Auswuchttechnik

408 Pages·2013·8.364 MB·German

by  Hatto Schneider (auth.)

Hatto Schneider
Auswucht-
technik
8., neu bearbeitete Auflage
Auswuchttechnik
Hatto Schneider
Auswuchttechnik
8., neu bearbeitete Auflage
Mitca.200Abbildungenund60Tabellen,
Sachverzeichnismitüber1000Einträgen
HattoSchneider
RotorBalancingConsulting
64646Heppenheim
[email protected]
ISBN978-3-642-24913-6 ISBN978-3-642-24914-3(eBook)
DOI10.1007/978-3-642-24914-3
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Vorwort zur 8. Auflage
DasBuchAUSWUCHTTECHNIKfeierteinrundesJubiläum,dennvor40Jahrenerschienesdas
ersteMal,alsbroschiertesTaschenbuchT29mit168SeitenimVDIVerlag.
Heutewirdesinder8.Auflageveröffentlicht–jetztimSpringerVerlaginKooperation
mitVDI,gebundenunddoppeltsoumfangreich.EskanndeshalbwohlalsStandardwerk
der Auswuchttechnik im deutschsprachigen Raum bezeichnet werden. Das internatio-
nale Interesse zeigen Übersetzungen einiger Ausgaben in mehrere Sprachen: englisch,
französisch,chinesischundjapanisch,mitunterauchohneLizenz.
Die8.Auflagewurdegegenüberder7.wesentlichgeändert,umdieheutigeSichtweise
derAuswuchttechnikzubeschreiben. DasneueKap. 4wurdeeingeschoben,dieanderen
Kapitelentsprechendumgestaltet.
Neuerungen MitDINISO194991konnte2008endlichdiefrühereEtikettierungderRo-
toren als starr oder nachgiebig überwunden werden. Anstelle dieser Etikettierung ergibt
sichaktuelldasRotorverhaltenausdemZusammenspielvonverschiedenenKriterien.
E-VDI 38352 hat die noch etwas verstreute Information weiter systematisiert und
übersichtlichzusammengefasst.ÜberdasRotorverhaltenentscheidendemnach:
(cid:129) dasVerhaltenderUnwuchtenüberderDrehzahl,
(cid:129) dieauszugleichendenbzw.zukontrollierendenUnwuchten,
(cid:129) dieFähigkeitdesRotors,diePositionseinerMassenelementeundihrerMassenmittel-
punkte zueinander beizubehalten. Rotoren mit nachgiebigemVerhalten unterscheiden
sichdurchdieArt,wiesichdiePositionderMassenelementeüberdenDrehzahlbereich
ändert.
1DINISO19499(2008):MechanischeSchwingungen–Auswuchttechnik–EinführungundLeitfa-
denfürdieAuswahlundAnwendungvonAuswuchtnormen.
2E-VDI3835(2009):AuswuchtenvonRotorenmitwellenelastischemVerhalten–2+N-Verfahren
zumAuswuchtenbeimehrerenDrehzahlen.Wird2013alsWeißdruckerscheinen.
V
VI Vorwortzur8.Auflage
AusderKombinationdieserKriterienergibtsichdasjeweiligeRotorverhalten,demdann
dieunterschiedlichenAuswuchtverfahrenzugeordnetwerden,dieinDINISO1940-13und
DINISO113424beschriebensind.
Durch die Arbeit an diesen beiden Standards wurde aber auch deutlich, dass beim
AuswuchtenvonRotorenmitwellenelastischemVerhaltenhäufigzukurzgesprungenwird.
AuchbeiRotoren,diebiszurBetriebsdrehzahlschonBiegeresonanzendurchlaufenhaben,
müssen1–2BiegeresonanzenoberhalbderBetriebsdrehzahlbeachtetwerden.
AlsKonsequenzausdieserTatsacheerforderteinsystematischesAuswuchtenvonRotoren
mitwellenelastischemVerhaltenzwingenddieKorrekturderniedrigtourigenUnwuchten.
