DE4019721C2 - Verfahren zum Auswuchten eines Rotors - Google Patents
Verfahren zum Auswuchten eines RotorsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auswuchten
eines Rotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist
aus Forschung, Bd. 6, Heft 2, 1935, Seiten 72-78, bekannt.
Eine mit niedriger Drehzahl laufende Maschine, ein sogenannter
Langsamläufer, ist ein System mit einem Rotor, der
deutlich unterhalb seiner ersten Biegedrehzahl (d. h. unterkritisch)
läuft. Es ist bekannt, daß solche Rotoren vor dem
Einsatz in herkömmlichen Langsamlauf- oder Zweiebenenauswuchtmaschinen
ausgewuchtet werden können. Da ihre Rotoren
niemals schnell genug laufen, um irgendeine Hauptschwingungsbiegung
aufgrund von Resonanz zu erfahren, wird das
Langsamlaufauswuchtverfahren auch als Starrkörperauswuchten
bezeichnet.
Ein herkömmliches Langsamlaufauswuchtverfahren beinhaltet
das Abstützen des Rotors auf zwei weich befestigten Nebenlagern
in einer Langsamlaufauswuchtmaschine, wobei jedes
Lager mit einem Bewegungsmeßwandler ausgerüstet ist, der
die Bewegung an diesem Lager erfassen kann, die durch eine
umlaufende Unwucht hervorgerufen wird. Die Maschine kann
dann kalibriert werden, indem an dem Rotor bekannte Unwuchten
hervorgerufen werden. Die Auswuchtkorrektur für die unbekannte
Unwuchtverteilung an jedem besonderen Rotor kann
durch zwei Auswuchtkorrekturvektoren, einen in jeder von
zwei vorgewählten Auswuchtkorrekturebenen, ausgedrückt werden.
Selbstverständlich sind die Begriffe "Unwucht" und
"Auswuchtung", wie sie üblicherweise und hier benutzt werden,
graduelle Begriffe. Nach herkömmlicher Praxis wird der
Grad der Auswuchtung gewählt, um ideal keine Unwucht oder
eine relativ geringe Unwucht zu erzielen.
Ein Auswuchtkorrekturvektor wird durch eine bestimmte Masse
oder ein bestimmtes Gewicht in einem bestimmten radialen
Abstand von der Drehachse (in Kombination ausgedrückt in
Einheiten von Gramm·Zentimeter oder dem Äquivalent) in einer
bestimmten Winkelposition (oder Uhrzeigerstellung) bezüglich
eines vorgewählten Bezugspunktes ausgedrückt. Die
tatsächliche Auswuchtkorrektur erfolgt dann durch Entfernen
von geeignetem Material in der richtigen Radial- und Winkelposition
in jeder der beiden Auswuchtkorrekturebenen
oder, alternativ, durch Hinzufügen von Material an einer
Stelle, die um 180° von der bestimmten Stelle zum Materialentfernen
entfernt ist. Die Auswuchtung in zwei Ebenen ist
das notwendige und ausreichende Kriterium für die Langsamlaufstarrkörperauswuchtung.
Ein Rotor, der bis zu transkritischer oder superkritischer
hoher Drehzahl läuft (d. h. in die Nähe der kritischen Biegedrehzahl,
die Resonanz hervorruft, oder durch und über
diese hinaus gelangt), wird durch eine beträchtlich komplexere
und feinere Auswuchtung erfordern, da die Schwingungsbiegung
des Rotors selbst die Unwuchten weiter von der
Drehachse des Rotors wegbewegen und zu verstärkter Anregung
und verstärktem Schwingen während des Betriebes bei oder
nahe der kritischen Drehzahl(en) führen wird. Jeder kritischen
Drehzahl ist eine eindeutige und andere eigene oder
kritische Modenform zugeordnet, so daß der Betrieb bei oder
nahe jeder kritischen Drehzahl eine eindeutige und andere
Auswuchtkorrektur in zwei Ebenen verlangt. Langsamlaufende
Rotoren können zwar in zwei Korrekturebenen vollständig
ausgewuchtet werden, Rotoren, die bis zu einer einzelnen
kritischen Drehzahl oder über diese hinaus gelangen, sollten
demgemäß jedoch in vier Ebenen ausgewuchtet werden; Rotoren,
die bis zu zwei kritischen Drehzahlen gelangen oder
diese durchlaufen, sollten in sechs Ebenen ausgewuchtet
werden; und allgemein sollten Rotoren, die bis zu N kritischen
Drehzahlen oder darüber hinaus gelangen, in 2(N+1)
Ebenen ausgewuchtet werden. Dieses Verfahren bezeichnet man
als Mehrebenen- oder Schnellauf- oder modales Auswuchten,
und es handelt sich um ein herkömmliches Verfahren.
Grundsätzlich an dieser Forderung ist die Notwendigkeit,
daß der Rotor während des Auswuchtens tatsächlich mit oder
nahe jeder der N kritischen Drehzahlen läuft (ebenso wie
mit langsamer Drehzahl), wie es aus VDI-Berichte Nr. 161,
1971, Seiten 5-12, hervorgeht, damit die (N+1) Sätze von Lager
reaktionsdaten gesammelt werden können. Diese Daten werden
dann mathematisch in eine Spezifikation der Auswuchtkorrektur
aufgelöst, die in jeder der 2(N+1) Auswuchtkorrekturebenen
auszuführen ist.
In der Praxis wird diese Auswuchtverfahren häufig an Ort
und Stelle durchgeführt, wenn die Maschine aufgestellt oder
einer periodischen Überholung oder einer Reparatur unterzogen
wird. Wenn die Auswuchtkorrekturebenen an Ort und
Stelle nicht zugänglich sind, kann der Rotor auf einem
Prüfstand ausgewuchtet werden. Hinsichtlich der Durchführbarkeit
und der Kosten gibt es aber beträchtliche Probleme,
die beim Prüfstandtest überwunden werden müssen, insbesondere
bei Hochleistungsmaschinen. Es besteht ein grundlegender
Bedarf daran, die Vorteile der Schnellaufauswuchtung zu
erzielen, ohne den Rotor im Verlaufe des Auswuchtens
tatsächlich mit hoher Drehzahl laufen zu lassen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Auswucht
verfahren zu schaffen, durch das ein Schnellaufunwucht
reduziert werden kann, indem mit einem verbesserten
Langsamlaufauswuchtverfahren ausgewuchtet wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die in seinem
kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und dadurch erzielbare
Vorteile werden im folgenden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gas
turbinentriebwerks mit einem Rotor, der gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgewuchtet
worden ist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Rotors, der an
der in Fig. 1 dargestellten Niederdruckturbine
befestigt ist, getrennt von derselben,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des in Fig. 2
gezeigten Rotors, die eine Darstellung der endlichen
Massenverteilung des Rotors veranschaulicht,
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Teils des in Fig. 2
gezeigten Rotors, welche die Gewinnung eines
Massenquerschnitts für die in Fig. 3 gezeigte
Verteilung veranschaulicht,
Fig. 5 eine Endschnittansicht des Querschnitts des Rotors
nach der Linie 5-5 in Fig. 4,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer allgemeinen
Unwuchtbogenverteilung des in den Fig. 2 und 3
dargestellten Rotors,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Einrichtung
zum Messen des radialen Schlags des in Fig. 2
dargestellten Rotors,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer allgemeinen
konzentrierten Unwuchtverteilung des in den Fig. 2
und 3 dargestellten Rotors,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer allgemeinen
Neigungsunwuchtverteilung des in den Fig. 2 und
3 dargestellten Rotors,
Fig. 10 ein Diagramm, in welchem die maximale
Schwingungsamplitude eines Rotors über der Drehzahl
des Rotors aufgetragen ist,
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer ersten Modenform
des in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Rotors,
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer zweiten Modenform
des in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Rotors,
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer dritten Modenform
des in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Rotors,
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Langsam
laufauswuchtmaschine,
Fig. 15 eine schematische Darstellung des in Fig. 2
gezeigten Rotors, welche drei Korrekturebenen
zum Auswuchten in drei Ebenen zeigt, und
Fig. 16 eine schematische Darstellung des in Fig. 2
dargestellten Rotors, die vier Korrekturebenen
zum Auswuchten in vier Ebenen zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Schema eines exemplarischen Gasturbinentriebwerks,
im folgenden als Triebwerk 10 bezeichnet. Das Triebwerk 10 hat einen
herkömmlichen Einlaß 12, an den sich der Reihe nach ein herkömmlicher
Axialverdichter 14, eine Brennkammer 16, eine zweistufige
Hochdruckturbine (HDT) 18 und eine zweistufige Niederdruckturbine
(NDT) 20 anschließen.
Die Hochdruckturbine 18 treibt den Axialverdichter 14 an, und
beide sind mit einer Welle 22 fest verbunden, die an zwei
Enden in Lagern 24 zur Drehung um eine Drehachse 26
des Triebwerks 10 abgestützt ist.
Die Niederdruckturbine 20 ist mit einem Rotor 28, der eine
hohle Antriebswelle 30 aufweist, an einem ringförmigen
Flansch 32 an einem Ende derselben fest verbunden. Das entgegengesetzte
Ende der Antriebswelle 30 ist mit einer Abtriebswelle
34 verbunden, die mit einem angetriebenen Teil
wie einem Propeller oder einem Hubschrauberrotor (nicht
dargestellt) verbindbar ist. Die Antriebswelle 30 ist konzentrisch
innerhalb der Welle 22 angeordnet und an einem
vorderen Ende durch ein erstes Lager 36 und an einem hinteren
Ende durch ein zweites Lager 38 abgestützt, das in der
dargestellten Ausführungsform zwei gegenseitigen Abstand
aufweisende Lager umfaßt. Die Antriebswelle 30 ist in dem
ersten und zweiten Lager 36 und 38 zur Drehung um die
Drehachse 26 abgestützt.
Die Antriebswelle 30 ist eine lange, schlanke Welle, die
mit Betriebsdrehzahlen einschließlich überkritischen Drehzahlen
von bis zu etwa 22 000 U/min läuft. Solche relativ
hohen Drehzahlen erfordern das Auswuchten des Rotors 28, um
eine akzeptable Leistung zu gewährleisten.
Der Rotor 28 kann auf herkömmliche Weise ausgewuchtet werden,
indem eine herkömmliche Langsamlaufauswuchtausrüstung
benutzt wird. Da jedoch die Welle 30 relativ lang und
schlank ist und da der Betrieb des Rotors 28 in der dargestellten
Ausführungsform überkritische Drehzahlen umfaßt,
welche eine Schwingungsbiegung der Welle 30 hervorrufen,
kann diese Schwingungsbiegung durch herkömmliche Langsamlaufauswuchtung
nicht kompensiert werden.
