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DE102014217363B4 - METHOD AND DEVICE ON ROTOR SYSTEMS - Google Patents

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DE102014217363B4
DE102014217363B4 DE102014217363.9A DE102014217363A DE102014217363B4 DE 102014217363 B4 DE102014217363 B4 DE 102014217363B4 DE 102014217363 A DE102014217363 A DE 102014217363A DE 102014217363 B4 DE102014217363 B4 DE 102014217363B4
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axis
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actuators
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Pawel Kostka
Werner Hufenbach
Angelos Filippatos
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Technische Universitaet Dresden
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Technische Universitaet Dresden
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/005—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion using electro- or magnetostrictive actuation means

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Abstract

Verfahren an Rotorsystemen, bei dem an einer Antriebswelle (2) und an einer über eine Kupplungsvorrichtung (4) mit der Antriebswelle (2) verbundenen Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1), die zusammen das Rotorsystem bilden und bei dem die Antriebswelle (2), die Rotorwelle (3) und der Rotor (1) eine gemeinsame Drehachse (5) aufweisen, mittels Sensoren (10) Abweichungen der Hauptträgheitsachse der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) von der Drehachse (5) des Rotorsystems ermittelt, diese an eine Steuerung oder Regelung (8) übertragen werden, und von der Steuerung oder Regelung (8) Signale an mindestens drei Aktoren (9a,b,c) übermittelt werden, die von einem Generator mit einer aktorgerechten Spannung versorgt werden und die als Bestandteile der Kupplungsvorrichtung (4) durch Längenänderungen eine Verschiebung der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) realisieren und damit eine Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) und Drehachse (5) des Rotorsystems minimieren oder eine gewünschte Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) der Rotorachse mit der Drehachse (5) des Rotorsystems herstellen und eine aktive Dämpfung von Schwingungen an Rotorsystemen im Betriebszustand und separate Schwingungsanregung der Rotorsysteme realisieren.Process on rotor systems, in which the rotor (1) is connected to a drive shaft (2) and to a rotor shaft (3) connected to the drive shaft (2) via a coupling device (4), which together form the rotor system and in which the drive shaft ( 2), the rotor shaft (3) and the rotor (1) have a common axis of rotation (5), deviations of the main axis of inertia of the rotor shaft (3) with the rotor (1) from the axis of rotation (5) of the rotor system are determined by means of sensors (10). , These are transmitted to a control or regulation (8), and the control or regulation (8) transmits signals to at least three actuators (9a, b, c), which are supplied by a generator with an actuator-fair voltage and as Components of the coupling device (4) realize a displacement of the rotor shaft (3) with the rotor (1) through length changes and thus minimize a deviation between the main axis of inertia of the rotor shaft (3) with the rotor (1) and the axis of rotation (5) of the rotor system or similar which produce a desired deviation between the main axis of inertia of the rotor shaft (3) with the rotor (1) of the rotor axis with the axis of rotation (5) of the rotor system and implement active damping of vibrations on rotor systems in the operating state and separate vibration excitation of the rotor systems.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Maschinenbaus und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung an Rotorsystemen, wie sie beispielsweise an Zentrifugen in der Lebensmittelindustrie oder der pharmazeutischen Industrie, an Flugzeugtriebwerken, im Automobilbau oder in der Haushaltsgeräten oder an Turbinenwellen in Turbinen oder an Rotorprüfständen zum Einsatz kommen können.The invention relates to the field of mechanical engineering and relates to a method and a device on rotor systems, such as those used on centrifuges in the food industry or the pharmaceutical industry, on aircraft engines, in automobile construction or in household appliances or on turbine shafts in turbines or on rotor test benches for can be used.

Verfahren und Vorrichtungen zum Auswuchten und Dämpfen von Unwuchten an Maschinen, die Rotorsysteme beinhalten, sind bekannt.Methods and devices for balancing and damping imbalances on machines that include rotor systems are known.

Nach der DE 11 2008 003 410 T5 ist ein Verfahren und ein System zum Auswuchten von Turbinenrotoranordnungen bekannt, bei dem mehrere Vibrationssensoren so positioniert sind, dass die Vibration des umlaufenden Teils erfasst wird. Eine Steuereinrichtung ist kommunikativ mit den Vibrationssensoren gekoppelt und nimmt Daten von den Vibrationssensoren auf, wobei eine Unwucht in dem umlaufenden Teil auf der Grundlage der empfangenen Daten bestimmt wird und eine Auswuchtvorrichtung vorhanden ist, die an den umlaufenden Teil angekuppelt ist, wobei die Auswuchtvorrichtung dazu ausgelegt ist, mit der Steuereinrichtung drahtlos zu kommunizieren und die Auswuchtvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Gewichtsverteilung des umlaufenden Teils in Abhängigkeit von einem von der Steuereinrichtung übermittelten Befehl abzuändern.After DE 11 2008 003 410 T5 discloses a method and system for balancing turbine rotor assemblies in which a plurality of vibration sensors are positioned to sense vibration of the rotating part. A controller is communicatively coupled to the vibration sensors and receives data from the vibration sensors, determining an imbalance in the rotating part based on the received data and having a balancer coupled to the rotating part, the balancing device being configured to do so is to communicate wirelessly with the control device and the balancing device is configured to change a weight distribution of the rotating part depending on a command transmitted from the control device.

Ebenfalls bekannt ist nach der DE 10 2011 079 740 A1 das Auswuchten von Rotoren, bei dem in charakteristisch kontinuierlicher Weise an einem um seine Längsachse rotierenden länglichen Rotor, zum Beispiel eine Achse, Walze, Trommel oder dergleichen während der Rotordrehung die im Rotor auftretende dynamische Unwucht gemessen und auf der Basis dieser Messung die örtliche Temperatur der Struktur des Rotors an einem oder mehreren Punkten entlang der Zentralachse des Rotors zur Erzeugung einer asymmetrischen Temperaturverteilung geregelt wird, wobei als Folge dieser asymmetrischen Temperaturverteilung der Rotor aufgrund der Wärmeausdehnung im Material unter Kompensation der im Rotor ermittelten dynamischen Unwucht in Längsrichtung gebogen wird.Also known after the DE 10 2011 079 740 A1 the balancing of rotors, in which the dynamic imbalance occurring in the rotor is measured in a characteristically continuous manner on an elongate rotor rotating about its longitudinal axis, for example an axle, roller, drum or the like during the rotor rotation and, on the basis of this measurement, the local temperature of the structure of the rotor is controlled at one or more points along the central axis of the rotor to produce an asymmetric temperature distribution, as a result of which asymmetric temperature distribution the rotor is bent longitudinally due to thermal expansion in the material, compensating for the dynamic imbalance detected in the rotor.

