WO2000004623A1 - Bipolar synchronous motor with a horizontal rotor and method for controlling the amplitude of the sympathetic vibration of the double rotation frequencies in such a synchronous motor - Google Patents

Bipolar synchronous motor with a horizontal rotor and method for controlling the amplitude of the sympathetic vibration of the double rotation frequencies in such a synchronous motor Download PDF

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WO2000004623A1
WO2000004623A1 PCT/DE1999/001852 DE9901852W WO0004623A1 WO 2000004623 A1 WO2000004623 A1 WO 2000004623A1 DE 9901852 W DE9901852 W DE 9901852W WO 0004623 A1 WO0004623 A1 WO 0004623A1
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rotor
stator
amplitudes
rotor axis
twice
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PCT/DE1999/001852
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Manfred Utecht
Bernd Ponick
Hartmut Rauch
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/161—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the invention is in the field of dynamoelectric machines and is concerned with the suppression of such resonance vibrations of the horizontally arranged rotor of a two-pole synchronous machine, the frequency of which corresponds to twice the rotational frequency of the rotor.
  • the cross-sectional anisotropy of the rotor leads together with the weight force to excite vibrations in the lateral, in particular vertical, direction, the frequencies of which correspond to twice the value of the respective rotational frequency of the rotor (DE-AS 1 262 686, column 1).
  • the excited vibrations can have one or more resonance ranges. In particular in the case of machines which can be changed in speed, the resonance frequencies m generally lie in the operating speed range.
  • the invention is based on the object of specifying measures with which the amplitudes of resonance vibrations at twice the rotational frequency of the rotor can be further reduced.
  • the amplitudes of the resonance vibrations of twice the rotational frequency are set as a function of the vertical-eccentric orientation of the rotor axis in the stator bore.
  • this setting it is expedient to proceed in such a way that - starting from an average setting of the vertical-eccentric orientation of the rotor in the stator bore - the amplitude of the double-rotational frequency resonance vibrations of the rotor is first measured in different operating states (idling, full load), that then, depending on the most unfavorable measured value (greatest vibration amplitude), the setting of the vertical-eccentric orientation of the rotor is changed by shifting the rotor axis against the stator axis, and that subsequently the steps "measurement of the amplitude of the double rotational frequency resonance vibrations" and "Displacement of the rotor axis" can be repeated until an optimum is reached and the optimal setting is then fixed.
  • the measure of the vertical-eccentric alignment of the rotor axis is based on the Knows that in a synchronous machine of the type in question, in addition to the cross-sectional anisotropy of the rotor, there is a second excitation source for a radial force at twice the rotational frequency, which results from the interaction of a harmonic component of the rotor field generated by the rotor winding with one of the two basic eccentricity factors, i.e. due to a eccentric arrangement of the rotor in the stator bore resulting additional harmonic components of the magnetic air gap field results.
  • This alternating force acting on the rotor at twice the rotational frequency acts in the opposite direction to the narrowest point of the air gap between the rotor and stator and always reaches its maximum when the extremes of the magnetic field pass the narrowest point.
  • the amplitude of this alternating force is proportional to the air gap eccentricity.
  • the amplitudes of the resonance vibrations at twice the rotational frequency can be adjusted by a vertical parallel displacement of the rotor axis and can be adjusted when a machine is in operation.
  • the amplitudes of the resonance vibrations of twice the rotational frequency can optionally also be influenced by also inclining the rotor axis.
  • the amplitudes of the resonance vibrations at twice the rotational frequency can also be adjusted by changing the excitation of the rotor.
  • this measure only serves to fine-tune the amplitudes of the resonance vibrations in the sense of minimization.
  • the setting of the vertically eccentric orientation of the rotor axis m of the stator bore can be carried out with the aid of different constructional means.
  • this measure requires the rotor bearings to be displaced relative to the stator. If the rotor bearing and stator are fastened independently of one another on a base frame or on separate foundation plates, this can be done either by vertical displacement of the rotor bearing or else of the stator.
  • the rotor axis can be shifted by raising or lowering the bearing feet of the rotor bearings using horizontally displaceable wedges.
  • Another possibility is to use two rotatably adjustable eccentric disks for each rotor bearing, the outer of which is arranged in the end shield or on the base frame and the inner one accommodates the associated bearing housing.
  • Such a displacement means also enables a horizontal displacement of the rotor axis.
  • Another constructive means is to fix the bearing feet of the rotor bearings on a base frame or a base plate in such a way that the bearing feet can be raised by means of pressure screws, the final amount of the lifting being determined by inserting washers between the bearing feet and the base plate, and the Impression screws are then loosened.
  • the stator can be lowered or raised in the same way.
  • fastening screws can be used on the base plate or the base frame, which are designed as highly elastic expansion screws or equipped with a spring element below the screw head.
  • FIGS. 1 to 6 Exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 6.
  • 1 shows a two-pole synchronous machine with a horizontal rotor in a schematic representation
  • FIGS. 2 and 3 show a rotor bearing which can be adjusted vertically by means of wedge-shaped elements
  • FIGS. 4 to 7 show two exemplary embodiments of the configuration of wedge-shaped elements
  • FIG. 8 shows a rotor bearing which Impression screws can be raised
  • Figure 9 shows a rotor bearing adjustable by means of eccentric disks in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the basic structure of a two-pole electrical synchronous machine, which consists of a stator 1, which is arranged on a base frame 3, and a rotor 2, the rotor 2 with its axis 21 being arranged horizontally and a bore 6 of the stator 1 passes through.