Es wird ein Langsamlaufauswuchtverfahren,
das eine Schnellauf-Mehrebenen (d. h. drei oder mehr als drei
Ebenen-)Korrektur an Rotoren auf einfachen herkömmlichen
Langsamlaufauswuchtmaschinen vorzunehmen gestattet, ohne
das Erfordernis, sie mit hoher Drehzahl an Ort und Stelle
oder in komplexen und teueren Prüfständen zu betreiben, beschrieben.
Durch das Verfahren ergeben sich die meisten Vorteile der
tatsächlichen Schnellauf- oder modalen oder echten Mehrebenen
auswuchtung ohne die damit verbundenen Kosten und ohne
die damit verbundene Komplexität. Erreicht wird das durch
das Verwenden von anderen Daten über das allgemeine dynamische
Verhalten des besonderen Rotors (d. h. dessen Eigen-
oder kritischen Modenform(en)) und von Daten über den allgemeinen
Entwurf und die Fertigung des besonderen Rotors
(d. h. dessen gewonnenes allgemeines Muster oder dessen gewonnene
allgemeine Muster der Unwuchtverteilung).
Der hier verwendete Begriff "Langsamlauf" oder "niedrige
Drehzahl" bezieht sich auf diejenigen Drehzahlen eines Rotors,
die unter der ersten oder kritischen Grundschwingungsdrehzahl
des Rotors liegen, bei der sich der Rotor
während der Drehung im wesentlichen wie ein starrer Körper
verhält und kein nennenswertes Ausmaß an Biegung aufweist.
Bei niedriger Drehzahl kann der Rotor in zwei Ebenen zufriedenstellend
ausgewuchtet werden. Der Begriff "Schnellauf"
oder "hohe Drehzahl" bezieht sich auf diejenigen
Drehzahlen, die nahe oder über der ersten kritischen Drehzahl
liegen.
Das Auswuchtverfahren beginnt, indem zuerst die Anzahl und
die Lage der Auswuchtkorrekturebenen festgelegt werden, die
für den besonderen Rotor erforderlich sind. Die Anzahl der
Ebenen, die gewählt wird (drei oder mehr als drei), beschränkt
sich nicht auf eine gerade Zahl und wird auf der
Basis von bekannten Kriterien wie der Zahl und der Art der
kritischen Schwingungstyp- oder Modenformen, die im Betrieb
angetroffen werden, und der Komplexität der Unwuchtverteilung,
die zu kompensieren ist, gewählt. Dann wird eine Auswuchtregel
gewählt. Die Auswuchtregel ist eine Spezifikation
für eine Prozedur mit der Zahl J von Sequenzen des
Langsamlaufauswuchtens und mit einer Zahl I von Auswuchtfaktoren
K, wobei J und I eine Funktion der Zahl der gewählten
Auswuchtkorrekturebenen N sind, wie im folgenden
angegeben:
Im folgenden wird eine Auswuchtregel für drei Korrekturebenen
beschrieben, die für die Prozedur zum Spezifizieren der
Auswuchtkorrektur für die Mittelebene eines Systems mit einer
ungeraden Zahl von Korrekturebenen allgemein repräsentativ
ist, und außerdem wird eine Auswuchtregel für vier
Korrekturebenen beschrieben, die für die Prozedur zum Spezifizieren
der Auswuchtkorrekturen für jedes symmetrisch
geordnete Ebenenpaar allgemein repräsentativ ist. Die Auswuchtfaktoren
K werden durch die angegebenen exemplarischen
Prozeduren bestimmt.
Zuerst werden eine mathematische Beschreibung des Rotors
28, der allgemeinen Unwuchten desselben und Modenformen
desselben bestimmt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische isolierte Ansicht des in
Fig. 1 dargestellten Rotors 28. Der Rotor 28 weist eine
geometrische Längsmittellinie 40 auf, die vorzugsweise mit
der Drehachse 26 ausgerichtet ist und mit derselben zusammenfällt,
wenn der Rotor 28 in dem Triebwerk 10 eingebaut
ist.
Fig. 3 ist eine exemplarische schematische Darstellung des
Rotors 28 nach Fig. 2. Der Rotor 28 kann durch eine endliche
Zahl von diskreten Massen Ws dargestellt werden, die
jeweils in einem Abstand Xs von einer Bezugsebene 42 längs
der Mittellinie 40 angeordnet sind. Es sind zwar achtzehn
Massen Ws (d. h. s = 1, 2, 3 . . . 18) zur Vereinfachung der
Zeichnung dargestellt, es kann jedoch jede Zahl von Massen
Ws benutzt werden, und in einer Ausführungsform, die analysiert
worden ist, sind 50 Massen benutzt worden. Die Lage
der Massen Ws wird so gewählt, daß sie mit bestimmten
Bauelementen des Rotors 28 zusammenfällt, beispielsweise mit
dem Flansch 32, den Lagerabstützstellen und den Auswucht
korrekturebenen.
Dargestellt ist in Fig. 4 ein repräsentativer Schnitt des
Rotors 28, der einen Teil einer endlichen Länge Ls zeigt,
die dem Massenort oder der Massenstation s zugeordnet wird,
der sich in dem Abstand Xs von der Bezugsebene 42 befindet.
Aus Fig. 5, die eine Schnittendansicht des Rotors 28 zeigt,
ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Größe der Masse Ws
dem Teil des Rotors 28 mit der Länge Ls zugeordnet werden
kann, was sich einfach als die Dichte des rohrförmigen
Teils Ls mal dem Materialvolumen dieses Teils ausdrücken
läßt.
Demgemäß kann die mathematische Darstellung des Rotors 28
nach Fig. 2 gemäß der Darstellung in den Fig. 3 bis 5 erzeugt
werden. Da der Flansch 32 des Rotors 28 eine relativ
große oder konzentrierte Masse darstellt, ist er in Fig. 3
schematisch durch einen größeren Kreis dargestellt.
Das Erkennen von allgemeinen Unwuchten,
die einem Typ oder einer Familie von Rotoren 28
zugeordnet sind, ist wichtig. Gemäß obiger Beschreibung und
zum Erleichtern der erforderlichen Berechnungssequenz wird
der Rotor 28 durch eine Zahl S von axialen Orten Xs längs
seiner Mittellinie 40 definiert. Ein geeigneter Teil der
Masse Ws wird jedem Ort zugeordnet, wie es in Fig. 3
gezeigt ist. Eine allgemeine Unwucht kann als eine kleine
Exzentrizität Es von der Drehachse 26 jedes
Schwerpunkts dieser einzelnen Massen Ws aufgefaßt
werden, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Für eine bestimmte
Wellenkonstruktion, die durch eine besondere Prozedur
gefertigt wird, wird das Feld von Exzentrizitäten im
allgemeinen nicht willkürlich oder beliebig sein. Bei langen,
schlanken Wellen wie der Welle 30 kann auf der Basis
einer systematischen Messung bestimmt werden, daß ein beträchtlicher
Beitrag zur Unwucht durch eine eingebaute Biegung
oder einen eingebauten Bogen in der Welle 30 geleistet
wird, der als die Unwuchtverteilung wahrgenommen wird, die
in Fig. 6 gezeigt ist.
Fig. 6 veranschaulicht durch Messung eines tatsächlichen
Rotors 28 oder eine Probenahme oder eine statistische
Stichprobenerhebung von Rotoren 28 eines Familientyps eine
allgemeine Unwucht, die einen Bogen oder eine Biegung des
Rotors 28 in einem insgesamt bogenförmigen oder konkaven
Profil um die Drehachse 26 repräsentiert.
Beispielsweise kann der Rotor 28 gemäß der Darstellung in
Fig. 7 in zwei herkömmlichen Abstützungen 44 auf einem Bezugstisch
46 angeordnet werden. Der Rotor 28 wird in den
Abstützungen 44 langsam gedreht, und der Außenumfang des
Rotors 28 kann relativ zu dem Bezugstisch 46 durch irgendeine
herkömmliche Einrichtung 48, z. B. eine Lehre mit Skaleneinteilung,
gemessen werden, um den Schlag oder die Unrundheit
des Rotors 28 auf dessen gesamter axialer Länge zu
messen.
Gemäß den Fig. 4-6 kann der Schlag des Rotors 28 benutzt
werden, um die Exzentrizität Es des Schwerpunkts der Massen
Ws relativ zu der Drehachse 26 darzustellen.
Durch Anwenden dieser Prozedur wird die allgemeine Biegungsunwucht
des Rotors 28 gemäß der Darstellung in Fig. 6
definiert.
Wenn an einer langen, schlanken Welle ein großer, relativ
schwerer Flansch oder eine große, relativ schwere Scheibe
wie der Flansch 32 befestigt ist, kann die Exzentrizität
des Schwerpunkts dieser Scheibe gegenüber der Drehachse 26
einen Hauptbeitrag zu der Unwucht des Rotors liefern, wie
es in Fig. 8 gezeigt ist.
Fig. 8 zeigt einen zweiten Typ von allgemeiner Unwucht oder
konzentrierter Unwucht, bei dem, wie dargestellt, der
Flansch 32 bezüglich der Drehachse 26 die Exzentrizität Es
aufweist. Alle anderen Massen Ws des Rotors
28 haben Schwerpunkte, die mit der Drehachse 26 zusammenfallen,
d. h. Es ist gleich Null.
Wenn der Rotor 28 mit einem anderen Bauteil über eine Kupplung
zusammengebaut wird, was hier nicht der Fall ist, kann
sich eine Unwuchtverteilung ergeben, wie sie in Fig. 9 gezeigt
ist. Fig. 9 zeigt die allgemeine Neigungsunwucht des
Rotors 28, die auftritt, wenn der Rotor 28 in dem Triebwerk
10 so eingebaut wird, daß er relativ zu der Drehachse 26
geneigt ist.
Eine vierte allgemeine Unwucht kann einer Variation der
Dicke T um den Umfang der hohlen Welle 30, die im Querschnitt
gemäß der Darstellung in Fig. 5 gemessen wird, zugeschrieben
werden.
