CN104515492B - 用于测量旋转的转子的扩径的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量旋转的转子(5)取决于转子转速的扩径的方法,在该方法中,在距转子表面的基准距离处设有第一距离传感器(14)且与之直径相对地设有第二距离传感器(15),所述距离传感器无接触地检测转子表面的距离且产生与时间相关的第一和第二电距离信号。为转子(5)配有零标记传感器(16),该零标记传感器(16)扫描安装在转子(5)上的零标记且产生与时间相关的零标记电信号。将与时间相关的第一和第二距离信号以及与时间相关的零标记信号提供给电分析装置且由其处理,其中计算与转子旋转的每个时刻相关的旋转角度且将与每个时刻相关的旋转角度和同时的距离信号结合成与旋转角度相关的距离信号,由与旋转角度相关的距离信号计算出取决于旋转角度和转速的转子(5)的扩径。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量旋转的转子取决于转速的扩径的方法,其中在距转子表面的基准距离处设有第一距离传感器,所述第一距离传感器无接触地检测转子表面距距离传感器的距离。
背景技术
转子在旋转时受到离心力且因此被扩径,即转子的直径增加。在最简单的情况中,扩径随转速成二次方地增加。如果希望精确地获知转子在其一定的使用中发生扩径的大小,以可考虑所述扩径,则必须在转子旋转时测量扩径。目前所使用的用于确定转子扩径的方法仅给出关于转子直径的结果。但在许多情况中,也关注于单独的转子扇区的扩径。
从Günther,P等人的Measurement of radial expansion and tumbling motionof a high-speed rotor using an optical sensor system.Mechanical Systems andSignal Processing,Vol.25(2011),319至330页中已知一种用于借助于光学传感器系统测量高速旋转的转子的径向膨胀和摆动运动的方法。传感器系统包括三个激光多普勒距离传感器,所述传感器在相同的高度上且在角位置中沿转子周部布置,且与转子具有一个距离且相互以120°的角距布置。为确定三个距离传感器的精确地角度定向,在此在转子上安装触发传感器信号的光学标记,其中三个传感器的所触发的信号之间的相对于旋转频率的时间延迟用于确定传感器的精确的角距。传感器的电输出信号在测量时以与转子转速匹配的扫描率被扫描,且取决于旋转频率被调节为使得在转子回转时达到一定数量的测量点。对于每个扫描步骤,然后通过线性方程组的求解计算出质心和径向扩大,最后从更大量的相续的测量点计算出被认为是柱形测量体的转子的径向扩大的平均值。在此不进行转子扩径的与旋转角度相关的确定。
在DE 101 44 643 A1中描述了一种测量系统,所述测量系统带有多个与转子-定子系统的定子连接的且布置在转子上的无接触地测量的距离传感器,其中为检测定子和转子之间的径向距离设有两对相互直径对置的距离传感器。为确定转子的移动,将一对距离传感器的测量信号反号相加。为确定转子的径向扩大,将所有四个距离传感器的测量信号以正号加和。未提供用于与旋转角度相关地检测转子扩径的装置。
发明内容
因此,本发明所要解决的技术问题是给出一种用于测量旋转的转子取决于转子转速的扩径的方法,所述方法实现了不受到转子中点移动的影响的对于单独的转子扇区在离心力载荷下的扩径的判断。
所述技术问题通过一种用于测量旋转的转子的取决于转子转速的扩径的方法解决。在根据本发明的方法中,在距转子表面的基准距离处设有第一距离传感器,所述距离传感器无接触地与时间相关地检测转子表面距距离传感器的距离且产生与时间相关的第一电距离信号。此外,为转子配有零标记传感器,所述零标记传感器与时间相关地扫描安装在转子上的零标记且产生与时间相关的零标记电信号。将与时间相关的第一距离信号和与时间相关的零标记信号提供到电分析装置且由其处理,方式是从零标记信号计算与转速和转子旋转的每个时刻相关的旋转角度,且将每个与时刻相关的旋转角度和同时的距离信号结合成与旋转角度相关的距离信号且由此计算出取决于旋转角度和转速的转子扩径。