  • the ends of the shaft 8 of the rotor are supported in the two pillow blocks 4 and 5.
  • the pillow block bearings are also arranged on the base frame 3.
  • the rotor 2 is arranged in the bore 6 of the stator 1, which has an air gap 7 between the rotor and the stator.
  • This theoretical alignment which essentially includes a vertical-eccentric arrangement of the rotor in the stator bore, is realized when the rotor is inserted into the stator by a corresponding assignment of the bearing axis of the two rotor bearings to the axis of the stator bore.
  • the air gap dimensions are then measured, for example by means of a corresponding slide gauge, and the commercially available vibration sensors, for example inductively assigned to the rotor shaft, are used to record the double-rotational frequency vibrations of the rotor and then a change in one or more steps Adjustment of the air gap eccentricity made in the sense of an optimization.
  • FIGS. 2 and 3 A first exemplary embodiment of this is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the plummer block 4 which consists essentially of the bearing block 41, the bearing shell 42 and the bearing base 43, is arranged on the base plate 3 by means of a support structure 44.
  • the support structure 44 consists of two adjusting wedges 45 and 46 which can be displaced relative to one another by means of a clamping screw 47 shown as an axis.
  • the bearing base 43 is also wedge-shaped on its underside, so that the wedge surfaces of the bearing base 43 and the adjusting wedges 45 and 47 lie one on top of the other. - By tightening the two adjusting wedges 45 and 47, the bearing 4 can be raised.
  • the two adjustment lines 45 and 46 are assigned two further adjustment wedges 48 and 49, which can be adjusted transversely to the tensioning direction of the tensioning screw 47 by means of a tensioning screw 50.
  • These adjusting wedges work with corresponding wedge surfaces on the inner ends of the two adjusting wedges 45 and 46, so that the adjusting wedges 48 and 49 can be used to press the two adjusting wedges 45 and 46 apart, which results in the plummer block 4 being lowered.
  • Lateral guides 52 and fixing elements 51 are also assigned to the adjusting trowels 45 and 46.
  • the bearing base 43 is fixed in the finally set state with fastening screws 53 which reach through the elongated holes in both the bearing base and the adjusting trowels 45 and 46.
  • the support structure 44 can also be constructed in such a way that the adjusting wedges 45 and 46 with the clamping screw 47 are not arranged transversely but in the longitudinal direction to the axis of the rotor.
  • Figures 4 and 5 show in a schematic representation that the adjusting wedges 45 and 46 have a flat wedge surface 54.
  • the adjusting wedges 55 and 56 can also have a wedge-shaped wedge surface 58.
  • the vertical parallel displacement of the rotor axis takes place by raising or lowering the associated pillow block bearings with the aid of screws 60 and 61, which penetrate the bearing foot 59.
  • the screws 60 are impression screws with which the bearing foot can be raised, while the retaining screws 61 are designed as expansion screws (similar to DE 12 37 387 C).
  • 3 washers 62 can be arranged between it and the base plate.
  • Figure 8 shows in the right part of the illustration a retaining screw 63, which is equipped below the screw head with a spring element m in the form of disc springs 64.
  • the rotor axis can also be shifted by means of two rotationally adjustable eccentric disks 65 and 66, of which the outer eccentric disk 66 is arranged in the end shield 67 or on the base frame and the inner eccentric disk 65 accommodates the bearing shell 68.
  • the bearing shell 68 can not only be raised or lowered but also shifted laterally.

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Abstract

The purpose of the present invention is to maintain at a minimal level the amplitude of the sympathetic vibration of the double rotation frequencies in a bipolar synchronous motor comprising a horizontal rotor. To this end, the amplitude is controlled according to the vertical-eccentric orientation of the rotor axis (21) in the stator opening, for example by raising or lowering the bases (43) of the rotor bearings (3) using wedges (45, 46) capable of horizontal displacement.

Description

Beschreibungdescription
Zweipolige elektrische Synchronmaschine mit liegendem Rotor und Verfahren zur Einstellung der Amplituden von Resonanz- Schwingungen doppelter Drehfrequenz an einer solchen SynchronmaschineTwo-pole electrical synchronous machine with a horizontal rotor and method for setting the amplitudes of resonance vibrations at twice the rotational frequency on such a synchronous machine
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der dynamoelektrischen Maschinen und befaßt sich mit der Unterdrückung von solchen Re- sonanzschwmgungen des liegend angeordneten Rotors einer zweipoligen Synchronmaschine, deren Frequenz der doppelten Drehfrequenz des Rotors entspricht.The invention is in the field of dynamoelectric machines and is concerned with the suppression of such resonance vibrations of the horizontally arranged rotor of a two-pole synchronous machine, the frequency of which corresponds to twice the rotational frequency of the rotor.
