Vorrichtung zur Stabilisierung der Rotorbewegung schnell umlaufender
Zentrifugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Stabilisierung der
Rotorbewegung schnell umlaufender Zentrifugen, bei denen der Rotor nach Uberwindung
zumindest einer kritischen Drehzahl im wesentlichen um seine freie, lotrechte Achse
rotiert und den neben der Rotationsbewegung auftretenden Schwingungen durch Dämpfungsmittel
Energie entzogen wird. Derartige Zentrifugen arbeiten vorzugsweise mit extrem leichten,
dünnwandigen Rotoren und einer Umdrehungszahl in der Größenordnung von 1000 U/sek. Device for stabilizing the rotor movement rapidly rotating
Centrifuges The invention relates to a device for stabilizing the
Rotor movement of fast rotating centrifuges, in which the rotor after overcoming
at least one critical speed essentially around its free, vertical axis
rotates and the vibrations occurring in addition to the rotational movement by damping means
Energy is withdrawn. Such centrifuges preferably work with extremely light,
thin-walled rotors and a speed of the order of 1000 rev / sec.
Die Wandgeschwindigkeit solcher Rotoren liegt in der Größenordnung
von 300m!sek oder höher. Neben der reinen Rotationsbewegung um die Symmetrieachse
des Rotors treten bei derartigen Zentrifugen durch die unvermeidbaren Unsymmetrien
der Rotormassen Schwingungen etwa in der Frequenz der Rotordrehzahl auf, ferner
werden Präzessions- und Nutationsbewegungen des Rotorkörpers sowie Querschwingungen
angeregt, die sich insbesondere beim Durchlaufen der kritischen Drehzahlen des als
Schwingungssystem wirkenden Rotorkörpers, z. B. beim Anlaufen der Zentrifuge, bemerkbar
machen und zu einer Zerstörung sowohl des Rotors selbst als auch der Lager führen
können. Man ist daher gezwungen, Dämpfungsmittel zu verwenden, um dem rotierenden
System die Schwingungsenergie zu entziehen und eine einwandfreie Zentrierung auf
die angestrebte Rotationsachse zu erreichen.The wall speed of such rotors is of the order of magnitude
of 300m! sec or higher. In addition to the pure rotational movement around the axis of symmetry
of the rotor occur in such centrifuges due to the unavoidable asymmetries
the rotor masses oscillate approximately at the frequency of the rotor speed, furthermore
become precession and nutation movements of the rotor body as well as transverse vibrations
stimulated, which is particularly evident when passing through the critical speeds of the as
Vibration system acting rotor body, z. B. when starting the centrifuge, noticeable
make and lead to the destruction of both the rotor itself and the bearings
can. One is therefore forced to use damping means to prevent the rotating
System to withdraw the vibration energy and a perfect centering on
to achieve the desired axis of rotation.
Es wurde nun gefunden, daß die angestrebte Stabilisierung der Rotorbewegung
in besonders wirksamer Weise dadurch erreicht werden kann, daß die schnellen, d.
h. die etwa mit der Frequenz der Rotordrehzahl durch die Unsymmetrie der Rotormassen
erzeugten Schwingungen im wesentlichen am Fußlager des Rotors und die langsamen
Schwingungen, die insbesondere als Präzessions- und Nutationsbewegungen sowie als
Querschwingungen auftreten, im wesentlichen durch Einwirkung auf den Rotorkörper
gedämpft werden. Bei Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist man in der
Lage, die Wirkung der Dämpfungsglieder so einzustellen, daß diese für den betreffenden
Frequenzbereich jeweils optimal wirksam sind. Der Wirkungsbereich der an dem Fußlager
des Rotors wirksamen Dämpfungsmittel wird also so eingestellt, daß diese ihren besten
Wirkungsgrad bei Frequenzen aufweisen, die beispielsweise in der Größenordnung von
1000 Hz liegen. Der optimale Frequenzbereich der auf den Rotorkörper einwirkenden
Dämpfungsglieder liegt wesentlich niedriger, weil die Frequenz der Präzessions-
und Nutationsbewegungen sowie der Querschwingungen im allgemeinen
niedriger als die
Rotordrehzahl im Dauerbetriebszustand der Zentrifuge ist. It has now been found that the desired stabilization of the rotor movement
can be achieved in a particularly effective manner that the fast, i.
