DE1623477C - Einrichtung zur Messung absoluter Schwingungen in einer aus Rotor und Stator bestehenden Maschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Umformer nichtelektrischer Größen in ein elektrisches Ausgangssignal, insbesondere auf seismische Umformer mechanischer Schwingungen in ein Ausgangssignal in Form eines elektrischen Wechselstroms, dessen Frequenz und Amplitude sich entsprechend der Veränderung der Charakteristiken der zu messenden mechanischen Schwingungen verändern.

Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise zur Anwendung in Schwingungseinrichtungen verschiedener Maschinen und Mechanismen bestimmt, die aus einem Rotor und einem Stator bestehen (Dampfturbine, Turbogenerator, Elektromotor, Dieselmotor, Drehbank ü. a.), wenn der zu messende Parameter durch Schwingungsbewegungen ausgedrückt wird.

Bekannt sind Einrichtungen seismischen Typs, deren Aüsgangssignal von der Amplitude und der Frequenz der zu "messenden mechanischen Schwingungen abhängt, die unmittelbar das Umformergehäuse in Bewegung setzen und die in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

Die genannten Einrichtungen müssen jedoch einen unmittelbaren Kontakt mit dem zu überwachenden Objekt haben, was sie praktisch für Messungen von absoluten Schwingungen der sich mit hohen Drehgeschwindigkeiten drehenden Rotoren unbrauchbar macht.

Es wurden Einrichtungen für eine kontaktlose Messung absoluter Schwingungen der sich drehenden Welle vorgeschlagen, bei denen ein auf einem elastischen Element aufgehängter Dauermagnet ununterbrochen den Schwingungen des sich drehenden Werkteiles folgt. · : ::,:±t:'r '

Zur Beseitigung der Schwingung an der Befestigungsstelle des Gebergehäuses wird ein zusätzliches, mit Hauptsystem identisches Schwingungssystem verwendet, dessen Dauermagnet sich vom ferromagnetischen Teil des Gebergehäuses in einer bestimmten, von der Lage des Rotorzentrums unabhängigen Entfernung befindet.

. Ein wesentlicher Nachteil dieser Einrichtungen ist die nichtlineare Abhängigkeit der Wechselwirkungskraft zwischen Rotor und Dauermagnet von der Größe des Abstandes zwischen ihnen, was seinerseits eine nichtlineare Abhängigkeit der Empfindlichkeit des Umformers von der Größe der Rotorvibration bedingt.

Beim Betrieb eines Rotor-Stator-Systems verändert ■sich die Lage des Röiorzeritrums in bezug auf das Lagergehäuse; infolgedessen wird sich der Abstand zwischen Rotor und Dauermagnet des Hauptschwingungssystems von dem ursprünglichen unterscheiden, während der Abstand zwischen Dauermagnet des zusätzlichen Schwingungssystems und dem ferromagnetischen Abschnitt des'Gehäuses unverändert bleibt, weshalb die Ausgleichsbedingungen verzerrt werden.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist die Abhängigkeit der mechanischen Wechselwirkungskraft des Rotors mit dem Dauermagnet von den Magnetfeldern im drehbaren Rotor.

Zu den Nachteilen gehört auch das Vorhandensein von zwei identischen Schwingungssystemen mit gleichem Dämpfungsgrad.

Die genannten Nachteile gestatten nicht, die oben dargelegten Einrichtungen z. B. unter den Arbeitsbedingungen des Rotors in Gleitlagern zu verwenden, da die relativ langsamen Verschiebungen der Drehachse des Rotors die Schwingungsausschläge des Rotors bedeutend übertreffen.

Außerdem ist der drehbare Körper gegen Magnetfelder empfindlich, weshalb solche Einrichtungen in Rotor-Stator-Systemen keine Verwendung finden.

Die Aufgabe besteht im folgenden: Die Entwicklung von Einrichtungen, die nur ein einziges seismisches System aufweisen und die es gestatten, die absolute Schwingung kontaktlos zu messen.