Bei zweipoligen Synchronmaschinen, bei denen der in Stehla- gern gelagertem Rotor horizontal m einer Bohrung des Stators angeordnet und die Rotorachse innerhalb der Statorbohrung ausgerichtet ist (AEG-Mitt., 1956, S. 93/94), fuhrt die Quer- schnittsanisotropie des Rotors zusammen mit der Gewichtskraft zu Schwingungsanregungen m lateraler, insbesondere vertika- 1er Richtung, deren Frequenzen dem doppelten Wert der jeweiligen Drehfrequenz des Rotors entsprechen (DE-AS 1 262 686, Sp. 1). Die angeregten Schwingungen können einen oder mehrere Resonanzbereiche haben. Insbesondere bei drehzahlveranderba- ren Maschinen liegen dabei die Resonanzfrequenzen m aller Regel im Betriebsdrehzahlbereich.In the case of two-pole synchronous machines in which the rotor, which is mounted in the upright bearing, is arranged horizontally in a bore of the stator and the rotor axis is aligned within the stator bore (AEG-Mitt., 1956, p. 93/94), the cross-sectional anisotropy of the rotor leads together with the weight force to excite vibrations in the lateral, in particular vertical, direction, the frequencies of which correspond to twice the value of the respective rotational frequency of the rotor (DE-AS 1 262 686, column 1). The excited vibrations can have one or more resonance ranges. In particular in the case of machines which can be changed in speed, the resonance frequencies m generally lie in the operating speed range.
Es ist bisher üblich, doppelt-drehfrequente Resonanzschwingungen des Rotors n ihrei Amplitude dadurch zu beeinflussen, daß der Rotor bei seiner Herstellung mit quer zur Rotorachse verlaufenden Schlitzen versehen wird, mit denen sich die Bie- gesteiflgkeit des Rotors m der Polebene verkleinern laßt. Diese Maßnahme erbringt aber nur einen Teilerfolg, weil sich die verschiedenen Einflußfaktoren wie Aufbau der Rotorwelle, Gestaltung und Materialeigenschaften der Polschuhe und der Polwicklungen auf die Amplitude und Frequenz der Resonanz- Schwingungen wegen der Komplexität ihrer Beziehungen zueinander in ihren Auswirkungen rechnerisch nicht exakt ermitteln lassen. — Es ist weiterhin bekannt, das Schwingungsverhalten von mehrfach gelagerten Wellenstrangen durch Änderung der Fe- der- und/oder Dampfungskonstante der zugehörigen Lager zu beeinflussen (DE 25 12 009 AI, S. 1+2).It has hitherto been customary to influence double-frequency resonant vibrations of the rotor n in their amplitude by providing the rotor with slits which run transversely to the rotor axis during its manufacture and with which the bending stiffness of the rotor m in the pole plane can be reduced. However, this measure only leads to partial success because the various influencing factors such as the structure of the rotor shaft, the design and material properties of the pole shoes and the pole windings affect the amplitude and frequency of the resonance Because of the complexity of their relationships to one another, the effects of vibrations cannot be calculated exactly. - It is also known to influence the vibration behavior of multi-mounted shaft trains by changing the spring and / or damping constant of the associated bearings (DE 25 12 009 AI, pp. 1 + 2).
Ausgehend von einer zweipoligen elektrischen Synchronmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen die Amplituden von Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz des Rotors weiter verringert werden können.Starting from a two-pole electrical synchronous machine with the features of the preamble of claim 1, the invention is based on the object of specifying measures with which the amplitudes of resonance vibrations at twice the rotational frequency of the rotor can be further reduced.
Zur Losung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz in Abhängigkeit von der vertikal-exzentrischen Ausrichtung der Rotorachse in der Statorbohrung eingestellt sind. Bezuglich dieser Einstellung geht man zweckmäßig derart vor, daß - ausgehend von einer mittleren Einstellung der vertikal-exzentrischen Ausrichtung des Rotors in der Statorbohrung - zunächst die Amplitude der doppelt-drehfrequenten Resonanzschwingungen des Rotors bei verschiedenen Betriebszu- standen (Leerlauf, Vollast) gemessen wird, daß dann in Abhan- gigkeit vom ungunstigsten Meßwert (größte Schwingungsamplitude) die Einstellung der vertikal-exzentrischen Ausrichtung des Rotors durch eine Verschiebung der Rotorachse gegen die Statorachse verändert wird und daß nachfolgend die Schritte "Messung der Amplitude der doppelt-drehfrequenten Resonanz- Schwingungen" und "Verschiebung der Rotorachse" bis zum Erreichen eines Optimums wiederholt werden und abschließend die optimale Einstellung fixiert wird.To solve this problem it is provided according to the invention that the amplitudes of the resonance vibrations of twice the rotational frequency are set as a function of the vertical-eccentric orientation of the rotor axis in the stator bore. With regard to this setting, it is expedient to proceed in such a way that - starting from an average setting of the vertical-eccentric orientation of the rotor in the stator bore - the amplitude of the double-rotational frequency resonance vibrations of the rotor is first measured in different operating states (idling, full load), that then, depending on the most unfavorable measured value (greatest vibration amplitude), the setting of the vertical-eccentric orientation of the rotor is changed by shifting the rotor axis against the stator axis, and that subsequently the steps "measurement of the amplitude of the double rotational frequency resonance vibrations" and "Displacement of the rotor axis" can be repeated until an optimum is reached and the optimal setting is then fixed.