DE3508357A1

DE3508357A1 - Verfahren zum dynamischen auswuchten gegenueber dem schwerpunkt symmetrischer rotationsmaschinen im montierten zustand

Info

Publication number: DE3508357A1
Application number: DE19853508357
Authority: DE
Inventors: Ivan Stefanov Sofia/Sofija Iliev
Original assignee: IEP
Current assignee: IEP
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1985-03-08
Publication date: 1985-10-24
Also published as: US4608867A; BG39424A1; DK104185D0; DD263202A3; DK104185A

Description

VERFAHREN ZUM DYNAMISCHEN AUSWUCHTEN GEGENÜBER DEM SCHWERPUNKT SYMMETRISCHER ROTATIONSMASCHINEN IM

MONTIERTEN ZUSTAND

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Auswuchten gegenüber dem Schwerpunkt symmetrischer Rotationsmaschinen im montierten Zustand. Dieses Verfahren kann bei der Herstellung und im Betrieb solcher Maschinen angewendet werden.

Aus "Wort, J.F.G. The Rationale of Dynamic Balancing by Vibration Measurement. Technical Review, No. 3, 1979, Naerum, Denmark" ist ein Verfahren zum dynamischen Auswuchten von Rotationsmaschinen im montierten Zustand bekannt, bei dem in den Ebenen der beiden Lager die effektiven Werte und die relativen Phasen der Geschwindigkeit der durch die Unwucht erzeugten Radialvibrationen gemessen werden. Danach wird die Maschine demontiert und eine zusätzliche Probemasse mit orientierungsweise gewählter Größe in einem beliebigen Punkt in der ersten Auswuchtungsebene angeordnet. Die Maschine wird montiert und die Effektivwerte und relativen Phasen der Geschwindigkeit der von der Unwucht erzeugten Radialvibrationen in den Ebenen der beiden Lager werden ein zweites Mal gemessen. Danach wird die Maschine erneut demontiert und die zusätzliche Probemasse abgenommen. Es wird eine neue, zusätzliche Probemasse mit orientierungsweise gewählter Größe auf einem beliebigen Punkt in der zweiten Auswuchtungsebene angeordnet. Die Maschine wird ein zweites Mal montiert und die Effektiv-

werte und relativen Phasen der Geschwindigkeit der von der Unwucht erzeugten Radialvibrationen in den Ebenen der beiden Lager werden ein drittes Mal gemessen. Mit Hilfe eines vorbereiteten Programms zum dynamischen Auswuchten und einer Rechenvorrichtung werden die erforderlichen korrigierenden Massen und Relativwinkel bestimmt, auf denen in den beiden Auswuchtebenen die Korrekturmassen angeordnet werden sollen. Nach der dritten Demontage der Maschine werden die berechneten Korrekturmassen auf die berechneten Relativwinkel gesetzt, bemessen einem Merkmal auf der Welle gegenüber. Nachdem die Maschine das dritte Mal montiert ist, werden die Effektivwerte der Geschwindigkeit der von der Unwucht erzeugten Radialvibrationen in den Ebenen der beiden Lager gemessen. Die letzte Messung dient zur Kontrolle und wird zur Prüfung des Auswuchtresultats durchgeführt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sogar bei rotierenden Maschinen, deren Konstruktion symmetrisch gegenüber dem Schwerpunkt ist, eine viermalige Messung der Effektivwerte und relativen Phasen der Geschwindigkeit der von der Unwucht erzeugten Radialvibrationen und ein dreimaliges Demontieren und Montieren der Maschine und damit ein großer Zeitaufwand, Arbeit und Mittel erforderlich sind. Die Berechnungen sind kompliziert und werden mit Hilfe einer Rechenvorrichtung vollzogen. Das mehrmalige Inbetriebsetzen und Einstellen der auszuwuchtenden Maschine, insbesondere bei großen Maschinen, ist mit einem großen Energieaufwand verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum dynamischen Auswuchten von gegenüber dem Schwerpunkt symmetrischen Rotationsmaschinen im montierten Zustand

anzugeben, bei dem zum Auswuchten weniger Demontagen und Montagen und ein verminderter Zeit- und Energieaufwand erforderlich ist.

