DE4023930A1 - Vibration damper - comprises interleaved concentric rings immersed in viscous elastic damping medium - Google Patents
Vibration damper - comprises interleaved concentric rings immersed in viscous elastic damping mediumInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen viskoelastischen Schwingungs dämpfer zur Minderung von Schwingungen, beispielsweise an Rührwerksantrieben und Reaktoraufhängungen.The invention relates to a viscoelastic vibration dampers to reduce vibrations, for example Agitator drives and reactor suspensions.
Rührwerke, wie sie zum Beispiel in der chemischen Industrie eingesetzt werden, bestehen im allgemeinen aus einem senk recht angeordneten zylindrischen Behälter mit ebenen Böden, Klöpperboden oder Korbbogenboden, als Abschluß. Im oberen Boden ist normalerweise der Rührwerksantrieb in Form einer Rührwerkslaterne, welche die Dichtung und Lagerung aufnimmt, und der Antrieb, meist ein Getriebe mit Elektromotor, aufge setzt.Agitators, such as those used in the chemical industry are used, generally consist of a lower quite arranged cylindrical container with flat bottoms, Lace or arched floor, as a conclusion. At the top The bottom is usually the agitator drive in the form of a Agitator lantern, which holds the seal and bearing, and the drive, usually a gearbox with an electric motor, opened puts.
Am Rührorgan der Rührerwelle, welches verschiedenste Formen aufweisen kann, greifen Unwuchtkräfte, Kräfte aus periodi schen Wirbelablösungen der Strömung sowie Stoßkräfte durch Druckstöße beim Vorbeistreichen des Rührflügels am Stromstö rer an. Diese Kräfte wirken im wesentlichen auf das Schwin gungssystem Rührerwelle-Rührerantrieb-Boden ein und regen es hauptsächlich durch periodische oder unregelmäßige (stocha stische) Stöße zu Schwingungen in seiner niedrigsten Eigen frequenz an. Die Größe der resultierenden Schwingungsampli tuden wird dabei wesentlich von den vorhandenen Werkstoff dämpfungen und der Dämpfung des Rührers im Fluid bestimmt. On the stirrer of the stirrer shaft, which has a wide variety of shapes can exhibit unbalance forces, forces from periodi vortex shedding of the flow as well as impact forces Pressure surges when the impeller sweeps past the power surge other. These forces essentially affect the pig system agitator shaft-stirrer drive-bottom and stimulate it mainly through periodic or irregular (stocha tische) impacts to vibrations in its lowest eigen frequency on. The size of the resulting vibration ampli tuden becomes essential from the existing material damping and the damping of the stirrer in the fluid determined.
Weil die Werkstoffdämpfungen der Rührerwelle und des Boden blechs meist unter 1% Dämpfungsmaß liegen, kommt es ver schiedentlich zu unzulässig großen Schwingungen, welche besonders in der Einschweißung des Rührerflansches unzuläs sig hohe Werkstoffspannungen ergeben. Zur Veringerung der durch die Schwingungen induzierten Werkstoffspannungen wurde bisher so vorgegangen, daß Böden mit einer größeren Wand dicke eingebaut worden sind. Nachteilig bei dieser Sanie rungsmaßnahme sind jedoch die hohen anfallenden Reparatur kosten sowie der relativ langandauernde Produktionsausfall. Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Schwingungsbe lastung besteht darin, die verfahrenstechnische Betriebswei se zu verändern.Because the material damping of the stirrer shaft and the floor sheet are usually less than 1% damping dimension, it comes off differently to impermissibly large vibrations, which especially not permissible in the welding of the stirrer flange result in high material stresses. To reduce the material stress induced by the vibrations previously done so that floors with a larger wall thick have been installed. A disadvantage of this sania The measure to be taken is the high repair costs costs and the relatively long-term loss of production. Another way to reduce vibration load is the procedural operational mode to change.
Die gleiche Problematik von durch Schwingungen induzierten Werkstoffspannungen tritt auch bei Reaktoraufhängungen, speziell von Wirbelschichtreaktoren, auf. Hier werden durch heftige Stöße, die bei Gaseinblasung in den Reaktor oder Masseverlagerung im Reaktor auftreten können, der Reaktor, das Reaktorgestell und weitere Anlagenteile zu Schwingungen in Eigenfrequenz angeregt. Auch hier wurde bisher so vorge gangen, daß durch massivere Ausgestaltung der Anlagenteile bzw. durch Veränderung der verfahrenstechnischen Betriebs weise versucht worden ist, die Schwingungen abzudämpfen.The same problem of vibration induced Material stresses also occur with reactor suspensions, especially of fluidized bed reactors. Here are through violent impacts that occur when gas is injected into the reactor or Mass shift can occur in the reactor, the reactor, the reactor frame and other system parts to vibrate excited at natural frequency. This has also been done here so far went that by massive design of the plant parts or by changing the process engineering operation wise attempts have been made to dampen the vibrations.
