DE973802C - Arrangement for measuring or registering the air gap, especially in steam turbines - Google Patents
Arrangement for measuring or registering the air gap, especially in steam turbinesInfo
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Description
Anordnung zum Messen oder Registrieren des Luftspaltes, insbesondere bei Dampfturbinen Es ist eine bekannte Erscheinung, daß der Luftspalt einer ursprünglich richtig justierten Maschine sich nach einiger Betriebszeit verändern kann. Bei vielen, insbesondere baulich großen Arbeits- und Kraftmaschinen, z. B. bei elektrischen Motoren, elektrischen Generatoren und Dampfturbinen, sind daher Überwachungen des Luftspaltes erforderlich, um Störungen des Laufs oder irgendwelcher Kenngrößen der Maschinen zu vermeiden. Die Messungen müssen vielfach während des Betriebes vorgenommen werden, da hierbei oft nicht die gleichen Verhältnisse wie während des Stillstandes vorliegen. Bei Maschinen, deren Luftspalte in der freien Atmosphäre liegen, kann die Messung mit verhältnismäßig einfachen Mitteln erfolgen, insbesondere auch dann, wenn die Luftspalte verhältnismäßig groß sind, beispielsweise durch Projizieren eines Luftspaltbildes, vorteilhaft in vergrößerter Abbildung, auf eine Meßskala od. dgl.Arrangement for measuring or registering the air gap, in particular in steam turbines It is a well-known phenomenon that the air gap is originally a correctly adjusted machine can change after some operating time. With many in particular structurally large work and power machines, z. B. in electrical Motors, electrical generators and steam turbines are therefore monitored by the Air gap required in order to prevent malfunctions in the run or any characteristics of the Avoid machines. The measurements often have to be carried out during operation because the conditions are often not the same as during the standstill are present. In the case of machines with air gaps in the free atmosphere, the measurement is carried out with relatively simple means, in particular also when when the air gaps are relatively large, for example by projecting an air gap image, advantageously in an enlarged image, on a measuring scale or the like
Schwieriger werden die Messungen jedoch bei gekapselten Maschinen, vor allem aber bei Dampfturbinen. Hier kommt es darauf an, einen genauen und überall gleichmäßigen Spalt zwischen den stillstehenden und umlaufenden Teilen zu haben, da sonst erhebliche Einbußen des Wirkungsgrades und außerdem mechanische Schäden auftreten können, die kostspielige Reparaturen nach sich ziehen. Die Messungen werden auch um so schwieriger, je kleiner die Luftspalte der Maschinen sind. So können bei verhältnismäßig großen Maschinen, z. B. Walzwerksmotoren von mehren Metern Durchmesser mit Luftspalten bis etwa 10 mm, noch verhältnismäßig einfache optische Geräte zum Messen angewandt werden, ohne daß dabei eine störende Meßungenauigkeit zu befürchten ist. Bei schnellaufenden Turbinen kann es sich dagegen um Luftspalte in der Größenordnung von einigen zehntel Millimetern handeln.However, measurements are more difficult with encapsulated machines, but especially with steam turbines. Here it comes down to an exact and everywhere to have an even gap between the stationary and rotating parts, otherwise there would be a considerable loss of efficiency and also mechanical damage can occur that result in costly repairs. The measurements will be The smaller the air gaps in the machines, the more difficult it is. So can at relatively large machines, e.g. B. rolling mill motors from several meters in diameter with air gaps up to about 10 mm, still relatively simple Optical devices can be used for measuring without causing a disturbing measurement inaccuracy is to be feared. In the case of high-speed turbines, on the other hand, there may be air gaps act on the order of a few tenths of a millimeter.
