DE377067C

DE377067C - Method for damping vibrations of multiply cranked shafts

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Publication number: DE377067C
Application number: DEF39705D
Authority: DE
Original assignee: HERMANN FOETTINGER DR ING
Current assignee: HERMANN FOETTINGER DR ING
Priority date: 1915-02-09
Filing date: 1915-02-09
Publication date: 1923-06-09

Description

Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen vielfach gekröpfter Wellen. Lange, vielfach gekröpfteWellen, insbesondere von schnellaufenden Gas- oder Ölmaschinen mit veränderlicher Drehzahl, neigen bekanntlich zu außerordentlich starken und vielen Schwingungen, namentlich Verdrehungsschwingungen, die bei bestimmten Umlaufzahlen zu gefährlicher Resonanz, unter Umständen zu Wellenbrüchen Anlaß geben. Bei beschränktem Raum, z. B. in Torpedo- oder Unterseebooten, ist man zu kleinen Zylindern und großer Zylinderzahl gezwungen, die jedoch an jenen Schwingungen eine Grenze findet.Method for damping vibrations of multiple cranked shafts. Long, multi-cranked shafts, especially of high-speed gas or oil machines with variable speed, as is well known, tend to be extraordinarily strong and many Vibrations, namely torsional vibrations, which occur at certain numbers of revolutions to dangerous resonance, possibly giving rise to broken shafts. With limited Room, e.g. B. in torpedo or submarines, one is too small and large cylinders Number of cylinders forced, which, however, has a limit at those vibrations.

Man hat versucht; diese Schwingungen durch eine beträchtliche Verstärkung der Wellen, durch Schwunggewichte an den Kurbelwangen, durch zusätzliche Schwungräder usw. zu beseitigen, hat jedoch durch diese Maßnahmen nur erreicht, daß die Schwingungszahlen, bei denen gefährliche Resonanz eintritt, höher oder niederer als vorher wurden. Eine eigentliche Dämpfung oder gar eine Beseitigung der Schwingungen wurde nicht erreicht.One tried; these vibrations by a considerable amplification of the shafts, through flyweights on the crank webs, through additional flywheels etc., has only achieved through these measures that the oscillation numbers, at which dangerous resonance occurs, higher or lower than before. One actual damping or even elimination of the vibrations was not achieved.

Es war daher b.'s heute nicht möglich, z. B. bei Dieselmaschinen infolge dieser Umstände über gewisse Pferdestärken hinauszugelangen.It was therefore not possible today, e.g. B. in diesel engines as a result under these circumstances to get beyond certain horsepower.

In Folgendem soll ein neues Verfahren zur Dämpfung oder Beseitigung der Schwingungen beschrieben werden, das den Bau beliebig großer Zylinderzahlen und Einheiten ermöglicht.The following is a new method of dampening or elimination the vibrations are described, which allows the construction of any number of cylinders and units.

Der Grundzug desselben besteht darin, daß die gesamte Welle oder Maschine in zwei oder mehr Teile zerlegt wird, denen durch g ewisse Maßnahmen um einen geringen, vorausberechneten Betrag (etwa = bis 15 Prozent) verschiedene Umdrehungszahlen erteilt werden. Es wird nämlich dem .hinteren« Teile der Maschine gegenüber dem »vorderen« eine geringe, im vorau3 berechenbare Schlüpfung von ungefähr i bis 15 Prozent erteilt. Die Wellenteile können dabei in an sich bekannter Weise gleichachsig oder paralell liegen.The main feature of this is that the entire shaft or machine is divided into two or more parts, which by certain measures are reduced by a small, pre-calculated amount (approximately = up to 15 percent) given different numbers of revolutions will. This is because the "rear" part of the machine is compared to the "front" a small, in advance calculable hatch of about 1 to 15 percent granted. The shaft parts can be coaxial or parallel in a manner known per se lie.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird am besten die L(istung des »vorderen« Teiles nicht unmittelbar durch Berühren fester Maschinenteile mechanisch auf den 3,hinteren« Teil übertragen, wie bisher üblich, sondern vielmehr zunächst in eine andere Zwischenenergieform, oder hydraulische) verwandelt.To solve this problem, it is best not to mechanically transfer the length of the "front" part directly to the 3, rear "part by touching fixed machine parts, as has been the case up to now, but rather first in a different form of intermediate energy, or hydraulic).