Die Schwingungen von Rührwerken und Reaktoraufhängungen sollten sich prinzipiell auch mit Schwingungsdämpfern redu zieren lassen. Allgemein sind drei Dämpfungsprinzipien be kannt: Reibungsdämpfer, hydraulischer Drosseldämpfer und viskoelastische Dämpfer.The vibrations of agitators and reactor suspensions should in principle also be reduced with vibration dampers decorate. In general there are three damping principles knows: friction damper, hydraulic throttle damper and viscoelastic dampers.
Reibungsdämpfer, wie sie beispielsweise aus der DE-A 33 37 322 bekannt sind, ermöglichen zwar eine relativ große Dämpfungs wirkung bei relativ kleinen Abmessungen. Nachteilig ist jedoch, daß die Dämpfungswirkung nur in einer Bewegungsrich tung erfolgt, die Dämpfungswirkung erst nach Überschreiten einer bestimmten Mindestbelastung einsetzt und die Dämp fungswirkung sich nicht geschwindigkeitsproportional ver hält.Friction damper, as for example from DE-A 33 37 322 are known, allow a relatively large damping effect with relatively small dimensions. The disadvantage is however, that the damping effect only in one direction of motion tion takes place, the damping effect only after exceeding a certain minimum load and the damper effect is not proportional to speed holds.
Hydraulische Drosseldämpfer haben den Nachteil der nur li nearen Dämpfung in eine Raumrichtung und nur geringer Dämp fungswirkung bei kleinen Amplituden. In Abhängigkeit von der verwendeten Hydraulikflüssigkeit kann die Dämpfungswirkung temperaturabhängig sein.Hydraulic throttle dampers have the disadvantage of only left near damping in one spatial direction and only low damping effect with small amplitudes. Depending on the Hydraulic fluid used can reduce the damping effect be temperature dependent.
In der DE-A 31 46 297 wird ein viskoelastischer Dämpfer zur Dämpfung von Rohrleitungsschwingungen beschrieben. Nachtei lig bei dieser Vorrichtung ist die Temperaturabhängigkeit der Dämpfung bei der Verwendung von bituminösen Dämpfungs mitteln und generell die relativ großen baulichen Abmessun gen.In DE-A 31 46 297 a viscoelastic damper is used Damping of pipe vibrations described. Night egg Lig in this device is the temperature dependence attenuation when using bituminous attenuation average and generally the relatively large structural dimensions gene.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungs dämpfer zu entwickeln, der die obengenannten Nachteile nicht aufweist. Vielmehr sollte der Schwingungsdämpfer über eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfungswirkung verfügen, die in alle Bewegungsrichtungen wirkt, nur geringe Temperaturab hängigkeit hat und Wärmedehnungen nicht behindert. Vor al lem sollte der Schwingungsdämpfer bei kleiner Bauweise große Dämpfungswirkung aufweisen.The invention has for its object a vibration to develop dampers that do not have the disadvantages mentioned above having. Rather, the vibration damper should have a damping effect proportional to the speed acts in all directions of movement, only low temperature dependency and does not hinder thermal expansion. Before al The vibration damper should be large with a small design Have damping effect.
Gegenstand der Erfindung ist ein Schwingungsdämpfer beste
hend aus einem Dämpferstempel (1) und einem Dämpfergehäuse
(2),
wobei der Dämpferstempel (1) aus einer ebenen Platte (3) und
daran angesetzten im Abstand angeordneten konzentrischen
Ringen (4) besteht,
und das Dämpfergehäuse (2) aus einer ebenen Platte (5) und
darauf aufgesetzten konzentrischen Ringen (6) besteht, wobei
die Zwischenräume zwischen den Ringen (6) ein viskoelasti
sches Dämpfungsmedium (7) beinhalten, und
der Dämpferstempel (1) in der Weise auf das Dämpfergehäuse
(2) aufgesetzt wird, daß die Ringe (4) des Dämpferstempels
(1) in das Dämpfermedium (7) zwischen den Ringen (6) des
Dämpfergehäuses (2) eintauchen.The invention relates to a vibration damper consisting of a damper stamp ( 1 ) and a damper housing ( 2 ),
the damper plunger ( 1 ) consisting of a flat plate ( 3 ) and concentric rings ( 4 ) arranged at a distance from it,
and the damper housing ( 2 ) consists of a flat plate ( 5 ) and concentric rings ( 6 ) placed thereon, the spaces between the rings ( 6 ) containing a viscoelastic damping medium ( 7 ), and
the damping plunger (1) is placed in such a manner on the damper housing (2), that the rings (4) immersing the damper ram (1) into the damper medium (7) between the rings (6) of the damper housing (2).