Soll hierbei noch genau gemessen werden, so werden schon erheblich größere Anforderungen an die Meßanordnung gestellt: sie muß feiner und genauer arbeiten. Man wird deshalb bestrebt sein, und ferner aus dem Grunde, um nicht platzeinnehmende und unhandliche Meßeinrichtungen verwenden zu müssen, baulich kleine und genaue elektrisch-optische Einrichtungen anzuwenden, die mit Fotozellen und elektrischen Anzeigegeräten arbeiten. Die optischelektrische Messung hat zudem den Vorteil, daß der Meßwert auf einfache Weise in räumlicher Entfernung von der Maschine, z. B. in einer Schaltwarte, angezeigt werden kann.If measurements are still to be carried out precisely here, they will be considerable greater demands are placed on the measuring arrangement: it must work finer and more precisely. One will therefore strive, and furthermore for the reason, not to occupy space and having to use cumbersome measuring equipment, structurally small and accurate to apply electro-optical devices using photocells and electrical Display devices work. The optical-electrical measurement also has the advantage that the measured value in a simple manner at a spatial distance from the machine, e.g. B. in a control room.
Es zeigt sich nun, daß bei einer mit einer Fotozelle und einem elektrischen Anzeigeinstrument arbeitenden Luftspaltmeßanordnung, bei der eine große Genauigkeit verlangt wird, störende Meßfehler auftreten können, die durch Helligkeitsschwankungen des auf die Fotozelle fallenden Lichtes bedingt sind. Diese Helligkeitsschwankungen können einmal durch Schwankungen der Versorgungsspannung der verwendeten Lichtquelle hervorgerufen werden. Man könnte diesen Fehler jedoch in an sich bekannter Weise durch eine künstliche Konstanthaltung der Betriebsspannung der Lichtquelle erreichen. Diese Maßnahme würde aber, abgesehen davon, daß sie einen verhältnismäßig großen Aufwand nötig machen würde, bei der Messung von Luftspalten an Dampfturbinen nicht allein ausreichen, um hinlänglich genaue Meßergebnisse zu erzielen, da bei Dampfturbinen Helligkeitsschwankungen eines durch den Turbinenluftspalt gehenden Lichtstrahles auch durch andere Ursachen hervorgerufen werden können, hauptsächlich durch wechselnde Verunreinigungen und dadurch bedingtes verändertes Absorbtionsvermögen des Dampfes. Außerdem können sich auf den Fenstern, die im Turbinengehäuse zum Ein- und Ausführen des Lichtstrahles erforderlich sind, Verunreinigungen absetzen, die ebenfalls Belichtungsänderungen der Fotozelle bewirken können. Ein weiterer Nachteil vonAbtasteinrichtungen, die zur Messung die Strahlenstärke verwenden, ist, daß zum Erzielen einer hohen Meßgenauigkeit besonders gleichmäßig abgestrahltes und verteiltes Licht verwendet werden muß, weil sonst keine definierte Abhängigkeit zwischen gemessener Lichtintensität und Spaltbreite besteht. It turns out that one with a photocell and one with an electric Indicating instrument working air gap measuring arrangement, in which a great accuracy is required, disturbing measurement errors can occur due to fluctuations in brightness of the light falling on the photocell. These fluctuations in brightness can be caused by fluctuations in the supply voltage of the light source used be evoked. However, one could make this mistake in a manner known per se by artificially keeping the operating voltage of the light source constant. This measure would, however, apart from the fact that it is a comparatively large one This would not require any effort when measuring air gaps on steam turbines alone are sufficient to achieve sufficiently accurate measurement results, as in the case of steam turbines Fluctuations in brightness of a light beam passing through the turbine air gap can also be caused by other causes, mainly changing ones Impurities and the resulting changes in the absorption capacity of the steam. It can also be seen on the windows in the turbine housing for entering and exiting of the light beam are required to deposit impurities, which also change the exposure the photocell. Another disadvantage of scanners that To use the radiation intensity for measurement, that is to achieve a high measurement accuracy Particularly evenly emitted and distributed light must be used because otherwise no defined dependency between measured light intensity and gap width consists.
Es werden also besonders hohe Anforderungen an den optischen Teil der Einrichtung gestellt, wodurch diese kompliziert und teuer wird.There are therefore particularly high demands on the optical part the facility, making it complicated and expensive.
