DE323892C

DE323892C - Method for balancing rapidly rotating masses

Info

Publication number: DE323892C
Application number: DE1916323892D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1916-12-31
Filing date: 1916-12-31
Publication date: 1920-08-16

Description

Verfahren zum Auswuchten schnellrotierender Massen. Die hauptsächlichsten, bisher bekannten Methoden zum Auswuchten schnellrotierender Massen sind folgende: r. Die in »Stodola, Dampfturbinen« beschriebene, für die Fig. r eine schematische Anordnung zeigt. Die rotierende Welle r ist mit ihren Lagern :2 so aufgestellt, .daß sie sich in Führungen 3, die sämtlich in einer Ebene liegen, mehr oder weniger parallel zu sich selber verschieben kann. Der Verschiebung entgegen wirken Federn 4. Unter dem Einfluß der exzentrisch liegenden Massen, deren Wirkung auf die als starrer Körper anzunehmende Welle ersetzt werden kann, z. B. durch eine Einzelkraft und ein Kräftepaar, entstehen in den Lagern zwei Reaktionen, die relativ zu ihnen mit der Winkelgeschwindigkeit der Welle umlaufen, relativ zu dieser in Ruhe sind. Die zu den Führungen 3 senkrechten Komponenten der Lagerreaktionen werden von ihnen aufgenommen. Unter dem Einfluß der para4lel zu den Führungen wirkenden Komponenten der umlaufenden Reaktionen gerät die Welle mit ihren Lagern in Schwingungen innerhalb der durch die Führungen 3 vorgeschriebenen Ebene. Nun kann die Lage, in der sich die Welle bei dein größten Ausschlag des schwingenden Systems befindet, auf dieser markiert werden, z. B. durch vorsichtiges Näherbringen eines Schreibstiftes in der Ebene der Führungen 3. Diejenige Kraft, die die Schwingung erregt, hat gegenüber dem Schwingungsausschlag eine Phasenverschiebung, die sich nach den Gesetzen über erzwungene Schwingungen ergibt (im Falle der Resonanz z. B. 9o°). Durch Rotierenlassen der Welle im entgegengesetzten Sinne und ebenfalls durch Markieren der Wellenstellung beim größten Ausschlag ergibt sich eine zweite Marke, die gegenüber der Lage der erregenden Kraft um ebensoviel, aber nach der entgegengesetzten Richtung, versetzt sein muß wie die erste Marke beim anfänglichen Drehsinn. Die tatsächliche Erregung für die Schwingungen ist dann in der Ebene zu suchen, die den Winkel zwischen den beiden Marken halbiert. In dieser Ebene sind Zusatzgewichte auf dem Rotor anzubringen, deren Größe durch wiederholtes Rotierenlassen der Welle ermittelt werden muß. Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile; die hauptsächlichsten sind: Ungenauigkeit der Markierung auf der Welle, Unsicherheit des Bewegungszustandes des Rotors. Unmöglichkeit, die Wirkungen der Einzelkraft und des Kräftepaares voneinander zu trennen, infolgedessen: Notwendigkeit langen Probierens. Infolge dieser drei Nachteile ist das Ausbalancieren von Rotoren mittels dieses Verfahrens im hohen Grade von Zufälligkeiten abhängig und kann Tage und Wochen in Anspruch nehmen.Method for balancing rapidly rotating masses. The main ones Previously known methods for balancing rapidly rotating masses are as follows: r. The one described in "Stodola, steam turbines", a schematic for the figure Arrangement shows. The rotating shaft r is set up with its bearings: 2 so that .that they are in guides 3, all of which are in one plane, more or less can move parallel to itself. Springs counteract the shift 4. Under the influence of the eccentrically lying masses, their effect on the als rigid body adopted shaft can be replaced, e.g. B. by a single force and a couple of forces, two reactions arise in the camps that are relative to them rotate with the angular velocity of the shaft, are at rest relative to this. The components of the bearing reactions that are perpendicular to the guides 3 are controlled by them recorded. Under the influence of the components acting parallel to the guides The rotating reactions cause the shaft with its bearings to vibrate within the level prescribed by the tours 3. Now the situation in which the wave at its greatest deflection of the vibrating system is on this one be marked, e.g. B. by carefully bringing a pen closer in the Level of the guides 3. The force that excites the vibration has opposite the oscillation amplitude a phase shift, which is according to the laws about forced vibrations (in the case of resonance e.g. 9o °). By rotating the shaft in the opposite sense and also by marking the shaft position at the largest deflection there is a second mark, which is opposite the position of the exciting force by the same amount, but in the opposite direction must be like the first mark in the initial direction of rotation. The real excitement then look for the oscillations in the plane that forms the angle between the halved both brands. Additional weights are to be attached to the rotor at this level, the size of which must be determined by repeatedly rotating the shaft. This The method has several disadvantages; the main ones are: inaccuracy of marking on the shaft, uncertainty of the state of motion of the rotor. Impossibility that To separate the effects of the individual force and the force couple from each other, as a result: Long trial and error. As a result of these three disadvantages, there is balancing of rotors by means of this method is highly dependent on randomness and can take days or weeks to complete.