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen und des Ausführungsbeispiels näher erläutert:The invention is based on the drawings and of the embodiment explained in more detail:
Der viskoelastische Schwingungsdämpfer nach Fig. 1 besteht aus einem Dämpferstempel (1), einem Dämpfergehäuse (2) und einem viskoelastischen Dämpfungsmedium (7).The viscoelastic vibration damper according to Fig. 1 consists of a damping plunger (1), a damper housing (2) and a viscoelastic damping medium (7).
Der Dämpferstempel (1) ist zusammengesetzt aus einer kreis runden, ebenen Oberplatte (3) an deren Unterseite mehrere konzentrische Ringe im Abstand zueinander angeordnet sind. Über eine oder mehrere an der Platte (3) des Dämpferstempels (1) angeordnete Nachfüllbohrungen (8) kann das Dämpfungsme dium (7) eingefüllt oder nachgefüllt werden.The damper stamp ( 1 ) is composed of a circular, flat top plate ( 3 ) on the underside of which several concentric rings are arranged at a distance from one another. The damping medium ( 7 ) can be filled or refilled via one or more refill bores ( 8 ) arranged on the plate ( 3 ) of the damper plunger ( 1 ).
Bei zunehmendem Anteil von Schwingungen in horizontaler Richtung ist es vorteilhaft, um die Dämpfungswirkung in al le drei Raumrichtungen anzugleichen, den Anteil an Strö mungsverdrängungsarbeit in horizontaler Richtung durch eine oder mehrere Ausgleichsbohrungen (11) in den Stempelringen (4) zu verringern.With increasing proportion of vibrations in the horizontal direction, it is advantageous, in order to equalize the damping effect in al le three spatial directions, to reduce the proportion of flow displacement work in the horizontal direction through one or more compensating bores ( 11 ) in the punch rings ( 4 ).
An der Außenseite des Dämpferstempels (1), die durch den äußersten der Ringe (4) gebildet wird, dessen Höhe vorzugs weise weniger als 2/3 der Ringhöhe der übrigen Ringe (4) beträgt, befindet sich eine Arretierung (9), beispielsweise in Form einer Schraube, mittels derer der Schwingungsdämpfer festgestellt werden kann. On the outside of the damper plunger ( 1 ), which is formed by the outermost of the rings ( 4 ), the height of which is preferably less than 2/3 of the ring height of the other rings ( 4 ), there is a lock ( 9 ), for example in Form of a screw that can be used to fix the vibration damper.
Das Dämpfergehäuse (2) besteht aus einer kreisrunden, ebenen Platte (5) an deren Oberseite mehrere konzentrische Ringe (6) so im Abstand zueinander angeordnet sind, daß beim Zu sammenwirken von Dämpferstempel (1) und Dämpfergehäuse (2) die Ringe (4) in die Ringräume zwischen den Ringen (6) ein treten können. Vorzugsweise ist die Anzahl der konzentri schen Ringe (6) so bemessen, daß in jeden der gebildeten Ringräume ein Stempelring (4) eintaucht.The damper housing ( 2 ) consists of a circular, flat plate ( 5 ) on the top of which several concentric rings ( 6 ) are arranged at a distance from one another so that when the damper plunger ( 1 ) and damper housing ( 2 ) interact, the rings ( 4 ) can enter the annular spaces between the rings ( 6 ). The number of concentric rings ( 6 ) is preferably such that a stamp ring ( 4 ) is immersed in each of the annular spaces formed.
Der Durchmesser des äußersten der Ringe (6), der die Außen seite des Dämpfungsgehäuses (2) bildet, dessen Höhe vorzugs weise weniger als die Hälfte der Ringhöhe der übrigen Ringe (6) beträgt, sollte dabei gleich dem Durchmesser des äußer sten der Ringe (4) sein. Dämpferstempel (1) und Dämpferge häuse (2) sind nicht fest miteinander verbunden. Die einzige Verbindung zwischen Dämpferstempel (1) und Dämpfergehäuse (2) wird durch eine elastische Manschette (10) hergestellt. Geeignete Materialien für die Manschette sind beispielsweise Kunststoffolien.The diameter of the outermost of the rings ( 6 ), which forms the outside of the damping housing ( 2 ), the height of which is preferably less than half the ring height of the other rings ( 6 ), should be equal to the diameter of the outermost rings ( 4 ) be. Damper stamp ( 1 ) and damper housing ( 2 ) are not firmly connected. The only connection between the damper ram ( 1 ) and damper housing ( 2 ) is made by an elastic sleeve ( 10 ). Suitable materials for the cuff are, for example, plastic films.
Die Ringräume zwischen den Ringen (6) in welche ein Stempel ring (4) eintaucht enthalten ein Dämpfungsmedium (7). Zum Ausgleich des Füllstands des Dämpfungsmediums zwischen den Ringräumen sind diese durch Bodenaussparungen (12) miteinan der verbunden. Vorzugsweise wird hochviskoses Siliconöl als Dämpfungsmedium verwendet, wobei die Viskosität des Dämp fungsmediums der Aufgabenstellung angepaßt wird.The annular spaces between the rings ( 6 ) in which a stamp ring ( 4 ) is immersed contain a damping medium ( 7 ). To compensate for the level of the damping medium between the annular spaces, these are connected to each other by floor recesses ( 12 ). Highly viscous silicone oil is preferably used as the damping medium, the viscosity of the damping medium being adapted to the task.
Die Anzahl der Ringe (4) des Dämpferstempels bzw. der am Dämpfergehäuse angebrachten Ringe (6), deren Höhe, Durchmes ser und die Spaltbreite zwischen den Ringen werden der Auf gabenstellung entsprechend bemessen. Aus fertigungstechni schen Gründen beträgt die Anzahl der gebildeten Ringräume zwischen den Ringen (6) vorzugsweise maximal fünf. Der durch den am weitesten innen angeordneten Ring (6) gebildete Raum wird nicht mit Dämpfungsmedium befüllt. Die Dämpfungswirkung wird dadurch nicht beeinträchtigt; es entsteht der Vorteil eines geringeren Füllvolumens.The number of rings ( 4 ) of the damper plunger or the rings ( 6 ) attached to the damper housing, their height, diameter and the gap width between the rings are dimensioned according to the task position. For manufacturing reasons, the number of annular spaces formed between the rings ( 6 ) is preferably a maximum of five. The space formed by the innermost ring ( 6 ) is not filled with damping medium. The damping effect is not affected by this; there is the advantage of a smaller filling volume.
Die Befestigung des viskoelastischen Schwingungsdämpfers an einem schwingenden Objekt (13) oder einem Tragegestell bzw. einer anderen Haltevorrichtung (14) erfolgt durch Verschrau bung mit der Platte (3) des Dämpferstempels (1) bzw. Ver schraubung mit der Platte (5) des Dämpfergehäuses.The viscoelastic vibration damper is attached to a vibrating object ( 13 ) or a carrying frame or another holding device ( 14 ) by screwing to the plate ( 3 ) of the damper plunger ( 1 ) or screwing to the plate ( 5 ) of the damper housing .
Fig. 2 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen viskoela stischen Schwingungsdämpfers (1) zur Abdämpfung von Schwin gungen an Rührwerksantrieben. Der Schwingungsdämpfer (1) ist dabei zwischen der Getriebe-Aufhängevorrichtung (2) und dem Getriebe (3) angebracht. Weiter sind noch das Rührwerk (4) und der Reaktor (5) eingezeichnet. Fig. 2 shows the use of the visco-elastic vibration damper ( 1 ) according to the invention for damping vibrations on agitator drives. The vibration damper ( 1 ) is attached between the transmission suspension device ( 2 ) and the transmission ( 3 ). The agitator ( 4 ) and the reactor ( 5 ) are also shown.
Fig. 3 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen viskoela stischen Schwingungsdämpfers (1) zur Abdämpfung von Reaktor schwingungen. Der Reaktor (2) ruht in dieser Ausführungsform auf dem Schwingungsdämpfer (1), der am Tragegestell (3) des Reaktors verankert ist. Fig. 3 shows the use of the visco-elastic vibration damper ( 1 ) for damping reactor vibrations. In this embodiment, the reactor ( 2 ) rests on the vibration damper ( 1 ), which is anchored to the support frame ( 3 ) of the reactor.