Die Einrichtung zur Verwirklichung die-zes Verfahrens besteht zweckmäßig aus einer elektrodynamischen oder hydraulischen Kupplung an sich bekannter Art, deren Hälften auf den bezüglichen Wellenenden sitzen. Kupplungen dieser Art können zur Lösung der oben gestellten Aufgal:e verwendet «erden, erstens zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil eine gewisse g( ringe Schlüpfung Herzustellen und dadurch die dynamische Zusammenwirkung der beiden zu zerstören und zweitens etwaige lZeste von Schwingungen durch die »Nlachgiebig!:eit« und den Strömungswiderstand des strömenden Mittels (Elektrizität oder Flüssigkeit) kräftig zu dämpfen.The facility for implementing this process is expedient from an electrodynamic or hydraulic clutch of a known type, the halves of which sit on the relevant shaft ends. Couplings of this type can to solve the imbalance posed above: e used «ground, firstly between the driving force and to produce a certain amount of slippage in the driven part and thereby To destroy the dynamic interaction of the two and, secondly, to destroy any residuals of vibrations due to the "Nlachgiebig!: eit" and the flow resistance of the flowing Vigorously steamed by means of (electricity or liquid).

Die Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist in Abb. i beispielsweise schematisch dargestellt. i, 2 bedeutet z. B eine 6-zylindrige Dieselmaschine, die in zwei mit verschiedener Umlaufzahl gleichzeitig arbeitende Teile von je drei Zylindern zerlegt ist. Die vereinigte Arheit beider Maschinen wird beispiel,weise durch die Welle 3 auf eine: Arbeitsmaschine, etwa einen Propeller .4, übertragen. Die Maschinengruppe i hat eine um einige Prozent, etwa in den Grenzen i bis 15 Prozent, höhere Drehzahl als die Maschinengruppe 2. Die Übertragung der Leistung von i auf 2 erfolgt durch eine dynamische Kupplung 5 bekannter Bauart. Solche Kupplungen mit Erzeugung einer Zwischenenergieform ergeben im allgemeinen einen der Schlüpfung entsprechenden Verlust; durch Wahl einer genügend kleinen Schlüpfung, d. h. entsprechende Wahl der Abmessungen der Kupplung, läßt sich dieser Verlust jedoch fast beliebig einschränken. Bei der gezeichneten Anordnung kommt dieser Verlust auch nur für die Hälfte der Maschinenleistung in Betracht, so daß z. B. bei io Prozent Schlüpfung von Maschinengruppe 2 gegen Maschinengruppe i und gleicher Leitung derselben der Gesamtverlust nur 5 Prozent betragen würde. Es ist indessen möglich, derartige dynamische Kupplungen sowohl elektrischer wie hydraulischer Art mit 98 Prozent Wirkungsgrad und darüber zu bauen, so daß der Gesamtverlust nur i Prozent betragen würde.The facility for performing the method is shown in Fig. I, for example shown schematically. i, 2 means e.g. B a 6-cylinder diesel engine that in two parts working simultaneously with different numbers of revolutions, each with three cylinders is disassembled. The combined Arheit of both machines is exemplified by the Shaft 3 on a: working machine, such as a propeller .4, transferred. The machine group i has a speed that is a few percent higher, roughly within the limits i to 15 percent than machine group 2. The power is transferred from i to 2 by a dynamic coupling 5 of known type. Such couplings with generation of a Intermediate energy forms generally give a loss equal to that of hatching; by choosing a sufficiently small hatch, d. H. appropriate choice of dimensions the coupling, this loss can be limited almost at will. In the In the arrangement shown, this loss only occurs for half of the machine output into consideration, so that z. B. with io percent hatching of machine group 2 against Machine group i and the same line the same, the total loss is only 5 percent would amount to. It is, however, possible to have such dynamic couplings both to build electrical as well as hydraulic type with 98 percent efficiency and above, so that the total loss would be only 1 percent.

Durch die vollständige Trennung der Wellenteile von i und 2 kann die.-Möglichkeit von starken Schwingungen zwischen beiden Teilen vollständig unterdrückt werden. Während bei starrer Kupplung, z. B. Anwendung einer mechanischen Reibungskupplung an Stelle von 5, sowohl die Massen der Maschinenhälfte i gegen die von 2 wie gegenüber dem Propeller sehr starke Verdrehungsschwingungen ausführen könnten. ist durch die verschiedenen fährlicher Resonanz nach bekannten mechanischen Gesetzen beseitigt, denn zur Erzielung von Resonanz würde gleiche Drehzahl von Welle i und 2 gehören. Es wäre allerdings noch möglich, daß gewisse Schwingungen höherer Ordnung (Oberschwingungen) sich durch die Kupplung hindurch zwischen den Maschinenhälften i urd 2 verstärken könnten, doch ist man jederzeit durch die Wahl der Schlüpfung in der Lage, auch solche Oberschwingungen unschädlich zu machen. Außerdem würden diese, auch wenn man bei der Vorausberechnung auf sie nicht genügend achtet, in jedem Falle durch die eigenartige Übertragung gedämpft werden.Due to the complete separation of the shaft parts from i and 2, the possibility of strong vibrations between the two parts can be completely suppressed. While with a rigid coupling, z. B. Application of a mechanical friction clutch instead of 5, both the masses of the machine half i against that of 2 and against the propeller could execute very strong torsional vibrations. is through the different dangerous resonance eliminated according to known mechanical laws, because to achieve resonance would require the same speed of shafts i and 2. However, it would still be possible that certain higher-order vibrations (harmonics) could intensify through the coupling between the machine halves i and 2, but one is always able to neutralize such harmonics by choosing the slip. In addition, even if one does not pay enough attention to them in the advance calculation, they would in any case be dampened by the strange transfer.