Ein zweiter Parameter, der erforderlich
ist, ist eine Schwingungstyp- oder Modenform der Schwingung,
die einer kritischen Drehzahl zugeordnet ist, bei
welcher Eigenresonanz auftritt. Fig. 10 zeigt ein exemplarisches
Diagramm, in welchem die maximale Schwingungsamplitude
des Rotors 28 über der Drehzahl des Rotors 28 aufgetragen
ist. Herkömmliche Techniken, zu denen Analysieren
und Testen gehören, stehen zur Verfügung, um die kritischen
Drehzahlen zu bestimmen, d. h. die Drehzahl, bei der Resonanz
des Rotors 28 auftritt, und die Verlagerungsverteilung,
die normiert werden kann und die Drehmodenform des
Rotors 28 beschreibt.
Fig. 10 zeigt die ersten drei kritischen Drehzahlen S₁, S₂
und S₃ des Rotors 28, bei denen die ersten drei kritischen
oder Eigenmodenformen auftreten. Es ist zu erkennen, daß
relativ große Schwingungsamplituden bei diesen drei kritischen
Drehzahlen und außerdem etwas unterhalb und oberhalb
jeder kritischen Drehzahl auftreten, wobei sich die Amplitude
bei Drehzahlen, die von den kritischen Drehzahlen entfernt
sind, null nähert. Der Rotor 28 verhält sich wie ein
starrer Körper mit im allgemeinen geringer Schwingungsamplitude
aufgrund der Biegsamkeit des Rotors 28 bei diesen
von den kritischen Drehzahlen entfernten Drehzahlen. Und
der Rotor 28 verhält sich wie ein biegsamer Körper bei
Drehzahlen, die gleich oder nahe den kritischen Drehzahlen
sind.
In der dargestellten exemplarischen Ausführungsform durchläuft
der Rotor 28 die erste kritische Drehzahl S₁ von etwa
12 090 U/min und gelangt bis zu etwa 22 000 U/min. Da er sich
während eines Teils seines Betriebes mit überkritischen
Drehzahlen dreht, ist die Vornahme einer Unwuchtkorrektur
zum Verbessern der überkritischen Auswuchtung erwünscht.
Die kritischen Drehzahlen des Rotors 28 und die diesen zu
geordneten Modenformen können auf herkömmliche Weise entweder
für den Rotor 28 gemäß der Darstellung in Fig. 2, der
aus dem Triebwerk 10 entfernt ist, oder für
den Rotor 28, der gemäß der Darstellung in Fig. 1 in das
Triebwerk 10 eingebaut ist, bestimmt werden. Da es ein Ziel
der Erfindung ist, die Unwucht des Rotors 28 während des
Betriebes in dem Triebwerk 10 zu reduzieren, sollten die
kritischen Drehzahlen und die Modenformen des Rotors 28
denen, die in dem Triebwerk 10 tatsächlich auftreten, so
weit wie möglich gleichen. Die Genauigkeit des Bestimmens
der kritischen Drehzahlen und der zugeordneten Modenformen
beeinflußt lediglich den Grad der Verbesserung.
In den Fig. 11, 12 und 13 sind die drei Modenformen 1, 2, 3
des Rotors 28 dargestellt, die bei und nahe den ersten drei
kritischen Drehzahlen S₁, S₂ bzw. S₃ auftreten, welche in
Fig. 10 gezeigt sind. Die Modenformen 1, 2 und 3 sind durch
eine normierte Auslenkung Ys an jedem Ort s der Masse Ws,
der sich in dem Abstand Xs von der Bezugsebene 42 befindet,
für jede der kritischen Drehzahlen S₁, S₂ und S₃ definiert,
wie es in den Fig. 11-13 dargestellt ist.
Die erste Modenform 1, die in Fig. 11 gezeigt ist, hat insgesamt
die Form einer halben Sinuswelle und eine maximale
Amplitude, die nahe der Mitte des Rotors 28 auftritt, welche
üblicherweise als ein Wellen- oder Schwingungsbauch 50
bezeichnet wird.
Die zweite Modenform 2, die in Fig. 12 dargestellt ist, hat
insgesamt die Form einer vollen Sinuswelle, die zwei
Schwingungsbäuche 50 entgegengesetzter Phase hat.
Die dritte Modenform 3, die in Fig. 13 gezeigt ist, hat
insgesamt die Form von eineinhalb Sinuswellen und drei
Schwingungsbäuchen 50, wobei die beiden Schwingungsbäuche
50, welche den äußeren Enden des Rotors 28 am nächsten
sind, in Phase miteinander und nicht in Phase mit dem
dritten Schwingungsbauch 50, der nahe der Mitte des Rotors
28 angeordnet ist, sind.
Gemäß der obigen Beschreibung werden beim herkömmlichen
Langsamlaufauswuchten zwei gegenseitigen Abstand aufweisende
Korrekturebenen benutzt, d. h. eine erste Korrekturebene
52 und eine zweite Korrekturebene 54, wie es für den
exemplarischen Rotor 23 in den Fig. 2 und 7 gezeigt ist.
Der Rotor 28 weist außerdem zwei ringförmige Korrekturbunde
auf, d. h. einen ersten Korrekturbund 56 und einen zweiten
Korrekturbund 58, die ebenfalls in den Fig. 2 und 7 gezeigt
sind. Die Korrekturebenen 52 und 54 gehen durch die Mitte
der Korrekturbunde 56 bzw. 58.
Weiter sind gemäß obiger Beschreibung zum Einführen einer
Korrektur für die Schnellaufunwucht des Rotors 28 durch das
Langsamlaufauswuchtverfahren zusätzliche
Korrekturebenen erforderlich, von denen jede einer vorbestimmten
Kombination aus einer allgemeinen Unwuchtverteilung
und einer Modenform zugeordnet ist. Beispielsweise
wird zum Auswuchten in drei Ebenen ein einzelnes Paar der
vorbestimmten Kombination aus allgemeiner Unwuchtverteilung
und Modenform benutzt, und zum Auswuchten in vier Ebenen
werden zwei Paare benutzt.
Es ist klar, daß viele Kombinationen aus allgemeiner Unwucht
und Modenformen aufgrund der in der Fig. 6, 8, 9 und
11-13 dargestellten möglich sind. Für eine exemplarische
Ausführungsform der Erfindung, bei der der in Fig. 1 dargestellte
Rotor 28 benutzt wird, ist eine erste Kombination
aus allgemeiner Unwuchtverteilung und Modenform als die
Kombination aus der Biegungsunwucht von Fig. 6 und der ersten
Modenform von Fig. 11 dargestellt. Eine zweite Kombination
aus allgemeiner Unwuchtverteilung und Modenform ist
als die Kombination der konzentrierten Unwucht von Fig. 8
und der ersten Modenform von Fig. 11 dargestellt.
Da die Welle 30 des Rotors 28 relativ lang und schlank ist,
ist die allgemeine Bogenunwuchtverteilung, wie sie in Fig. 6
dargestellt ist, üblicherweise vorhanden. Da der Rotor 28
außerdem einen relativ schweren Flansch 32 aufweist, der
aufgrund der maschinellen Bearbeitung gegenüber der
Drehachse 26 exzentrisch sein kann, ist die in Fig. 7 dargestellte
allgemeine konzentrierte Unwuchtverteilung für
diesen Typ von Rotor 28 ebenfalls üblich.
Weiter läuft der Rotor 28 des Triebwerks 10, das in Fig. 1
dargestellt ist, mit Drehzahlen bis zu etwa 22 000 U/min,
was deutlich über der ersten kritischen Drehzahl S₁
von etwa 12 070 U/min gemäß der Darstellung in Fig. 10 und
deutlich unter der zweiten kritischen Drehzahl S₂
liegt. Deshalb ist lediglich die erste Modenform 1, wie sie
in Fig. 11 dargestellt ist, ein beeinflussender Faktor. Bei
anderen Rotoren, die nahe der zweiten kritischen Drehzahl
S₂ von Fig. 10 laufen, könnten jedoch verschiedene Kombinationen
der allgemeinen Unwuchtverteilung und Modenformen
einschließlich der zweiten Modenform 2 gemäß der Darstellung
in Fig. 12 benutzt werden, um die Unwucht bei einem
Betrieb des Rotors nahe der zweiten kritischen Drehzahl S₂
zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet das Verfahren der Langsamlauf
auswuchtung des Rotors 28 mit der Drehachse 26 einen Langsam
laufauswuchtsequenzschritt, der beinhaltet, erstens
den Rotor 28 um die Drehachse 26 mit einer niedrigen Testdrehzahl
St zu drehen, die kleiner als die erste kritische
Drehzahl S₁ ist, welche der ersten Eigenresonanz oder Modenform
1 des Rotors 28 gemäß der Darstellung in Fig. 10
zugeordnet ist.
Dieser erste Schritt kann auf irgendeiner herkömmlichen
Langsamlaufauswuchtmaschine, im folgenden Auswuchtmaschine 60
genannt, ausgeführt werden. Die Auswuchtmaschine 60 ist in Fig. 14
schematisch dargestellt und weist zwei Wellenträger 62 auf,
auf denen der Rotor 28 drehbar gelagert ist, so daß sich
der Rotor 28 um eine Mittellinie in der Auswuchtmaschine 60
dreht, welche gleich der Drehachse 26 des
Triebwerks 10 ist. Zwei ringförmige umlaufende Bunde 64
sind an dem Rotor 28 zur Befestigung an den
Wellenträgern 62 der Auswuchtmaschine 60 vorgesehen. Die
umlaufenden Bunde 64 können sich an dem Rotor 28 dort befinden,
wo es zweckmäßig oder praktisch ist, vorausgesetzt,
daß der Rotor 28 so abgestützt wird, daß er sich um die
Drehachse 26 dreht. Die flexiblen Wellenträger 62 sind üblicher
weise mit einer Meßeinrichtung 66 zum Messen der Unwucht des
Rotors 28 in der ersten und der zweiten Korrekturebene 52
bzw. 54 verbunden. Herkömmliche Einrichtungen 68 sind mit
dem Rotor 28 verbunden, um den Rotor 28 mit der Testdrehzahl
St zu drehen, die etwa 1800 bis 2200 U/min beträgt.
Irgendein Wert der Testdrehzahl St kann benutzt werden und
wird als "niedrige Drehzahl" betrachtet, vorausgesetzt, daß
sich der Rotor 28 als ein herkömmlicher starrer Körper unterhalb
der Drehzahlen dreht, bei denen die Biegung des Rotors
28 aufgrund von Resonanz desselben die Auswuchtung unakzeptabel
macht.