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Maßnahme der vertikal- exzentrischen Ausrichtung der Rotorachse geht von der Er- kenntnis aus, daß bei einer Synchronmaschine der vorliegenden Art außer der Querschnittsanisotropie des Rotors eine zweite Anregungsquelle für eine Radialkraft doppelter Drehfrequenz vorliegt, die sich aus dem Zusammenwirken einer harmonischen Komponente des von der Lauferwicklung erzeugten Polradfeldes mit einem der beiden Exzentrizitatsgrundfeider, d.h. der sich aufgrund einer exzentrischen Anordnung des Rotors in der Statorbohrung ergebenden zusätzlichen harmonischen Komponenten des magnetischen Luftspaltfeldes, ergibt. Diese auf den Rotor mit doppelter Drehfrequenz einwirkende Wechselkraft wirkt dabei m Gegenrichtung zur engsten Stelle des Luftspaltes zwischen Rotor und Stator und erreicht ihr Maximum immer dann, wenn die Extrema des magnetischen Feldes die engste Stelle passieren. Die Amplitude dieser Wechselkraft ist dabei pro- portional zur Luftspaltexzentrizitat . - Wesentlich für die gemäß der Erfindung vorgesehene Maßnahme ist nun weiterhin, daß sich bei üblicher Positionierung der Rotorachse m der Statorbohrung die engste Stelle des Luftspaltes in der Verti¬ kalebene unterhalb des Rotors (speziell im Leerlauf) em- stellt und demzufolge die magnetische Anregung die gleiche Phasenlage wie die Gewichtskraftanregung hat und sich somit beide Anregungen addieren. Positioniert man den Rotor jedoch so, daß sich die engste Stelle des Luftspaltes in der Vertikalebene oberhalb des Rotors einstellt, dann wirken die bei- den Anregungen gegeneinander und kompensieren sich somit zu¬ mindest teilweise. Demzufolge können die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz durch eine vertikale Parallelverschiebung der Rotorachse eingestellt werden und bei einer im Betrieb befindlichen Maschine eingestellt sein. - Bei in Längsrichtung anisotrop aufgebautem Rotor können die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz gegebenenfalls zusätzlich dadurch beeinflußt werden, daß man auch eine Neigung der Rotorachse vornimmt. Da die Große der doppelt-drehfrequenten Magnetkräfte außer - von der Luftspaltexzentrizitat auch von der Große der Erregung der Maschine abhangig ist, können die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz zusätzlich auch durch eine Veränderung der Erregung des Rotors eingestellt werden. Diese Maßnahme dient aber nur einer Feineinstellung der Amplituden der Resonanzschwingungen im Sinne einer Mini- mierung .The measure of the vertical-eccentric alignment of the rotor axis provided according to the invention is based on the Knows that in a synchronous machine of the type in question, in addition to the cross-sectional anisotropy of the rotor, there is a second excitation source for a radial force at twice the rotational frequency, which results from the interaction of a harmonic component of the rotor field generated by the rotor winding with one of the two basic eccentricity factors, i.e. due to a eccentric arrangement of the rotor in the stator bore resulting additional harmonic components of the magnetic air gap field results. This alternating force acting on the rotor at twice the rotational frequency acts in the opposite direction to the narrowest point of the air gap between the rotor and stator and always reaches its maximum when the extremes of the magnetic field pass the narrowest point. The amplitude of this alternating force is proportional to the air gap eccentricity. - essential for the intended according to the invention measure is now further that under normal positioning of the rotor axis of the stator bore m the narrowest point of air gap in the Verti ¬ kalebene below the rotor (especially at idle) cm- represents and consequently the magnetic excitation, the has the same phase position as the weight force excitation and thus both suggestions add up. Positioned to the rotor, however, so that the narrowest location the air gap is established in the vertical plane above the rotor, then act the examples the suggestions against one another and thus compensate for ¬ least partially. As a result, the amplitudes of the resonance vibrations at twice the rotational frequency can be adjusted by a vertical parallel displacement of the rotor axis and can be adjusted when a machine is in operation. - In the case of anisotropically constructed rotor in the longitudinal direction, the amplitudes of the resonance vibrations of twice the rotational frequency can optionally also be influenced by also inclining the rotor axis. Since the magnitude of the double rotational frequency magnetic forces is dependent not only on the air gap eccentricity but also on the magnitude of the excitation of the machine, the amplitudes of the resonance vibrations at twice the rotational frequency can also be adjusted by changing the excitation of the rotor. However, this measure only serves to fine-tune the amplitudes of the resonance vibrations in the sense of minimization.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Einstellung der vertikal exzentrischen Ausrichtung der Rotorachse m der Statorbohrung kann mit Hilfe unterschiedlicher konstruktiver Mittel durchgeführt werden. Generell erfordert diese Maßnahme eine Verschiebung der Rotorlager relativ zum Stator. Sind Rotorlager und Stator unabhängig voneinander auf einem Grundrahmen bzw. auf separaten Fundamentsohlplatten befestigt, kann dies entweder durch vertikale Verschiebung der Rotor-Lager oder aber auch des Stators erfolgen. Beispielsweise kann die Verschiebung der Rotorachse durch Anheben oder Absenken der Lagerfuße der Rotorlager mittels horizontal verschiebbarer Keile vorgenommen werden. Eine andere Möglichkeit besteht m der Verwendung von jeweils zwei drehverstellbaren Exzenterscheiben für jedes Rotorlager, von denen die äußere im Lagerschild bzw. am Grundrahmen angeordnet ist und die innere das zugehörige La- gergehause aufnimmt. Ein derartiges Verschiebe ittel ermöglicht auch eine horizontale Verlagerung der Rotorachse.The setting of the vertically eccentric orientation of the rotor axis m of the stator bore provided according to the invention can be carried out with the aid of different constructional means. Generally, this measure requires the rotor bearings to be displaced relative to the stator. If the rotor bearing and stator are fastened independently of one another on a base frame or on separate foundation plates, this can be done either by vertical displacement of the rotor bearing or else of the stator. For example, the rotor axis can be shifted by raising or lowering the bearing feet of the rotor bearings using horizontally displaceable wedges. Another possibility is to use two rotatably adjustable eccentric disks for each rotor bearing, the outer of which is arranged in the end shield or on the base frame and the inner one accommodates the associated bearing housing. Such a displacement means also enables a horizontal displacement of the rotor axis.