H. which is roughly the same as the frequency of the rotor speed due to the asymmetry of the rotor masses
generated vibrations essentially at the foot bearing of the rotor and the slow ones
Vibrations, in particular as precession and nutation movements as well as
Transverse vibrations occur, essentially as a result of acting on the rotor body
be dampened. When carrying out the measures according to the invention one is in the
Able to adjust the effect of the attenuators so that these for the relevant
Frequency range are optimally effective in each case. The area of action of the at the Fußlager
the rotor effective damping means is set so that it is their best
Have efficiency at frequencies that are, for example, on the order of
1000 Hz. The optimal frequency range of those acting on the rotor body
Attenuator is much lower because the frequency of the precession
and nutation movements as well as transverse vibrations in general
lower than that
Rotor speed in continuous operation of the centrifuge.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung einer Zentrifuge
mit den gekennzeichneten Dämpfungsmitteln dargestellt. The drawing shows an example of an embodiment of a centrifuge
shown with the marked damping means.
Im Zentrifugengehäuse 1 ist der Rotor 2 lotrecht stehend drehbar
gelagert. Eine mit seinem unteren Ende verbundene Achse ruht hierbei in einem Spurlager,
das durch ein Magnetsystem 13 am oberen Ende des Rotors entlastet wird. Im Gehäuseboden
ist eine an sich bekannte Evakuierungseinrichtung3 vorgesehen, die im Zentrifugengehäuse
1 ein Vakuum erzeugt. Im Rotor ist ein Stahlring 7 angeordnet, der im Bereich eines
elektrischen Drehfeldes. welches die Windungen 8 erzeugen, liegt. Die Anordnung
ist so getroffen. daß das Anlaufen des Rotors asynchron zum Drehfeld erfolgt, während
beim Erreichen der Betriebsdrehzahl automatisch Synchronismus erreicht wird. In the centrifuge housing 1, the rotor 2 can be rotated in a vertical position
stored. An axle connected to its lower end rests in a thrust bearing,
which is relieved by a magnet system 13 at the upper end of the rotor. In the case back
a known evacuation device3 is provided, which is located in the centrifuge housing
1 creates a vacuum. In the rotor, a steel ring 7 is arranged, which in the area of a
rotating electrical field. which the turns 8 generate lies. The order
is so hit. that the starting of the rotor takes place asynchronously to the rotating field while
when the operating speed is reached, synchronism is automatically achieved.
Am Zentrifugengehäuse 1 wird mit Hilfe eines Rohrsystems 4 im Gegenstrom
von warmer und kalter Flüssigkeit ein Temperaturgefälle erzeugt, das sich durch
Strahlung auf den Rotor 2 überträgt. Dadurch wird das durch ein Zuführungsrohr 5
in das Innere des umlaufenden Rotors geleitete Gasgemisch in eine Umlaufströmung
in Richtung der Pfeile 6 versetzt. Diese Umlaufströmung kann auch durch im Rotor
angeordnete stillstehende Körper erzeugt werden, z. B. durch einen in der Zeichnung
dargestellten Dämpfer 18 und/oder ein Entnahmerohr 19, welche die Rotationsgeschwindigkeit
des
im Rotor befindlichen Gases herabsetzen und dadurch in ihrem Bereich den Druck an
der Rotorwand vermindern.On the centrifuge housing 1, a pipe system 4 is used in countercurrent
between hot and cold liquids creates a temperature gradient that is spread through
Radiation to the rotor 2 transmits. This is done through a feed pipe 5
Gas mixture conducted into the interior of the rotating rotor in a circulating flow
offset in the direction of arrows 6. This circulating flow can also go through in the rotor
arranged stationary bodies are generated, e.g. B. by one in the drawing
illustrated damper 18 and / or a removal tube 19, which the speed of rotation
of
reduce the gas in the rotor and thereby increase the pressure in their area
reduce the rotor wall.