Auch ist aus der DE 10 2011 054 446 A1 ein Waschgut-Behandlungssystem mit Auswuchtsystem bekannt, welches aus einer Trommel, die eine Behandlungskammer umschließt, einem Mitnehmer und einem Auswuchtsystem mit mindestens einem Auswuchtring und einem Reservoir im Mitnehmer und einem Flüssigkeits-Zufuhrsystem, welches mit dem Reservoir fluidisch gekoppelt ist, besteht. Flüssigkeit kann dem Ring und über diesen dem Reservoir zugeführt werden, um eine Unwucht des Waschgutes in der Trommel auszugleichen.Also is from the DE 10 2011 054 446 A1 a laundry treatment system with a balancing system is known which consists of a drum enclosing a treatment chamber, a driver and a balancing system with at least one balancing ring and a reservoir in the driver and a liquid supply system which is fluidically coupled to the reservoir. Liquid can be supplied to the ring and via this to the reservoir in order to compensate for an imbalance of the laundry in the drum.

Gemäß der DE 10 2005 062 470 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dämpfen der Unwucht eines rotierenden Teils und eine Geschirrspülmaschine mit einer derartigen Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung besteht aus einem Mittel zum Bestimmen zumindest eines Parameters der Unwucht während einer Rotationsbewegung des Teils und mit einem Mittel zum Beeinflussen der Rotationsachse des rotierenden Teils, so dass die Rotationsachse mit der Trägheitsachse des Teils zusammenfällt, wobei dem Mittel zum Beeinflussen der zumindest ein Parameter als Eingangsgröße zuführbar ist, um eine dynamische Veränderung der Rotationsachse zur Trägheitsachse des rotierenden Teils herbeizuführen. Bei dem Verfahren werden Parameter der Unwucht während einer Rotationsbewegung des Teils bestimmt, aus den Parametern Ansteuerwerte für das Mittel zur Beeinflussung der Rotationsachse des rotierenden Teils ermittelt und dem Mittel zugeführt, um eine dynamische Veränderung der Rotationsachse des rotierenden Teils herbeizuführen, so dass die Rotationsachse mit der Trägheitsachse des rotierenden Teils zusammenfällt. Das Mittel zum Beeinflussen der Rotationsachse besteht aus einer Mehrzahl von Aktoren, die an einem relativ zu dem sich drehenden Teil feststehenden Bauteil angreifen und ihrerseits an einem weiteren ortsfesten Bauteil befestigt sind.According to the DE 10 2005 062 470 A1 a device and a method for damping the imbalance of a rotating part and a dishwasher with such a device are known. The device consists of a means for determining at least one parameter of the imbalance during a rotational movement of the part and with a means for influencing the axis of rotation of the rotating part, so that the axis of rotation coincides with the axis of inertia of the part, the means for influencing the at least one parameter can be supplied as an input variable in order to bring about a dynamic change of the axis of rotation to the axis of inertia of the rotating part. In the method, parameters of the imbalance are determined during a rotational movement of the part, control values for the means for influencing the axis of rotation of the rotating part are determined from the parameters and fed to the means in order to bring about a dynamic change in the axis of rotation of the rotating part, so that the axis of rotation with coincides with the axis of inertia of the rotating part. The means for influencing the axis of rotation consists of a plurality of actuators which act on a component which is stationary relative to the rotating part and which in turn are attached to a further stationary component.

Weiterhin ist nach Smalley, A. J. et al: J. Eng. Gas Turbines Power, 111, 659-665, 1989 ein Verfahren zum Auswuchten von Rotoren bekannt, bei dem an einem Rotor die Parameter, die Einfluss auf den Unwuchtzustand haben, ermittelt werden und mittels eines thermischen Spritzverfahren auf der Rotoroberfläche eine metallische Schicht lokal aufgetragen wird, die als eine Ausgleichsmasse dient. Die experimentellen Ergebnisse demonstrieren die Möglichkeit, mit dem Verfahren Vibrationen bei Gasturbinen zu reduzieren.Furthermore, according to Smalley, A.J. et al: J. Eng. Gas Turbines Power, 111, 659-665, 1989 discloses a method for balancing rotors, in which the parameters that influence the imbalance state are determined on a rotor and a metallic layer is applied locally to the rotor surface using a thermal spraying process , which serves as a balancing mass. The experimental results demonstrate the possibility of using the method to reduce vibrations in gas turbines.

Ebenfalls ist ein Verfahren zum Auswuchten von rotierenden Systemen während des Betriebes bekannt (J. Van de Vegte and R.T. Lake, J. of Sound and Vibration, 57, 225-235, 1978). Dazu wurde ein kontinuierlich arbeitendes System zum Auswuchten von rotierenden Systemen entwickelt und getestet. Insbesondere wurde das Vibrationsverhalten der rotierenden Systeme untersucht. Dazu wurden zwei Rotoren auf einer Welle angebracht, die an beiden Enden gelagert ist. Die Welle wird über einen Motor angetrieben und ist mit der Motorwelle über zwei flexible Kupplungen verbunden. Jede der beiden Rotoren ist eine „Auswuchtvorrichtung“, die jeweils zwei Korrekturgewichte enthält, die an konzentrisch angebrachten internen und externen Halterungen auf einer Seite der Rotorscheibe befestigt sind. Die Bewegung der Gewichte wird durch zwei kleine Wechselstrommotoren gesteuert, die auf der anderen Seite der Rotorscheibe befestigt sind.A method for balancing rotating systems during operation is also known (J. Van de Vegte and RT Lake, J. of Sound and Vibration, 57, 225-235, 1978). For this purpose, a continuously working system for balancing rotating systems was developed and tested. In particular, the vibration behavior of the rotating systems was examined. To do this, two rotors were attached to a shaft that is supported at both ends. The shaft is driven by a motor and is connected to the motor shaft by two flexible couplings. Each of the two rotors is a "balancer" that each contains two correction weights, attached to concentrically mounted internal and external Brackets are attached to one side of the rotor disk. The movement of the weights is controlled by two small AC motors mounted on the other side of the rotor disk.

Bekannt ist aus der US 5,490,436 A eine flüssigkeitsgefüllte Vorrichtung zum aktiven dynamischen Auswuchten von rotierenden Maschinen, bei dem die dreidimensionale Verteilung einer trägen Flüssigkeit in einem Körper, welcher mit dem rotierenden Teil der Maschine mitrotiert, verändert wird.It is known from US 5,490,436A a liquid-filled device for active dynamic balancing of rotating machines, in which the three-dimensional distribution of an inert liquid in a body, which rotates with the rotating part of the machine, is changed.

Und auch bekannt ist nach der US 7,717,013 B2 ein System und ein Verfahren zum gleichzeitigen Auswuchten von rotierenden Systemen und zum Tilgen von Torsionsvibrationen. Dazu wird ein aktives Auswuchtsystem eingesetzt, welches einen Auswuchtkörper aufweist, welcher mit dem rotierenden System über eine an die zu dämpfende Torsionsschwingung abgestimmte Feder verbunden ist und mindestens eine Ausgleichsmasse aufweist, die eine regelbare Position relativ zu dem Auswuchtkörper aufweist, die das kontinuierliche Auswuchten realisiert.And is also known after the U.S. 7,717,013 B2 a system and method for simultaneously balancing rotating systems and canceling torsional vibrations. For this purpose, an active balancing system is used, which has a balancing body, which is connected to the rotating system via a spring matched to the torsional vibration to be damped and has at least one balancing mass, which has a controllable position relative to the balancing body, which implements the continuous balancing.