Ein anderes konstruktives Mittel besteht darin, die Befestigung der Lagerfuße der Rotorlager auf einem Grundrahmen oder einer Sohlplatte so vorzunehmen, daß die Lagerfuße mittels Aodruckschrauben anhebbar sind, wobei durch Einbringen von Unterlegblechen zwischen die Lagerfuße und die Sohlplatte das endgültige Maß der Anhebung festgelegt wird und die Abdruck- schrauben anschließend gelost werden. In gleicher Weise kann ein Absenken oder Anheben des Stators vorgenommen werden. Da- bei können zur Fixierung der Lagerfuße bzw. der Statorfuße - auf der Sohlplatte bzw. dem Grundrahmen Befestigungsschrauben verwendet werden, die als hochelastische Dehnschrauben ausgebildet oder unterhalb des Schraubenkopfes mit einem Federele- ment ausgerüstet sind.Another constructive means is to fix the bearing feet of the rotor bearings on a base frame or a base plate in such a way that the bearing feet can be raised by means of pressure screws, the final amount of the lifting being determined by inserting washers between the bearing feet and the base plate, and the Impression screws are then loosened. The stator can be lowered or raised in the same way. There- For fixing the bearing feet or the stator feet - fastening screws can be used on the base plate or the base frame, which are designed as highly elastic expansion screws or equipped with a spring element below the screw head.
Die vorerwähnten Maßnahmen gelten sowohl für Walz- als auch für Gleitlager als auch für Magnetlager. Bei Synchronmaschinen mit Magnetlagern besteht aber auch die Möglichkeit, die Verschiebung der Rotorachse durch eine Beeinflussung des magnetischen Kraftfeldes der Magnetlager vorzunehmen.The aforementioned measures apply to both roller and plain bearings as well as magnetic bearings. In synchronous machines with magnetic bearings, however, there is also the possibility of shifting the rotor axis by influencing the magnetic force field of the magnetic bearings.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind m den Figuren 1 bis 6 dargestellt. Dabei zeigen Figur 1 eine zweipolige Synchronmaschine mit horizontalem Rotor m schematischer Darstellung, Figuren 2 und 3 ein Rotorlager, welches mittels keilförmiger Elemente vertikal verstellbar ist, Figuren 4 bis 7 zwei Ausfuhrungsbeispiele für die Ausgestaltung keilförmiger Elemente, Figur 8 ein Rotorlager, das mit Hilfe von Abdruck- schrauben anhebbar ist und Figur 9 ein mittels Exzenterscheiben einstellbares Rotorlager in pπzipieller Darstellung.Exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 6. 1 shows a two-pole synchronous machine with a horizontal rotor in a schematic representation, FIGS. 2 and 3 show a rotor bearing which can be adjusted vertically by means of wedge-shaped elements, FIGS. 4 to 7 show two exemplary embodiments of the configuration of wedge-shaped elements, and FIG. 8 shows a rotor bearing which Impression screws can be raised and Figure 9 shows a rotor bearing adjustable by means of eccentric disks in a perspective view.
Figur 1 zeigt m schematischer Darstellung den grundsätzlichen Aufbau einer zweipoligen elektrischen Synchronmaschine, die aus einem Stator 1, der auf einem Grundrahmen 3 angeord- net ist, und einem Rotor 2 besteht, wobei der Rotor 2 mit seiner Achse 21 horizontal angeordnet ist und eine Bohrung 6 des Stators 1 durchgreift. Die Welle 8 des Rotors ist mit ihren Enden in den beiden Stehlagern 4 und 5 gelagert . Die Stehlager sind ebenfalls auf dem Grundrahmen 3 angeordnet. - Der Rotor 2 ist so in der Bohrung 6 des Stators 1 angeordnet, das zwischen Rotor und Stator ein Luftspalt 7 vorhanden ist.FIG. 1 shows a schematic representation of the basic structure of a two-pole electrical synchronous machine, which consists of a stator 1, which is arranged on a base frame 3, and a rotor 2, the rotor 2 with its axis 21 being arranged horizontally and a bore 6 of the stator 1 passes through. The ends of the shaft 8 of the rotor are supported in the two pillow blocks 4 and 5. The pillow block bearings are also arranged on the base frame 3. - The rotor 2 is arranged in the bore 6 of the stator 1, which has an air gap 7 between the rotor and the stator.