Diese Aufgabe wurde durch ein Verfahren zum dynamischen Auswuchten gegenüber dem Schwerpunkt symmetrischer Rotationsmaschinen im montierten Zustand gelöst, bei dem in den Ebenen der beiden Lager der Maschine aufeinanderfolgend die Effektivwerte der Geschwindigkeit der von der Unwucht erzeugten Radialvibrationen während des Leerlaufs der Maschine bei vorhandener Vibroisolation von der Unweit gemessen werden. Danach werden in den Ebenen der beiden Lager der Maschine aufeinanderfolgend auch die relativen Phasen der Beschleunigung der Radialvibrationen gemessen. Es werden die Korrekturmassen einzeln für jede Auswuchtebene durch Teilen (Dividieren) der gemessenen Effektivwerte der Geschwindigkeit der von der Unwucht erzeugten Radialvibrationen durch eine die Masdhine charakterisierende Konstante bestimmt. Diese Konstante ist von der Drehzahl und Masse der Maschine, den zentralen Hauptträgheitsmomenten der Maschine und deren Rotor, den Entfernungen vom Schwerpunkt der Maschine zu den Ebenen der beiden Lager und zu den Auswuchtebenen und den Entfernungen von der Rotorachse bis zu den Anordnungsstellen der Korrekturmassen bestimmt. Diese Maschine wird demontiert und in die Auswuchtebenen werden die bestimmten Kerrekturmassen unter Winkeln angeordnet, welche von den entsprechenden Werten der relativen Phasen der Beschleunigung der von der Unwucht erzeugten Radialvibrationen, gemessen in der Ebene des nächstllegenden Lagers mit einem Zusatz von 270° in Richtung der Rotordrehung, festgelegt sind. Die Winkel werden gegenüber einem Bezugspunkt auf der Maschinenwelle bestimmt. Die Maschine wird montiert, wonach

eine Kontrollmessung der Effektivwerte der Geschwindigkeit der Radialvibrationen zur Prüfung des Auswuchtresultats vorgenommen wird.

Das Verfahren ermöglicht das Auswuchten im montierten Zustand von gegenüber dem Schwerpunkt symmetrischen Rotationsmaschinen mit nur einmaliger Demontage und Montage der Maschine. Dabei werden die Effektivwerte der Geschwindigkeit der Radialvibrationen nur'zweimal statt viermal gemessen und die relativen Phasen der Beschleunigung der Radialvibrationen werden gemessen statt berechnet. Die Bestimmung der Korrekturmassen und die Stellen,an denen sie angeordnet werden müssen, verlangen keine Programmierung und Benutzung einer Rechenvorrichtung. Durch die verminderte Anzahl der Montagen und Demontagen sowie dadurch, daß komplizierte Berechnungen wegfallen, werden Zeit, Arbeit, Mittel und Energie eingespart.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles Schema einer Vorrichtung, mit deren Hilfe ein Elektromotor ausgewuchtet wird und

Fig. 2 den Rotor des Elektromotors der Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist als Rotationsmaschine ein Elektromotor 1 auf einer zylindrischen Schraubenfeder 2 aufgehängt, die eine Schwingungsisolierung von der Umgebung bewirkt und ihrerseits an einer massiven ortsfesten Stütze 3 aufgehängt ist. Über dem am Arbeitsende der Welle befindlichen Keil 4 (Bezugspunkt) ist ein kontaktloser

induktiver Geber 6 angeordnet; am Gehäuse des Elektromotors 1 sind in den Ebenen der beiden Lager radial zwei piezoelektrische Geber 7 bzw. 8 zur Erfassung der Vibrationsbeschleunigung angebracht. Die Geber 6, 7 und 8 sind so angeordnet, daß die Achsen ihrer größten Empfindlichkeit in der Ebene der Drehachse, hier also in der Vertikalen, liegen. Die piezoelektrischen Geber 7 und sind an eine Integrierstufe 9 angeschlossen, die die Beschleunigung integriert und somit in eine Geschwindigkeit umwandelt. Die Integrierstufe 9 und der induktive Geber 6 sind je mit einem Frequenzfilter 10 bzw. 11 verbunden. Die Ausgänge der Filter 10 und 11 sind über Verstärker 12 bzw. 13 und Meßgeräte 14 bzw. 15 an die Eingänge einer Phasenvergleichsstufe 16 angeschlossen.