Weiterhin sind aus der WO 0175412 A1 eine Auswuchtvorrichtung und ein Auswuchtverfahren bekannt. Die Vorrichtung besteht aus Aktuatoren, die um die Drehachse eines rotierenden Gegenstandes angebracht sind und zum Einstellen einer Auswuchtkrümmung in Abhängigkeit von der gemessenen Unwucht zu axialen Stellbewegungen ansteuerbar sind. Dazu wird mit dem Auswuchtverfahren die Unwucht des rotierenden Gegenstandes gemessen und der rotierende Gegenstand mit wenigstens einem in Abhängigkeit von der gemessenen Unwucht ansteuerbaren Aktuator gekrümmt.Furthermore, from the WO 0175412 A1 a balancing device and a balancing method are known. The device consists of actuators, which are mounted around the axis of rotation of a rotating object and can be controlled to adjust a balancing curvature as a function of the measured unbalance to axial adjustment movements. For this purpose, the imbalance of the rotating object is measured with the balancing method and the rotating object is curved with at least one actuator that can be controlled as a function of the measured imbalance.

Aus der DE 102 46 218 A1 ist ein rotierendes Bauelement mit einer Anordnung zur Reduzierung von Schwingungen bekannt. Das rotierende Element ist als Flächenelement ausgebildet, ist im Bereich der Oberfläche des Bauelementes angeordnet und mit dem Bauelement verbunden.From the DE 102 46 218 A1 a rotating component with an arrangement for reducing vibrations is known. The rotating element is designed as a surface element, is arranged in the area of the surface of the component and is connected to the component.

Die bekannten Lösungen basieren auf (expliziter) Veränderung der Massenverteilung des Rotorsystems woraus sich ergibt, dass

  • -- nur unwuchtbedingte und prozessangeregte Schwingungen, aber keine fremdangeregten Schwingungen beliebiger Frequenz reduziert werden können; Zusätzlich für die Lösung von Smalley, A. J. et al gilt, dass jeder Auswuchtvorgang durch Hinzufügen einer Ausgleichsmasse erfolgt. Die zulässige kumulierte Ausgleichsmasse bei jedem Rotor begrenzt ist, wodurch dieses Verfahren nicht kontinuierlich während des Betriebs angewendet werden kann, und
  • -- keine der bekannten Lösungen eine definierte Schwingungsanregung ermöglicht.
The known solutions are based on (explicit) changes in the mass distribution of the rotor system, which means that
  • -- only unbalance-related and process-excited vibrations, but no externally excited vibrations of any frequency can be reduced; Additionally, for the Smalley, AJ et al solution, each balancing operation is accomplished by adding a balancing mass. The allowable cumulative balancing mass on each rotor is limited, which means that this method cannot be applied continuously during operation, and
  • -- None of the known solutions allow a defined vibration excitation.

Nachteilig beim bekannten Stand der Technik ist also, dass keine Verfahren und Vorrichtungen bekannt sind, die gleichzeitig eine aktive Kompensation von Unwuchten, eine aktive Dämpfung von Schwingungen an Rotorsystemen im Betriebszustand und eine gleichzeitige oder auch separate Schwingungsanregung der Rotorsysteme realisieren können.The disadvantage of the known prior art is that no methods and devices are known that can simultaneously implement active compensation for imbalances, active damping of vibrations in rotor systems in the operating state and simultaneous or separate vibration excitation of the rotor systems.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung an Rotorsystemen, mit deren Hilfe im Betriebszustand von Rotorsystemen eine aktive Kompensation von Unwuchten und eine aktive Dämpfung von Schwingungen an den Rotorsystemen erreicht und weiterhin eine Schwingungsanregung realisiert wird.The object of the present invention is to specify a method and a device on rotor systems, with the help of which active compensation of imbalances and active damping of vibrations on the rotor systems is achieved in the operating state of rotor systems and vibration excitation is also implemented.

Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 4 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in claims 1 and 4. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an Rotorsystemen werden an einer Antriebswelle und an einer über eine Kupplungsvorrichtung mit der Antriebswelle verbundenen Rotorwelle mit dem Rotor, die zusammen das Rotorsystem bilden und bei dem die Antriebswelle, die Rotorwelle und der Rotor eine gemeinsame Drehachse aufweisen, mittels Sensoren Abweichungen der Hauptträgheitsachse der Rotorwelle mit dem Rotor von der Drehachse des Rotorsystems ermittelt, diese an eine Steuerung oder Regelung übertragen, und von der Steuerung oder Regelung Signale an mindestens drei Aktoren übermittelt, die von einem Generator mit einer aktorgerechten Spannung versorgt werden und die als Bestandteile der Kupplung durch Längenänderungen eine Verschiebung der Rotorwelle mit dem Rotor realisieren und damit eine Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse der Rotorwelle mit dem Rotor und Drehachse des Rotorsystems minimieren oder eine gewünschte Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse der Rotorwelle mit dem Rotor der Rotorachse mit der Drehachse des Rotorsystems herstellen und eine aktive Dämpfung von Schwingungen an Rotorsystemen im Betriebszustand und/oder gleichzeitige oder separate Schwingungsanregung der Rotorsysteme realisieren.In the method according to the invention on rotor systems, deviations of the The main axis of inertia of the rotor shaft with the rotor is determined from the axis of rotation of the rotor system, this is transmitted to a controller or regulator, and the controller or regulator transmits signals to at least three actuators, which are supplied by a generator with an actuator-specific voltage and which are components of the clutch realize a displacement of the rotor shaft with the rotor through changes in length and thus minimize a deviation between the main axis of inertia of the rotor shaft with the rotor and the axis of rotation of the rotor system or a desired deviation between the main axis of inertia of the rotor shaft and the rotor of the Rot orachse produce with the axis of rotation of the rotor system and realize an active damping of vibrations in rotor systems in the operating state and / or simultaneous or separate vibration excitation of the rotor systems.

Vorteilhafterweise werden als Aktoren Piezoelemente und/oder Elektromagnetelemente eingesetzt.Piezo elements and/or electromagnet elements are advantageously used as actuators.