Die Erfindung geht von einer Spaltmeßeinrichtung aus, bei der in an sich bekannter Weise die Spaltmessung unter Anwendung von Strahlen erfolgt und ein Abbild des Spaltes durch einen entsprechenden Empfänger aufgenommen und in elektrische Meßwerte umgewandelt wird. Die Erfindung bezieht sich auf die besondere Aufgabe, bei einer derartigen Einrichtung die eben erwähnten Nachteile zu vermeiden, d. h. Ungenauigkeiten und Fehler durch Intensitätsschwankungen der Strahlenquelle auszuschließen. The invention is based on a gap measuring device in which in In a known manner, the gap measurement is carried out using rays and an image of the gap recorded by a corresponding receiver and converted to electrical Measured values is converted. The invention relates to the particular task to avoid the disadvantages just mentioned in such a device, d. H. Eliminate inaccuracies and errors due to fluctuations in the intensity of the radiation source.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein dem Luftspalt entsprechendes Strahlenbild über eine Modulationsvorrichtung in von der Spaltgröße abhängige Strahlungsimpulse veränderlicher Dauer umgewandelt wird und daß diese Strahlungsimpulse durch eine Umsatzeinrichtung unabhängig von der Intensität des Strahlenbildes in Sekundärwerte umgewandelt und einem Meß- oder Registriergerät zugeführt werden.According to the invention this is achieved in that the air gap corresponding beam image via a modulation device in the size of the gap dependent radiation pulses of variable duration is converted and that this Radiation pulses through a conversion device regardless of the intensity of the The radiation image is converted into secondary values and a measuring or recording device are fed.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer mit Lichtstrahlen arbeitenden Anordnung nach der Erfindung schematisch dargestellt. In the drawing, one embodiment is one with light beams working arrangement according to the invention shown schematically.
In der Anordnung nach Fig. I sind von der zu messenden Maschine nur zwei den Luftspalt mit der Breite b bildende Teile 1 und 2 dargestellt. Das von einer Lichtquelle 3 mit einem dahinterliegenden Spiegel 4 ausgestrahlte Licht wird in einer Linse 5 gesammelt und vorzugsweise durch eine massive Glassäule 6 und ein an dessen Ende angebrachtes Prisma 7 auf den Luftspalt geworfen. Hinter dem Luftspalt befindet sich ein weiteres Prisma 8 und ein Abbildungsobjektiv g von derartigem Aufbau und derartiger Anordnung, daß das Bild des zu messenden Luftspaltes, der vorzugsweise an der engsten Stelle gemessen wird, auf eine Fotozelle 10 abgebildet wird. In the arrangement according to Fig. I are of the machine to be measured only two parts 1 and 2 forming the air gap with the width b are shown. That from a light source 3 with a mirror 4 behind it is emitted light collected in a lens 5 and preferably through a solid glass column 6 and a at its end attached prism 7 thrown onto the air gap. Behind the air gap there is another prism 8 and an imaging lens g of such a type Structure and such an arrangement that the image of the air gap to be measured, the is preferably measured at the narrowest point, mapped onto a photocell 10 will.