Die Auswuchtmaschine 60 hat weiter eine herkömmliche Bestimmungs
einrichtung 70 zum Bestimmen (Ermitteln) einer ersten und einer zweiten
Korrektur M₁ bzw. M₂, die an dem Rotor 28 in der
ersten und zweiten Korrekturebene 52 bzw. 54 vorzunehmen
ist, um jede Unwucht des Rotors 28, die durch die Meßeinrichtung
66 gemessen worden ist, auszugleichen. Die ermittelten
Korrekturen M₁ und M₂ sind Vektoren, die Größen haben,
welche in Länge·Masse ausgedrückt werden und in einer relativen
Winkelposition angeordnet sind.
Die Meßeinrichtung 66 weist weiter eine Einrichtung auf
zum Liefern einer Bezugswinkelposition des Rotors 28, so
daß die Bestimmungseinrichtung 70 linke und rechte Korrekturen
liefern kann, die als eine Masse·Radius in einer
besonderen Winkelposition dargestellt werden, um erforderliche
erste und zweite Korrekturen C₁ und C₂ anzugeben,
welche an dem Rotor 28 in der ersten und zweiten Korrekturebene
52 bzw. 54 vorgenommen werden sollten, um den Rotor
28 auszuwuchten. Bei dem herkömmlichen Langsamlaufauswucht
verfahren wären die Korrekturen C₁ und C₂ einfach
gleich den Korrekturen M₁ und M₂, wie sie durch
die Bestimmungseinrichtung 70 angegeben werden.
Die Langsamlaufauswuchtsequenz beinhaltet
weiter Messen der Unwucht in der ersten und zweiten
Korrekturebene 52 und 54 des Rotors 28, der sich mit der
Testdrehzahl St dreht, und anschließend Bestimmen (Ermitteln) der
ersten Werte der ersten und zweiten Korrekturen,
die als (M₁)₁ und (M₂)₁ dargestellt werden und an dem Rotor
28 in der ersten und zweiten Korrekturebene 52 bzw. 54
vorzunehmen sind, um die gemessene Unwucht des umlaufenden Rotors
28 auszugleichen. Der Index 1 der Klammer wird bei den
ermittelten Korrekturen M₁ und M₂ benutzt, um anzuzeigen,
daß es sich um die ersten Werte derselben handelt. Ein
Klammerindex 2 gibt einen zweiten Wert an. Ebenso zeigt im
folgenden die Verwendung von Klammerindizes den Wert von
wiederholten Parametern an.
Das Auswuchtverfahren beinhaltet weiter die Verwendung einer
dritten Korrekturebene 72, wie es in Fig. 14 gezeigt
ist. Ein ringförmiger dritter Korrekturbund 74 ist an dem
Rotor 28 vorgesehen. Die dritte Korrekturebene 72 ist in
der Mitte des dritten Korrekturbundes 74 angeordnet. Der
Ort der dritten Korrekturebene 72 und des dritten
Korrekturbundes 74 hat Abstand
von dem ersten und dem zweiten Korrekturbund 56 bzw.
58 und ist auf im folgenden beschriebene Weise
angeordnet.
Das beschriebene Auswuchtverfahren beinhaltet weiter
den Schritt Vornehmen einer dritten Korrektur C₃ an dem
Rotor 28 in der dritten Korrekturebene 72, wobei die dritte
Korrektur ein vorbestimmter Anteil von wenigstens einem der
ersten Werte der ersten und zweiten ermittelten Korrekturen
(M₁)₁ und (M₂)₁ ist und wobei der Anteil so vorbestimmt
wird, daß mit ihm eine vorbestimmte Unwucht des Rotors 28
für eine vorbestimmte Modenform des Rotors 28 korrigiert
wird, die einer Drehzahl des Rotors 28 zugeordnet ist, welche
größer als die Testdrehzahl St ist, ohne daß der Rotor
28 zum Messen der Unwucht tatsächlich mit der größeren
Drehzahl gedreht wird. In einer Ausführungsform ist die
größere Drehzahl die erste kritische Drehzahl S₁.
Das Auswuchtverfahren beinhaltet weiter
den Schritt Wiederholen der Langsamlaufauswuchtsequenz,
die oben für den Rotor 28 beschrieben worden ist, wobei
die dritte Korrektur C₃ an dem Rotor 28 vorgenommen
wird, um zweite Werte der ersten und der zweiten
Korrekturen (M₁)₂ und (M₂)₂ in der ersten und zweiten Korrektur
ebene 52 bzw. 54 zu bestimmen (ermitteln).
Das Auswuchtverfahren beinhaltet außerdem
den Schritt Ausführen der ersten und zweiten ermittelten
Korrekturen (M₁)₂ und (M₂)₂ mit den zweiten Werten an
dem Rotor 28 in der ersten und zweiten Korrekturebene 52
bzw. 54 als erste und zweite Korrekturen C₁ bzw. C₂.
Die erste, zweite und dritte Korrektur C₁, C₂ und
C₃ können vorgenommen werden, indem dem Rotor 28 an dem ersten,
zweiten bzw. dritten Korrekturbund Masse hinzugefügt
oder Masse davon entfernt wird. In jedem Fall
werden die Auswuchtmaschine 60 und das Verfahren
geeignet eingerichtet, um entweder Masse
hinzuzufügen oder Masse zu entfernen.
Bei dem Schritt des Vornehmens der dritten Korrektur C₃
in der dritten Korrekturebene 72 wird eine vorbestimmte
Auswuchtregel benutzt, die durch die über zwei liegende
Zahl zusätzlicher Abtastebenen bestimmt wird, welche zum
Berücksichtigen von Kombinationen aus allgemeiner Unwucht
und Modenform erwünscht sind. Als Beispiel sind im folgenden
Abtastregeln für die Abtastung in drei
und vier Ebenen beschrieben.
In Fig. 15 ist ein üblicher Schnellaufrotor in Form des Rotors
28 mit Auswuchtkorrektur in nur drei Ebenen dargestellt.
Die grundlegenden äußeren ersten und zweiten Korrekturebenen
52 und 54 und die dritte, zusätzliche Korrekturebene
72 haben jeweils ihren eindeutigen axialen Ort Zn,
wobei gilt n = 1, 2 oder 3. Die Orte Zn fallen vorzugsweise
mit den entsprechenden Abständen Xs der Massen Ws zusammen. Die
Auswuchtregel, welche die Korrektur C₃ in der dritten Korrekturebene 72
liefert, lautet als Vektoradditionsgleichung folgendermaßen:
C₃ = K₃ (f₁(M₁)₁ + f₂(M₂)₁)
wobei
(M₁)₁ und (M₂)₁ die ersten Korrekturen M₁ und M₂ gemäß obiger Beschreibung in der ersten Langsamlaufauswuchtsequenz in der ersten und zweiten Korrekturebene 52 bzw. 54 sind; und
f₁ und f₂ Faktoren sind, die zuvor gewählt worden sind, um den Einfluß der relativen Lage der dritten Korrekturebene 72 zu berücksichtigen. Wenn die Korrekturebene 72 äquidistant von den äußeren Korrekturebenen 52 und 54 ist, können f₁ und f₂ üblicherweise beide den Wert 1,0 haben. Wenn die Korrekturebene 72 näher bei der linken Korrekturebene 52 ist, kann für f₂ üblicherweise eine Zahl kleiner als 1,0 und sogar Null genommen werden, und f₁ kann 1,0 sein. Wenn die Korrekturebene 72 näher bei der rechten Korrekturebene 54 ist, kann für f₁ üblicherweise eine Zahl genommen werden, die kleiner als Eins und sogar Null ist, und f₂ kann 1,0 sein. Die Wahl von f₁ und f₂ ist für die Effektivität oder Genauigkeit der Prozedur nicht kritisch, sondern kann durch empirische Annäherung verfeinert werden, um die absolute Gesamtgröße der Unwucht zu minimieren, was für eine bestimmte Welle unter normalen Umständen erforderlich sein könnte. Da der Rotor 28 den relativ schweren Flansch 32 aufweist, wird die dritte Korrekturebene 72 näher bei dem Flansch 32 und der weiten Korrekturebene 54 als bei der ersten Korrekturebene 52 angeordnet; und
K₃ ein konstanter Auswuchtfaktor ist, der durch Anwendung der im folgenden beschriebenen Simulation des dynamischen Verhaltens in drei Ebenen gewonnen wird; und
C₃ eine dritte Korrektur ist, die in der dritten Korrekturebene 72 vorgenommen wird.
(M₁)₁ und (M₂)₁ die ersten Korrekturen M₁ und M₂ gemäß obiger Beschreibung in der ersten Langsamlaufauswuchtsequenz in der ersten und zweiten Korrekturebene 52 bzw. 54 sind; und
f₁ und f₂ Faktoren sind, die zuvor gewählt worden sind, um den Einfluß der relativen Lage der dritten Korrekturebene 72 zu berücksichtigen. Wenn die Korrekturebene 72 äquidistant von den äußeren Korrekturebenen 52 und 54 ist, können f₁ und f₂ üblicherweise beide den Wert 1,0 haben. Wenn die Korrekturebene 72 näher bei der linken Korrekturebene 52 ist, kann für f₂ üblicherweise eine Zahl kleiner als 1,0 und sogar Null genommen werden, und f₁ kann 1,0 sein. Wenn die Korrekturebene 72 näher bei der rechten Korrekturebene 54 ist, kann für f₁ üblicherweise eine Zahl genommen werden, die kleiner als Eins und sogar Null ist, und f₂ kann 1,0 sein. Die Wahl von f₁ und f₂ ist für die Effektivität oder Genauigkeit der Prozedur nicht kritisch, sondern kann durch empirische Annäherung verfeinert werden, um die absolute Gesamtgröße der Unwucht zu minimieren, was für eine bestimmte Welle unter normalen Umständen erforderlich sein könnte. Da der Rotor 28 den relativ schweren Flansch 32 aufweist, wird die dritte Korrekturebene 72 näher bei dem Flansch 32 und der weiten Korrekturebene 54 als bei der ersten Korrekturebene 52 angeordnet; und
K₃ ein konstanter Auswuchtfaktor ist, der durch Anwendung der im folgenden beschriebenen Simulation des dynamischen Verhaltens in drei Ebenen gewonnen wird; und
C₃ eine dritte Korrektur ist, die in der dritten Korrekturebene 72 vorgenommen wird.
Das Auswuchtverfahren beinhaltet in einer
seiner einfachsten Formen die folgende Auswuchtregel
für das Auswuchten in drei Ebenen:
C₃ = K₃(M₁)₁ + K₃(M₂)₁.