Ebenfalls vorteilhafterweise werden als Signale zur Steuerung oder Regelung der Aktoren die von den Sensoren aufgenommenen Signale zur Ermittlung von Abweichungen der Hauptträgheitsachse von der Drehachse des Rotorsystems weiterverarbeitet und eingesetzt.Likewise advantageously, the signals recorded by the sensors are used as signals for controlling or regulating the actuators Determination of deviations of the main axis of inertia from the axis of rotation of the rotor system processed and used.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung an Rotorsystemen besteht aus einer Antriebswelle und einer nicht mit der Antriebswelle in Kontakt befindlichen Rotorwelle, die über eine Kupplungsvorrichtung miteinander verbunden sind, wobei die Antriebswelle und die Rotorwelle eine gemeinsame Drehachse aufweisen, und wobei die Kupplungsvorrichtung form- und/oder kraftschlüssig mit der Antriebswelle und der Rotorwelle verbunden ist, und wobei die Kupplungsvorrichtung mindestens drei Aktoren aufweist, die in Richtung der Drehachse und/oder um einen Winkel von 0° bis zu 90° zur Drehachse geneigt angeordnet sind, und die Aktoren mit einer Aktorsteuereinheit verbunden sind, und die Antriebswelle weiterhin einen Generator aufweist, dessen Rotor ein Abschnitt der Antriebswelle ist und dessen Stator durch eine Halterung oder ein Pendel positioniert ist, und an der Antriebswelle weiterhin eine mitrotierende Regeleinrichtung vorhanden ist.The device according to the invention on rotor systems consists of a drive shaft and a rotor shaft that is not in contact with the drive shaft, which are connected to one another via a coupling device, the drive shaft and the rotor shaft having a common axis of rotation, and the coupling device being positively and/or non-positively connected to the drive shaft and the rotor shaft is connected, and wherein the coupling device has at least three actuators, which are arranged inclined in the direction of the axis of rotation and/or at an angle of 0° to 90° to the axis of rotation, and the actuators are connected to an actuator control unit, and the drive shaft further comprises a generator, the rotor of which is a portion of the drive shaft and the stator of which is positioned by a bracket or pendulum, and co-rotating control means are further provided on the drive shaft.

Vorteilhafterweise besteht die Kupplungsvorrichtung aus mindestens zwei kreisringförmigen Teilen, von denen jeweils ein Teil mit der Antriebswelle und ein Teil mit der Rotorwelle form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und die Kupplungsvorrichtung weiterhin über ihren Querschnitt gleichmäßig verteilt Aktoren aufweist, die in einem Winkel von 0° bis zu 90° zur Drehachse, vorteilhafterweise im Wesentlichen parallel zur Drehachse, in der Kupplung angeordnet sind.Advantageously, the coupling device consists of at least two annular parts, of which one part is connected to the drive shaft and one part to the rotor shaft in a positive and/or non-positive manner, and the coupling device also has actuators distributed uniformly over its cross section, which are at an angle from 0° to 90° to the axis of rotation, advantageously essentially parallel to the axis of rotation, are arranged in the coupling.

Auch vorteilhafterweise sind drei Aktoren über den Querschnitt der Kupplungsvorrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet.Also advantageously, three actuators are distributed uniformly over the cross section of the coupling device.

Ebenfalls vorteilhafterweise sind als Aktoren Piezoelemente oder Elektromagnetelemente vorhanden.Piezo elements or electromagnet elements are also advantageously present as actuators.

Weiterhin vorteilhafterweise sind der Generator und die Regeleinrichtung in einem Bauteil an der Antriebswelle positioniert.Also advantageously, the generator and the control device are positioned in one component on the drive shaft.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung an Rotorsystemen werden erstmals sowohl eine aktive Kompensation von Unwuchten als auch eine aktive Dämpfung von Schwingungen und eine Schwingungsanregung jeweils im Betriebszustand möglich.With the method according to the invention and the device according to the invention on rotor systems, both active compensation of imbalances and active damping of vibrations and vibration excitation are possible for the first time in the operating state.

Erreicht wird dies durch ein Verfahren an Rotorsystemen, bei dem an einer Antriebswelle und an einer über eine Kupplungsvorrichtung mit der Antriebswelle verbundenen Rotorwelle mit dem Rotor, die zusammen das erfindungsgemäße Rotorsystem bilden, und bei dem die Antriebswelle und die Rotorwelle mit dem Rotor eine gemeinsame Drehachse aufweisen, mittels Sensoren Abweichungen der Hauptträgheitsachse von der Drehachse des Rotorsystems ermittelt und diese an eine Steuerung oder Regelung übertragen werden, die die Aktorsteuersignale ermittelt. Dies ist ein Verfahrensbestandteil, der auch aus dem Stand der Technik bekannt ist.This is achieved by a method on rotor systems, in which on a drive shaft and on a rotor shaft connected to the drive shaft via a coupling device with the rotor, which together form the rotor system according to the invention, and in which the drive shaft and the rotor shaft with the rotor share a common axis of rotation have, by means of sensors, deviations of the main axis of inertia from the axis of rotation of the rotor system are determined and these are transmitted to a controller or regulator, which determines the actuator control signals. This is a process component that is also known from the prior art.

Erfindungsgemäß werden die aus dem vorherigen Verfahrensschritt ermittelten Signale an mindestens drei Aktoren übermittelt, die von einem Generator mit einer aktorgerechten Spannung versorgt werden und die als Bestandteile der Kupplung durch Längenänderungen eine Verschiebung des Rotorsystems minimieren können, so dass bestehende Abweichungen zwischen Hauptträgheitsachse und Drehachse korrigiert werden.
Weiterhin wird aber auch erfindungsgemäß durch die Längenänderung der Aktoren eine Verschiebung des Rotorsystems erreicht, mit der eine gewünschte Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse und Drehachse des Rotorsystems eingestellt wird, was zu einer aktiven Dämpfung von Schwingungen am Rotorsystem im Betriebszustand führt.
Und ebenfalls wird erfindungsgemäß durch die Längenänderung der Aktoren eine Verschiebung des Rotorsystems erreicht, mit der eine gewünschte Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse und Drehachse des Rotorsystems eingestellt wird, was zu einer Schwingungsanregung des Rotorsystems im Betriebszustand führt. Diese Schwingungsanregung kann gleichzeitig mit der Minimierung von Abweichungen, der Einstellung von gewünschten Abweichungen zwischen Hauptträgheitsachse und Drehachse des Rotorsystems und der Schwingungsdämpfung realisiert werden.According to the invention, the signals determined from the previous method step are transmitted to at least three actuators, which are supplied by a generator with an actuator-specific voltage and which, as components of the clutch, can minimize displacement of the rotor system due to changes in length, so that existing deviations between the main axis of inertia and the axis of rotation are corrected .
Furthermore, according to the invention, the change in length of the actuators results in a displacement of the rotor system, with which a desired deviation between the main axis of inertia and the axis of rotation of the rotor system is set, which leads to active damping of vibrations in the rotor system in the operating state.
Also according to the invention, the change in length of the actuators results in a displacement of the rotor system, with which a desired deviation between the main axis of inertia and the axis of rotation of the rotor system is set, which leads to vibrational excitation of the rotor system in the operating state. This excitation of vibrations can be realized at the same time as minimizing deviations, setting desired deviations between the main axis of inertia and the axis of rotation of the rotor system and vibration damping.