Gemäß Fig. 2 befinden sich die zum Schwerpunkt G des Elektromotors 1 symmetrisch angeordneten Lagerebenen

σ und cr„ in einer Entfernung a, von den Auswuchtebenen σ und σ und in einer Entfernung 1 vom Schwerpunkt G. Zwischen den Ventilatorflügeln 17 sind Vor-Sprünge 18 zur Aufnahme der Korrekturmassen m, und m„ in einer Entfernung R von der Rotorachse angeordnet. Die Achse Y verläuft parallel zu den Richtungen, längs derer die von der Unwucht des Elektromotors 1 erzeugten radialen Vibrationen gemessen werden.

Der erfindungsgemäße Auswuchtvorgang verläuft folgendermaßen:

Vorbereitend wird zunächst der Ausgang des piezoelektrischen Gebers 7 an die Integrierstufe 9 angeschlossen und Integrierstufe 9 wird auf Vibrationsgeschwindigkeit eingeschaltet. Der Elektromotor 1 wird im Leerlauf betrieben. Die Frequenzfilter 10 und 11 werden auf die

Drehfrequenz des Elektromotors 1 abgestimmt.

Mit Hilfe des Filters 10, des Verstärkers 12 und des Meßgeräts 14 werden durch eine Reihenschaltung der Signale von den Gebern 7 und 8 in den beiden Lagerebenen °, und ^σ ₂ die Effektivwerte der Geschwindigkeit V, bzw. V~ der von der Unwucht erzeugten radialen Vibrationen nach den radialen Richtungen parallel zur Y-Achse (Fig. 2) gemessen. Danach wird die Integrierstufe 9 auf Vibrationsbeschleunigung umgeschaltet und es werden nacheinander die relativen Phasen ^a, und ^a„ der Beschleunigung der von der Unwucht erzeugten radialen Vibrationen gemessen. Dies geschieht zunächst in der Ebene

^σ, des Lagers 19 mit Hilfe des Gebers 7, danach mit Hilfe des Gebers 8 in der Ebene ^σ ₂ des Lagers 20 und schließlieh mit Hilfe des Gebers 6. Die Meßergebnisse werden von der Phasenvergleichsstufe 16 empfangen, die den Phasenunterschied zwischen der vom Geber 7 bzw. 8 erhaltenen Sinusgröße Radialbeschleunigung und den vom Keil 4 und Geber 6 erzeugten drehfrequenten periodischen Impulsen anzeigt. Die gemessenen relativen Phasen ^a, und ^a„ werden als relative Phasen der Fliehkraft angenommen, welche durch die Unwucht in den Auswuchtebenen ^σ-, und

^σ. erzeugt werden. Darauf wird der Elektromotor 1 eingeschaltet. Die korrigierenden Massen m, und nu werden einzeln für die Auswuchtebenen ö und ^a. bestimmt, wobei die gemessenen Werte V, und V« durch eine Konstante dividiert werden, die den Elektromotor 1 kennzeichnet und nach der Gleichung

P =

ω R O

(¹I - ^ai) · ¹I

bestimmt wird. Darin sind

ω = 2nf„ die Winkelgeschwindigkeit des Rotors in s (f„ die Drehfrequenz des Rotors in Hz),

M = die Masse der Maschine in kg, I= das zentrale Hauptträgheitsmoment der Maschine

2 gegenüber den Achsen X oder Y in kg · m ,

I^ = das zentrale Hauptträgheitsmoment des Rotors

gegenüber der Z-Achse in kg · m ,

R = die Entfernung zwischen Rotorachse und der Korrekturmasse m,

1, = die Entfernung der Lagerebenen σ , σ vom

Schwerpunkt G der Maschine in m und a, = die Entfernung zwischen den Auswuchtebenen σ σ. und der Ebene des zur letzteren näherliegenden Lagers in m (Fig. 2).