Dieser Teil der Auswuchtregel gilt auch für die mittlere
Ebene jedes Systems, dessen Gesamtzahl an Korrekturebenen
ungerade ist.
Eine zweite Anwendung der Langsamlaufauswuchtsequenz
wie oben beschrieben wird benutzt, um die endgültige Auswuchtkorrektur
in den äußeren ersten und zweiten Korrekturebenen
52 und 54 wie folgt zu bestimmen:
C₁ = (M₁)₂
C₂ = (M₂)₂
C₂ = (M₂)₂
wobei
(M₁)₂ und (M₂)₂ die zweiten Korrekturen M₁ und M₂ aus der zweiten Langsamlaufauswuchtsequenz für die Korrekturebenen 52 und 54 sind; und
C₁ und C₂ die Korrekturen sind, die in den Korrekturebenen 52 bzw. 54 vorgenommen werden.
(M₁)₂ und (M₂)₂ die zweiten Korrekturen M₁ und M₂ aus der zweiten Langsamlaufauswuchtsequenz für die Korrekturebenen 52 und 54 sind; und
C₁ und C₂ die Korrekturen sind, die in den Korrekturebenen 52 bzw. 54 vorgenommen werden.
Eine Simulation des dynamischen Verhaltens zum
Bestimmen des Wertes des Auswuchtfaktors wird veranschaulicht,
indem zuerst die Berechnung von K₃ für den einfachsten
Fall des Auswuchtens in drei Ebenen demonstriert wird.
Ein Rotor ist mathematisch so definiert, daß er eine vor
bestimmte allgemeine Unwuchtverteilung hat, die an jedem Ort
oder jeder Station s folgende Unwucht Us ergibt:
Us = Ws Es
wobei s = 1, 2, 3 . . . S, wobei S die Gesamtzahl der Massenorte
ist.
Die Sequenz des Langsamlaufauswuchtens kann nun in analytischer
Simulation oder in einem Simulationsschritt ausgeführt
werden. Es wird die erste analytische
Langsamlaufauswuchtsimulation unter Verwendung der folgenden
Beziehungen berechnet
F = ΣUs, wobei F die Gesamtkraftunwucht ist, dargestellt durch die Summe von Us für s = 1, 2, 3 . . . S;
T = ΣUsXs, wobei T die Gesamtmomentunwucht ist, dargestellt durch die Summe des Produktes UsXs für s = 1, 2, 3 . . . S;
Zr = T/F, wobei Zr der sich ergebende Ort der Gesamtunwucht ist, gemessen relativ zu der Bezugsebene 42;
M₁ = -F (Z₂-Zr)/(Z₂-Z₁), wobei M₁ die simulierte gemessene Korrektur ist, die in der ersten Korrekturebene 52 erforderlich ist; und
M₂ = -F (Z₁-Zr)/(Z₁-Z₂), wobei M₂ die simulierte ermittelte Korrektur ist, die in der zweiten Korrekturebene 54 erforderlich ist.
F = ΣUs, wobei F die Gesamtkraftunwucht ist, dargestellt durch die Summe von Us für s = 1, 2, 3 . . . S;
T = ΣUsXs, wobei T die Gesamtmomentunwucht ist, dargestellt durch die Summe des Produktes UsXs für s = 1, 2, 3 . . . S;
Zr = T/F, wobei Zr der sich ergebende Ort der Gesamtunwucht ist, gemessen relativ zu der Bezugsebene 42;
M₁ = -F (Z₂-Zr)/(Z₂-Z₁), wobei M₁ die simulierte gemessene Korrektur ist, die in der ersten Korrekturebene 52 erforderlich ist; und
M₂ = -F (Z₁-Zr)/(Z₁-Z₂), wobei M₂ die simulierte ermittelte Korrektur ist, die in der zweiten Korrekturebene 54 erforderlich ist.
Die Korrektur C₃ wird aus der gewählten Auswuchtregel
bestimmt (z. B. aus der oben angegebenen, wobei für f₁
und f₂ jeweils der Wert 1,0 vorgewählt wird), indem der geschätzte
Auswuchtfaktor K₃ benutzt
wird. Die Korrektur C₃ wird dann zu der Unwuchtverteilung
Us analytisch addiert, indem Us an dem Ort, welcher der
dritten Korrekturebene 72 entspricht,
modifiziert wird.
Der zweite (und in diesem Fall der letzte) analytische
Langsamlaufauswuchtsimulationsschritt wird dann
für die modifizierte Verteilung Us wiederholt.
Das ergibt zweite Werte der ersten und zweiten
Korrekturen (M₁)₂ und (M₂)₂, die dann zu der modifizierten
Verteilung Us analytisch addiert werden können, indem
wieder Us an den Orten, die den Korrekturebenen 52 und 54
entsprechen, modifiziert werden.
Der analytisch simulierte "ausgewuchtete" Rotor 28 hat dann
folgende Unwuchtverteilung:
Bs = (Us + Cn),
wobei Bs die Verteilung des analytisch
ausgewuchteten Rotors für s = 1, 2, 3 . . . S ist und Cn
die benutzten n Auswuchtkorrekturen (z. B. n = 1, 2, 3)
sind und in diesem Beispiel C₁, C₂ und C₃ umfassen, die
zu Us an den Orten mit den Abständen Xs addiert werden.
Danach wird der simulierte Rotor 28 bei einer bestimmten
kritischen Drehzahl analytisch ausgewertet, indem eine Simulation
des dynamischen Verhaltens benutzt wird, um einen
ersten Wert eines ersten Parameters R₁ des dynamischen Verhaltens
folgendermaßen zu berechnen:
(R₁)₁ = ΣBs Ys,
wobei s = 1, 2, 3 . . . S, und Ys die oben angegebene
Modenformauslenkungsverteilung bei der bestimmten kritischen
Drehzahl ist, die normiert sein oder statt dessen
Absolutwerte haben kann.
Dieser Verhaltensparameter ist zu dem Schwingungsverhalten
des Rotors 28 bei der kritischen Drehzahl S₁ dieses Beispiels
proportional, die durch die Modenform 1 von Fig. 11
dargestellt wird.
Ein neuer, zweiter Wert des Auswuchtfaktors (K₃)₂ wird in
einem weiteren Schritt (k) ausgewählt, der sich von der ursprünglichen
Schätzung unterscheidet um
ΔK₃ = (K₃)₂ - (K₃)₁,
und ein zweiter Wert der dritten Korrektur (C₃)₂ wird berechnet,
indem die Auswuchtregel und (K₃)₂ benutzt werden.
Das Verfahren beinhaltet weiter einen Schritt, um
unter Verwendung von (C₃)₂,
statt (C₃)₁, einen neuen, zweiten Wert des berechneten
Parameters (R₁)₂ bei der kritischen Drehzahl S₁ zu gewinnen,
der sich von der ursprünglichen Berechnung unterscheidet
um
ΔR₁ = (R₁)₂ - (R₁)₁.
Die bekannte Newton-Raphson-Formel wird
dann in einem Schritt benutzt, um den dritten und endgültigen
Wert des Auswuchtfaktors (K₃)₃ zu bestimmen, der
einen Wert Null für den ersten Parameter R₁ des dynamischen
Verhaltens ergibt. Wenn das verlangte Verhalten (R₁)₃
gleich Null gesetzt wird, ergibt sich die Gleichung
(R₁)₃ = 0 = (R₁)₁ + [(K₃)₃-(K₃)₁] · (ΔR₁/ΔK₃),
die nach dem verlangten Wert des Auswuchtfaktors folgendermaßen
aufgelöst werden kann:
(K₃)₃ = (K₃)₁ - (R₁)₁/(ΔR₁/ΔK₃).
Die gesamte Prozedur kann in tabellarischer Form folgendermaßen
zusammengefaßt werden:
Auswuchtfaktor | |
Berechneter Parameter des dynamischen Verhaltens | |
(K₃)₁ | |
(R₁)₁ | |
(K₃)₂ = (K₃)₁ + ΔK₃ | (R₁)₂ = (R₁)₁ + ΔR₁ |
(K₃)₃ | 0 |
Dieses beschriebene Auswuchten in drei Ebenen hat in die
dritte Korrektur C₃ den Einfluß einer allgemeinen Unwucht
eingeführt, z. B. die Bogenunwucht von Fig. 6, und eine Modenform,
z. B. die erste Modenform von Fig. 11.
Das oben beschriebene Auswuchtverfahren zur Benutzung durch
eine Bedienungsperson unter Verwendung einer Langsamlauf
auswuchtmaschine beinhaltet erstens die Langsamlauf
auswuchtsequenz zum Ermitteln der ersten Werte
der Korrekturen (M₁)₁ und (M₂)₁ für den Rotor
28, die ohne weiteres aus der Bestimmungseinrichtung 70 der
Auswuchtmaschine 60 in Fig. 14 durch die Bedienungsperson
selbst abgelesen werden können. Die Bedienungsperson
nimmt dann die Korrektur C₃, die aus der Auswuchtregel
bestimmt worden ist, an dem dritten
Korrekturbund 74 in der dritten Korrekturebene 72 vor.
Das kann erfolgen, indem durch herkömmliches Fräsen einfach
eine vorbestimmte Materialmenge in der Winkelposition abgetragen
wird, die in der Bestimmungseinrichtung 70 bestimmt
worden ist, oder indem eine geeignete Masse 180 Grad entfernt
von der bestimmten Winkelposition hinzugefügt wird.
In Abhängigkeit von dem benutzten Typ der Auswuchtmaschine
60 kann die Winkelposition die Position entweder
zum Abtragen oder zum Hinzufügen von Material angeben.
Die Bedienungsperson wiederholt dann einfach
die Langsamlaufauswuchtsequenz an dem korrigierten Rotor 28
und liest aus der Bestimmungseinrichtung 70 die zweiten
Werte der ersten und zweiten Korrekturen (M₁)₂
und (M₂)₂ ab. Die Bedienungsperson macht dann einfach die
Korrekturen C₁ und C₂, die gleich den zweiten
Werten der ermittelten Korrekturen (M₁)₂ bzw. (M₂)₂ sind,
indem sie an dem ersten und zweiten Korrekturbund 56 bzw.
58 in der ersten bzw. zweiten Korrekturebene 52 bzw. 54
entweder Masse entfernt oder Masse hinzufügt, je nach Bedarf.
Der Rotor 28 ist dann in der Langsamlaufauswuchtmaschine
durch ein Verfahren ausgewuchtet worden, welches
die Korrektur C₃ bewirkt, um die vorbestimmte Unwucht bei
der hohen Drehzahl zu reduzieren, die der vorbestimmten
kritischen Drehzahl und Modenform zugeordnet ist, zum Beispiel
der Bogenunwucht und der ersten Modenform.