Weiterhin können auch andere Signale verwendet werden, die nicht im vorherigen Verfahrensschritt ermittelt worden sind, die an die mindestens drei Aktoren übermittelt werden. Dadurch realisieren die Aktoren auch durch Längenänderungen eine Verschiebung des Rotorsystems und minimieren ebenfalls eine Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse und Drehachse des Rotorsystems, stellen eine gewünschte Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse und Drehachse des Rotorsystems her und realisieren eine Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungsanregung.Furthermore, other signals can also be used that have not been determined in the previous method step, which are transmitted to the at least three actuators. As a result, the actuators also shift the rotor system through changes in length and also minimize a deviation between the main axis of inertia and the axis of rotation of the rotor system, produce a desired deviation between the main axis of inertia and the axis of rotation of the rotor system and implement vibration damping and/or vibration stimulation.

Erfindungsgemäß werden die Aktoren, die Bestandteile der Kupplung sind, von einem Generator mit einer aktorgerechten Spannung versorgt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass erfindungsgemäß der Generator und die Regeleinrichtung in einem Bauteil an der Antriebswelle positioniert sind.According to the invention, the actuators, which are components of the clutch, are supplied with a voltage that is appropriate for the actuator by a generator.
It is particularly advantageous that, according to the invention, the generator and the control device are positioned in one component on the drive shaft.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, während des Betriebszustandes eines Rotors Unwuchten zu reduzieren oder zu beseitigen, ebenso Schwingungen aktiv zu dämpfen, und eine aktive Schwingungsanregung durchzuführen.With the method according to the invention it is possible during the operating state of a To reduce or eliminate rotor imbalances, to actively dampen vibrations and to actively excite vibrations.

Unwuchten können während des Betriebszustandes beispielsweise durch unregelmäßige Wärmeausdehnung oder durch Ablagerungen oder Materialverschleiß entstehen. Diese Unwuchten können erfindungsgemäß kompensiert werden.Imbalances can occur during operation, for example due to irregular thermal expansion or due to deposits or material wear. This imbalance can be compensated according to the invention.

Die erfindungsgemäß aktive Dämpfung kann insbesondere unter kritischen Anregungsbedingungen, also bei Übereinstimmung der Anregungsfrequenz mit der Eigenfrequenz des rotierenden Systems schädigungsrelevante Schwingungszustände verhindern.The active damping according to the invention can prevent damage-relevant vibration states, in particular under critical excitation conditions, ie when the excitation frequency matches the natural frequency of the rotating system.

Die erfindungsgemäße Schwingungsanregung kann für die präzise Bestimmung des strukturdynamischen Verhaltens von Rotoren ausgenutzt werden. Eine Analyse der Eigenfrequenzen und -formen sowie modaler Dämpfungen ist für die Entwicklung von Hochleistungsrotoren notwendig, kann aber auch bei der Zustandsüberwachung von Rotoren eingesetzt werden. Da diese Eigenschaften stark drehzahlabhängig sind, ist die Möglichkeit der präzisen Anregung mehrerer Freiheitsgrade im rotierenden System von besonderem Interesse.The vibration excitation according to the invention can be used for the precise determination of the structural dynamic behavior of rotors. An analysis of the natural frequencies and forms as well as modal damping is necessary for the development of high-performance rotors, but can also be used for rotor condition monitoring. Since these properties are strongly dependent on the speed, the possibility of precisely exciting several degrees of freedom in the rotating system is of particular interest.

Als Aktoren werden beispielhaft Piezoelemente oder Elektromagnetelemente eingesetzt. Vorteilhaft ist eine längliche Ausführung der Elemente.Piezo elements or electromagnet elements are used as actuators, for example. An elongated design of the elements is advantageous.

Als Signale zur Steuerung oder Regelung der Aktoren werden die von Schwingungssensoren aufgenommenen Signale zur Ermittlung von Abweichungen Hauptträgheitsachse von der Drehachse des rotierenden Systems weiterverarbeitet und eingesetzt.
Die Signale können dabei mit ortsfesten oder auch mitdrehenden Sensoren ermittelt werden. Sollen erfindungsgemäß Unwuchten kompensiert werden, so ist es vorteilhafter ortsfeste Sensoren zur Signalermittlung einzusetzen. Sollen eher Schwingungen aktiv gedämpft und/oder angeregt werden, so ist es vorteilhaft mitdrehende Sensoren einzusetzen.As signals for controlling or regulating the actuators, the signals recorded by vibration sensors are processed and used to determine deviations of the main axis of inertia from the axis of rotation of the rotating system.
The signals can be determined with stationary or rotating sensors. If imbalances are to be compensated according to the invention, it is more advantageous to use stationary sensors for signal determination. If vibrations are to be actively dampened and/or excited, it is advantageous to use rotating sensors.

Vorteilhafterweise werden dieselben Signale zur Steuerung oder Regelung der Aktoren zur aktiven Dämpfung und/oder zur Schwingungsanregung weiterverarbeitet und eingesetzt.Advantageously, the same signals are further processed and used to control or regulate the actuators for active damping and/or for vibration excitation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung an rotierenden Systemen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer rotierenden Antriebswelle und einer nicht mit der Antriebswelle in Kontakt befindlichen Rotorwelle mit dem Rotor, die über eine Kupplungsvorrichtung miteinander verbunden sind. Diese vier Komponenten bilden das Rotorsystem. Weiterhin weisen die Antriebswelle, die Rotorwelle und der Rotor eine gemeinsame Drehachse auf. Die Kupplungsvorrichtung ist form- und/oder kraftschlüssig mit der Antriebswelle und der Rotorwelle verbunden und weist mindestens drei Aktoren auf, die in Richtung der Drehachse und/oder um einen Winkel von 0° bis zu 90° zur Drehachse geneigt angeordnet sind. Diese Aktoren sind mit einer Aktorsteuereinheit verbunden. Weiterhin weist die Antriebswelle erfindungsgemäß einen Generator auf, dessen Rotor ein Abschnitt der Antriebswelle ist und dessen Stator durch eine Halterung oder ein Pendel positioniert ist.
Die Halterung oder das Pendel dienen zur Verhinderung des Mitdrehens des Stators des Generators, wobei ein Pendel nur dann zur Anwendung kommen kann, wenn die Antriebswelle eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung aufweist.The device according to the invention on rotating systems for applying the method according to the invention consists of a rotating drive shaft and a rotor shaft with the rotor which is not in contact with the drive shaft and which are connected to one another via a coupling device. These four components form the rotor system. Furthermore, the drive shaft, the rotor shaft and the rotor have a common axis of rotation. The coupling device is positively and/or non-positively connected to the drive shaft and the rotor shaft and has at least three actuators which are arranged inclined in the direction of the axis of rotation and/or at an angle of 0° to 90° to the axis of rotation. These actuators are connected to an actuator control unit. Furthermore, according to the invention, the drive shaft has a generator, the rotor of which is a section of the drive shaft and the stator of which is positioned by a bracket or a pendulum.
The bracket or the pendulum serves to prevent the stator of the generator from rotating, whereby a pendulum can only be used if the drive shaft has a substantially horizontal orientation.