Selbstverständlich kann die Maschine statt in zwei, in beliebig viele Gruppen geteilt werden, deren Leistungen durch dynamische Kupplungen nach Art von 5 weitergegeben werden. Zweckmäßig wird man aber selten über dreiTeilgruppen hinausgehen. Die einzelnen Maschinengruppen brauchen durchaus nicht gleichartig zu sein, können vielmehr mit Vorteil -den verschiedenen Betriebsverhältnissen und Betriebszwecken angepaßt sein; z. B. kann die jeweils vordere Gruppe eine größere -oder kleinere Zylinderzahl, Zylindergröße oder Gesamtleistung haben als die jeweils folgende; oder eine der Gruppen kann nicht zur eigentlichen Krafterzeugung, sondern für Neben-oder Hilfszwecke oder sogar als Arbeitsmaschine gebaut sein. Z. B. kann bei einer Dieselmaschine die vordere Gruppe einen Satz Kompressoren oder Kühlpumpen darstellen.Of course, instead of two, the machine can be in any number Groups are divided, their performances through dynamic couplings of the type 5 are passed on. However, it is seldom expedient to go beyond three subgroups. The individual machine groups do not at all need to be of the same type rather with advantage - the different operating conditions and operational purposes be adjusted; z. B. the front group can be a larger or smaller Number of cylinders, cylinder size or total power than the following respectively; or one of the groups can not be used for actual force generation, but for secondary or Auxiliary purposes or even as a work machine be built. For example, can in the case of a diesel engine, the front group has a set of compressors or cooling pumps represent.

Die Einrichtung zur Verwirklichung des neuen Dämpf ungsverfahrens kann auch gemäß Abb. i so ausgeführt werden, daß zwischen dem »hinteren« Maschinenende 2 und der Arbeitsmaschine, etwa dem Propeller q., ein geringer Drehzahlunterschied, d. h. eine Schlüpfung hergestellt wird, indem zwischen 2 und 3 eine dynamische Kupplung 6 beschriebener Art eingeschaltet wird. Dies ist insbesondere bei langen Schiffsschraubenwellen zur Dämpfung der gefährlichen Verdrehungsschwingungen zwischen der Maschine %nd dem Propellerzweckmäßig. Selbstverständlich kann auch bei dieser Anordnung die Zahl der Antriebsgruppen und dynamischen Kupplungen beliebig sein.The facility to implement the new damping process can also be designed as shown in Fig. i so that between the "rear" end of the machine 2 and the working machine, such as the propeller q., A slight difference in speed, d. H. a slip is made by placing between 2 and 3 a dynamic coupling 6 is switched on as described. This is particularly the case with long propeller shafts to dampen dangerous torsional vibrations between the machine% nd suitable for the propeller. Of course, the number can also be used in this arrangement of the drive groups and dynamic couplings.

Abb. 2 und 3 erläutern Beispiele der hier zu verwendenden dynamischen Kupplungen. Das Wesentliche derselben ist, daß sie, abgesehen von Schutzgebäusen und Zuführungseinrichtungen für das strömende Mittel, nur aus umlaufenden Teilen bestehen, d. h. keine feststehenden Reaktionsteile besitzen. Diese sind daher nicht zu verwechseln mit den bekannten Übersetzungsgetrieben, welche mittels stillstehender, mit dem festen Boden verbundener - Reaktionsteile eine regelrechte Drehzahlübersetzung zwischen zwei Wellen herstellen. Derartige Übersetzungsgetriebe erfordern viel umständlichere Mittel und Maßnahmen und .ergeben einen viel geringeren Wirkungsgrad als die hier vorgeschlagenen dynamischen Kupplungen ohne feste Reaktionsteile, d. h. auch ohne eigentliche Übersetzung, also nur mit Schlüpfungswirkung. , Mit Rücksicht hierauf empfiehlt es sich auch, die Schlüpfung und damit den Energieverlust so klein wie möglich, wie oben angegeben, zu wählen.Figs. 2 and 3 illustrate examples of the dynamic to be used here Couplings. The essence of these is that, apart from protective structures and supply devices for the flowing medium, consisting only of rotating parts exist, d. H. have no fixed reaction parts. So these are not to be confused with the well-known transmission gears, which by means of stationary, with the solid ground connected - reaction parts a real speed ratio between two shafts. Such transmission gears require much more cumbersome Means and measures and. Result in a much lower degree of effectiveness than the one here proposed dynamic couplings without fixed reaction parts, d. H. without too actual translation, i.e. only with a hatching effect. 'With that in mind It is also recommended that the hatching and thus the energy loss be as small as possible to choose as indicated above.

