WO2009068473A1 - Verfahren und vorrichtung zum dynamischen messen der unwucht eines turbinenrotors - Google Patents

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WO2009068473A1
WO2009068473A1 PCT/EP2008/065944 EP2008065944W WO2009068473A1 WO 2009068473 A1 WO2009068473 A1 WO 2009068473A1 EP 2008065944 W EP2008065944 W EP 2008065944W WO 2009068473 A1 WO2009068473 A1 WO 2009068473A1
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WO
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housing
turbine rotor
housing portion
turbine
damping element
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Application number
PCT/EP2008/065944
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Inventor
Dieter Thelen
Jürgen LEHMANN
Original Assignee
Schenck Rotec Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/027—Arrangements for balancing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/02—Details of balancing machines or devices
    • G01M1/04—Adaptation of bearing support assemblies for receiving the body to be tested
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/14—Determining imbalance
    • G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
    • G01M1/22—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested and converting vibrations due to imbalance into electric variables

Definitions

  • the invention relates to a method for dynamically measuring the imbalance of a turbine rotor rotatably mounted in a housing section, in which the housing section is fastened to a carrier device with the interposition of at least one spring element, which is designed such that the housing section has at least two degrees of freedom for swinging relative to the carrier device , the turbine rotor is accelerated to a first angular velocity by application of a first-pressure drive fluid, and vibration-induced vibrations of the housing portion are measured while the rotor is rotating at the first angular velocity.
  • the invention further relates to a device for dynamically measuring the imbalance of a turbine rotor rotatably mounted in a housing section with a carrier device which has at least one spring element to which the housing section can be fastened in such a way that it has at least two degrees of freedom relative to the carrier device; a turbine housing attached to the carrier device with a feed channel, which is designed for supplying a drive fluid and for acting on the turbine rotor with the drive fluid.
  • a method and a device of the type mentioned are known from WO 2007/054445 A1. They serve to measure the unbalance of turbine rotors for exhaust-driven turbochargers, with only a so-called turbocharger fuselage group consisting of the turbine rotor and a bearing housing of the turbine rotor housing section is used in an unbalance measuring device to achieve the highest possible accuracy, the Unbalance measuring device missing and required housing parts replaced by analogously designed device parts, such as a turbine housing. As a result, the resonant mass of the spring-mounted measurement setup can be kept small and mass-related influences on the imbalance measurement can be reduced.
  • the rotor imbalance is preferably measured at an angular velocity of the turbine rotor which corresponds essentially to the normal operating speed, the turbine rotor of the turbine rotor being arranged in a turbine housing of the measuring device and being accelerated to the angular velocity required for the measurement by the application of compressed air.
  • the turbine housing is stationary and separated from the turbocharger body group and the oscillating part of its storage by sufficiently large clearances. Therefore, part of the compressed air supplied to drive the turbine rotor can escape via these necessary intermediate spaces, which is considered undesirable because of the associated loss of pressure energy and the noise development.
  • the invention has for its object to provide an improved method for measuring the imbalance of the turbine rotor of an exhaust gas turbocharger. It is another object of the invention to provide an improved device for measuring imbalance of rotors for exhaust gas turbochargers.
  • the method according to the invention comprises the steps:
  • the method according to the invention has the advantage that the unbalance of the turbine rotor of an exhaust-gas turbocharger can be measured in the same apparatus and in a set-up both at a low angular velocity and at a high angular speed corresponding to the working speed, whereby the accuracy of the measurement is improved , Even excited oscillations of the balancer's vibratory system, which may occur and be problematic with the turbine rotor rotating at high angular velocity, are effectively avoided by connecting the casing section to the carrier device by a damping element.
  • the damping element is pneumatically coupled in dependence on the pressure of the supplied Anthebsfluids with the housing portion. Furthermore, it can be provided according to the invention that the damping element is used to seal the free space between the carrier device and the housing section in the coupled state and to prevent working fluid from escaping via the clearance at higher pressure.
  • An advantageous device for dynamically measuring the imbalance of a turbine rotor rotatably mounted in a housing section comprises according to the invention a carrier device which has at least one spring element, - A -
  • a turbine housing secured to the support device having a channel adapted to supply a lift fluid and to pressurize the turbine rotor with the drive fluid, between the turbine housing and the housing portion is provided with a clearance, a vibration damping damping member disposed on the support device, by which the housing portion and the support device can be coupled to each other, and at least one sensor for detecting the vibrations of the housing portion.