2. Sämtliche hier erwähnten Nachteile des Verfahrens nach r sind vermieden bei demvon L a w a c z e c k angegebenen (Fig. 2). Hierbei wird der auszuwuchtende Rotor ebenfalls in Schwingungen versetzt. Es ist aber nur ein Federpaar q. angeordnet, mit dazugehörigen Führungen 3. Das andere Wellenlager ist in einer Ebene senkrecht zu den Führungen 3 drehbar gelagert (in den Lagern 5), so daß das System um diese Lagerung Pendelschwingungen ausführen kann. Die Schwingungen werden wieder erzwungen durch die mit der Welle umlaufenden Zentrifugalkräfte. Durch ein verfeinertes Registrierverfahren wird ebenfalls die Stellung der Welle beim größten Ausschlag für beide Drehrichtungen bei gleicher Z@Tinkelgeschwindigket markiert. Durch Anbringen von Zusatzgewichten in der hierdurch festgelegten Ebene können die Schwingungen um die Verbindungsachse der Lager 5 vollständig zum Verschwinden gebracht werden. Es wird mit anderen Worten durch diesen ersten Teil der Ausbalancierung erreicht; daß die Resultierende sämtlicher Zentrifugalkräfte an der Welle (einschließlich der durch die Zusatzgewichte hervorgerufenen) durch die Lagerung der Lager 5 geht, und infolgedessen keine Pendelschwingungen um diese Achse hervorrufen kann. Um jetzt auch diese Resultierende noch zum Verschwinden zu bringen, werden dieLager 5 achsial zur Welle r verschoben und der gesamte Prozeß wiederholt. Die durch die ursprüngliche Lage der Verbindungsachse der Lager 5 gehende Resultierende der Zentrifugalkräfte wird jetzt wieder Schwingungen in der- Ebene 3-3 hervorrufen; die Ebene der erzeugenden Kraft wird durch dasselbe Registrierverfahren ermittelt; - durch vorsichtiges Aufbringen von Zusatzkräften und neues Rotierenlassen der Welle können dann auch diese Schwingungen vollständig zum Verschwinden gebracht werden. Durch dieses mindestens zweimalige Ausbalancieren in bezug auf die zwei verschiedenen Drehachsen ist darin die Welle ausbalanciert. -Das Charakteristische des Verfahrens nach L a w a c z e c k ist also das, daß der auszuwuchtende Rotor nacheinander um mindestens zwei verschiedene Achsen Schwingungen in derselben Ebene vollführt, wobei nacheinander die Wirkungen der Zentrifugalkräfte beseitigt werden. Als Nachteil dieses Verfahrens betrachtet der Erfinder den Umstand, daß ein zweimaligesRotierenlassen derWelle zurAuffindung der Unbalancebene, d. h. also auch ein zweimaliges Registrieren, notwendig ist. Nach dem erstmaligen Rotieienlassen,-Registrieren und Auswuchten ist außerdem ein Umwechseln der beweglichen Lagerung erforderlich, das allerdings durch geschickte Konstruktionen sehr vereinfacht ist. - Diese nach Ansicht des Erfinders vorhandenen Nachteile sollen bei dem neuen Verfahren nach Fig. 3 .vermieden werden.2. All of the disadvantages of the method according to r mentioned here are avoided at that indicated by L a w a c z e c k (Fig. 2). The one to be balanced is here The rotor also vibrates. But it is only a pair of springs q. arranged, with associated guides 3. The other shaft bearing is in a Plane perpendicular to the guides 3 rotatably mounted (in the bearings 5), so that the System around this storage can perform pendulum oscillations. The vibrations will again enforced by the centrifugal forces rotating with the shaft. Through a The position of the shaft at the largest is also the more refined registration process The deflection for both directions of rotation is marked with the same Z @ angle speed. By attaching additional weights in the plane defined in this way, the Vibrations around the connecting axis of the bearings 5 completely disappeared will. In other words, through this first part of the balancing act achieved; that the resultant of all centrifugal forces on the shaft (including the one caused by the additional weights) goes through the storage of the bearings 5, and consequently cannot cause any pendulum oscillations around this axis. To now To make these resultants disappear, the bearings 5 become axially shifted to wave r and the entire process repeated. The by the original Position of the connecting axis of the bearings 5 resulting from centrifugal forces will now again cause vibrations in level 3-3; the level of the generating Force is determined using the same registration procedure; - by careful application Additional forces and new rotation of the shaft can then also cause these vibrations can be made to disappear completely. By doing this at least twice Balancing in relation to the two different axes of rotation is in the shaft balanced. -The characteristic of the method according to L a w a c z e c k is so that the rotor to be balanced successively by at least two different Axes vibrations in the same plane, with one after the other the effects the centrifugal forces are eliminated. Considered a disadvantage of this method invented the fact that rotating the shaft twice for locating the imbalance level, d. H. so also a two-time registration is necessary. After the initial rotation, registration and balancing, a Change of the movable bearing required, but this by skillful Constructions is very simplified. - These, in the inventor's opinion, exist Disadvantages are to be avoided in the new method according to FIG. 3.