Abb. 2 erläutert eine elektrodynamische Kupplung, bestehend aus einem Läufer io auf der einen und einem Läufer ii auf der anderen Welle. Es läßt sich ganz allgemein die Regel aufstellen, daß eine solche elektrodynamische Kupplung erhalten wird, wenn man den Läufer irgendeiner Art von Dynamomaschine oder Elektromotor auf das eine Wellenende, den Ständer auf das andere Wellenende setzt und ihn mit diesem umlaufen läßt. Auf diese Weise können beliebige Anweisungen elektrodynamischer Kupplungen nach dem Schlüpfungsverfahren aus den entsprechenden Arten von Dynamomaschinen oder Motoren gebildet werden. -Die Wicklungen können statt durch Gleichstrom auch durch Wechselstrom erregt werden, der durch Schleifringe 12, 13, 17, 18 zugeführt wird.Fig. 2 illustrates an electrodynamic coupling consisting of one Runner io on one shaft and one runner ii on the other. It can be generally set up the rule that such an electrodynamic coupling is obtained by using the runner of some type of dynamo or electric motor on one end of the shaft, the stator on the other end of the shaft and it with this circulates. In this way, any instructions can be more electrodynamic Couplings using the slip method from the corresponding types of dynamo machines or motors are formed. -The windings can also be used instead of by direct current are excited by alternating current fed through slip rings 12, 13, 17, 18 will.

Abb. 3 zeigt ein einfaches Beispiel einer hydraulischen Kupplung zur Verwirklichung des Dämpfungsverfahrens. Durch den Drehzahlunterschied der beiden umlaufenden Rippenkörper 2o und 21, 22 wird eine mehr oder minder geregelte Umlaufbewegung der Füllflüssigkeit erzeugt, welche die Drehmomente des einen Teils auf den anderen Teil überträgt, ohne daß eine mechanische feste Berührung stattfände. Je vollkommener die Umlaufbewegung der Flüssigkeit gestaltet wird, desto kleiner werden die Abmessungen und die Schlüpfung.Fig. 3 shows a simple example of a hydraulic clutch for Realization of the damping process. Because of the difference in speed between the two revolving rib body 2o and 21, 22 is a more or less regulated rotational movement the filling fluid is generated, which the torques of one part on the other Part transmits without a mechanical fixed contact taking place. The more perfect the orbital motion of the liquid is designed, the smaller the dimensions become and the hatching.

Da die beschriebenen dynamischen Kupplungen keine unmittelbare Berührung fester Teile zur Kraftübertragung enthalten, so schaden geringe seitliche oder achsiale Bewegungen der Wellen nichts, sie werden vielmehr in der Kupplung durch das strömende Mittel gleichfalls gedämpft. Insbesondere gilt flies von schnellen seitlichen oder achsialen Schwingungen, wie sie bei den Kurbelwellen stark belasteter schnellaufender Dieselmaschinen leicht vorkommen können.Because the dynamic couplings described do not have direct contact contain fixed parts for power transmission, so minor lateral or axial damage Movements of the waves do nothing, they are rather in the clutch through the flowing Medium also subdued. In particular, flies of rapid lateral or axial vibrations, such as those with high-speed crankshafts that are heavily loaded Diesel engines can easily occur.

Die beschriebene Einrichtung hat außerdem eine ganze Reihe weiterer praktischer Vorteile,-insbesondere für die mögliche Änderung der Betriebsverhältnisse (Abschaltbarkeit, stoßfreie Ein- und Ausschaltung der Maschinengruppen usw.), die bekannt sind und nicht weiter aufgezählt werden brauchen.The device described also has a number of others practical advantages, -in particular for the possible change of the operating conditions (Can be switched off, bumpless switching on and off of the machine groups, etc.), the are known and do not need to be listed further.

Claims

PATENT CLAIMS _. Method for damping the vibrations many times Cranked shafts, characterized in that the shaft is in two or more parts is decomposed, which by hatching, z. B. with the help of an electro- or hydrodynamic Asynchronous clutch, different by a very small amount (about i to 15 percent) Speeds are intentionally given in such a way that the following shaft respectively receives lower speeds than the previous one in terms of the transmission.

2. Establishment for carrying out the method according to claim i, characterized in that between the prime mover (2) and the driven machine (propeller q.) have a slip clutch (5, 6) is arranged.