  • the damping element may in this case be pneumatically coupled depending on the pressure of the supplied working fluid with the housing portion.
  • a particularly simple and cost-effective embodiment of the device according to the invention has an annular body fixedly connected to the resilient end of the at least one spring element, which is arranged between the turbine housing and the housing section and adjoins the free space with an annular surface facing the turbine housing. wherein in an annular surface of the turbine housing opposite the annular surface, an annular groove is formed, in which an annular damping element is arranged, which can be pressed by a certain pressure of the supplied Enthebsfluids to the annular surface.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the damping element is designed as a sealing ring, through which the free space between the turbine housing and the housing portion is sealable.
  • the annular space is closed simultaneously with the coupling of the damping element, so that the supplied working fluid can no longer escape through the annular space. Loss of working fluid and unwanted flow noises are thus reduced. prevented.
  • the damping element receiving annular groove can be advantageously designed so that the damping element occupies a position in the annular groove in which it is located at a distance from the opposite wall of the housing portion and that escaping through the free space at higher pressure working fluid on the Damping element acts, that this emerges from the annular groove and applies a sealing against the wall of the housing section. In this way, the space is closed and the housing portion coupled by the damping element to the turbine housing, so that occurring resonance vibrations are damped.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail X in FIG. 1.
  • the unbalance measuring device illustrated in FIG. 1 has a turbine housing 2 held by a carrier device 1 with a spiral feed channel 3 and an output channel 4.
  • the turbine housing 2 On the opposite end of the output channel 4, the turbine housing 2 has an annular end plate 5, which limits the feed channel 3 frontally and has a central opening for receiving a turbine wheel.
  • two rod-shaped spring elements 6 are fixed, which are aligned substantially parallel to the central axis of the turbine housing 2 and arranged on opposite sides of the turbine housing 2.
  • Each spring element 6 is fastened with one end 7 to the carrier device 1 by means of a fastening device 8 and screwed with the other end 9 to an annular disc 10 which is arranged on the end face of the turbine housing 2 and at a small distance from it and coaxial with the turbine.
  • the housing 2 is aligned.
  • the disc 10 carries an annular clamping device 11, which is arranged on the outer edge of the disc 10 on the side facing away from the spring elements 6 and serves for clamping a housing portion 12 of a turbocharger fuselage group 13.
  • the housing portion 12 of the turbocharger body 13 has a flange 14 which is clamped at its peripheral edge by the clamping elements of the clamping device 11 and in the illustrated clamping position laterally against the disc 10.
  • the turbocharger body 13 includes, in addition to the housing portion 12, a turbine rotor 17 having a turbine wheel 15 and a compressor wheel 16 disposed on opposite sides of the housing portion 12 and secured to the ends of a shaft rotatably mounted in the housing portion 12.
  • the turbine wheel 15 In the clamped position, the turbine wheel 15 is located on the inside of the end plate 5 in the center of the feed channel 3 and projects with a tapered end portion into the inlet opening of the outlet channel 4.
  • the opening in the front plate 5 and the inner contour of the inlet opening of the outlet channel 4 are dimensioned so that a sufficiently large distance to the turbine wheel 15 remains so that the turbine wheel 15 can not abut the turbine housing 2 when the turbocharger body group 13 oscillates during the unbalance measurement ,
  • the compressor wheel 16, which is arranged on the other side of the housing section 12, is covered by a compressor housing or a protective hood for the flow guidance flow guide and for reasons of protection.
  • annular clearance 18 is provided between the end plate 5 of the turbine housing 2 and the disc 10, so that the turbocharger body group 13 can swing freely.
  • the free space 18 is connected at its radially inner edge through the opening in the end plate 5 with the feed channel 3. Radially outward, the free space 18 is open. Via the feed channel 3, compressed air supplied as working fluid for the purpose of acting upon the turbine wheel can therefore also enter the free space 18 and escape through the latter to the outside.
  • the front plate 5 is on the disk 10 side facing an open space 18 toward open annular groove 19 is formed.
  • the annular groove 19 has a radially outer, frusto-conical side wall 20, whose diameter increases in the direction of the free space 18.
  • the side wall 20 faces a radially inner side wall 21 having an inner cylindrical portion 211 and an outer frusto-conical portion 212.
  • the diameter of the frusto-conical portion 212 increases in the direction of the clearance 18, and the inclination of the frusto-conical portion 212 is substantially equal to or greater than the inclination of the side wall 20.
  • the sidewall 21 is also radially inward at several locations on the circumference extending and the clearance 18 open towards pockets or slots 22 provided.