3: Der Rotor mit seinen Lagern ruht hierbei -ebenfalls in einer besonderen Lagcrung, die so eingerichtet ist, daß jeder Lagerpunkt des Rotors unabhängig von dem anderen Schwingungen ausführen kann; die beiden Schwingungsebenen liegen zueinander unter go°. Eine schematische Anordnung für diesen Zweck zeigt Fig. 3. Wird die Welle in Rotation versetzt, so treten in den beiden Lagerungen infolge der unausgeglichenen Zentrifugalkräfte Reaktionen auf, die relativ zur Welle ihre Lage beibehalten, gegen die Lagerur_gen also mit der Winkelgeschwindigkeit der Welle umlaufen. Die beiden Reaktionen liegen dabei im allgemeinen in verschiedenen durch die Achse gehenden Ebenen. Die Lagerpunkte sind infolgedessen bestrebt; unabhängig voneinander Schwingungen auszuführen, die in verschiedener Phase verlaufen. Wäre der auszubalancierende. Körper eine punktförmige Masse, so würden die beiden Bewegungen der Lagerpunkte einander überhaupt nicht beeinflussen. In Wirklichkeit treten infolge der Kreiselwirkung gewisse gegenseitige Einwirkungen auf, die die Resonanztourenzahl des Systems etwas verschieben und auch die Phasenverschiebung zwischen erregender Kraft und Ausschlag beeinflussen werden. Diese Einflüsse sind aber bei geeigneter Wahl der Höhe der Resonanztourenzahl nicht von großer Bedeutung. Auf alle Fälle bleibt auch hier die Tatsache bestehen, daß bei verschiedenem Rotationssinn die erregende Kraft gegenüber dem Ausschlag, zwar in entgegengesetzter Richtung, aber um den gleichen Winkel verschoben ist. Es kann also auch hier durch Registrieren in beiden Drehrichtungen die Lage der Wirkungsebene relativ zur Welle für jede der beiden-Lagerreaktionen festgestellt werden. Es genügt hier zum Registrieren ein j e einmaliges Rotierenlassen der Welle nach jeder Seite, wobei an beiden Wellenenden ein Schreibstift anzuordnen ist. . " Es fragt sich nun, was durch die gleichzeitige Feststellung dieser beiden Wirkungsebenen für die Ausbalancierung der Wellen gewonnen ist. Die Aufgabe ist die, durch Anbringen von Zusatzgewichten an -der Welle die schwingungerregenden Lagerreaktionen überhaupt zum Verschwinden zu bringen. Es sind also Zusatzmassen in einer solchen Größe und Lage zur Welle aufzubringen, daß sie ihrerseits Lagerreaktionen hervorbringen, die den durch die ursprünglichen exzentrischen Massen hervorgerufenen entgegengesetzt i gleich sind und in derselben, durch die Achse gehenden Ebene liegdn. Durch einfache Gleichgewichtsrechnungen läßt sich zeigen, daß es stets möglich ist, durch Aufbringen von zwei in verschiedenen - Radialebenen (hierunter sind hier und im Folgenden Ebenen verstanden, die die Achsen enthalten) liegenden Massen von bestimmtem Verhältnis zueinander in den Lagerpunkten Reaktionen hervorzurufen, die zueinander und zu der Welle die durch Registrierung bestimmte Lage haben. Für die praktische Ausführung wird es wahrscheinlich am besten sein, das Größenverhältnis dieser Massen von vornherein zu wählen. Durch die achsiale Lage derjenigen Stellen, an denen sie anzubringen sind, und durch die bei der Registrierung gefundene Lage der beiden Lagerreaktionen ist dann festgelegt, in welchen Radialebenen die Zusatzmassen anzubringen sind.3: The rotor with its bearings rests here - also in a special one Storage, which is set up so that each bearing point of the rotor is independent of the other can perform vibrations; the two levels of vibration are related to each other under go °. A schematic arrangement for this purpose is shown in Fig. 3. Will the shaft set in rotation, so occur in the two bearings as a result of the unbalanced Centrifugal forces on reactions that maintain their position relative to the shaft, against the bearings so rotate at the angular velocity of the shaft. The two Reactions generally lie in different directions going through the axis Levels. As a result, the camp points strive; independent vibrations to be carried out, which run in different phases. Would be the one to be balanced. Body a point mass, so would the two movements of the bearing points not affect each other at all. In reality occur as a result of the gyroscopic action certain reciprocal effects that the number of resonance revolutions of the system somewhat shift and also the phase shift between exciting force and deflection will affect. These influences are, however, with a suitable choice of the amount of The number of resonance tours is not of great importance. In any case, that remains here too It is a fact that with different senses of rotation the exciting force is opposite the deflection, although in the opposite direction, but shifted by the same angle is. It can also change the position here by registering in both directions of rotation the plane of action relative to the shaft for each of the two bearing reactions will. It is sufficient to let the shaft rotate once to register to each side, with a pen at both ends of the shaft. . "The question now arises as to what will result from the simultaneous determination of these two levels of effect for the balancing of the waves is gained. The task is by attaching it of additional weights on the shaft, the vibration-causing bearing reactions in general to disappear. So there are additional masses of such a size and Able to apply to the shaft that they in turn produce bearing reactions that opposed to those caused by the original eccentric masses i are the same and lie in the same plane passing through the axis. By simple Equilibrium calculations can be shown that it is always possible by applying of two in different - radial planes (including here and below are planes understood, which contain the axes) lying Masses of certain Relationship to each other in the bearing points to cause reactions to each other and to the wave the position determined by registration. For the practical Execution it will probably be best to keep the proportions of these masses to choose from the outset. Due to the axial position of those places where they are to be attached, and by the position of the two found during registration Bearing reactions, it is then determined in which radial planes the additional masses are to be applied are.