Schwingungen von Rotoren mit wellenelastischem Verhalten werden nach DIN ISO
11342 in Auswuchtmaschinen als Gütekriterium empfohlen – sie werden in der Praxis
auch heute noch weitgehend verwendet. Es zeigt sich jedoch, dass sie kein verlässliches
Kriteriumseinkönnen.
Lücken Bei der ISO-Debatte über Unwuchttoleranzen in ISO-Normen und einigen
API-Standards5 wurde deutlich, dass gewisse ISO-Prinzipien in der Praxis noch nicht
hinreichendangekommensind.
DINISO21940-146unterscheidetzwischender:
(cid:129) zulässigen Restunwucht für den Betrieb, dem Wert, mit dem ein Rotor zwischen
HerstellerundAbnehmergehandeltwird,undder
(cid:129) zulässigenRestunwuchtfürdenAuswuchtprozess.
Der zweite Wert ist um die Abweichungen des Auswuchtprozesses – beabsichtigte und
unbeabsichtigteAbweichungen–kleiner,istalsoeinCharakteristikumdesProzessesselbst
undderdabeiverwendetenMittel.
Fazit DieneueSystematikderAuswuchttechnikwurdeinzwischeninNormenfixiert,so
dasssieindiesemBuchalsStandderTechnikerläutertundangewendetwerdenkann.
TrotzderFortschrittemöchteichbetonen,dassnochVerschiedeneszutunbleibt–wei-
terhinArbeitanderAuswuchttheorie,anderErforschungderUmsetzungsmöglichkeiten,
aber vor allem an der Nutzung des in Normen und Richtlinien fixierten Wissenstandes
durchdiePraktiker.DazusolldiesesBucheinverlässlicherHelfersein.
Heppenheim,imJuni2012 HattoSchneider
3DINISO1940:MechanischeSchwingungen–AnforderungenandieAuswuchtgütevonRotorenin
konstantem(starrem)Zustand:Teill(2004):FestlegungundNachprüfungderUnwuchttoleranz.
4DINISO11342(1999):MechanischeSchwingungen–VerfahrenundKriterienfürdasmechanische
AuswuchtennachgiebigerRotoren.
5API:AmericanPetroleumInstitute,USA.
6DINISO21940:MechanischeSchwingungen–AuswuchtenvonRotoren,Teil14(2012):Verfahren
zurErmittlungvonAbweichungenbeimAuswuchten.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung........................................................... 1
1.1 EntwicklungderAuswuchttechnikundder-maschinen................. 3
1.2 NormenundRichtlinien ........................................... 8
2 PhysikalischeGrundlagen.............................................. 13
2.1 PhysikalischeGrößen.............................................. 14
2.2 SkalarundVektor ................................................. 14
2.2.1 Addition .................................................. 14
2.2.2 Multiplikation ............................................. 15
2.3 Maßsystem....................................................... 17
2.3.1 Grundgrößen.............................................. 17
2.3.2 AbgeleiteteGrößen ......................................... 17
2.4 PhysikalischeGesetze .............................................. 18
2.4.1 DynamischeGrundgleichung ................................ 18
2.4.2 Massenanziehung .......................................... 19
2.5 Kreisbewegung ................................................... 19
2.5.1 EbenerWinkel ............................................. 19
2.5.2 Winkelfrequenz ............................................ 20
2.5.3 Bahngeschwindigkeit........................................ 21
2.5.4 Winkelbeschleunigung ...................................... 22
2.5.5 Bahnbeschleunigung........................................ 22
2.5.6 Antriebsdrehmoment ....................................... 22
2.5.7 Trägheitsmoment........................................... 23
2.5.8 Radialbeschleunigung....................................... 23
2.5.9 Fliehkraft ................................................. 24
2.6 Schwingungen.................................................... 25
2.6.1 EinmassenschwingermitFliehkraftanregung ................... 25
2.6.2 Freiheitsgrade.............................................. 29
2.6.3 DynamischeSteifigkeit ...................................... 30
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
3 BegriffeundErläuterungen ............................................ 33
3.1 Auswuchten...................................................... 34
3.2 Auswuchtaufgabe ................................................. 34
3.3 Rotor............................................................ 34