Die Lage der beiden Prismen 7 und 8 sowie der Lichtquelle 4 und der Fotozelle 10 sind durch den Aufbau der nicht mitdargestellten Maschine bedingt, deren Luftspalt gemessen werden soll, und ist nicht wesentlich für die Erfindung. An Stelle der Glassäule 6 kann auch gegebenenfalls ein Tubus verwendet werden. Vor der Fotozelle 10 befindet sich eine umlaufende Scheibe 12, die von einem Antrieb 13 mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben wird und einen oder mehrere vorzugsweise schmale und radial ausgerichtete Durchbrechungen 14 gleicher Breite aufweist, wie Fig. 2 in Ansicht zeigt. Das Luftspaltbild I5 hat die Breite b' und liegt senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlitzes I4, so daß durch den Schlitz 14 die Fotozelle je nach der Luftspaltgröße mehr oder weniger lange belichtet wird. Dies stellt eine auf optisch-mechanischem Wege erzeugte Impulszeitmodulation dar. Sie bewirkt am Ausgang der Fotozelle elektrische Impulse, deren Dauer durch die Größe des Luftspaltbildes bedingt ist. Die Fotozelle 10 ist an eine Umsetzeinrichtung I6 angeschlossen, die einen nichtlinearen elektrischen Vierpol enthält, der in seiner Nichtlinearität derart bemessen ist, daß der Einfluß der die Fotozelle treffenden Helligkeit der Lichtimpulse ausgeschaltet wird. Der nichtlineare Vierpol kann beispielsweise eine im Sättigungsgebiet arbeitende Elektronenröhre enthalten oder auch ein Relais, durch das entsprechend der Impulsdauer das Zeitglied I7, insbesondere ein RC-Glied, an eine nicht weiter dargestellte konstante Gleichspannung angeschlossen wird. An Stelle eines solchen aktiven Vierpols, der sich durch eine eigene Spannungsquelle auszeichnet, kann auch ein passiver Vierpol, z. B. ein bei allen Aussteuerungen im Sättigungsgebiet seiner Charakteristik betriebener nichtlinearer Widerstand, verwendet werden, beispielsweise zwei gegensinnig parallelgeschaltete Halbleiterventile. Durch den in der Umsetzeinrichtung 16 befindlichen nichtlinearen Vierpol wird somit die Amplitude der Lichtimpulse eliminiert. Der nichtlineare Vierpol kann sowohl mit der Umsetzeinrichtung identisch sein als einen Teil derselben bilden. Der restliche Teil kann z. B. einen besonderen Verstärker bilden. Die gegebenenfalls verstärkten Sekundärimpulse gelangen auf ein Zeitglied I7, das ein elektrisches Meßinstrument I8 speist.The position of the two prisms 7 and 8 and the light source 4 and the Photocell 10 are due to the structure of the machine not shown, whose air gap is to be measured and is not essential to the invention. Instead of the glass column 6, a tube can optionally also be used. before the photocell 10 is a rotating disc 12, which is driven by a drive 13 is driven at a constant speed and one or more preferably narrow and radially aligned openings 14 of the same width has, as Fig. 2 shows in view. The air gap image I5 has the width b 'and is perpendicular to the direction of movement of the slot I4, so that through the slot 14 the photocell is exposed for a longer or shorter period depending on the size of the air gap. This represents a pulse time modulation generated in an opto-mechanical way. It causes electrical impulses at the output of the photocell, the duration of which depends on the Size of the air gap image is conditional. The photocell 10 is connected to a transfer device I6 connected, which contains a non-linear electrical quadrupole, which in its Non-linearity is such that the influence of the photocell hitting Brightness of the light pulses is switched off. The non-linear quadrupole can, for example contain an electron tube working in the saturation area or a relay, by the timing element I7, in particular an RC element, according to the pulse duration, is connected to a constant direct voltage (not shown). At Place of such an active quadrupole, which has its own voltage source can also be a passive quadrupole, e.g. B. one at all levels in the saturation area of his Characteristic of operated non-linear Resistance, can be used, for example two oppositely connected in parallel Semiconductor valves. By the nonlinear located in the conversion device 16 Quadrupole, the amplitude of the light pulses is eliminated. The non-linear quadrupole can both be identical to the relocating device and form part of the same. The remaining part can e.g. B. form a special amplifier. The possibly amplified secondary pulses arrive at a timing element I7, which is an electrical Meter I8 feeds.
Der Ausschlag des Meßinstruments stellt ein Maß für die geometrischen Abmessungen des Luftspaltes dar.The deflection of the measuring instrument is a measure of the geometric Dimensions of the air gap.