Die praktische Ausführung einer solchen Ausbalancierung würde in folgender Weise vor sich gehen: Einbringen des Rotors in die Lagerung, Antreiben durch Elektromotor, Dampfstrahl, Luftstrahl usw., bis über die Reesonanztourenzahl, Abkuppeln des Antriebes, Auslaufen der Welle, Registrieren an den beiden Wellenenden; sodann denselben Vorgang in der entgegengesetzten Richtung. Auf jedem Wellenende Diagramm, Halbieren des Winkels zwischen den Marken für die beiden Drehrichtungen, Messen des Winkels zwischen den beiden Winkelhalbierungen. An Hand dieses Winkels aus Tabellen oder Kurvenblättern, denen vorherige Berechnungen zugrunde liegen, die von dem festgelegten Größenverhältnis der Zusatzmassen abhängige Lage für . diese beiden Zusatzmassen ablesen, Anbringen zweier Zusatzmassen von entsprechendem Größenverhältnis an den dafür bestimmten Stellen, Ausprobieren der Größe dieser Zusatzmassen durch neues Rotierenlassen der Welle bei Verändern der Größe stets beider Zusatzmassen im gleichen Verhältnis (z. B. ` aufeinanderfolgendes, Anbringen kleiner, für diesen Zweck angefertigter Gewichte von für jede Befestigungsstelle gleicher Größe).The practical implementation of such a balancing would be as follows Way to proceed: placing the rotor in the bearing, driving it by an electric motor, Steam jet, air jet, etc., up to the number of resonance revs, uncoupling the drive, Shutdown of the wave, registration at both ends of the shaft; then the same process in the opposite direction. On each shaft end diagram, halve the Angle between the marks for the two directions of rotation, measuring the angle between the two bisections. Using this angle from tables or curve sheets, which are based on previous calculations that depend on the specified size ratio the additional mass dependent position for. read off these two additional weights, attach two additional masses of a corresponding size ratio to the one intended for it Set, try out the size of these additional masses by rotating the When changing the size of the shaft, always have both additional masses in the same ratio (e.g. B. `` successive attachment of small weights made for this purpose of the same size for each fastening point).

Die Empfindlichkeit des Verfahrens dürfte hei geeigneter Ausführung ebenso groß sein, .' wie die des Verfahrens nach L a w a c z e c k.The sensitivity of the method should be expected when properly carried out be just as big. ' like that of the method according to L a w a c z e c k.

Claims

PATENT CLAIM 9z. Method for balancing rapidly rotating masses, in which the rotor is placed in two special bearings, characterized in that the bearings, each of which allows a rotation about its axis and a parallel displacement along this axis recorded by a spring or the like 9o ° are arranged so that each bearing point of the rotor can carry out vibrations simultaneously with the other, but as independently of the other as possible, which are registered simultaneously in a known manner, and a determination of the levels of action of the reactions caused by the unbalanced centrifugal forces for both bearing points enable at the same time. a. Method according to claim. r, characterized in that additional masses of a certain size ratio are attached to the rotor at the points provided for this in radial planes, ie planes which contain the axis, the position of which is determined by the directions of the unbalanced centrifugal forces resulting from the unbalanced centrifugal forces and by the The size ratio of the two additional masses to be applied each time at the fastening points is determined from the outset. 3. The method according to claim r, characterized in that the radial planes, ie planes containing the axis in which the. Additional masses are arranged, are fixed from the outset, and that the size ratio of the two additional masses to be applied each time is determined from the position determined by z of the bearing reactions resulting from the unbalanced centrifugal forces. 1 sheet of drawings.