Der Elektromotor 1 wird demontiert und in den beiden Auswuchtebenen ο,, und σ. werden an bestimmten Stellen, den VorSprüngen 18 auf dem Rotor, die bestimmten Korrekturmassen m, bzw. m~ unter Winkeln ψ, = α + 270° bzw. <pρ = ^a~ + 270° angeordnet, die in Drehrichtung des Rotors gegenüber einem in der Figur nicht gezeigten Bezugspunkt auf der Welle des Elektromotors 1 bemessen sind. Durch Addition von 270° wird die relative Phase der Sinuskurve der Beschleunigung der von der Unwucht erzeugten radialen Vibrationen (mit einem Zusatz von 90°) und die Notwendigkeit berücksichtigt, daß der Ausgleich in der Gegenphase der Unwucht (mit Addition von weiteren 180°) stattfindet. Dann wird der Elektromotor 1 montiert und es werden erneut die Effektivwerte der Geschwindigkeiten V, und V„ der von der Unwucht erzeugten radialen Vibrationen gemessen. Die letzteren werden mit den zulässigen Vibrationswerten verglichen. Liegt keine Übereinstimmung vor, so wird der Vorgang wiederholt.

Claims

FÜNER EBBINGHAUS FINCK

PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95

IEP "N. BELOPITOV" DEAB-32617.0

8. März 1985

VERFAHREN ZUM DYNAMISCHEN AUSWUCHTEN GEGENÜBER DEM SCHWERPUNKT SYMMETRISCHER ROTATIONSMASCHINEN IM

MONTIERTEN ZUSTAND

Patentanspruch

Verfahren zum dynamischen Auswuchten von zum Schwerpunkt (G) symmetrischen Rotationsmaschinen im montierten Zustand, bei dem in den Ebenen ( ^σ, , ^σ~ ) beider Lager der Maschine nacheinander die Effektivwerte der Geschwindigkeit (V,, V₂) der durch die Unwucht erzeugten radialen Vibrationen gemessen werden, wonach die korrigierenden Massen (m, m_o) für jede Ebene ( σ, cf ) der Unwucht bestimmt werden, worauf die Maschine demontiert und in beiden Auswuchtebenen ( σ , σ ) die korrigierenden Massen (m,, nu) unter gegenüber einem Bezugspunkt (4) auf der Welle (5) bemessenen Winkeln befestigt, die Maschine montiert und eine Kontrollmessung der Effektivwerte der Geschwindigkeit (V,, V„) der von der Unwucht erzeugten radialen Vibrationen durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Messung der Effektivwerte der Geschwindigkeit der radialen Vibrationen die Maschine gegenüber der Umgebung schwingungsisolierend angeordnet und im Leerlauf betrieben wird, wonach in den beiden Lagerebenen (σ , σ ) der Maschine aufeinanderfolgend die relativen Phasen der Beschleunigung der durch die Un-

wucht erzeugten radialen Vibrationen gemessen werden, wobei die korrigierenden Massen (m, , m~ ) für jede Auswuchtebene ( °of °λ ) durch Division der gemessenen Effektivwerte der Geschwindigkeit der von der Unwucht erzeugten radialen Vibrationen durch eine Konstante bestimmt werden, die von der Drehgeschwindigkeit, der Masse der Maschine, den zentralen Haupttragheitsmomenten der Maschine und ihres Rotors, den Entfernungen des Schwerpunkts (G) der Maschine zu den beiden Lagerebenen ( ^σ, , ^σ_) und zu den Auswuchtebenen ( ο , σ ) sowie von der Entfernung der korrigierenden Massen (m,, m„) von der Rotorachse bestimmt wird, wobei die korrigierenden Massen (m, , m„) unter Winkeln angeordnet werden, die von den entsprechenden Werten der relativen Phasen der Beschleunigung der von der Unwucht erzeugten radialen Vibrationen, gemessen in den Ebenen ihrer naheliegenden Lagei^ unter Addition von 270° in Drehrichtung des Rotors erhalten sind.