距离信号的旋转角度相关性能够实现对于每个通过与零点相关的旋转角度所确定的、由测量检测到的转子表面轨迹的点确定由离心力导致的取决于转速的转子扩径。
但在转子旋转时可能产生转子振动,所述转子振动叠加在由距离传感器所产生的距离信号上,所述转子振动可以是通过不平衡或冲击所导致的一阶振动。此外,通过例如通过滑动轴承的转子支承的影响可能出现振动,所述振动的频率小于或大于一阶振动的频率。此外,转子围绕其振动的转子中点可能在不同的转速下移动。转子通常以垂直轴线支承在滑动轴承内,且可因此侧向运动,且在不同的转速下具有不同的稳定点。所述影响和尤其是取决于转速的转子轴线移动叠加在所测量的距离信号上,且因此影响测量结果的精度。
为去除转子中点移动的干扰影响,根据本发明的建议,在转子的背离第一距离传感器的一侧上与第一距离传感器直径相对地在基准距离上布置第二距离传感器,所述第二距离传感器无接触地与时间相关地检测转子表面距所述第二距离传感器的距离且产生与时间相关的第二电距离信号,将所述第二电距离信号提供给电分析装置且由其处理。
如果将对置的距离传感器的第一和第二距离信号相加,则因此去除了所有干扰的转子振动和移动,因为转子在两个距离传感器的一个的方向上所进行的运动被另一个距离传感器以相同的程度从所述转子去除。但两个距离传感器的距离信号的简单相加的缺点是对于转子扩径的判断分别仅可相对于直径而言,因为从第一和第二距离传感器的加和不可确定扩径的哪些份额来自例如旋转角度0°且扩径的哪些份额来自例如旋转角度180°。但在此有利是消除了所有被测量所检测的转子振动,即使其频率大于一阶振动频率。未消除转子表面的局部改变,而是与对置的表面相加地给出。
为获得无转子中点移动的对于与转子扇区相关的扩径的判断,根据本发明的第一建议,将在对应于转子的0°旋转角度的第一时刻T0检测的第一距离传感器的第一距离信号与在转子转过半圈之后在时刻T180检测的第一距离传感器的第二距离信号相加为第一信号和,且将在第一时刻T0检测的第二距离传感器的第一距离信号与在时刻T180检测的第二距离传感器的第二距离信号相加为第二信号和,然后将第二信号和从第一信号和中减去,且通过将求减获得的差信号除以4而形成信号修正值。
在以此方式获得的信号修正值中消除一阶振动的影响,其频率小于一阶振动的振动可通过求平均值已事先消除。也可将在信号和中双倍存在的、传感器基准距离的差通过与确定基准距离的参考测量相关联而去除。
所获得的信号修正值对应于转子的旋转轴线在测量转速下的移动,且可从在同一测量中确定的距离传感器的与旋转角度相关的距离信号中减去。在距离信号中所包含的一阶干扰振动通过随后的滤波去除。因此,以仅一个距离传感器的距离信号实现了对于转子扩径的与旋转角度相关的判断。另外的传感器的距离信号仅对于转子轴线移动的确定和描述此移动的信号修正值是必需的。
根据本发明的另外的建议,可在转子的轴向方向上远离第一距离传感器的转子位置(从此位置已知转子表面形状和扩径)中在距转子的基准距离中设有第二距离传感器,所述第二距离传感器无接触地与时间相关地检测转子表面距第二距离传感器的距离且产生与时间相关的第二电距离信号,将所述第二电距离信号提供到电分析装置且由此电分析装置处理以用于修正由第一距离传感器检测到的第一距离信号,方式是在从第二距离信号减去已知的扩径和转子表面形状之后将其中剩余的干扰振动从第一距离传感器的第一距离信号中去除。在此方法中关键的是转子振动在两个距离传感器上相互并非不同。
根据本发明,其频率小于一阶振动频率的振动可通过转子多次回转测量距离信号且然后求平均值来消除。有利的是信号处理的部分在修正值计算前执行。一阶干扰振动被从距离信号中滤除。
附图说明
本发明在下文中根据在附图中图示的实施例详细解释。各图为:
图1示出了用于测量旋转的转子的扩径的设备的示意性图示,和
图2示出了测量布置的示意性图示。
具体实施方式