  • annular damping element 23 is arranged, which is formed in the illustrated embodiment as an O-ring and consists of rubber-elastic material. Instead of an O-ring but also differently shaped damping elements can be provided.
  • the damping element 23 has a circular cross section whose diameter is slightly larger than the depth of the annular groove 19, but significantly smaller than the distance between the bottom of the annular groove 19 and the disc 10.
  • the inner diameter of the damping element 23 is approximately equal to the outer diameter of the cylindrical portion 211 of the side wall 212. This has the consequence that the damping element 23 is held by the portions 211 and 212 of the side wall 21 in a rest position in which it rests against the bottom of the annular groove 19 and has a maximum distance from the disc 10.
  • the turbine rotor 17 of the turbocharger fuselage group 13 is driven via the turbine wheel 15, wherein initially compressed air with a first, smaller pressure via the feed channel 3 is supplied.
  • the first, smaller pressure is in this case dimensioned so that the turbine rotor 17 rotates only at a relatively low speed. It is important that the free space 18 remains free, so that the turbocharger hull group 13 for the purpose of imbalance measurement can swing free of external forces and moments. This is also ensured because at the lower first pressure, the air flowing through the free space 18 flows past the damping element 23, without causing any appreciable pressure gradient there.
  • the damping element 23 therefore remains during this measurement phase in the rest position shown fully in the drawing, in which it is retracted into the annular groove 19.
  • the damping element 23 is moved out of its rest position, wherein it stretches, and is displaced along the side wall 20 in the direction of the disc 10 until it rests against the disc 10. In this dashed line position, the damping element 23 closes the free space 18, so that the higher pressure in the feed channel 3 propagates up to the damping element 23 and the damping element 23 holds in this position. The damping element 23 thus now bridges the free space 18 and thereby causes a damping of the vibrations occurring during rotation at high speed.
  • the closing of the annular space 18 also has the advantageous effect that the supplied air can no longer escape through the free space 18, so that high air losses and disturbing flow noises are avoided.
  • the device described is characterized mainly by a simple structure and a reliable mode of action.
  • other configurations of the damping element are also possible within the scope of the invention, and the coupling of the damping element to the oscillatable part of the device can also be effected by pneumatically actuated pistons or diaphragms.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum dynamischen Messen der Unwucht eines Turbinenrotors (17), der in einem an einer Trägervorrichtung (1 ) federnd gelagerten Gehäuseabschnitt (12) drehbar gelagert ist, wird der Turbinenrotor (17) durch Beaufschlagung mit einem mit einem ersten Druck zugeführten Antriebsfluid auf eine erste Winkelgeschwindigkeit beschleunigt und die durch Unwucht induzierte Schwingung gemessen und durch Beaufschlagung mit einem zweiten, höheren Druck und Kuppeln von Gehäuseabschnitt (12) und Trägervorrichtung (1 ) durch ein Schwingungen dämpfendes Dämpfungselement (23) wird die durch Unwucht induzierte, gedämpfte Schwingung des Gehäuseabschnitts (12) gemessen, während der Turbinenrotor (17) mit einer zweiten, höheren Winkelgeschwindigkeit dreht. Die Vorrichtung weist ein an der Trägervorrichtung (1 ) angeordnetes, Schwingungen dämpfendes Dämpfungselement (23) auf, durch das in Abhängigkeit von dem Druck des zugeführten Antriebsfluids der Gehäuseabschnitt (12) und die Trägervorrichtung (1 ) miteinander kuppelbar sind.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum dynamischen Messen der Unwucht eines