Da der Rotor kritische Drehzahlen zu durchlaufen hat, sind besondere
Dämpfungsvorkehrungen zu treffen, die dahin gerichtet sind, daß das ganze rotierende
System sich selbst stabilisiert. Zur Dämpfung der langsamen Schwingungen sind am
oberen Ende des Rotors an sich bekannte Dämpfungseinrichtungen 11 vorgesehen, deren
optimaler Frequenzbereich im Bereich der Präzessions- und Nutationsschwingungen
des Rotors liegt. Die Dämpfung des Spurlagers 12 am unteren Ende ist so eingestellt,
daß sie ihren besten Wirkungsgrad bei Frequenzen aufweist, die in der Größenordnung
von 1000 Hz liegen. Die Dämpfung erfolgt dadurch, daß das Spurlager auf einem Teller
aufliegt, der in einem Ölbad auf Kugeln beweglich gelagert ist. Since the rotor has to run through critical speeds, they are special
To take damping measures, which are directed towards the fact that the whole rotating
System stabilizes itself. To dampen the slow vibrations, am
Upper end of the rotor known per se damping devices 11 provided, the
optimal frequency range in the area of precession and nutation vibrations
of the rotor. The damping of the thrust bearing 12 at the lower end is set so that
that it has its best efficiency at frequencies that are in the order of magnitude
of 1000 Hz. The damping takes place in that the thrust bearing is on a plate
rests, which is movably mounted on balls in an oil bath.
Um eine Dämpfung der Rotorschwingungen beim Durchlaufen von kritischen
Drehzahlen zu erreichen, ist es weiterhin möglich, den Rotor während des Durchlaufens
dieser Drehzahlen durch quer zur Rotationsachse verschiebbare Rollen 10 abzustützen,
die an den Rotorkörper angelegt werden und diesen in seiner lotrechten Lage festhalten.
Bei langen Rotoren ist es gegebenenfalls zweckmäßig, diese in einzelne starre Teile
aufzuteilen, die durch Federelemente 9 verbunden sind. To dampen the rotor vibrations when passing through critical
To reach speeds, it is still possible to turn the rotor through
these speeds to be supported by rollers 10 that can be displaced transversely to the axis of rotation,
which are placed on the rotor body and hold it in its vertical position.
In the case of long rotors, it may be useful to divide them into individual rigid parts
to divide, which are connected by spring elements 9.
Die Zuführung des Gasgemisches erfolgt bei der dargestellten Zentrifuge
durch eine zentrale Öffnung 14 mittels des Zuführungsrohres 5. Die Ableitung der
schweren Fraktion erfolgt durch ein Entnahmerohr 19, das feststeht und in welches
Gas durch den Staudruck eingeleitet wird. Die Entnahme der leichten Fraktion erfolgt
gleichfalls durch die Öffnung 14, wobei die leichtere Fraktion in den über dem Rotor
2 liegenden Teilraum des Rotors eintritt. Aus diesem Raum wird
das Gas über eine
nicht dargestellte Leitung in den Raum 16 geleitet, in dem das Gas durch Abkühlung
kondensiert wird, so daß es in flüssiger Form aus der Zentrifuge abgeführt werden
kann. Der Raum 16, in den von einem Kühlmittel durchströmte Kühlorgane 15 hineinragen,
ist durch eine nur schematisch dargestellte Labyrinthdichtung 20 gegenüber dem Vakuumraum
um den Rotor abgeschirmt. The gas mixture is supplied in the centrifuge shown
through a central opening 14 by means of the supply pipe 5. The derivation of the
heavy fraction takes place through a sampling tube 19, which is fixed and in which
Gas is introduced through the back pressure. The light fraction is removed
likewise through the opening 14, with the lighter fraction in the above the rotor
2 lying subspace of the rotor occurs. This space becomes
the gas over a
Line, not shown, passed into space 16, in which the gas is cooled by cooling
is condensed so that it can be discharged from the centrifuge in liquid form
can. The space 16 into which cooling elements 15 through which a coolant flows protrude,
is by a only schematically shown labyrinth seal 20 opposite the vacuum space
shielded around the rotor.