Mit dem erfindungsgemäßen viskoelastischen Schwingungsdämp fer wird es ermöglicht, durch die Anordnung einer großen Zahl von Ringen bei kleinstmöglichem Spaltabstand und gerin gem Füllvolumen, Schwingungsdämpfer mit sehr kleinen Außen abmessungen aber hohem Dämpfungspotential zu erhalten. Die Kombination von hohem Dämpfungspotential mit kleinen Außen abmessungen des Schwingungsdämpfers ist wesentlich, vor allem für die Behebung von Schwingungsproblemen, welche im Planungsstadium einer Anlage noch nicht absehbar waren und deshalb nachträglich behoben werden müssen, da dann nur ge ringer Raum für den Einbau von Schwingungsdämpfern ver bleibt. With the viscoelastic vibration damper according to the invention fer is made possible by arranging a large one Number of rings with the smallest possible gap distance and small according to filling volume, vibration damper with very small outside dimensions but high damping potential. The Combination of high damping potential with small outside Dimensions of the vibration damper is essential before especially for the correction of vibration problems, which in the Planning stage of a plant were not yet foreseeable and therefore must be remedied subsequently, since then only ge Wrong space for the installation of vibration dampers ver remains.
An einem Rührwerk mit zweiflügeligem Blattrührer und einem Durchmesser von 3000 mm, einer Antriebsleistung von 110 kW und einer Umdrehungszahl von 63 U/min, traten starke Schwin gungen am Rührwerksantrieb, besonders an Elektromotor und Getriebe auf. Die Schwingungen traten mit einer Frequenz von 3.8 Hz auf, standen in keiner Beziehung zur Rührerdrehzahl oder Vielfachen davon, resultierten also aus Eigenschwingun gen des Rührantriebsystems. Vor allem bei Dampfeinblasung zur Aufheizung des Behälterinhalts traten die größten Schwingungen mit Amplituden von etwa 1 mm auf. Der Korbbo genboden des Behälters wurde dadurch einer starken Biege und Beulbeanspruchung unterworfen, die rechnerisch über der zulässigen Belastung lag. Durch den Einbau des erfindungsge mäßen Schwingungsdämpfers reduzierten sich die Schwingungen auf weniger als ein Zehntel, von 1 mm Amplitude auf 0.075 mm Amplitude, ohne daß eine Produktionsunterbrechung nötig ge wesen ware.On an agitator with a two-bladed blade stirrer and one Diameter of 3000 mm, a drive power of 110 kW and a rotation speed of 63 rpm, strong vibrations occurred on the agitator drive, especially on the electric motor and Gear on. The vibrations occurred at a frequency of 3.8 Hz, were unrelated to the stirrer speed or multiples thereof, resulted from natural vibrations against the stirring drive system. Especially with steam injection the largest were used to heat the contents of the container Vibrations with amplitudes of about 1 mm. The basket bo The bottom of the container became a strong bend and subjected to buckling stress, which is calculated above the permissible load. By installing the fiction As a result of the vibration damper, the vibrations were reduced to less than a tenth, from 1 mm amplitude to 0.075 mm Amplitude without the need to interrupt production be goods.
Demgegenüber hätte die Maßnahme der Einschweißung eines neu en dickwandigeren Bodens ein Vielfaches der Reparaturkosten und vor allem einen mehrwöchigen Produktionsausfall verur sacht.In contrast, the measure of welding one would be new en thick-walled floor a multiple of the repair costs and above all caused a loss of production lasting several weeks gently.
Claims (9)
wobei der Dämpferstempel (1) aus einer ebenen Platte (3) und daran angesetzten im Abstand angeordneten konzentri schen Ringen (4) besteht,
und das Dämpfergehäuse (2) aus einer ebenen Platte (5) und darauf aufgesetzten konzentrischen Ringen (6) be steht, wobei die Zwischenräume zwischen den Ringen (6) ein viskoelastisches Dämpfungsmedium (7) beinhalten, und der Dämpferstempel (1) in der Weise auf das Dämpferge häuse (2) aufgesetzt wird, daß die Ringe (4) des Dämp ferstempels (1) in das Dämpfungsmedium (7) zwischen den Ringen (6) des Dämpfergehäuses (2) eintauchen.1. vibration damper consisting of a damper stamp ( 1 ) and a damper housing ( 2 ),
wherein the damper ram ( 1 ) consists of a flat plate ( 3 ) and spaced concentric rings ( 4 ) attached to it,
and the damper housing ( 2 ) consists of a flat plate ( 5 ) and concentric rings ( 6 ) placed thereon, the spaces between the rings ( 6 ) containing a viscoelastic damping medium ( 7 ), and the damper stamp ( 1 ) in this manner is placed on the damper housing ( 2 ) that the rings ( 4 ) of the damper stamp ( 1 ) are immersed in the damping medium ( 7 ) between the rings ( 6 ) of the damper housing ( 2 ).
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