Turbinenrotors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Messen der Unwucht eines in einem Gehäuseabschnitt drehbar gelagerten Turbinenrotors, bei welchem der Gehäuseabschnitt an einer Trägervorrichtung unter Zwischenschaltung wenigstens eines Federelements befestigt wird, das so ausgebildet ist, dass der Gehäuseabschnitt mindestens zwei Freiheitsgrade zum Schwingen relativ zur Trägervorrichtung hat, der Turbinenrotor durch Beauf- schlagung mit einem mit einem ersten Druck zugeführten Antriebsfluid auf eine erste Winkelgeschwindigkeit beschleunigt und durch Unwucht induzierte Schwingungen des Gehäuseabschnitts gemessen werden, während der Rotor mit der ersten Winkelgeschwindigkeit dreht. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum dynamischen Messen der Unwucht eines in einem Gehäuse- abschnitt drehbar gelagerten Turbinenrotors mit einer Trägervorrichtung, die wenigstens ein Federelement aufweist, an dem der Gehäuseabschnitt derart befestigbar ist, dass er mindestens zwei Freiheitsgrade zum Schwingen relativ zur Trägervorrichtung hat, einem an der Trägervorrichtung befestigten Turbinengehäuse mit einem Zuführkanal, der zur Zuführung eines Antriebsfluids und zur Beaufschlagung des Turbinenrotors mit dem Antriebsfluid ausgebildet ist.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus WO 2007/054445 A1 bekannt. Sie dienen dazu, die Unwucht von Turbinen- rotoren für abgasgetriebene Turbolader zu messen, wobei zur Erzielung einer möglichst hohen Genauigkeit nur eine sogenannte Turboladerrumpfgruppe, die aus dem Turbinenrotor und einem die Lagerung des Turbinenrotors enthaltenden Gehäuseabschnitt besteht, in eine Unwuchtmessvorrichtung eingesetzt wird, wobei die Unwuchtmessvorrichtung fehlende und benötigte Gehäuseteile durch analog gestaltete Vorrichtungsteile, z.B. ein Turbinengehäuse, ersetzt. Hierdurch kann die mitschwingende Masse des federnd gelagerten Messaufbaus klein gehalten werden und massebedingte Einflüsse auf die Unwuchtmessung können reduziert werden. Die Messung der Rotorunwucht erfolgt vorzugsweise bei einer im Wesentlichen der normalen Arbeitsgeschwindigkeit entsprechenden Winkelgeschwindigkeit des Turbinenrotors, wobei das Turbinenrad des Turbinenrotors in einem Turbinengehäuse der Messvorrichtung angeordnet ist und durch die Beaufschlagung mit Druckluft auf die zur Messung erforderliche Winkelgeschwindigkeit beschleunigt wird. Das Turbinengehäuse ist feststehend angeordnet und durch ausreichend große Freiräume von der Turboladerrumpfgruppe und dem schwingenden Teil ihrer Lagerung getrennt. Über diese notwendigen Zwischenräume kann daher ein Teil der zum Antrieb des Turbinenrotors zugeführten Druckluft entweichen, was wegen des damit verbundenen Verlustes an Druckenergie und der Geräuschentwicklung als unerwünscht angesehen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Messen der Unwucht des Turbinenrotors eines Abgasturboladers anzugeben. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Unwuchtmessung von Rotoren für Abgasturbolader zu schaffen.
Die genannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch 4 angegebene Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 bis 11 angegeben.
Das Verfahren nach der Erfindung umfasst die Schritte:
Befestigen des Gehäuseabschnitts an einer Trägervorrichtung unter Zwischenschaltung wenigstens eines Federelements, das so ausgebildet ist, dass der Gehäuseabschnitt mindestens zwei Freiheitsgrade zum Schwingen relativ zur Trägervorrichtung hat, Beschleunigung des Turbinenrotors durch Beaufschlagung mit einem mit einem ersten Druck zugeführten Anthebsfluid auf eine erste Winkelgeschwindigkeit und Messen der durch Unwucht induzierten Schwingungen des Gehäuseabschnitts, während der Turbinenrotor mit der ersten Winkelgeschwindigkeit dreht,
Beschleunigung des Turbinenrotors durch Beaufschlagung mit mit einem zweiten, höheren Druck zugeführten Antriebsfluid auf eine zweite, höhere Winkelgeschwindigkeit und Kuppeln von Gehäuseabschnitt und Trägervorrichtung durch ein Schwingungen dämpfendes Dämpfungselement und Messen der durch Unwucht induzierten gedämpften Schwingungen des Gehäuseabschnitts, während der Turbinenrotor mit der zweiten, höheren Winkelgeschwindigkeit dreht.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die Unwucht des Turbinenrotors eines Abgasturboladers in der gleichen Vorrichtung und in einer Aufspannung sowohl bei einer niedrigen Winkelgeschwindigkeit als auch bei einer hohen, der Arbeitsgeschwindigkeit entsprechenden Winkel- geschwindigkeit gemessen werden kann, wodurch die Genauigkeit der Messung verbessert wird. Selbst erregte Schwingungen des Schwingsystems der Auswuchtvorrichtung, die bei mit hoher Winkelgeschwindigkeit umlaufendem Turbinenrotor auftreten und problematisch sein können, werden durch das Verbinden des Gehäuseabschnitts mit der Trägervorrichtung durch ein Dämpfungselement wirksam vermieden.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Dämpfungselement pneumatisch in Abhängigkeit von dem Druck des zugeführten Anthebsfluids mit dem Gehäuseabschnitt gekuppelt wird. Weiterhin kann erfindungsgemäß vor- gesehen sein, dass das Dämpfungselement dazu verwendet wird, um im gekuppelten Zustand den Freiraum zwischen der Trägervorrichtung und dem Gehäuseabschnitt abzudichten und zu verhindern, dass bei höherem Druck Arbeitsfluid über den Freiraum entweicht.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zum dynamischen Messen der Unwucht eines in einem Gehäuseabschnitt drehbar gelagerten Turbinenrotors umfasst nach der Erfindung eine Trägervorrichtung, die wenigstens ein Federelement aufweist, - A -
an dem der Gehäuseabschnitt derart befestigbar ist, dass er mindestens zwei Freiheitsgrade zum Schwingen relativ zur Trägervorrichtung hat, ein an der Trägervorrichtung befestigtes Turbinengehäuse mit einem Kanal, der zur Zuführung eines Anthebsfluids und zur Beaufschlagung des Turbinenrotors mit dem Antriebsfluid ausgebildet ist, wobei zwischen dem Turbinengehäuse und dem Gehäuseabschnitt ein Freiraum vorgesehen ist, ein an der Trägervorrichtung angeordnetes, Schwingungen dämpfendes Dämpfungselement, durch das der Gehäuseabschnitt und die Trägervorrichtung miteinander kuppelbar sind, und wenigstens einen Messaufnehmer zum Erfassen der Schwingungen des Gehäuseabschnitts.
Das Dämpfungselement kann hierbei pneumatisch in Abhängigkeit von dem Druck des zugeführten Arbeitsfluids mit dem Gehäuseabschnitt kuppelbar sein. Eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Vor- richtung weist erfindungsgemäß einen mit dem federnd nachgiebigen Ende des wenigstens einen Federelements fest verbundenen, ringförmigen Körper auf, der zwischen dem Turbinengehäuse und dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist und mit einer dem Turbinengehäuse zugekehrten Ringfläche an den Freiraum angrenzt, wobei in einer der Ringfläche gegenüberliegenden Wand des Turbinengehäuses eine Ringnut ausgebildet ist, in der ein ringförmiges Dämpfungselement angeordnet ist, das durch einen bestimmten Druck des zugeführten Anthebsfluids an die Ringfläche andrückbar ist. Durch diese Gestaltung wird auf einfach Weise das Kuppeln des Dämpfungselements in Abhängigkeit vom Druck des zugeführten Anthebsfluids bewirkt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Dämpfungselement als Dichtring ausgebildet ist, durch den der Freiraum zwischen dem Turbinengehäuse und dem Gehäuseabschnitt abdichtbar ist. Durch diese Weiterbildung wird gleichzeitig mit dem Kuppeln des Dämpfungs- elements auch der Ringraum verschlossen, so dass das zugeführte Arbeitsfluid nicht mehr durch den Ringraum entweichen kann. Verluste an Arbeitsfluid und unerwünschte Strömungsgeräusche werden damit unter- bunden. Die das Dämpfungselement aufnehmende Ringnut kann hierbei vorteilhaft so gestaltet sein, dass das Dämpfungselement in der Ringnut eine Lage einnimmt, in der es sich in einem Abstand von der gegenüberliegenden Wand des Gehäuseabschnitts befindet und dass das durch den Freiraum entweichende Arbeitsfluid bei höherem Druck derart auf das Dämpfungselement einwirkt, dass dieses aus der Ringnut heraustritt und sich dichtend an die Wand des Gehäuseabschnitts anlegt. Auf diese Weise wird der Freiraum verschlossen und der Gehäuseabschnitt durch das Dämpfungselement an das Turbinengehäuse gekuppelt, so dass auftretende Resonanzschwingungen gedämpft werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
Figur 1 einen Querschnitt einer Unwuchtmessvorrichtung nach der
Erfindung mit darin angeordneter Turboladerrumpfgruppe und
Figur 2 einen vergrößerten Ausschnitt X in Figur 1.