ίο Die Entwicklung von Einrichtungen, die es gestatten, die absoluten Schwingungen von Rotor und Stator gleichzeitig und sehr genau zu messen, v.

Eine Einrichtung zu schaffen, die auch, normal arbeiten kann, wenn während des Betriebs im Rotor Magnetfelder entstehen.

Die Entwicklung einer Einrichtung, deren träge Masse in einem Inertialsystem praktisch unbeweglich und gegen die nicht zu messenden Gehäuseschwingungen der Einrichtung im Arbeitsbereich von Frequenzen und Amplituden unempfindlich wäre.

Eine Einrichtung mit konstanter Empfindlichkeit gegen, jiie zu. messenden Schwingungen unabhängig von der Lage der Drehachse des sich drehenden Teils zu schaffen.

Eine Schwingungseinrichtung mit einem einheitlichen seismischen; System, zu entwickeln, das eine gleichzeitige Messung von absoluten Rotor- und Statorschwingungen nach einem kontaktlosen Verfahren gewährleistet. ■■.".. '. >

Zur Lösung der genannten Aufgabe ist in der Einrichtung zur Messung absoluter Schwingungen erfindungsgemäß auf der trägen Masse, die bezüglich eines Inertialsystems in Ruhe bleibt und eine verteilte Dämpfung sowohl der Masse selbst als auch der Elemente der elastischen Aufhängung aufweist, ein im Gehäuse angeordneter, kontaktloser Umformer starr befestigt, der die Sch^wingungsausschläge des Rotors in ein proportionales elektrisches Ausgangssignal umwandelt.

In einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung ist als kontaktloser Umformer ein induktiver Hochfrequenzumformer vorhanden,' dessen Resonanzschwingkreis an den Ausgang des selbsterregten Schwingungserzeuger mit überkritischem Kopplungsfaktor angeschlossen ist, bei dem der Arbeitsbereich der Umformerfrequenzen auf dem inneren (fallenden) Kurvenast der Resonanzcharakteristik des Kreises liegt, wodurch sich eine lineare Abhängigkeit der Spannung am Ausgang des Umformers von dejiGröße

des Abstandes zwischen Umformer und Rotor~"ergibt. Zur Gewährleistung einer verteilten Dämpfung ist es zweckmäßig, die träge Masse in Form eines Kolbens auszuführen, der sich in einem zylindrischen

. Gehäuse frei bewegt und auf einfachen Blattfedern aufgehängt ist, die quer zur Längsachse des Gehäuses liegen. Zur Messung der Statorschwingung kann im Gehäuse eine empfindliche Einrichtung angebracht sein, die auf Schwingungen des Gehäuses gegenüber der trägen Masse anspricht.

Im folgenden ist die vorliegende Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht eines Gerätes zur Messung von absoluten Schwingungen von Teilen der Baueinheit Rotor—Stator gemäß der Erfindung,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines induktiven Hochfrequenzumformers in dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung.

Das Gerät weist folgende Teile auf: Gehäuse 1, träge Masse 2, zwei Federn 3, die am Gehäuse zwischen Mantel 4 und Gehäuse 1 eingespannt sind, einen Schraubbolzen 5 und eine Mutter 6 zum Verbinden der tragen Masse 2 mit den Federn 3, die Stromabnahme 7, eine empfindliche Einrichtung 8 und einen kontaktlosen Umformer 9.

Die Masse 2 stellt zusammen mit den Federn 3 den Kolben einer Dämpfungseinheit und das Gehäuse 1 zusammen mit dem Mantel 4 den Zylinder dieser Einheit dar.

Als empfindliche Einrichtung kann ein gewöhnlicher induktiver Umformer benutzt werden.

Der kontaktlose Umformer 9 stellt einen Reihenresonanzschwingkreis 12, der mit dem selbsterregten Schwingungserzeuger 13 induktiv (14) und kapazitiv (15) verbunden ist, und einen Amplitudendetektor 16 dar. Die Kapazität erlaubt es, eine Verbindung zwischen Resonanzschwinkreis 12 und selbsterregtem Schwingungserzeuger mit einem überkritischen Kopplungsfaktor herzustellen, bei dem der Arbeitsbereich der Frequenzen des Umformers auf dem inneren (fallenden) Kurvenast der Resonanzcharakteristik des Kreises liegt, wodurch sich eine lineare Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Größe des Abstands zwischen Rotor und Umformer ergibt.