Demgemäß kann jede Kombination von allgemeiner Unwucht und
Modenform für das Auswuchten in drei Ebenen benutzt werden,
wie zum Beispiel diejenigen, die in den Fig. 6, 8, 9 und
11 bis 13 dargestellt sind.
Fig. 16 zeigt einen Schnellaufrotor in Form des
Rotors 28 mit Auswuchtkorrektur in vier Ebenen. Der Rotor
28 hat (im allgemeinen außen) die erste und die zweite Korrekturebene
52 und 54 und die dritte Korrekturebene 74. Der
Rotor 28 hat außerdem eine vierte Korrekturebene 76, die so
angeordnet ist, daß sie durch die Mitte eines ringförmigen
vierten Korrekturbundes 78 geht. Die Korrekturebenen 52, 54,
72 und 76 haben jeweils einen eindeutigen axialen Ort Zn,
mit n = 1, 2, 3 oder 4. Im Anschluß an die erste Langsam
laufauswuchtsequenz kann die eine oder andere von zwei
alternativen Auswuchtregeln benutzt werden,
um die Korrektur in den Korrekturebenen 72 und 76 und an deren
zugeordneten Korrekturbunden 74 bzw. 78 zu bestimmen. Die
erste basiert auf einer Unwuchtmessung in den äußeren Korrekturebenen
52 und 54 wie folgt:
C₃ = K₃ (M₁)₁
C₄ = K₄ (M₂)₁
C₄ = K₄ (M₂)₁
wobei
(M₁)₁ und (M₂)₁ die ersten ermittelten Korrekturen M₁ und M₂ in der ersten Langsamlaufauswuchtsequenz in den Korrekturebenen 52 und 54 sind;
K₃ und K₄ konstante Auswuchtfaktoren sind, die durch Anwendung des im folgenden beschriebenen Verfahrens der Simulation des dynamischen Verhaltens in vier Ebenen bestimmt werden;
C₃ und C₄ die Korrekturen sind, die in der dritten und vierten Korrekturebene 72 bzw. 76 vorgenommen werden.
(M₁)₁ und (M₂)₁ die ersten ermittelten Korrekturen M₁ und M₂ in der ersten Langsamlaufauswuchtsequenz in den Korrekturebenen 52 und 54 sind;
K₃ und K₄ konstante Auswuchtfaktoren sind, die durch Anwendung des im folgenden beschriebenen Verfahrens der Simulation des dynamischen Verhaltens in vier Ebenen bestimmt werden;
C₃ und C₄ die Korrekturen sind, die in der dritten und vierten Korrekturebene 72 bzw. 76 vorgenommen werden.
Alternativ könnten die Korrekturen auf Unwuchtmessungen in
den Ebenen basieren, in welchen die Korrektur vorzunehmen
ist.
C₃ = K₃ (M₃)₁
C₄ = K₄ (M₄)₁
C₄ = K₄ (M₄)₁
wobei
(M₃)₁ und (M₄)₁ die ersten Korrekturen M₃ und M₄ in der ersten Langsamlaufauswuchtsequenz in den Korrekturebenen 72 und 76 sind;
K₃ und K₄ konstante Auswuchtfaktoren sind, die durch Anwendung des im folgenden beschriebenen Verfahrens der Simulation des dynamischen Verhaltens in vier Ebenen bestimmt werden; und
C₃ und C₄ die Korrekturen sind, die in der dritten und vierten Korrekturebene 72 bzw. 76 vorgenommen werden.
(M₃)₁ und (M₄)₁ die ersten Korrekturen M₃ und M₄ in der ersten Langsamlaufauswuchtsequenz in den Korrekturebenen 72 und 76 sind;
K₃ und K₄ konstante Auswuchtfaktoren sind, die durch Anwendung des im folgenden beschriebenen Verfahrens der Simulation des dynamischen Verhaltens in vier Ebenen bestimmt werden; und
C₃ und C₄ die Korrekturen sind, die in der dritten und vierten Korrekturebene 72 bzw. 76 vorgenommen werden.
Diese Auswuchtregeln sind auch auf Paare zusätzlicher Ebenen
für jede größere Gesamtzahl von Korrekturebenen anwendbar.
Andere Auswuchtregeln, die auf verschiedenen Kombinationen
von M₁, M₂, M₃ und/oder M₄ basieren, können ebenfalls
benutzt werden.
Wie bei der Drei-Ebenen-Auswuchtregel wird die zweite Lang
samlaufauswuchtsequenz benutzt, um die endgültige
Auswuchtkorrektur in den äußeren Korrekturebenen 52 und 54
vorzunehmen:
C₁ = (M₁)₂
C₂ = (M₂)₂
C₂ = (M₂)₂
wobei
(M₁)₂ und (M₂)₂ die zweiten Werte von als Vektor ermittelten Korrekturen M₁ und M₂ in der zweiten Langsamlaufauswuchtsequenz in den Korrekturebenen 52 und 54 sind; und
C₁ und C₂ die Korrekturen sind, die in den Korrekturebenen 52 bzw. 54 vorgenommen werden.
(M₁)₂ und (M₂)₂ die zweiten Werte von als Vektor ermittelten Korrekturen M₁ und M₂ in der zweiten Langsamlaufauswuchtsequenz in den Korrekturebenen 52 und 54 sind; und
C₁ und C₂ die Korrekturen sind, die in den Korrekturebenen 52 bzw. 54 vorgenommen werden.
Auf eine Weise, die der oben für das Auswuchten in drei
Ebenen beschriebenen analog ist, erfolgt das Auswuchten in
vier Ebenen, indem zuerst erste Werte der beiden Auswuchtfaktoren
(K₃)₁ und (K₄)₁ durch Schätzen gewählt werden.
Dann werden unter Verwendung dieser Werte der Auswuchtfaktoren
und der gewählten Auswuchtregel eine analytische
Langsamlaufauswuchtsequenz und eine Berechnung des kritischen
dynamischen Verhaltens ausgeführt,
und zwar separat, zweimal, einmal für jedes gewählte Paar
oder jede gewählte Kombination aus allgemeiner Unwuchtverteilung
und kritischer Modenform in einem Schritt. Das
erste Paar allgemeiner Unwuchtverteilung und kritischer Modenform
ergibt einen ersten Wert eines ersten Parameters
(R₁)₁ des dynamischen Verhaltens. Das zweite Paar allgemeiner
Unwuchtverteilung und kritischer Modenform ergibt einen
ersten Wert eines zweiten Parameters (R₂)₁ des dynamischen
Verhaltens.
Die Prozedur zum Langsamlaufauswuchten
und zur Simulation des dynamischen Verhaltens
wird dann ein zweites Mal wiederholt,
indem ein modifizierter zweiter geschätzter Wert von (K₃)₂
benutzt wird, während der Wert von K₄ derselbe bleibt wie
in der ersten Sequenz (K₄)₁ für die ersten und zweiten Kombinationen.
Das erlaubt die Berechnung von neuen, zweiten
Werten der Parameter (R₁)₂ und (R₂)₂ des dynamischen Verhaltens,
die benutzt werden können, um eine partielle Ableitung
oder einen Einflußkoeffizient für die Auswirkung
von irgendeiner Variation in K₃ zu ermitteln.
Die Prozedur wird dann ein
drittes Mal wiederholt, indem ein modifizierter
zweiter geschätzter Wert von (K₄)₂ benutzt
wird, der für diese dritte Sequenz alternativ als (K₄)₃
dargestellt wird, während der Wert von (K₃)₃ wieder gleich
dem Wert in der ersten Sequenz (K₃)₁ gemacht wird. Das erlaubt
die Berechnung von neuen, dritten Werten der Parameter
(R₁)₃ und (R₂)₂ des dynamischen Verhaltens, die benutzt
werden können, um eine partielle Ableitung oder einen Ein
flußkoeffizienten für die Auswirkung jeder Variation in K₄
zu ermitteln.
Der Satz von vier abgeleiteten Einflußkoeffizienten, d. h.
die drei Werte jeweils von K₃, K₄, R₁ und R₂, können dann in
der Newton-Raphson-Formel benutzt werden, um die endgültigen
Werte der Auswuchtfaktoren (K₃)₄ und (K₄)₄ genau zu berechnen,
die dazu führen werden, daß die beiden Parameter
(R₁)₄ und (R₂)₄ beide zu Null gemacht werden. Die gesamte
Sequenz kann in tabellarischer Form folgendermaßen zusammengefaßt
werden:
Auswuchtfaktoren | |
Berechnete Parameter | |
(K₃)₁ | |
(R₁)₁ | |
(K₄)₁ | (R₂)₁ |
(K₄)₂ = (K₃)₁ + ΔK₃ | (R₁)₂ = (R₁)₁ + (ΔR₁)₂ |
(K₄)₂ = (K₄)₁ | (R₂)₂ = (R₂)₁ + (ΔR₂)₂ |
(K₃)₃ = (K₃)₁ | (R₁)₃ = (R₁)₁ + (ΔR₁)₃ |
(K₄)₃ = (K₄)₁ + ΔK₄ | (R₂)₃ = (R₂)₁ + (ΔR₂)₃ |
(K₃)₄ | (R₁)₄ = 0 |
(K₄)₄ | (R₁)₄ = 0 |
In diesem Fall beinhaltet die Newton-Raphson-Formel für das
Beenden der Berechnung die Lösung der folgenden beiden simultanen
Gleichungen für (K₃)₄ und (K₄)₄:
(R₁)₄ = 0 = (R₁)₁ + [(K₃)₄-(K₃)₁] [(ΔR₁)₂/(ΔK₃)] + [(K₄)₄-(K₄)₁] [(ΔR₁)₃/(ΔK₄)]
(R₂)₄ = 0 = (R₂)₁ + [(K₃)₄-(K₃)₁] [(ΔR₂)₂/(ΔK₃)] + [(K₄)₄-(K₄)₁] [(ΔR₂)₃/(ΔK₄)]
Analog kann die gesamte Prozedur auf fünf Ebenen oder sechs
Ebenen oder auf praktisch jede Zahl von Auswuchtkorrekturebenen
zur simulierten oder Pseudoschnellaufauswuchtung
ausgedehnt werden.
Obige Beschreibung zeigt, daß das Vier-Ebenen-Auswuchtverfahren
eine Ausdehnung des oben beschriebenen Drei-Ebenen-
Auswuchtverfahrens ist.