3.4 Unwucht......................................................... 34
3.5 Unwuchtzustand.................................................. 35
3.6 Unwuchtverhalten ................................................ 35
3.7 Unwuchttoleranz ................................................. 35
3.8 Ausgleich ........................................................ 35
3.9 Ausgleichsebene .................................................. 36
3.10 Schaftachse....................................................... 36
3.11 Rotorverhalten ................................................... 36
3.11.1 RotorenmitstarremVerhalten ............................... 36
3.11.2 RotorenmitnachgiebigemVerhalten .......................... 37
3.12 Rotorkonzept..................................................... 38
4 TheoriedesAuswuchtens .............................................. 39
4.1 Allgemeines ...................................................... 39
4.1.1 Unwuchtzustand ........................................... 40
4.1.2 Rotorkonzept .............................................. 41
4.1.3 Rotorverhalten............................................. 42
4.1.4 Unwuchttoleranzen......................................... 44
4.1.5 Auswuchtaufgabe........................................... 45
4.2 UnwuchtundAusgleich............................................ 48
4.3 UnwuchtdesscheibenförmigenRotors ............................... 50
4.4 UnwuchtdesallgemeinenRotors .................................... 52
4.4.1 ResultierendeUnwucht...................................... 54
4.4.2 Momentenunwucht......................................... 54
4.4.3 Unwuchtpaar .............................................. 56
4.4.4 ModaleUnwucht........................................... 57
4.4.5 ÄquivalentemodaleUnwucht ................................ 59
4.5 ÜberblicküberdieAuswuchtaufgaben ............................... 61
4.5.1 AusgewuchteterRotor....................................... 61
4.5.2 Ein-Ebenen-Auswuchten .................................... 62
4.5.3 Zwei-Ebenen-Auswuchten ................................... 62
4.5.4 Mehr-Ebenen-Auswuchten................................... 63
4.6 FazitderneuenSichtweise.......................................... 67
4.7 HandhabungderUnwuchttoleranzen ................................ 68
5 TheoriedesRotorsmitstarremVerhalten ................................ 73
5.1 Rotorverhalten ................................................... 73
5.2 Unwuchtzustand.................................................. 75
Inhaltsverzeichnis IX
5.2.1 StatischeUnwucht.......................................... 75
5.2.2 ResultierendeUnwucht...................................... 79
5.2.3 Momentenunwucht......................................... 81
5.2.4 DynamischeUnwucht....................................... 83
5.3 DarstellungdesUnwuchtzustandes .................................. 85
5.3.1 Unwuchten................................................ 85
5.3.2 LagederTrägheitsachse...................................... 87
6 TheoriedesRotorsmitnachgiebigemVerhalten........................... 91
6.1 PlastischesRotorverhalten.......................................... 92
6.2 KörperelastischesRotorverhalten.................................... 93
6.3 WellenelastischesRotorverhalten .................................... 94
6.3.1 IdealisierterRotormitwellenelastischemVerhalten .............. 96
6.3.2 EinflussderLagersteifigkeit .................................. 96
6.3.3 StandfrequenzundkritischeDrehzahl ......................... 99
6.3.4 AllgemeinerRotormitwellenelastischemVerhalten.............. 99
6.3.5 UnwuchtwirkungenamRotormitwellenelastischemVerhalten.... 99
6.3.6 AusgleicheinesRotorsmitwellenelastischemVerhalten .......... 101
7 ToleranzendesRotorsmitstarremVerhalten ............................. 107
7.1 Allgemeines ...................................................... 108
7.1.1 Toleranzebenen ............................................ 108
7.1.2 Ausgleichsebenen........................................... 110
7.1.3 BegrenzungderzulässigenRestunwucht ....................... 111