Die in Figur 1 dargestellte Unwuchtmessvorrichtung weist ein von einer Trägervorrichtung 1 gehaltenes Turbinengehäuse 2 mit einem spiralförmigen Zuführkanal 3 und einem Ausgangskanal 4 auf. Auf der dem Ausgangskanal 4 entgegengesetzten Stirnseite hat das Turbinengehäuse 2 eine ringförmige Stirnplatte 5, die den Zuführkanal 3 stirnseitig begrenzt und eine zentrale Öffnung zur Aufnahme eines Turbinenrads hat. An der Trägervorrichtung 1 sind zwei stabförmige Federelemente 6 befestigt, die im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Turbinengehäuses 2 ausgerichtet und auf entgegengesetzten Seiten des Turbinengehäuses 2 angeordnet sind. Jedes Federelement 6 ist mit einem Ende 7 mittels einer Befestigungsvorrichtung 8 an der Trägervorrichtung 1 befestigt und mit dem anderen Ende 9 an eine ringförmige Scheibe 10 angeschraubt, die auf der Stirnseite des Turbinengehäuses 2 und in einem geringen Abstand von dieser angeordnet und koaxial zum Turbinen- gehäuse 2 ausgerichtet ist. Die Scheibe 10 trägt eine ringförmige Spannvorrichtung 11 , die am äußeren Rand der Scheibe 10 auf der den Federelementen 6 abgekehrten Seite angeordnet ist und zum Festspannen eines Gehäuseabschnitts 12 einer Turboladerrumpfgruppe 13 dient. In dem dar- gestellten Ausführungsbeispiel weist der Gehäuseabschnitt 12 der Turboladerrumpfgruppe 13 einen Flansch 14 auf, der an seinem Umfangsrand von den Spannelementen der Spannvorrichtung 11 festgespannt ist und in der dargestellten Spannposition seitlich an der Scheibe 10 anliegt. Die Turboladerrumpfgruppe 13 umfasst neben dem Gehäuseabschnitt 12 einen Turbinenrotor 17 mit einem Turbinenrad 15 und einem Verdichterrad 16, die auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuseabschnitts 12 angeordnet und an den Enden einer in dem Gehäuseabschnitt 12 drehbar gelagerten Welle befestigt sind. In der eingespannten Lage befindet sich das Turbinenrad 15 auf der Innenseite der Stirnplatte 5 im Zentrum des Zuführkanals 3 und ragt mit einem verjüngten Endbereich in die Eintrittsöffnung des Ausgangskanals 4 hinein. Die Öffnung in der Stirnplatte 5 und die Innenkontur der Eintrittsöffnung des Ausgangskanals 4 sind so bemessen, dass ein genügend großer Abstand zum Turbinenrad 15 verbleibt, damit das Turbinenrad 15 nicht an dem Turbinengehäuse 2 anstoßen kann, wenn die Turboladerrumpfgruppe 13 während der Unwucht- messung schwingt. Das auf der anderen Seite des Gehäuseabschnitts 12 angeordnete Verdichterrad 16 wird für den Messlauf zur Strömungsführung und aus Schutzgründen durch eine Verdichtergehäuse oder eine Schutzhaube abgedeckt.
Wie Figur 2 verdeutlicht, ist zwischen der Stirnplatte 5 des Turbinengehäuses 2 und der Scheibe 10 ein ringförmiger Freiraum 18 vorgesehen, damit die Turboladerrumpfgruppe 13 frei schwingen kann. Der Freiraum 18 ist an seinem radial inneren Rand durch die Öffnung in der Stirnplatte 5 mit dem Zuführkanal 3 verbunden. Radial nach außen ist der Freiraum 18 offen. Über den Zuführkanal 3 kann als Arbeitsfluid zugeführte Druckluft zur Beaufschlagung des Turbinenrads daher auch in den Freiraum 18 gelangen und durch diesen nach außen entweichen. In der Stirnplatte 5 ist auf der der Scheibe 10 zugewandten Seite eine zum Freiraum 18 hin offene Ringnut 19 ausgebildet. Die Ringnut 19 hat eine radial äußere, kegelstumpfförmige Seitenwand 20, deren Durchmesser in Richtung auf den Freiraum 18 zunimmt. Der Seitenwand 20 liegt eine radial innere Seitenwand 21 gegenüber, die einen inneren, zylindrischen Abschnitt 211 und einen äußeren, kegelstumpfförmigen Abschnitt 212 aufweist. Der Durchmesser des kegelstumpfförmigen Abschnitts 212 nimmt in Richtung des Freiraums 18 zu und die Neigung des kegelstumpfförmigen Abschnitts 212 ist im Wesent- liehen gleich oder größer als die Neigung der Seitenwand 20. Die Seitenwand 21 ist außerdem an mehreren Stellen des Umfangs mit sich radial nach innen erstreckenden und zum Freiraum 18 hin offenen Taschen oder Schlitzen 22 versehen.
In der Ringnut 19 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 23 angeordnet, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als O-Ring ausgebildet ist und aus gummielastischem Material besteht. Anstelle eines O-Rings können aber auch anders geformte Dämpfungselemente vorgesehen sein. Das Dämpfungselement 23 hat einen kreisförmigen Querschnitt, dessen Durchmesser etwas größer ist als die Tiefe der Ringnut 19, jedoch deutlich kleiner als der Abstand zwischen dem Boden der Ringnut 19 und der Scheibe 10. Der Innendurchmesser des Dämpfungselements 23 ist etwa gleich dem Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 211 der Seitenwand 212. Dies hat zur Folge, dass das Dämpfungselement 23 durch die Abschnitte 211 und 212 der Seitenwand 21 in einer Ruhelage gehalten wird, in der es am Boden der Ringnut 19 anliegt und einen maximalen Abstand von der Scheibe 10 hat.
Zur Unwuchtmessung wird der Turbinenrotor 17 der Turboladerrumpfgruppe 13 über das Turbinenrad 15 angetrieben, wobei zunächst Druckluft mit einem ersten, kleineren Druck über den Zuführkanal 3 zugeführt wird. Der erste, kleinere Druck ist hierbei so bemessen, dass der Turbinenrotor 17 nur mit einer relativen niedrigen Drehzahl rotiert. Hierbei ist es wichtig, dass der Frei- raum 18 frei bleibt, damit die Turboladerrumpfgruppe 13 zum Zwecke der Unwuchtmessung frei von äußeren Kräften und Momenten schwingen kann. Dies ist auch gewährleistet, weil bei dem niedrigeren ersten Druck die durch den Freiraum 18 strömende Luft an dem Dämpfungselement 23 vorbeiströmt, ohne dort ein nennenswertes Druckgefälle hervorzurufen. Das Dämpfungselement 23 verbleibt daher während dieser Messphase in der in der Zeichnung voll dargestellten Ruheposition, in der es in die Ringnut 19 zurückgezogenen ist.
Wird zur Unwuchtmessung bei hohen Drehzahlen der Druck der zugeführten Druckluft am Eintritt in das Turbinenrad 15 auf einen zweiten, höheren Druck erhöht, um das Turbinenrad 15 auf die hohe Drehzahl zu beschleunigen, so erhöht sich entsprechend auch die Strömungsgeschwindigkeit in dem Freiraum 18 und damit auch das Druckgefälle an dem Dämpfungselement 23. Dies hat zur Folge, dass das Dämpfungselement 23 aus seiner Ruhelage heraus bewegt wird, wobei es sich dehnt, und entlang der Seitenwand 20 in Richtung der Scheibe 10 verschoben wird, bis es an der Scheibe 10 anliegt. In dieser gestrichelt gezeichneten Stellung verschließt das Dämpfungselement 23 den Freiraum 18, so dass sich der höhere Druck im Zuführkanal 3 bis zu dem Dämpfungselement 23 fortpflanzt und das Dämpfungselement 23 in dieser Stellung festhält. Das Dämpfungselement 23 überbrückt somit nun den Freiraum 18 und bewirkt dadurch eine Dämpfung der bei Rotation mit hoher Drehzahl auftretenden Schwingungen. Das Entstehen
Selbsterregterschwingungen wird hierdurch vermieden, und die Schwingungs- ausschlage werden auf ein gewünschtes Maß reduziert. Das Verschließen des Ringraums 18 hat weiterhin den vorteilhaften Effekt, dass die zugeführte Luft nicht mehr durch den Freiraum 18 entweichen kann, so dass hohe Luftverluste und störende Strömungsgeräusche vermieden werden.
Wird der Druck im Zuführkanal 3 wieder auf einen niedrigen Wert abgesenkt, so überwindet das Dämpfungselement 23 mit der durch die Dehnung hervorgerufenen Federkraft die dann geringere Druckkraft und kehrt, geführt durch den konischen Abschnitt 212 der inneren Seitenwand 21 , in seine Ausgangslage zurück.