Der Schritt b zum Ausführen der dritten Korrektur an dem
Rotor 28, wie er für das Drei-Ebenen-Auswuchtverfahren beschrieben
worden ist, beinhaltet weiter, daß in der dritten
Korrekturebene 72 die dritte Korrektur C₃ an dem Rotor 28
und in der vierten Korrekturebene 76 eine vierte Korrektur
C₄ an dem Rotor 28 vorgenommen werden. Die dritte und
vierte Korrektur C₃ und C₄ sind vorbestimmte Anteile wenigstens
einer der ersten und zweiten ermittelten Korrekturen
M₁ und M₂ und beinhalten den Auswuchtfaktor K₃ und den Aus
wuchtfaktor K₄. Die Anteile werden so vorherbestimmt, daß
zwei Kombinationen von vorbestimmter Unwucht des Rotors 28
und vorbestimmter Modenform des Rotors 28 korrigiert werden,
die einer Drehzahl des Rotors 28 zugeordnet sind, welche
größer als die Testdrehzahl St ist, ohne daß der Rotor
28 tatsächlich mit der größeren Drehzahl in Drehung versetzt
wird, um die Unwucht zu messen.
Das Verfahren beinhaltet weiter den Schritt zum separaten
Ausführen der Schritte für den Auswuchtfaktor
K₃ und für den Auswuchtfaktor K₄ statt des Auswuchtfaktors
K₃, wobei jeweils unterschiedliche der beiden Kombinationen
von vorbestimmter Unwucht und Modenform benutzt werden,
um erste Werte des ersten und zweiten Parameters (R₁)₁
und (R₂)₁ des dynamischen Verhaltens für die ersten Werte
der Auswuchtfaktoren (K₃)₁ und (K₄)₁ zu gewinnen.
Gemäß der Darstellung in Fig. 16 ist bei dem Rotor 28, der
in dem Triebwerk 10 benutzt wird, die dritte
Korrekturebene 72 näher bei der ersten Korrekturebene 52
als bei der zweiten Korrekturebene 54 und die vierte Korrekturebene
76 näher bei der zweiten Korrekturebene 54 als
bei der ersten Korrekturebene 52 angeordnet. Die dritte und
vierte Korrektur C₃ und C₄ stehen in folgender Beziehung zu
den ersten und zweiten gemessenen Korrekturen in zwei Auswuchtregeln:
C₃ = K₃ M₁ und C₄ = K₄ M₂.
Weiter ist in einer Ausführungsform die erste
Kombination der vorbestimmten Unwucht und Modenform die Bogen
unwucht, die in Fig. 6 dargestellt ist, und die erste
Modenform, die in Fig. 11 dargestellt ist, und die zweite
Kombination ist die konzentrierte Unwucht, die in Fig. 8
dargestellt ist, und die erste Modenform, die in Fig. 11
dargestellt ist.
Demgemäß sind der zweite und der vierte Korrekturbund 58
bzw. 78 an einem Ende des Rotors 28 nahe dem Flansch 32 und
der erste und der dritte Korrekturbund 56 bzw. 74 an einem
entgegengesetzten Ende des Rotors 28 angeordnet.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden
die erste, zweite, dritte und vierte Korrektur,
die in Fig. 15 dargestellt
ist, vorgenommen, indem Material auf herkömmliche
Weise, beispielsweise durch Fräsen, von dem ersten, zweiten,
dritten und vierten Korrekturbund 56, 58, 74 bzw. 78
abgetragen wird, und der Auswuchtfaktor K₃ liegt in einem
Bereich von etwa 95% bis 105% und der Auswuchtfaktor K₄ in
einem Bereich von etwa 95% bis 105% für die dritte und die
vierte Korrektur C₃ und C₄ gleich K₃M₁ bzw. K₄M₂. Die Aus
wuchtfaktoren K₃ und K₄ haben Werte von etwa
1,0 bei der beschriebenen Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform sind der dritte und
der vierte Korrekturbund 74 bzw. 78 zwischen dem ersten und
dem zweiten Korrekturbund 56 bzw. 58 angeordnet und sind
deshalb wirksamer zur Vornahme von Auswuchtkorrekturen zur
Berücksichtigung der ersten Modenform, die den Schwingungsbauch
50 in der Nähe ihrer Mitte hat.
Sowohl bei dem Drei- als auch bei dem Vier-Ebenen-Auswuchtverfahren,
die oben beschrieben sind, sind die allgemeinen
Unwuchtverteilungen insgesamt eben. Das Verfahren
kann jedoch auf allgemeine Unwuchtverteilungen
ausgedehnt werden, die nicht eben sind, indem jeder Unwuchtvektor
an jedem Ort s, dem eine Masse Ws zugeordnet
ist, in orthogonale Komponenten in zwei Ebenen aufgelöst
wird und dann die obigen Verfahren separat auf die Komponenten
in jeder orthogonalen Ebene angewandt werden. Die
sich in jeder orthogonalen Ebene ergebenden Korrekturen
können dann für die gewünschten resultierenden Korrekturen
C₃ und C₄ vektoriell addiert werden.
Es ist demgemäß zu erkennen, daß das Verfahren zum Auswuchten
des Rotors 28 zu einem verbesserten
Rotor führt, der zusätzlich Korrekturebenen hat, um die
Unwucht aufgrund des Betriebes des Rotors bei oder nahe den
kritischen Drehzahlen zu reduzieren, ohne den Rotor
tatsächlich bei diesen kritischen Drehzahlen auszuwuchten.
Selbstverständlich ist das Verfahren eine Approximation der
tatsächlichen Unwucht, die bei diesen kritischen Drehzahlen
auftritt. Variierende Grade der Verbesserung der Auswuchtung
sind jedoch in Abhängigkeit von der Anzahl der gewünschten
Korrekturen und der Genauigkeit, mit der die allgemeine
Unwuchtverteilung und die kritischen Modenformen
bestimmt werden, realisierbar.
Ein für das obige Verfahren geeigneter Rotor wird
nachfolgend beschrieben. Er umfaßt die
Welle 30 mit dem ersten, zweiten und dritten Korrekturbund
56, 58 und 74, die gegenseitigen Abstand aufweisen und der
ersten, zweiten und dritten Korrekturebene 52, 54 bzw. 72
zugeordnet sind. Der erste, zweite und dritte Korrekturbund
56, 58 bzw. 74 sind bemessen und gestaltet zum Vornehmen
der ersten, zweiten und dritten Korrektur C₁, C₂ und C₃ an
dem Rotor 28 zum Auswuchten des Rotors bei oder nahe einer
kritischen Drehzahl, z. B. der ersten kritischen Drehzahl
S₁. Die Korrekturbunde 56, 58 und 74 können als Ringbunde be
messen und gestaltet sein, an denen die Korrekturen vorgenommen
werden, indem durch Fräsen ein Teil der Bunde entfernt
wird, oder indem alternativ auf geeignete Weise Korrekturmassen
hinzugefügt werden, beispielsweise durch Hinzufügen
von Scheiben unter Schraubköpfen von verschraubten Flanschen,
und zwar in geeigneten Winkelpositionen.
Bei dem Rotor 28 ist die dritte Korrektur C₃ proportional
zu einer ersten Kombination einer vorbestimmten Unwucht des
Rotors 28 und einer vorbestimmten Modenform des Rotors 28.
Die erste und die zweite Korrektur C₁ und C₂ sind proportional
zu der Unwucht des Rotors 28 und der dritten Korrektur C₃.
Außerdem kann bei dem Rotor 28 die erste Kombination die
vorbestimmte Bogenunwucht gemäß der Darstellung in Fig. 6
und die erste Modenform gemäß der Darstellung in Fig. 11
umfassen, und die zweite Kombination kann die konzentrierte
Unwucht gemäß der Darstellung in Fig. 8 und die erste Modenform
gemäß der Darstellung in Fig. 11 umfassen.
Claims (16)
1. Verfahren zum Auswuchten eines Rotors mit folgenden
Schritten:
- - Drehen des Rotors um seine Drehachse mit einer Testdrehzahl, die kleiner als die Betriebsdrehzahl und kleiner als eine kritische Drehzahl ist, welche einer Eigenresonanz des Rotors entspricht,
- 2- Messen der Langsamlauf-Unwucht in einer Langsamlauf- Auswuchtsequenz in einer ersten und zweiten Korrekturebene des sich drehenden Rotors,
- - Ermitteln von ersten Werten von ersten und zweiten Korrekturen, die an dem Rotor in der ersten und/oder zweiten Korrekturebene vorzunehmen sind, um die gemessene Unwucht des sich drehenden Rotors auszugleichen, und Ausführen der ersten und zweiten Korrekturen,
- - Ausführen mindestens einer dritten Korrektur an dem Rotor in mindestens einer dritten Korrekturebene zum Verkleinern der Schnellauf-Unwucht,
- - Wiederhholen der Langsamlauf-Auswuchtsequenz mit dem mindestens die dritte Korrektur enthaltenden Rotor und Ermitteln von zweiten Werten der ersten und zweiten Korrekturen in der ersten und/oder zweiten Korrekturebene, und
- - Ausführen der ersten und zweiten Korrekturen mit den zweiten Werten an dem Rotor in der ersten und zweiten Korrekturebene,
dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Korrektur (C₃)
nach einer Auswucht-Regel gemäß folgender Gleichung
ausgeführt wird
C₃ = K₃ [f₁(M₁)₁ + f₂(M₂)₁]wobei
K₃ ein vorbestimmter Auswuchtfaktor ist,
f₁, f₂ von der axialen Lage der dritten Korrekturebene abhängige, wählbare Faktoren sind,
(M₁)₁, (M₂)₁ die ersten Werte der ersten und zweiten Korrekturen sind.