Durch das Ausschalten der Lichtintensität werden Fehler durch Schwankungen der Lichtquellenstärke und durch veränderliche Absorbtion längs des Lichtweges ausgemerzt. Die Umsetzeinrichtung r6, das Zeitglied 17, zumindest aber das Meßinstrument 18 wird man vorteilhaft nicht in unmittelbarer Nähe der in ihrem Luftspalt zu messenden Maschine, sondern räumlich davon getrennt, insbesondere in der Meß-oder Schaltwarte der Maschine anbringen.By switching off the light intensity, errors are caused by fluctuations the light source strength and eradicated by variable absorption along the light path. The conversion device r6, the timing element 17, but at least the measuring instrument 18 it is advantageous not to be in the immediate vicinity of the one to be measured in its air gap Machine, but spatially separated from it, especially in the measuring or control room attach to the machine.
Unter Umständen kann es Vorteile bieten, an Stelle einer eine gleichbleibende Strahlung, z. B. Lichtstrahlung, abgebenden Strahlenquelle eine solche zu verwenden, die Wechselstrahlen bzw. ein Wechsellicht aussendet. In diesem Falle wird die als Modulator verwendete Scheibe 12 vorteilhafterweise mit einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl im Verhältnis zur Frequenz der Wechselstrahlung angetrieben. Under certain circumstances it can offer advantages instead of a constant one Radiation, e.g. B. light radiation, emitting radiation source to use such a, which emits alternating rays or alternating light. In this case, the Modulator used disk 12 advantageously with a relatively low Speed driven in relation to the frequency of the alternating radiation.
Es sind hier zwei verschiedene Betriebsarten möglich.Two different operating modes are possible here.
Bei der ersteren werden die Frequenz der Strahlen bzw. Lichtquelle und die Drehzahl der Scheibe je für sich gleich gehalten. Bei der zweiten Art wird die Frequenz der Strahlenquelle, z. B. Lichtquelle, mit der Umlaufdrehzahl bzw. Frequenz der Scheibe fest gekoppelt. Der dabei erreichte Vorteil besteht darin, daß sowohl die Drehzahl der Scheibe als auch die Frequenz der Lichtquelle nicht unbedingt gleich gehalten werden zu brauchen, ohne daß sich eine größere Fehlermöglichkeit ergibt.In the former, the frequency of the rays or light source and the speed of the disc is kept the same for itself. The second type is the frequency of the radiation source, e.g. B. light source, with the rotational speed or Frequency of the disk firmly coupled. The advantage here is that that both the speed of the disc and the frequency of the light source do not must necessarily be kept the same without creating a greater possibility of error results.
Auch bei Anwendung einer Wechselstrahlung bzw. eines Wechsellichtes ergibt sich eine Umwandlung des Strahlenbildes in ein Maß für die Spaltabmessungen darstellende Impulse, die jedoch im Gegensatz zu dem vorerwähnten Beispiel Wechselimpulse sind. Die Anwendung einer Wechselstrahlung macht es hierbei möglich, die Impulsdauer und damit die Spaltbreite durch Zählung der während der Impulsdauer eintretenden Strahlenwechsel oder Strahlungswellen zu erfassen. Even when using alternating radiation or alternating light the result is a conversion of the ray image into a measure for the gap dimensions representing pulses, which, however, in contrast to the example mentioned above, are alternating pulses are. The use of alternating radiation makes it possible to adjust the pulse duration and thus the gap width by counting those occurring during the pulse duration To detect radiation changes or radiation waves.
Anstatt mit optischen Strahlen kann die Anordnung nach der Erfindung auch mit anderen an sich beliebigen Strahlen arbeiten, vor allem mit Strahlen, deren Wellenlänge unterhalb derjenigen von optischen Strahlen liegt, insbesondere mit Gammastrahlen, die, wie an sich bekannt, bereits zu verschiedenen Meßzwecken, insbesondere zur Strahlungsmessung und Dickenmessung, vorgeschlagen und auch verwendet worden sind. Bei der Messung eines Luftspaltes, der nicht ohne weiteres von außen zugänglich ist, können besondere Fenster im Turbinengehäuse dann entfallen. Instead of using optical beams, the arrangement according to the invention also work with other rays of any kind, especially with rays whose Wavelength below that of optical rays, especially with Gamma rays, which, as is known per se, are already used for various measurement purposes, in particular for radiation measurement and thickness measurement, has been proposed and also used are. When measuring an air gap that is not easily accessible from the outside special windows in the turbine housing can then be omitted.