Die beschriebene Vorrichtung zeichnet sich vor allem durch einen einfachen Aufbau und eine zuverlässige Wirkungsweise aus. Es sind im Rahmen der Erfindung aber auch andere Gestaltungen des Dämpfungselements möglich und das Kuppeln des Dämpfungselements mit dem schwingfähigen Teil der Vorrichtung kann auch durch pneumatisch betätigbare Kolben oder Membranen bewirkt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum dynamischen Messen der Unwucht eines in einem Gehäuseabschnitt drehbar gelagerten Turbinenrotors, umfassend die Schritte:
Befestigen des Gehäuseabschnitts an einer Trägervorrichtung unter Zwischenschaltung wenigstens eines Federelements, das so ausgebildet ist, dass der Gehäuseabschnitt mindestens zwei Freiheitsgrade zum Schwingen relativ zur Trägervorrichtung hat, Beschleunigung des Turbinenrotors durch Beaufschlagung mit einem mit einem ersten Druck zugeführten Antriebsfluid auf eine erste Winkelgeschwindigkeit und Messen der durch Unwucht induzierten Schwingungen des Gehäuseabschnitts, während der Turbinenrotor mit der ersten Winkelgeschwindigkeit dreht, Beschleunigung des Turbinenrotors durch Beaufschlagung mit mit einem zweiten, höheren Druck zugeführten Antriebsfluid auf eine zweite, höhere Winkelgeschwindigkeit und Kuppeln von Gehäuseabschnitt und Trägervorrichtung durch ein Schwingungen dämpfendes Dämpfungselement und Messen der durch Unwucht induzierten gedämpften Schwingungen des Gehäuseabschnitts, während der
Turbinenrotor mit der zweiten, höheren Winkelgeschwindigkeit dreht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement pneumatisch in Abhängigkeit von dem Druck des zuge- führten Anthebsfluids mit dem Gehäuseabschnitt gekuppelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement dazu verwendet wird, um im gekuppelten Zustand einen zwischen der Trägervorrichtung und dem Gehäuseabschnitt vorhandenen Freiraum, durch welchen Antriebsfluid entweicht, abzudichten.
4. Vorrichtung zum dynamischen Messen der Unwucht eines in einem Gehäuseabschnitt drehbar gelagerten Turbinenrotors umfassend eine Trägervorrichtung, die wenigstens ein Federelement aufweist, an dem der Gehäuseabschnitt derart befestigbar ist, dass er mindestens zwei Freiheitsgrade zum Schwingen relativ zur Trägervorrichtung hat, ein an der Trägervorrichtung befestigtes Turbinengehäuse mit einem Kanal, der zur Zuführung eines Antriebsfluids und zur Beaufschlagung des Turbinenrotors mit dem Antriebsfluid ausgebildet ist, wobei zwischen dem Turbinengehäuse und dem Gehäuseabschnitt ein Frei- räum vorgesehen ist, ein an der Trägervorrichtung angeordnetes, Schwingungen dämpfendes Dämpfungselement, durch das der Gehäuseabschnitt und die Trägervorrichtung miteinander kuppelbar sind, und wenigstens einen an der Trägervorrichtung angeordneten Messauf- nehmer zum Erfassen der Schwingungen des Gehäuseabschnitts.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement pneumatisch in Abhängigkeit von dem Druck des zugeführten Antriebsfluids mit dem Gehäuseabschnitt kuppelbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen mit dem federnd nachgiebigen Ende des wenigstens einen Federelements fest verbundenen, ringförmigen Körper, der zwischen dem Turbinengehäuse und dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist und mit einer dem Turbinengehäuse zugekehrten Ringfläche an den Freiraum angrenzt, wobei in einer der Ringfläche gegenüber liegenden Wand des Turbinengehäuses eine Ringnut ausgebildet ist, in der ein ringförmiges Dämpfungselement angeordnet ist, das durch einen Druck des zugeführten Antriebsfluids an die Ringfläche andrückbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement ein Dichtring ist, durch den der Freiraum im Zusammenwirken mit der Ringfläche abdichtbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in Strömungsrichtung hintere Wand der Ringnut kegelstumpfförmig ist und ihr Durchmesser in Strömungsrichtung und in Richtung des Freiraums zunimmt und dass der Dichtring elastisch dehnbar ist und in der Ruhelage in der Ringnut derart abgestützt ist, dass er sich in einem Abstand von der Ringfläche befindet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in Strömungsrichtung vordere Wand der Ringnut einen kegelstumpfförmigen Abschnitt hat.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der vorderen Wand der Ringnut Schlitze vorgesehen sind,
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper die Form einer ebenen Scheibe hat, an deren radial äußerem Rand eine Spannvorrichtung zum Festspannen des Gehäuseabschnitts angebracht ist und die auf der der Spannvorrichtung abgekehrten Seite an den Enden zweier sich axial erstreckender Feder- elemente befestigt ist.
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