K₃ ein vorbestimmter Auswuchtfaktor ist,
f₁, f₂ von der axialen Lage der dritten Korrekturebene abhängige, wählbare Faktoren sind,
(M₁)₁, (M₂)₁ die ersten Werte der ersten und zweiten Korrekturen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Auswuchtfaktor K₃ durch folgende Schritte bestimmt
wird:
- (a) Simulieren der Langsamlauf-Auswuchtsequenz, um erste Werte der ersten und zweiten Korrekturen (M₁)₁ und (M₂)₁ zu gewinnen, die erforderlich sind, um den Rotor aufgrund der gemessenen Unwucht des Rotors auszuwuchten;
- (b) Wählen eines ersten Wertes des Auswuchtfaktors (K₃)₁ und Berechnen eines ersten Wertes der dritten Korrektur (C₃)₁ unter Verwendung der Auswuchtregel bei wenigstens einem der simulierten ersten Werte der ersten und zweiten Korrekturen (M₁)₁ und (M₂)₁;
- (c) Addieren des ersten Wertes der dritten Korrektur (C₃)₁ zu der vorbestimmten Unwucht des Rotors;
- (d) Wiederholen des Simulierens der Langsamlauf- Auswuchtfrequenz zum Gewinnen von zweiten Werten der ersten und zweiten Korrekturen (M₁)₂ und (M₂)₂, die zum Auswuchten des Rotors aufgrund der vorbestimmten Unwucht des Rotors und des berechneten ersten Wertes der dritten Korrektur (C₃)₁ erforderlich sind;
- (e) Addieren der zweiten Werte der ersten und zweiten Korrekturen (M₁)₂ und (M₂)₂ und des berechneten ersten Wertes der dritten Korrektur (C₃)₁ zu der vorbestimmten Unwucht des Rotors, um einen ausgewuchteten Bezugsrotor zu erhalten;
- (f) Berechnen eines ersten Wertes eines Parameters des dy namischen Verhaltens des Rotors aufgrund der vorbestimmten Modenform;
- (g) Wählen eines zweiten Wertes des Auswuchtfaktors (K₃)₂, der von dem ersten Wert des Auswuchtfaktors (K₃)₁ verschieden ist, und Berechnen eines zweiten Wertes der dritten Korrektur (C₃)₂;
- (h) Wiederholen der Schritte (a) bis (f) unter Verwendung des zweiten berechneten Wertes der dritten Korrektur (C₃)₂ statt des ersten berechneten Wertes der dritten Korrektur (C₃)₁, um einen zweiten Wert des Parameters des dynamischen Verhaltens des Bezugsrotors aufgrund der vorbestimmten Modenform zu gewinnen, und
- (i) Bestimmen des Auswuchtfaktors K₃, um den dynamisch ausgewuchteten Rotor zu erhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Unwucht des Rotors durch eine Verteilung Us von
diskreten Massen Ws dargestellt wird, die längs der
Drehachse des Rotors Abstände Xs von einer Bezugsebene
haben, wobei jede Masse Ws auf einem Radius Es von der
Drehachse angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Unwucht eine Gesamtkraftunwucht F beinhaltet, für die
gilt
F = ΣUsund eine Gesamtmomentunwucht T, für die giltT = ΣUsXswobei
Us = WsEs;und daß die ersten und zweiten Korrekturen M₁ und M₂ folgendermaßen ermittelt werden:M₁ = -F (Z₂-Zr) / (Z₂-Z₁)
M₂ = -F (Z₁-Zr) / (Z₁-Z₂)wobei
Zr = T/F und
Zr ein resultierender Ort der Unwucht, gemessen relativ zu der Bezugsebene,
Z₁ der Ort der ersten Korrekturebene relativ zu der Bezugsebene und
Z₂ der Ort der zweiten Korrekturebene relativ zu der Bezugsebene sind.
Us = WsEs;und daß die ersten und zweiten Korrekturen M₁ und M₂ folgendermaßen ermittelt werden:M₁ = -F (Z₂-Zr) / (Z₂-Z₁)
M₂ = -F (Z₁-Zr) / (Z₁-Z₂)wobei
Zr = T/F und
Zr ein resultierender Ort der Unwucht, gemessen relativ zu der Bezugsebene,
Z₁ der Ort der ersten Korrekturebene relativ zu der Bezugsebene und
Z₂ der Ort der zweiten Korrekturebene relativ zu der Bezugsebene sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die vorbestimmte Modenform dargestellt wird durch eine Verteilung
Ys der diskreten Massen Ws, welche den Abstand von
der Drehachse bis zu einer verlagerten Längsmittellinie des
Rotors aufgrund der Eigenresonanz beinhaltet, und daß der
Parameter des dynamischen Verhaltens des Rotors aufgrund
der Modenform dargestellt wird durch:
R = ΣBsYswobei
Bs = Us + Cn und
Cn Korrekturen darstellen, die der Unwucht an dem Ort der ersten Korrekturebene Z₁, dem Ort der zweiten Korrekturebene Z₂ und dem dritten Ort der Korrekturebene Z₃, der der dritten Korrektur C₃ zugeordnet ist, hinzugefügt werden, und außerdem gilt C₁=M₁ und C₂=M₂.
Bs = Us + Cn und
Cn Korrekturen darstellen, die der Unwucht an dem Ort der ersten Korrekturebene Z₁, dem Ort der zweiten Korrekturebene Z₂ und dem dritten Ort der Korrekturebene Z₃, der der dritten Korrektur C₃ zugeordnet ist, hinzugefügt werden, und außerdem gilt C₁=M₁ und C₂=M₂.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Werte von f₁ und f₂ direkt
proportional zu den Abständen zwischen der zweiten
Korrekturebene und der dritten Korrekturebene und zwischen
der ersten Korrekturebene und der dritten Korrekturebene
sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Auswuchtfaktor K₃ unter Verwendung einer Newton-
Raphson-Iterationsabschlußtechnik bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einem Rotor, der an einem Ende
einen Flansch aufweist, die zweite Korrekturebene nahe bei
dem Flansch angeordnet ist, die dritte Korrekturebene näher
bei der zweiten Korrekturebene als bei der ersten
Korrekturebene angeordnet ist und der Faktor f₂ größer als
der Faktor f₁ ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß in einer vierten Korrekturebene eine
vierte Korrektur an dem Rotor vorgenommen wird, wobei die
erste und die zweite Korrektur Anteile wenigstens einer der
ersten und zweiten Korrekturen sind und den
Auswuchtfaktor K₃ und einen Auswuchtfaktor K₄ umfassen und
wobei die Anteile so bestimmt werden, daß durch sie zwei
Kombinationen der Unwucht des Rotors und der Modenform des
Rotors, die einer Drehzahl des Rotors zugeordnet sind,
welche größer als die Testdrehzahl ist, korrigiert werden; und
daß ferner die Schritte (a) bist (f) auch für den Auswuchtfaktor K₄ durchgeführt werden, wobei jeweils verschiedene der beiden Kombinationen von Unwucht und Modenform benutzt werden, um erste Werte des ersten und zweiten Parameters (R₁)₁ und (R₂)₁ für die ersten Werte der Auswuchtfaktoren (K₃)₁ und (K₄)₁ zu gewinnen;
die Schritte (g) und (h) separat für einen zweiten Wert des Auswuchtfaktors (K₃)₂ unter Verwendung des ersten Wertes des Auswuchtfaktors (K₄)₁ und unter Verwendung der verschiedenen der beiden Kombinationen der Unwucht und Modenform ausgeführt werden, um zweite Werte des ersten und zweiten Parameters (R₁)₂ und (R₂)₂ des dynamischen Verhaltens zu gewinnen;
die Schritte (g) und (h) separat für einen zweiten Wert des Auswuchtfaktors (K₄)₂ unter Verwendung des ersten Wertes des Auswuchtfaktors (K₃)₁ und unter Verwendung von verschiedenen der beiden Kombinationen der Unwucht und Modenform ausgeführt werden, um dritte Werte des ersten und des zweiten Parameters (R₁)₃ und (R₂)₃ des dynamischen Verhaltens zu gewinnen; und
die Auswuchtfaktoren K₃ und K₄ ermittelt werden, um den dynamisch ausgewuchteten Rotor zu erhalten.
daß ferner die Schritte (a) bist (f) auch für den Auswuchtfaktor K₄ durchgeführt werden, wobei jeweils verschiedene der beiden Kombinationen von Unwucht und Modenform benutzt werden, um erste Werte des ersten und zweiten Parameters (R₁)₁ und (R₂)₁ für die ersten Werte der Auswuchtfaktoren (K₃)₁ und (K₄)₁ zu gewinnen;
die Schritte (g) und (h) separat für einen zweiten Wert des Auswuchtfaktors (K₃)₂ unter Verwendung des ersten Wertes des Auswuchtfaktors (K₄)₁ und unter Verwendung der verschiedenen der beiden Kombinationen der Unwucht und Modenform ausgeführt werden, um zweite Werte des ersten und zweiten Parameters (R₁)₂ und (R₂)₂ des dynamischen Verhaltens zu gewinnen;
die Schritte (g) und (h) separat für einen zweiten Wert des Auswuchtfaktors (K₄)₂ unter Verwendung des ersten Wertes des Auswuchtfaktors (K₃)₁ und unter Verwendung von verschiedenen der beiden Kombinationen der Unwucht und Modenform ausgeführt werden, um dritte Werte des ersten und des zweiten Parameters (R₁)₃ und (R₂)₃ des dynamischen Verhaltens zu gewinnen; und
die Auswuchtfaktoren K₃ und K₄ ermittelt werden, um den dynamisch ausgewuchteten Rotor zu erhalten.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Rotor, bei dem die dritte Korrekturebene näher
bei der ersten Korrekturebene als bei der zweiten
Korrekturebene angeordnet ist, die vierte Korrekturebene
näher bei der zweiten Korrekturebene als bei der ersten
Korrekturebene angeordnet ist, die dritten und vierten
Korrekturen C₃ und C₄ in folgender Beziehung zu den ersten
und zweiten Korrekturen stehen:
C₃ = K₃ M₁ und C₄ = K₄ M₂.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Auswuchtfaktor K₄ unter Verwendung einer Newton-
Raphson-Iterationsabschlußtechnik ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Kombination der Unwucht und der Modenform der
Bogen des Rotors und eine ersten Eigenresonanz des
Rotors zugeordnete Modenform ist; und
daß die zweite Kombination der Unwucht und Modenform eine
konzentrierte Masse in dem Rotor und die Modenform des
Rotors ist, die der ersten Eigenresonanz des Rotors
zugeordnet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite und die vierte Korrekturebene an einem Ende des
Rotors an dem Flansch angeordnet und daß die erste und die
dritte Korrekturebene an einem entgegengesetzten Ende des
Rotors angeordnet sind.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste, die zweite, die dritte und die vierte Korrektur
vorgenommen werden durch Abtragen von Material von dem Rotor
in der ersten, zweiten, dritten und vierten Korrekturebene
und daß der Auswuchtfaktor K₃ in einem Bereich von
etwa 95%-105% liegt und daß der Auswuchtfaktor K₄ in einem
Bereich von etwa 95%-105% liegt.
15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 14 zum Auswuchten eines Rotors für ein
Gasturbinentriebwerk.
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