Und weiterhin erfindungsgemäß ist an der Antriebswelle eine mitrotierende Regeleinrichtung vorhanden.
Durch diese Regeleinrichtung wird ein aktives Auswuchten realisiert, wobei dies quasistatisch erfolgen kann, was besonders vorteilhaft ist, da sich der Unwuchtszustand bei typischen Rotoren nur langsam während des Betriebs ändert. Daher sind erfindungsgemäß für die Regelung nur geringe lade- und Entladeströme notwendig und die Regeleinrichtung als elektronische Einheit kann sehr kompakt ausgeführt werden.
Ebenso wird durch die Regeleinrichtung die aktive Schwingungsdämpfung und/oder - anregung realisiert.And furthermore according to the invention, a co-rotating control device is present on the drive shaft.
Active balancing is realized by this control device, and this can be done quasi-statically, which is particularly advantageous since the state of imbalance in typical rotors changes only slowly during operation. Therefore, according to the invention, only low charging and discharging currents are necessary for the regulation and the regulation device as an electronic unit can be made very compact.
The active vibration damping and/or excitation is also implemented by the control device.

Die Antriebswelle ist in vielen Fällen die Welle eines Motors oder Generators und die Rotorwelle beispielsweise die Welle einer Turbine, einer Zentrifuge, eines Lüfters, eines Windsichters, eines Schwungrades oder eines Triebwerks.In many cases, the drive shaft is the shaft of a motor or generator and the rotor shaft is, for example, the shaft of a turbine, a centrifuge, a fan, an air separator, a flywheel or an engine.

Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung besteht vorteilhafterweise aus mindestens zwei kreisringförmigen Teilen, von denen jeweils ein Teil mit der Antriebswelle und ein Teil mit der Rotorwelle form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Weiterhin weist die Kupplungsvorrichtung über ihren Querschnitt gleichmäßig verteilte Aktoren auf, die in einem Winkel von 0° bis zu 90° zur Drehachse, vorteilhafterweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Drehachse in der Kupplung angeordnet sind.The coupling device according to the invention advantageously consists of at least two annular parts, one part of which is connected to the drive shaft and one part to the rotor shaft in a positive and/or non-positive manner. Furthermore, the coupling device has actuators distributed uniformly over its cross section, which are arranged in the coupling at an angle of 0° to 90° to the axis of rotation, advantageously parallel or substantially parallel to the axis of rotation.

Vorteilhafterweise sind drei Aktoren über den Querschnitt der Kupplungsvorrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet, und die Aktoren sind Piezoelemente oder Elektromagnetelemente.Advantageously, three actuators are distributed uniformly over the cross section of the clutch device, and the actuators are piezoelectric elements or electromagnet elements.

Erfindungsgemäß werden die Aktoren, die Bestandteile der Kupplung sind, von dem Generator mit einer aktorgerechten Spannung versorgt. Eine aktorgerechte Spannung kann eine elektrische Spannung zwischen 150 und 1000 V sein.According to the invention, the actuators, which are components of the clutch, are supplied with a voltage that is appropriate for the actuator by the generator. One actuator-specific voltage can be an electrical voltage between 150 and 1000 V.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Anordnung möglich, die gleichzeitig eine Realisierung mehrerer aktiver Freiheitsgrade und eine hohe Gesamtsteifigkeit aufweist.With the device according to the invention, an arrangement is possible which at the same time has a realization of several active degrees of freedom and a high overall rigidity.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird insbesondere ein Auswuchten mittels Aktoren möglich, die nicht mehr an ortsfesten Bauteilen befestigt sind. Ebenso kann auf ein ständiges/aktives Beeinflussen der Drehachse verzichtet werden, was eine ständige Energiezufuhr erfordert und so auch zu einem erhöhten Aktorverschleiß geführt hat.
Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Lösung auf das Auswuchten mittels Vorrichtungen verzichtet werden, die quasistatisch die Massenverteilung anpassen. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird neben dem Auswuchten auch eine Dämpfung von unwuchtunabhängigen/prozessbedingten/fremdangeregten Schwingungen und eine beliebige Schwingungsanregung realisiert.With the solution according to the invention, in particular, balancing is possible by means of actuators that are no longer attached to stationary components. It is also possible to dispense with constant/active influencing of the axis of rotation, which requires a constant supply of energy and has thus also led to increased actuator wear.
Furthermore, the solution according to the invention makes it possible to dispense with balancing using devices that adjust the mass distribution quasi-statically. With the solution according to the invention, in addition to balancing, a damping of unbalance-independent/process-related/externally excited vibrations and any desired vibration excitation is also realized.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Dabei zeigt

  • 1 ein erfindungsgemäßes Rotorsystem
while showing
  • 1 a rotor system according to the invention

Beispiel 1example 1

Eine Motorwelle 2 aus Stahl mit einer Länge von 250 mm und einem Durchmesser von 70 mm als Antriebswelle und eine Rotorwelle 3 aus Stahl mit einer Länge von 250 mm und einem Durchmesser von 70 mm sind über eine Kupplungsvorrichtung 4 aus Stahl mit den Abmessungen Länge 150 mm und Durchmesser 150 mm miteinander verbunden. Am anderen Ende der Rotorwelle 3 ist ein Rotor 1 aus einem Faser-Kunststoff-Verbund mit einem Durchmesser von 500 mm befestigt. Diese Elemente bilden zusammen das Rotorsystem. Die Motorwelle 2, die Rotorwelle 3 und der Rotor weisen eine gemeinsame Drehachse 5 auf.
Die Kupplung beinhaltet drei Aktoren 9a, 9b, 9c, die aus PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) bestehen und die Abmessungen von jeweils Länge 80 mm und Durchmesser 20 mm aufweisen. Die Aktoren sind in einem Winkel von 120° um die Drehachse und in Richtung der Drehachse in der Kupplung verteilt angeordnet.A motor shaft 2 made of steel with a length of 250 mm and a diameter of 70 mm as a drive shaft and a rotor shaft 3 made of steel with a length of 250 mm and a diameter of 70 mm are connected via a coupling device 4 made of steel with dimensions of length 150 mm and diameter 150 mm connected to each other. At the other end of the rotor shaft 3, a rotor 1 made of a fiber-plastic composite with a diameter of 500 mm is attached. These elements together form the rotor system. The motor shaft 2, the rotor shaft 3 and the rotor have a common axis of rotation 5.
The clutch contains three actuators 9a, 9b, 9c, which are made of PZT (lead zirconate titanate) and have dimensions of 80 mm in length and 20 mm in diameter. The actuators are distributed at an angle of 120° around the axis of rotation and in the direction of the axis of rotation in the clutch.

Mittels eines Sensors 10 wird von den Aktoren 9a, 9b, 9c ein Messsignal aufgenommen. Sobald durch dieses Messsignal festgestellt wird, dass Abweichungen der Hauptträgheitsachse von der gemeinsamen Drehachse 5 vorliegen, werden über die Regelung 8 Aktorsignale an die Aktoren 9a, 9b, 9c in Form einer Spannung weitergeleitet. Die Regelung 8 ist auf der Motorwelle 2 fest positioniert.A measurement signal is recorded by the actuators 9a, 9b, 9c by means of a sensor 10. As soon as this measurement signal determines that there are deviations in the main axis of inertia from the common axis of rotation 5, actuator signals are passed on to the actuators 9a, 9b, 9c in the form of a voltage via the controller 8. The control 8 is firmly positioned on the motor shaft 2.

Durch die angelegte Spannung führen die PZT-Aktoren 9a, 9b, 9c eine Längenänderung durch. Dabei erfolgt über die Regelung die Einstellung einer konkreten Spannung für jeden Aktor 9a, 9b, 9c, so dass die Längenänderung der Aktoren 9a, 9b, 9c in Abhängigkeit von der jeweiligen anliegenden Spannung unterschiedlich ausfällt. Durch die Längenänderung der Aktoren 9a, 9b, 9c wird eine Verschiebung der Rotorwelle mit dem Rotor erzeugt, wodurch die Abweichung der Hauptträgheitsachse von der gemeinsamen Drehachse 5 nahezu auf den Wert Null geändert wird und somit wieder ein Rotorsystem im ausgewuchteten Zustand vorliegt.Due to the applied voltage, the PZT actuators 9a, 9b, 9c change their length. A specific voltage is set for each actuator 9a, 9b, 9c via the regulation, so that the change in length of the actuators 9a, 9b, 9c is different depending on the respective voltage applied. The change in length of the actuators 9a, 9b, 9c causes a displacement of the rotor shaft with the rotor, whereby the deviation of the main axis of inertia from the common axis of rotation 5 is changed to almost zero and the rotor system is thus again in a balanced state.

Die Spannung erhalten die Aktoren 9a, 9b, 9c von einem Generator, dessen Rotor 6 Teil der Motorwelle 2 ist und dessen Stator 7 um den Rotor 6 angeordnet ist. Zur Positionierung, also zur Verhinderung des Mitdrehens des Stators 7 ist ein Pendel 11 am Stator 7 befestigt. Jeder Aktor 9a, 9b, 9c wird mit einer elektrischen Spannung vom Generator in Höhe von 220 V beaufschlagt.The actuators 9a, 9b, 9c receive the voltage from a generator, the rotor 6 of which is part of the motor shaft 2 and the stator 7 of which is arranged around the rotor 6. A pendulum 11 is attached to the stator 7 for positioning, ie for preventing the stator 7 from rotating. Each actuator 9a, 9b, 9c is supplied with an electrical voltage of 220 V by the generator.

Weiter wird mittels des Sensors 10 wird von dem Rotorsystem ein Messsignal aufgenommen. Sobald aufgrund dieses Messsignals eine unerwünschte Schwingung des Rotorsystems festgestellt wird, werden über die Regelung 8 Aktorsignale in Form an diese Schwingung und an die dynamischen Eigenschaften des Rotorsystems abgestimmter Spannungszeitverläufe an die Aktoren 9a, 9b, 9c weitergeleitet. Durch die angelegten, zeitabhängigen Spannungen führen die PZT-Aktoren 9a, 9b, 9c zeitabhängige Längenänderungen (Gegenschwingung) durch. Dabei erfolgt über die Regelung die Einstellung einer konkreten zeitabhängigen Spannung für jeden Aktor 9a, 9b, 9c, so dass die Längenänderungen der Aktoren 9a, 9b, 9c in Abhängigkeit von der jeweiligen anliegenden Spannung unterschiedlich ausfallen. Durch die zeitabhängigen Längenänderungen der Aktoren 9a, 9b, 9c wird eine zeitabhängige Verschiebung der Rotorwelle 3 mit dem Rotor erzeugt, wodurch die Amplitude der unerwünschten Schwingung des Rotorsystems nahezu auf den Wert Null geändert wird und somit wieder ein Rotorsystem im gedämpften Zustand vorliegt.Furthermore, a measurement signal is recorded by the rotor system by means of the sensor 10 . As soon as an undesired vibration of the rotor system is detected on the basis of this measurement signal, actuator signals in the form of voltage-time curves matched to this vibration and to the dynamic properties of the rotor system are forwarded to the actuators 9a, 9b, 9c via the controller 8. Due to the time-dependent voltages applied, the PZT actuators 9a, 9b, 9c carry out time-dependent changes in length (counter-oscillation). A specific time-dependent voltage is set for each actuator 9a, 9b, 9c via the regulation, so that the changes in length of the actuators 9a, 9b, 9c are different depending on the respective voltage applied. The time-dependent changes in length of the actuators 9a, 9b, 9c produce a time-dependent displacement of the rotor shaft 3 with the rotor, as a result of which the amplitude of the undesired oscillation of the rotor system is changed to almost zero and the rotor system is thus again in a damped state.

Und das mittels des Sensors 10 von dem Rotorsystem aufgenommene und an die Regelung 8 weitergeleitete Messsignal wird in der Regelung 8 so verarbeitet, dass es laufend die Schwingung des Rotorsystems rekonstruiert, sie mit einem definiert vorgegebenen Schwingungsverlauf vergleicht und Aktorsignale für die Aktoren 9a, 9b, 9c in Form Zeitverläufe der Spannung erzeugt. Durch die angelegten Spannungen führen die PZT-Aktoren 9a, 9b, 9c zeitabhängige Längenänderungen durch. Dabei erfolgt über die Regelung die Einstellung einer konkreten zeitabhängigen Spannung für jeden Aktor 9a, 9b, 9c, so dass die Längenänderungen der Aktoren 9a, 9b, 9c in Abhängigkeit von der jeweiligen anliegenden Spannung unterschiedlich ausfallen. Durch die zeitabhängige Längenänderung der Aktoren 9a, 9b, 9c wird eine zeitabhängige Verschiebung des Rotorsystems erzeugt, wodurch das Rotorsystem den definiert vorgegebenen Schwingungsverlauf ausführt.And the measurement signal recorded by the rotor system by means of the sensor 10 and forwarded to the controller 8 is processed in the controller 8 in such a way that it continuously reconstructs the vibration of the rotor system, compares it with a defined, predetermined vibration curve and generates actuator signals for the actuators 9a, 9b, 9c generated in the form of time curves of the voltage. Due to the voltages applied, the PZT actuators 9a, 9b, 9c carry out time-dependent changes in length. A specific time-dependent voltage is set for each actuator 9a, 9b, 9c via the control system, so that the changes in length of the actuators 9a, 9b, 9c turn out differently depending on the respective applied voltage. Due to the time-dependent change in length of the actuators 9a, 9b, 9c, a time-dependent displacement of the rotor system is generated, as a result of which the rotor system executes the defined, predetermined oscillation profile.