Um bei einer derartigen Synchronmaschine die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz auf einen möglichst kleinen Wert einzustellen, werden zunächst bei der rechnerischen Festlegung der elektrischen und mechanischen Konstruktionsdaten aus den die Anisotropie des Rotors bestimmenden Großen wie insbesondere Querschnittsabmessungen sowie Steiflgkeitseffekte von Wicklungen und Nutverschlußkeilen einerseits und aus der statischen Luftspaltexzent izitat und der Erregung der Maschine andererseits die Auswirkungen auf die Ausbildung von lateralen doppelt-drehfrequenten Rotorschwingungen errechnet und eine theoretische Ausrichtung des Rotors in der Statorbohrung zum Zwecke der Kompensation der beiden Anregungsquellen ermittelt. Diese theoretische Ausrichtung, die im wesentlichen eine vertikal-exzentrische Anordnung des Rotors in der Statorbohrung beinhaltet, wird beim Einsetzen des Rotors in den Stator durch eine entsprechende Zuordnung der Lagerachse der beiden Rotorlager zur Achse der Statorbohrung realisiert. Wahrend eines Versuchsbetriebes der Synchronmaschine bei verschiedenen Betriebszustanden werden dann z.B. mittels einer entsprechenden Schiebelehre die Luftspaltabmessungen sowie mittels der Rotorwelle beruhrungs- los zugeordneter, handelsüblicher Schwingungsaufnehmer auf z.B. induktiver Basis die doppelt-drehfrequenten Schwingungen des Rotors erfaßt und danach in einem oder mehreren Schritten eine Veränderung der Einstellung der Luftspaltexzentrizitat im Sinne einer Optimierung vorgenommen. Hierzu ist es erfor- derlich, die Rotorachse vertikal parallel zu verschieben und gegebenenfalls zusätzlich zu neigen. Dies kann entweder durch ein Anheben oder Absenken der Lagerfuße der Rotorlager oder auch durch ein Absenken oder Anheben des Stators gegenüber dem Rotor erfolgen. Ein erstes Ausfuhrungsbeispiel hierfür zeigen die Figuren 2 und 3. Gemäß Figur 2 ist das Stehlager 4, das im wesentlichen aus dem Lagerbock 41, der Lagerschale 42 und dem Lagerfuß 43 besteht, mittels einer Stutzkonstruktion 44 auf der Sohlplatte 3 angeordnet. Die Stutzkonstruktion 44 besteht aus zwei Ver- stellkeilen 45 und 46, die mittels einer als Achse dargestellten Spannschraube 47 gegeneinander verschiebbar sind. - Der Lagerfuß 43 ist an seiner Unterseite ebenfalls keilförmig gestaltet, so daß die Keilflachen des Lagerfußes 43 und der Verstellkeile 45 und 47 aufemanderliegen. - Durch ein Verspannen der beiden Verstellkeile 45 und 47 kann das Lager 4 angehoben werden.In order to set the amplitudes of the resonance vibrations at twice the rotational frequency to as small a value as possible in such a synchronous machine, first of all when calculating the electrical and mechanical design data from the variables determining the anisotropy of the rotor, such as, in particular, cross-sectional dimensions and stiffness effects of windings and slot wedges on the one hand and from static air-gap eccentricity and the excitation of the machine, on the other hand, the effects on the formation of lateral double-rotating rotor vibrations are calculated and a theoretical orientation of the rotor in the stator bore is determined for the purpose of compensating the two excitation sources. This theoretical alignment, which essentially includes a vertical-eccentric arrangement of the rotor in the stator bore, is realized when the rotor is inserted into the stator by a corresponding assignment of the bearing axis of the two rotor bearings to the axis of the stator bore. During test operation of the synchronous machine in various operating states, the air gap dimensions are then measured, for example by means of a corresponding slide gauge, and the commercially available vibration sensors, for example inductively assigned to the rotor shaft, are used to record the double-rotational frequency vibrations of the rotor and then a change in one or more steps Adjustment of the air gap eccentricity made in the sense of an optimization. To do this, it is necessary to move the rotor axis vertically in parallel and, if necessary, to tilt it additionally. This can be done either by raising or lowering the bearing feet of the rotor bearings or by lowering or raising the stator relative to the rotor. A first exemplary embodiment of this is shown in FIGS. 2 and 3. According to Figure 2, the plummer block 4, which consists essentially of the bearing block 41, the bearing shell 42 and the bearing base 43, is arranged on the base plate 3 by means of a support structure 44. The support structure 44 consists of two adjusting wedges 45 and 46 which can be displaced relative to one another by means of a clamping screw 47 shown as an axis. - The bearing base 43 is also wedge-shaped on its underside, so that the wedge surfaces of the bearing base 43 and the adjusting wedges 45 and 47 lie one on top of the other. - By tightening the two adjusting wedges 45 and 47, the bearing 4 can be raised.
Gemäß Figur 3 sind den beiden Verstellleilen 45 und 46 zwei weitere Verstellkeile 48 und 49 zugeordnet, die mittels einer Spannschraube 50 quer zur Spannrichtung der Spannschraube 47 verstellbar sind. Diese Verstellkeile arbeiten mit entsprechenden Keilflachen an den inneren Enden der beiden Verstellkeile 45 und 46 zusammen, so daß mit Hilfe der Verstellkeile 48 und 49 die beiden Verstellkeile 45 und 46 auseinandergedruckt werden können, was ein Absenken des Stehlagers 4 zur Folge hat .According to FIG. 3, the two adjustment lines 45 and 46 are assigned two further adjustment wedges 48 and 49, which can be adjusted transversely to the tensioning direction of the tensioning screw 47 by means of a tensioning screw 50. These adjusting wedges work with corresponding wedge surfaces on the inner ends of the two adjusting wedges 45 and 46, so that the adjusting wedges 48 and 49 can be used to press the two adjusting wedges 45 and 46 apart, which results in the plummer block 4 being lowered.