Durch die erfindungsgemäße Elimination der Strahlungsintensität sind Nachregelungen, wie sie bei den bekannten Isotopen-Strahlungsmeßgeräten infolge des durch die Halbwertzeit gekennzeichneten Nachlassens der Strahlung bedingt sind, nicht erforderlich. Eine Meßanordnung mit Isotopenstrahlern kann daher längere Zeit ohne Wartung in bezug auf die Strahlungsintensität auskommen, und es lassen sich auch Strahler verwenden mit nicht besonders großer Halbwertzeit, die dafür aber ein hohes Durchdringungsvermögen aufweisen. Entsprechend der Art der verwendeten Strahlung müssen entsprechende Mittel zur Beeinflussung des Strahlenganges und zur Aufnahme der Strahlen verwendet werden. Da diese sich zwangläufig aus der Art der verwendeten Strahlen ergeben, erübrigt es sich, an dieser Stelle darauf einzugehen, zumal sie auch dem Fachmann bekannt sind. In Sonderfällen ist es jedoch nicht ausgeschlossen, auch an sich bekannte Strahlenwandler zu verwenden, die aus einer Strahlung eine solche anderer Wellenlänge erzeugen. Dies kann besonders im Hinblick auf die zu verwendende Umwandlungseinrichtung von Vorteil sein.By eliminating the radiation intensity according to the invention Adjustments, as in the known isotope radiation meters as a result the decrease in radiation marked by the half-life, not mandatory. A measuring arrangement with isotope emitters can therefore take a long time do without maintenance with regard to the radiation intensity, and it can be also use emitters with a not particularly long half-life, but they do have a high penetration capacity. According to the type of used Radiation must have appropriate means to influence the beam path and to Recording the rays are used. Since this inevitably results from the type of rays used, there is no need to go into this at this point, especially since they are also known to the person skilled in the art. In special cases, however, it cannot be ruled out that to use also known radiation transducers, which from a radiation a generate those of other wavelengths. This can be especially with regard to too using conversion device may be advantageous.
PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zurMessung oder betriebsmäßigen Überwachung des Spaltes zwischen umlaufenden und feststehenden Teilen von Maschinen, insbesondere Dampfturbinen sowie elektrischen Maschinen mittels von einer Strahlenquelle ausgesandter Strahlen, die bei Spaltänderungen beeinflußt werden und auf eine elektrische Anzeigevorrichtung einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Luftspalt entsprechendes Strahlenbild über eine Modulationsvorrichtung in von der Spaltgröße abhängige Strahlungsimpulse veränderlicher Dauer umgewandelt wird und daß diese Strahlungsimpulse durch eine Umsetzeinrichtung unabhängig von der Intensität des Strahlenbildes in Sekundärwerte umgewandelt und einem Meß- oder Registriergerät zugeführt werden. PATENT CLAIMS: 1. Device for measuring or operational monitoring the gap between rotating and stationary parts of machines, in particular Steam turbines and electrical machines by means of emitted from a radiation source Beams that are influenced by gap changes and on an electrical display device act, characterized in that a radiation pattern corresponding to the air gap Via a modulation device in radiation pulses depending on the size of the gap variable duration is converted and that these radiation pulses by a Conversion device independent of the intensity of the radiation image into secondary values converted and fed to a measuring or recording device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES33429A DE973802C (en) | 1953-05-16 | 1953-05-16 | Arrangement for measuring or registering the air gap, especially in steam turbines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES33429A DE973802C (en) | 1953-05-16 | 1953-05-16 | Arrangement for measuring or registering the air gap, especially in steam turbines |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE973802C true DE973802C (en) | 1960-08-18 |
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ID=7481165
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DES33429A Expired DE973802C (en) | 1953-05-16 | 1953-05-16 | Arrangement for measuring or registering the air gap, especially in steam turbines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE973802C (en) |
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- 1953-05-16 DE DES33429A patent/DE973802C/en not_active Expired
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