7.2 Ähnlichkeitsbetrachtungen ......................................... 111
7.2.1 RotormasseundzulässigeRestunwucht ........................ 111
7.2.2 BetriebsdrehzahlundzulässigeRestunwucht.................... 112
7.3 FestlegenderzulässigenRestunwucht ................................ 113
7.3.1 Allgemeines ............................................... 113
7.3.2 Auswucht-GütestufenG ..................................... 114
7.3.3 ExperimentelleFestlegung ................................... 118
7.3.4 GrenzwerteausbesonderenZielen ............................ 119
7.3.5 NachgewieseneErfahrung ................................... 120
7.4 VerteilungaufdieToleranzebenen ................................... 121
7.4.1 Rotoren,dienureineToleranzebenebenötigen ................. 121
7.4.2 Rotoren,diezweiToleranzebenenbenötigen.................... 122
7.5 ZuordnungderUnwuchttoleranzzudenAusgleichsebenen.............. 124
7.6 ZusammengebauteRotoren ........................................ 126
7.7 ToleranzenfürdenAuswuchtprozess................................. 126
7.8 ÜberprüfenderRestunwucht ....................................... 128
7.8.1 Akzeptanzkriterien ......................................... 128
7.8.2 ÜberprüfungdurchdenHersteller ............................ 129
X Inhaltsverzeichnis
7.8.3 ÜberprüfungdurchdenAbnehmer ........................... 129
7.8.4 NachprüfungaufeinerAuswuchtmaschine..................... 130
7.8.5 NachprüfungohneeineAuswuchtmaschine .................... 130
8 ToleranzendesRotorsmitnachgiebigemVerhalten........................ 131
8.1 Allgemeines ...................................................... 132
8.1.1 Auswuchtziel .............................................. 132
8.1.2 Auswuchtverfahren ......................................... 132
8.2 Toleranzkriterien.................................................. 133
8.2.1 Schwingungen ............................................. 134
8.2.2 Unwuchten................................................ 137
8.3 UnwuchttoleranzenfürVerfahrenAbisI ............................. 139
8.3.1 ToleranzenniedrigtourigerAuswuchtverfahren ................. 139
8.3.2 ToleranzenhochtourigerAuswuchtverfahren ................... 142
8.4 UnwuchttoleranzenfürVerfahrenG ................................. 143
8.4.1 UnwuchttoleranzennachDINISO11342 ...................... 143
8.4.2 UnwuchttoleranzennachE-VDI3835 ......................... 143
8.5 ToleranzenfürdenAuswuchtprozess................................. 147
8.6 BeurteilungdeserreichtenUnwuchtzustandes......................... 149
8.6.1 BeurteilungdurchSchwingungen ............................. 149
8.6.2 BeurteilungdurchUnwuchten................................ 151
8.7 AnfälligkeitundEmpfindlichkeitvonMaschinengegenUnwuchten ...... 152
8.7.1 KlassierungderAnfälligkeitvonMaschinen .................... 153
8.7.2 BereichedermodalenEmpfindlichkeit......................... 154
8.7.3 Grenzkurven............................................... 155
8.7.4 ExperimentelleErmittlungdermodalenEmpfindlichkeit......... 158
9 VerfahrenzumAuswuchtenvonRotorenmitstarremVerhalten............. 161
9.1 KörperohneeigeneLagerzapfen..................................... 162
9.1.1 UnwuchtendurchMontage .................................. 162
9.1.2 AuswuchtenaufUmschlag ................................... 165
9.1.3 WeitereVerwendungderUmschlag-Methode ................... 169
9.1.4 Hilfswellen,Adapter ........................................ 169
9.2 Baugruppen...................................................... 170
9.2.1 AustauschbarkeitvonTeilen.................................. 171
9.2.2 AusgleichdesMontagefehlers ................................ 171
9.2.3 Ersatzmassen(Dummies).................................... 172
9.3 RotorenmitPassfedern ............................................ 172
9.3.1 WellemitganzerPassfeder ................................... 173
9.3.2 WellemithalberPassfeder ................................... 173
9.3.3 EinflussaufdenUnwuchtzustand............................. 174
9.3.4 Vorhalt.................................................... 174
9.3.5 KonstruktiveMaßnahmen ................................... 174