Den Verstellkellen 45 und 46 sind noch seitliche Fuhrungen 52 sowie Fixierelemente 51 zugeordnet. Der Lagerfuß 43 wird im endgültig eingestellten Zustand mit Befestigungsschrauben 53 fixiert, die durch Langlocher sowohl im Lagerfuß als auch m den Verstellkellen 45 und 46 hindurchgreifen.Lateral guides 52 and fixing elements 51 are also assigned to the adjusting trowels 45 and 46. The bearing base 43 is fixed in the finally set state with fastening screws 53 which reach through the elongated holes in both the bearing base and the adjusting trowels 45 and 46.
Die Stützkonstruktion 44 kann im Prinzip auch so aufgebaut sein, daß die Verstellkeile 45 und 46 mit der Spannschraube 47 nicht quer sondern m Längsrichtung zur Achse des Rotors angeordnet sind. Die Figuren 4 und 5 zeigen in schematischer Darstellung, daß die Verstellkeile 45 und 46 eine ebene Keilflache 54 aufweisen. Gemäß den Figuren 6 und 7 können die Verstellkeile 55 und 56 aber auch eine keilförmige Keilflache 58 aufweisen.In principle, the support structure 44 can also be constructed in such a way that the adjusting wedges 45 and 46 with the clamping screw 47 are not arranged transversely but in the longitudinal direction to the axis of the rotor. Figures 4 and 5 show in a schematic representation that the adjusting wedges 45 and 46 have a flat wedge surface 54. According to FIGS. 6 and 7, the adjusting wedges 55 and 56 can also have a wedge-shaped wedge surface 58.
Gemäß Figur 8 erfolgt die vertikale Parallelverschiebung der Rotorachse mittels Anheben oder Absenken der zugehörigen Stehlager mit Hilfe von Schrauben 60 und 61, die den Lagerfuß 59 durchdringen. Bei den Schrauben 60 handelt es sich um Ab- druckschrauben, mit denen der Lagerfuß angehoben werden kann, wahrend die Halteschrauben 61 als Dehnschrauben ausgebildet sind (ähnlich DE 12 37 387 C) . Bei angehobenem Lagerfuß können zwischen diesen und der Sohlplatte 3 Unterlegbleche 62 angeordnet werden.According to FIG. 8, the vertical parallel displacement of the rotor axis takes place by raising or lowering the associated pillow block bearings with the aid of screws 60 and 61, which penetrate the bearing foot 59. The screws 60 are impression screws with which the bearing foot can be raised, while the retaining screws 61 are designed as expansion screws (similar to DE 12 37 387 C). When the bearing base is raised, 3 washers 62 can be arranged between it and the base plate.
Figur 8 zeigt im rechten Teil der Darstellung eine Halteschraube 63, die unterhalb des Schraubenkopfes mit einem Federelement m Form von Tellerfedern 64 ausgerüstet ist.Figure 8 shows in the right part of the illustration a retaining screw 63, which is equipped below the screw head with a spring element m in the form of disc springs 64.
Gemäß Figur 9 kann die Verschiebung der Rotorachse auch mittels zweier drehverstellbarer Exzenterscheiben 65 und 66 vorgenommen werden, von denen die äußere Exzenterscheibe 66 im Lagerschild 67 bzw. am Grundrahmen angeordnet ist und die innere Exzenterscheibe 65 die Lagerschale 68 aufnimmt. Durch entsprechende Drehungen der Exzenterscheiben 65 und 66 kann die Lagerschale 68 nicht nur angehoben oder abgesenkt sondern auch seitlich verschoben werden. According to FIG. 9, the rotor axis can also be shifted by means of two rotationally adjustable eccentric disks 65 and 66, of which the outer eccentric disk 66 is arranged in the end shield 67 or on the base frame and the inner eccentric disk 65 accommodates the bearing shell 68. By corresponding rotations of the eccentric discs 65 and 66, the bearing shell 68 can not only be raised or lowered but also shifted laterally.

Claims

Patentansprüche claims
1. Zweipolige elektrische Synchronmaschine mit einem Stator und mit einem horizontal n einer Bohrung des Stators ange- ordnetem Rotor, bei der der Rotor in zwei Stehlagern gelagert und die Rotorachse innerhalb der Statorbohrung ausgerichtet ist und bei der die Amplituden derjenigen Resonanzschwingungen, deren Frequenz der doppelten Drehfrequenz des Rotors entspricht, einen möglichst kleinen Wert aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz in Abhängigkeit von der vertikal-exzentrischen Ausrichtung der Rotorachse (2,21) in der Statorbohrung (6) eingestellt sind.1. Two-pole electrical synchronous machine with a stator and with a rotor arranged horizontally in a bore of the stator, in which the rotor is mounted in two pillow block bearings and the rotor axis is aligned within the stator bore and in which the amplitudes of those resonance vibrations, the frequency of which is twice that Rotational frequency of the rotor corresponds to a value that is as small as possible, characterized in that the amplitudes of the resonant vibrations of twice the rotational frequency are set as a function of the vertical-eccentric orientation of the rotor axis (2, 21) in the stator bore (6).
2. Zweipolige elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz durch eine vertikale Parallelverschiebung der Roto- rachse (21) eingestellt sind.2. Two-pole electrical synchronous machine according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the amplitudes of the resonant vibrations of twice the rotational frequency are set by a vertical parallel displacement of the rotor axis (21).