Der selbsterregte Schwingungserzeuger 13 und der Amplitudendetektor 16 können sowohl im Inneren des Gehäuses 1 der Einrichtung als auch außen angeordnet sein.

Die Schwingungen des Rotors 11 werden mit einem kontaktlosen Umformer 9 gegenüber der trägen Masse 2 gemessen, mit der der Umformer 9 starr verbunden ist.

Beim Betrieb des Systems sind der Stator 10 und zusammen mit ihm auch das Gehäuse 1 der Einrichtung in schwingender Bewegung, jedoch werden diese Schwingungen an die Masse 2 praktisch nicht weitergeleitet, da das seismische System und die verteilte Dämpfung dies verhindern.

Die Verwendung einer verteilten Dämpfung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt es auch, den Einfluß von sekundären Resonanzen der Federn von den Querschwingungen des Gehäuses 1 auszuschließen, die angeschlossene Masse der Dämpfungsflüssigkeit zur Senkung der Eigenfrequenz des seismischen Systems zu benutzten und somit das Gebiet zu erweitern, indem die träge Masse 2 bezüglich des Inertialsystems in Ruhe bleibt.

Die Schwingungen des Gehäuses 1 des Gerätes und somit auch des Stators 10 werden mit einer empfindlichen Einrichtung 8 gemessen, die im Inneren des Gehäuses 1 des Gerätes zwischen den Wänden des Gehäuses 1 und der trägen Masse 2 starr befestigt wird.

Aus dem Hochfrequenzsignal des Resonanzschwingkreises 12, der durch Schwingungen des Rotors 11 moduliert wird, wird mittels des Amplitudendetektors 16 ein Signal ausgesiebt, das der Amplitude und der Schwingungsfrequenz des Rotors proportional ist, über Widerstand 17 und Hochfrequenzdrossel 18 dem Eingang eines Verstärkers 19 ίο zugeführt und weiter in einem Meßgerät 20 angezeigt. Die Kapazität des Amplitudendetektors 16 erfüllt neben ihrer unmittelbaren Funktion die Rolle eines Filters, das die Signale vom Magnetfeld des Rotors nicht auf den Ausgang des Umformers durchläßt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung absoluter Schwingungen in einem aus Rotor und Stator bestehen-

dem System, das ein hermetisch abgeschlossenes mit dem Stator verbundenes Gehäuse aufweist, in dem an elastischen Elementen eine träge Masse aufgehängt ist, dadurchgekennzeichnet, daß in ihm auf der trägen Masse (2), die bezüglich eines Inertialsystems in Ruhe bleibt und eine verteilte Dämpfung sowohl der Masse (2) selbst als auch der Elemente (3) der elastischen Aufhängung hat, ein im Gehäuse (1) angeordneter kontaktloser Umformer (9) starr befestigt ist, der die Schwingungsausschläge des Rotors in ein proportionales elektrisches Ausgangssignal umwandelt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Umformer (9) ein induktiver Hochfrequenzumformer mit einem Resonanzschwingkreis (12) dient, der an den Ausgang eines selbsterregten Schwingungserzeugers (13) mit einem überkritischen Kopplungsfaktor angeschlossen ist, bei welchem der Arbeitsbereich der

Umformerfrequenzen auf dem inneren (fallenden) Kurvenast der Resonanzcharakteristik des Kreises (12) Hegt.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse (2) in Form eines Kolbens ausgeführt ist, der sich im zylindrischen Gehäuse (1) frei bewegen kann und an einfachen Blattfedern aufgehängt ist, die quer zur Längsachse des Gehäuses (1) liegen.

4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) eine empfindliche Einrichtung (8) angebracht ist, die auf Schwingungen des Gehäuses (1) gegenüber der trägen Masse (2) anspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen