkeit durch entsprechende Testgo wichte das Größenanzeigeinstrument 19 zu eichen, um sofort von der vorhandenen Ausbiegung auf die erforderlichen Ausgleichsmassen zu schließen.There is also the option of using the appropriate Testgo weight to calibrate the size display instrument 19 in order to immediately recognize the existing deflection to infer the necessary balancing weights.

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Claims (5)

Ansprüche 1. Verfahren zur Ermittlung der unwuchterzwungenden Wellenschwingungen von horizontal gelagerten Rotationskörpern, bei dem mindestens zwei in verschiedenen Meßrichtungen angebrachte Meßwertaufnehmer vorgesehen sind und die Meßgrößen bei zwei unterschiedlichen Drehzahlen gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbiegungen nach Größe und Richtung der beiden Meßläufe, wobei der eine Meßlauf nahe null und der andere Meßlauf insbesondere nahe der Betriebsdrehzahl durchgeführt wird, ermittelt und voneinander subtrahiert werden, um eine Trennung der statischen von den kinetischen Ausbiegungsanteilen durchzuführen und daß nachfolgend eine vektorielle Addition der so errechneten Werte, entsprechend den vorhandenen Meßrichtungen erfolgt.Claims 1. A method for determining the imbalance-forcing shaft vibrations of horizontally mounted bodies of revolution, with at least two in different Measurement transducers attached to the measuring directions are provided and the measured variables are provided two different speeds are measured, characterized in that the Deflections according to size and direction of the two measuring runs, one measuring run close to zero and the other measurement run carried out in particular close to the operating speed will be determined and subtracted from each other to separate the static to perform from the kinetic deflection components and that subsequently a vectorial The values calculated in this way are added according to the existing measuring directions. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbiegung der 1. harmonischen Wellenschwingung ermittelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the deflection the 1st harmonic wave oscillation can be determined. 3. Vorrichtung zur Ermittlung der unwuchterzwungenden Wellenschwingungen von horizontal gelagerten Rotationskörpern, bei denen mindestens zwei in verschiedene Meßrichtungen angebrachte Meßwertaufnehmer vorgesehen sind, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Meßwertaufnehmern (7, 8) je eine selektive Filtereinrichtung (11, 12) nachgeschaltet ist, die mit einem Phasenbezugsgeber (9) verbunden sind und daß den Filtereinrichtungen (11, 12) eine Auswerteinrichtung (13) nachgeschaltet ist, die durch Differenzbildung der bei zwei unterschiedlichen Drehzahlen ermittelten Ausbiegungen und nachfolgender vektorieller Addition die kinetischen Ausbiegungsanteile des Rotationskörpers (1), aufgrund der vorhandenen Unwucht, ermittelt.3. Device for determining the shaft vibrations that force imbalance of horizontally mounted bodies of revolution, in which at least two in different Measuring devices attached transducers are provided for carrying out a Method according to Claim 1, characterized in that the measured value sensors (7, 8) a selective filter device (11, 12) is connected downstream, each with a Phase reference generator (9) are connected and that the filter devices (11, 12) a Evaluation device (13) is connected downstream, which by forming the difference between the two different speeds determined deflections and subsequent vectorial Addition of the kinetic deflection components of the rotating body (1), due to the existing imbalance, determined. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meßwertaufnehmer (8) in horizontaler und der zweite Meßwertaufnehmer (7) in vertikaler Richtung angeordnet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the first The transducer (8) is horizontal and the second transducer (7) is vertical Direction is arranged. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung (13) gesteuerte Recheneinheiten (14, 15) aufweist, denen Differenzbildner (16, 17) und ein Addierer (18) nachgeschaltet ist.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the evaluation device (13) has controlled arithmetic units (14, 15) to which difference formers (16, 17) and an adder (18) is connected downstream.
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