BezugszeichenlisteReference List

11
Rotorrotor
22
Motorwellemotor shaft
33
Rotorwellerotor shaft
44
Kupplungsvorrichtungcoupling device
55
Drehachseaxis of rotation
66
Rotor des GeneratorsGenerator rotor
77
Stator des Generatorsgenerator stator
88th
Regelungregulation
9a,b,c9a,b,c
Aktorenactuators
1010
Sensorsensor
1111
Pendelpendulum
1212
Halterungbracket
1313
Lagerungstorage

Claims (9)

Verfahren an Rotorsystemen, bei dem an einer Antriebswelle (2) und an einer über eine Kupplungsvorrichtung (4) mit der Antriebswelle (2) verbundenen Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1), die zusammen das Rotorsystem bilden und bei dem die Antriebswelle (2), die Rotorwelle (3) und der Rotor (1) eine gemeinsame Drehachse (5) aufweisen, mittels Sensoren (10) Abweichungen der Hauptträgheitsachse der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) von der Drehachse (5) des Rotorsystems ermittelt, diese an eine Steuerung oder Regelung (8) übertragen werden, und von der Steuerung oder Regelung (8) Signale an mindestens drei Aktoren (9a,b,c) übermittelt werden, die von einem Generator mit einer aktorgerechten Spannung versorgt werden und die als Bestandteile der Kupplungsvorrichtung (4) durch Längenänderungen eine Verschiebung der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) realisieren und damit eine Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) und Drehachse (5) des Rotorsystems minimieren oder eine gewünschte Abweichung zwischen Hauptträgheitsachse der Rotorwelle (3) mit dem Rotor (1) der Rotorachse mit der Drehachse (5) des Rotorsystems herstellen und eine aktive Dämpfung von Schwingungen an Rotorsystemen im Betriebszustand und separate Schwingungsanregung der Rotorsysteme realisieren.Process on rotor systems, in which the rotor (1) is connected to a drive shaft (2) and to a rotor shaft (3) connected to the drive shaft (2) via a coupling device (4), which together form the rotor system and in which the drive shaft ( 2), the rotor shaft (3) and the rotor (1) have a common axis of rotation (5), deviations of the main axis of inertia of the rotor shaft (3) with the rotor (1) from the axis of rotation (5) of the rotor system are determined by means of sensors (10). , These are transmitted to a control or regulation (8), and the control or regulation (8) transmits signals to at least three actuators (9a, b, c), which are supplied by a generator with an actuator-fair voltage and as Components of the coupling device (4) realize a displacement of the rotor shaft (3) with the rotor (1) through length changes and thus minimize a deviation between the main axis of inertia of the rotor shaft (3) with the rotor (1) and the axis of rotation (5) of the rotor system or similar which produce a desired deviation between the main axis of inertia of the rotor shaft (3) with the rotor (1) of the rotor axis with the axis of rotation (5) of the rotor system and implement active damping of vibrations on rotor systems in the operating state and separate vibration excitation of the rotor systems. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Aktoren (9a,b,c) Piezoelemente und/oder Elektromagnetelemente eingesetzt werden.procedure after claim 1 , in which piezoelectric elements and/or electromagnet elements are used as actuators (9a,b,c). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Signale zur Steuerung oder Regelung (8) der Aktoren (9a,b,c) die von den Sensoren (10) aufgenommenen Signale zur Ermittlung von Abweichungen der Hauptträgheitsachse von der Drehachse (5) des Rotorsystems weiterverarbeitet und eingesetzt werden.procedure after claim 1 , in which the signals recorded by the sensors (10) are further processed and used as signals for controlling or regulating (8) the actuators (9a,b,c) to determine deviations of the main axis of inertia from the axis of rotation (5) of the rotor system. Vorrichtung an Rotorsystemen, bestehend aus einer Antriebswelle (2) und einer nicht mit der Antriebswelle (2) in Kontakt befindlichen Rotorwelle (3), die über eine Kupplungsvorrichtung (4) miteinander verbunden sind, wobei die Antriebswelle (2) und die Rotorwelle (3) eine gemeinsame Drehachse (5) aufweisen, und wobei die Kupplungsvorrichtung (4) form- und/oder kraftschlüssig mit der Antriebswelle (2) und der Rotorwelle (3) verbunden ist, und wobei die Kupplungsvorrichtung (4) mindestens drei Aktoren (9a,b,c) aufweist, die in Richtung der Drehachse (5) um einen Winkel von 0° bis zu 90° zur Drehachse (5) geneigt angeordnet sind, und die Aktoren (9a,b,c) mit einer Aktorsteuereinheit verbunden sind, und die Antriebswelle (2) weiterhin einen Generator aufweist, dessen Rotor (1) ein Abschnitt der Antriebswelle (2) ist und dessen Stator durch eine Halterung (12) oder ein Pendel (11) positioniert ist, und an der Antriebswelle (2) weiterhin eine mitrotierende Regeleinrichtung vorhanden ist.Device on rotor systems, consisting of a drive shaft (2) and a rotor shaft (3) which is not in contact with the drive shaft (2) and which are connected to one another via a coupling device (4), the drive shaft (2) and the rotor shaft (3 ) have a common axis of rotation (5), and wherein the coupling device (4) is positively and/or non-positively connected to the drive shaft (2) and the rotor shaft (3), and wherein the coupling device (4) has at least three actuators (9a, b,c) which are arranged inclined in the direction of the axis of rotation (5) by an angle of 0° to 90° to the axis of rotation (5), and the actuators (9a,b,c) are connected to an actuator control unit, and the drive shaft (2) further comprises a generator, the rotor (1) of which is a portion of the drive shaft (2) and the stator of which is positioned by a bracket (12) or pendulum (11), and on the drive shaft (2) further a co-rotating control device is present. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Kupplungsvorrichtung (4) aus mindestens zwei kreisringförmigen Teilen besteht, von denen jeweils ein Teil mit der Antriebswelle (2) und ein Teil mit der Rotorwelle (3) form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und die Kupplungsvorrichtung (4) weiterhin über ihren Querschnitt gleichmäßig verteilt Aktoren (9a,b,c) aufweist, die in einem Winkel von 0° bis zu 90 ° zur Drehachse (5) angeordnet sind.device after claim 4 , in which the coupling device (4) consists of at least two annular parts, one part of which is connected to the drive shaft (2) and one part to the rotor shaft (3) in a positive and/or non-positive manner, and the clutch device (4 ) also has actuators (9a,b,c) distributed uniformly over its cross section, which are arranged at an angle of 0° to 90° to the axis of rotation (5). Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Kupplungsvorrichtung (4) über ihren Querschnitt gleichmäßig verteilt Aktoren (9a,b,c) aufweist, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse (5), in der Kupplungsvorrichtung (4) angeordnet sind.device after claim 5 wherein the coupling device (4) has actuators (9a,b,c) distributed uniformly over its cross section, which are arranged essentially parallel to the axis of rotation (5) in the coupling device (4). Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der drei Aktoren (9a,b,c) über den Querschnitt der Kupplungsvorrichtung (4) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.device after claim 4 , in which three actuators (9a,b,c) are distributed uniformly over the cross section of the coupling device (4). Vorrichtung nach Anspruch 4, bei dem als Aktoren (9a,b,c) Piezoelemente oder Elektromagnetelemente vorhanden sind.device after claim 4 , in which piezoelectric elements or electromagnet elements are present as actuators (9a,b,c). Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Generator und die Regeleinrichtung in einem Bauteil an der Antriebswelle (2) positioniert sind.device after claim 4 , in which the generator and the control device are positioned in one component on the drive shaft (2).
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