图1示出了适合于高速离心机且适合于测量旋转的转子的扩径的设备。该设备包括柱形保护容器1,所述保护容器1在测量运行时接收且包围旋转的转子。保护容器1以覆盖件2可封闭,在所述覆盖件2的处在保护容器1外的上侧上设有带有轴4的变速器3。轴4穿过覆盖件2且在覆盖件2的下侧上具有用于固定待测量的转子5的凸缘。轴4的驱动通过电动马达6实现,所述电动马达6通过带传动7与变速器3连接。覆盖件2安装在液压提升单元9的臂8上,通过所述液压提升单元9可将覆盖件2从保护容器1抬升且安放在保护容器1上。在布置在提升单元9的机架上的壳体10内安置了提升单元9的液压控制部。封闭的保护容器1可通过真空泵11抽真空,以避免传动损失和容器内部空间的过高发热。电控单元12用于控制电动马达6、提升单元9和真空泵11。
为测量转子5的扩径,在覆盖件2上以与转子表面的小距离直径对置地安置两个进行无接触测量的距离传感器14、15。此外,在覆盖件2上在轴4的暴露部分旁设有扫描轴4上的零标记的零标记传感器16。零标记的扫描也涉及转子5,因为转子5借助于凸缘与轴4固定地连接。距离传感器14、15和零标记传感器16通过未图示的导线连接在分析装置17上,所述分析装置17包含以分析程序编程的计算机。距离传感器14、15产生取决于转子表面的距离的模拟电压,所述模拟电压进入分析装置17后转换为数字距离信号。也将零标记传感器的电压信号数字化。
为测量转子5的扩径,通过提升单元9将覆盖件2安放在保护容器1上。转子5和布置在其周部上的距离传感器14、15因此到达保护容器1的内部空间内,使得现在通过控制单元12的控制可执行测量运行。在测量运行中,由电动马达6通过变速器3和轴5驱动转子5,且以不同的转速使之旋转。
在测量开始时在低转速下执行多个参考运行,所述参考运行用于确定两个距离传感器14、15的基准距离。然后,为测量扩径将转子5加速到更高很多的转速且在转速恒定时同时检测距离传感器14、15的距离信号和零标记传感器16的零标记信号,且将其提供到分析装置17且由分析装置17对其进行与时间相关的处理。分析装置17借助于零标记信号计算距离信号的旋转角度相关性且执行从通过多个转子旋转测量的距离信号中求平均值。通过此求平均值消除了其频率小于一阶频率的振动。
分析装置17现在具有两个距离传感器14、15的每个的与角度相关的、平均的距离信号。每个距离传感器14或15的距离信号包含测量的与旋转角度相关的取决于转子5的扩径的距离,所述距离与转速且也与旋转角度相关,但通过转子每次在恒定转速下的旋转是可重复的。距离信号此外包含与转速相关的基准距离。
此外,距离信号可能包含影响测量的干扰部分,所述干扰部分由于在转子旋转时可能形成的转子振动导致。此外,振动围绕其进行的、转子的中点可能在不同的转速下不同地移动。在滑动轴承中支承的其上固定了转子5的轴4的旋转轴线也可能在不同的转速下具有不同地移动的稳定位置。
通过在如下描述中的对于两个对置地布置的距离传感器14、15与角度相关的平均的距离信号的处理,可消除一阶干扰振动和影响测量结果的转子中点的移动。
图2解释了测量情况。实线解释了在转速n1时的转子5的表面,此时转子5围绕中点M1旋转。在转速n1时,距离传感器14测量了距离a1且转速传感器15测量了距离b1。在转速从n1改变为n2时,转子5的中点转移到另外的稳定点M2且转子5经历了对应于虚线52的扩径。距离传感器14测量距离a2且转速传感器15测量了距离b2。
对于测量,仅在两个距离传感器14、15的连接轴线中的转子移动部分是相关的。OR表示了转子移动的相关的行程。转子因此向着距离传感器15移动行程OR且从距离传感器14移开此行程OR。
两个在转速n2下测量的信号a2减b2的求减得到了双倍的行程2*OR。但这不导致可用的结果。距离传感器14检测了在转子位置0°的转子扩径,距离传感器15检测了在转子位置180°的转子扩径。这两个扩径值原则上不同。求减仅可使得差是多余的。
由此原因,根据本发明首先时刻T0的距离传感器14的距离信号与时刻T180的距离传感器14的距离信号相加,此时转子进一步转过半圈。通过相加,信号和包含由距离传感器14测量的在位置0°的扩径和在位置180°的扩径。通过信号和中的相加双倍地包含旋转轴线的移动OR。同样适合于传感器的基准距离,也双倍包含所述基准距离。通过相加有利地消除了一阶振动。