3. Zweipolige elektrische Synchronmaschine nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Dreh- frequenz zusätzlich durcn eine Neigung der Rotorachse (21) eingestellt sind.3. Two-pole electrical synchronous machine according to claim 2, so that the amplitudes of the resonance vibrations of twice the rotational frequency are additionally set by an inclination of the rotor axis (21).
4. Verfahren zur Einstellung der Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz bei einer zweipoligen elektrischen Synchronmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - ausgehend von einer mittleren Einstellung der vertikalexzentrischen Ausrichtung des Rotors in der Statorbohrung - zun chst die Amplituden der doppelt-drehfrequenten Resonanz- Schwingungen des Rotors bei verschiedenen Betriebszustanden „4. A method for adjusting the amplitudes of the resonant vibrations at twice the rotational frequency in a two-pole electrical synchronous machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that - starting from an average setting of the vertical eccentric alignment of the rotor in the stator bore - first of all the amplitudes of the double rotational frequencies Resonance- Vibrations of the rotor in different operating conditions "
(Leerlauf, Vollast) gemessen werden, daß dann in Abhängigkeit vom jeweils ungunstigsten Meßwert(No load, full load) are measured, depending on the most unfavorable measured value
(größte Schwingungsamplitude) die Einstellung der vertikal- exzentrischen Ausrichtung des Rotors durch eine Verschiebung der Rotorachse (21) gegen die Statorachse verändert wird und daß nachfolgend die Schritte "Messung der Amplituden der doppelt-drehfrequenten Resonanzschwingungen" und "Verschiebung der Rotorachse" bis zum Erreichen eines Optimums wieder- holt werden und abschließend die optimale Einstellung fixiert wird.(largest vibration amplitude) the setting of the vertical-eccentric orientation of the rotor is changed by shifting the rotor axis (21) against the stator axis and that subsequently the steps "measuring the amplitudes of the double-rotational resonance vibrations" and "shifting the rotor axis" until they are reached of an optimum can be repeated and finally the optimal setting is fixed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Amplituden der Resonanzschwingungen doppelter Drehfrequenz zusatzlich durch eine Veränderung der Erregung des Rotors eingestellt werden.5. The method according to claim 4, so that the amplitudes of the resonance vibrations of twice the rotational frequency are additionally adjusted by changing the excitation of the rotor.
6. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verschiebung der Rotorachse durch Anheben oder Absenken der Lagerfuße (43) der Rotorlager mittels horizontal verschiebbarer Keile (45,46; 48,49) vorgenommen wird.6. The method according to claim 4, so that the displacement of the rotor axis is carried out by raising or lowering the bearing feet (43) of the rotor bearings by means of horizontally displaceable wedges (45, 46; 48, 49).
7. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verschiebung der Rotorachse mittels zweier drehverstellbarer Exzenterscheiben (65,66) vorgenommen wird, von denen die äußere (66) im Lagerschild (67) bzw. am Grundrahmen des jeweiligen Rotorlagers angeordnet ist und die innere (65) das zugehörige Lagergehause (68) aufnimmt.7. The method according to claim 4, characterized in that the displacement of the rotor axis is carried out by means of two rotationally adjustable eccentric discs (65,66), of which the outer (66) in the end shield (67) or on the base frame of the respective rotor bearing and the inner (65) accommodates the associated storage housing (68).
8. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verschiebung der Rotorachse durch Anheben der Lager7 fuße der Rotorlager mittels Abdruckschrauben (60) und durch Einbringen von Unterlegblechen (62) zwischen die Lagerfuße (59) und den Grundrahmen (3) vorgenommen wird.8. The method according to claim 4, characterized in that the displacement of the rotor axis by lifting the bearings 7 feet of the rotor bearings by means of impression screws (60) and by inserting washers (62) between the bearing feet (59) and the base frame (3).
9. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verschiebung der Rotorachse durch Absenken oder Anheben des Stators gegenüber einem Grundrahmen oder einer Sta- torsohlplatte mittels in den Statorfußen angeordneter Abdruckschrauben und durch Entfernen oder Einbringen von Unterlegscheiben zwischen den Statorfußen und den Grundrahmen bzw. der Sohlplatte vorgenommen wird.9. The method according to claim 4, characterized in that the displacement of the rotor axis by lowering or lifting the stator relative to a base frame or a stator base plate by means of impression screws arranged in the stator feet and by removing or inserting washers between the stator feet and the base frame or Sole plate is made.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Fixierung der Lagerfuße bzw. der Statorfuße auf der Sohlplatte bzw. dem Grundrahmen Befestigungsschrauben verwendet werden, die als hochelastische Dehnschrauben (61) ausge- bildet oder die unterhalb des Schraubenkopfes mit einem Federelement (64) ausgerüstet sind.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that for fixing the bearing feet or the stator feet on the base plate or the base frame fastening screws are used, which are designed as highly elastic expansion screws (61) or below the screw head with a spring element ( 64) are equipped.
11. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einer Synchronmaschine mit Magnetlagern die Verschiebung der Rotorachse durch eine Beeinflussung des magnetischen Kraftfeldes der Magnetlager vorgenommen wird. 11. The method according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in a synchronous machine with magnetic bearings, the displacement of the rotor axis is carried out by influencing the magnetic force field of the magnetic bearings.
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