相同的计算以距离传感器15的时刻T0和时刻T180的距离信号进行。信号和在此原则上包含相同的信号份额。但在此旋转轴线的移动OR不同,但所述移动OR在此以相反的符号也同样双倍地存在。此外,距离传感器15具有另外的基准距离,所述基准距离在信号和中现在双倍地存在。
现在,两个距离传感器14和15的距离信号的信号和相互相减。以此消除了与角度相关的转子扩径。
但旋转轴线的移动OR在差异值中四倍地存在。此外传感器基准距离的差在差值中双倍地存在。但后者与转速无关且可随后通过参考传感器基准距离的确定的参考值被消除。
然后将此计算的结果除以4。因而获得用于在测量转速n2下的转子的移动OR的与转速相关的修正值,且从距离传感器的以此转速所确定的所有与旋转角度相关的测量信号中减去该修正值。然后,通过滤波去除仍包含在距离传感器的测量信号中的一阶振动。
因此,根据本发明的方法实现了通过由仅一个距离传感器所测量的距离信号对于转子的扩径的与旋转角度相关的判断。第二距离传感器仅用于确定旋转轴线的移动OR和计算修正值。在计算出的与角度相关的距离信号中仅剩余其频率高于一阶频率的转子振动,所述转子振动不由转子表面或转子的扩径导致。因此,必须认识到此振动不出现,或仅以弱到可忽略的程度出现。
Claims (5)
1.一种用于测量旋转的转子(5)的取决于转子转速的扩径的方法,其中在距转子表面的基准距离处设有第一距离传感器(14),所述第一距离传感器无接触地与时间相关地检测转子表面距第一距离传感器(14)的距离且产生与时间相关的第一电距离信号,为所述转子(5)配有零标记传感器(16),所述零标记传感器与时间相关地扫描安装在所述转子(5)上的零标记且产生与时间相关的零标记电信号,其中,将与时间相关的第一电距离信号和与时间相关的零标记信号提供给电分析装置(17)且由该电分析装置处理,方式是从所述零标记信号计算与转速和转子旋转的每个时刻相关的旋转角度,且将每个与时刻相关的旋转角度和同时的距离信号结合成与旋转角度相关的距离信号且由此计算出取决于旋转角度和转速的转子(5)的扩径,其中,在转子(5)的背离第一距离传感器(14)的一侧(5)上与所述第一距离传感器(14)直径相对地在距转子(5)的基准距离上设有第二距离传感器(15),所述第二距离传感器无接触地与时间相关地检测转子表面距所述第二距离传感器(15)的距离且产生与时间相关的第二电距离信号,将所述第二电距离信号提供给电分析装置(17)且由该电分析装置处理,且将在对应于转子的0°旋转角度的第一时刻T0检测到的第一距离传感器(14)的第一电距离信号与在转子转过半圈之后在时刻T180检测到的第一距离传感器(14)的第二电距离信号相加为第一信号和,且将在第一时刻T0检测到的第二距离传感器(15)的第一电距离信号与在时刻T180检测的第二距离传感器(15)的第二电距离信号相加为第二信号和,从第一信号和中减去第二信号和,且通过将所获得的差信号除以4而形成信号修正值,且从所述信号修正值中减去同一测量中确定的与旋转角度相关的距离传感器(14或15)的距离信号。
2.一种用于测量旋转的转子(5)的取决于转子转速的扩径的方法,其中在距转子表面的基准距离处设有第一距离传感器(14),所述第一距离传感器无接触地与时间相关地检测转子表面距第一距离传感器(14)的距离且产生与时间相关的第一电距离信号,为所述转子(5)配有零标记传感器(16),所述零标记传感器与时间相关地扫描安装在所述转子(5)上的零标记且产生与时间相关的零标记电信号,其中,将与时间相关的第一电距离信号和与时间相关的零标记信号提供给电分析装置(17)且由该电分析装置处理,方式是从零标记信号计算与转速和转子旋转的每个时刻相关的旋转角度,且将每个与时刻相关的旋转角度和同时的距离信号结合成与旋转角度相关的距离信号且由此计算出取决于旋转角度和转速的转子(5)的扩径,其中,在转子(5)的轴向方向上远离所述第一距离传感器(14)的、由其可知扩径和转子表面形状的转子位置中,在距转子(5)的基准距离处设有第二距离传感器,所述第二距离传感器无接触地与时间相关地检测转子表面距第二距离传感器的距离且产生与时间相关的第二电距离信号,将所述第二电距离信号提供到电分析装置且由此电分析装置处理以用于修正由第一距离传感器(14)检测到的第一电距离信号,方式是在从第二电距离信号中减去已知的扩径和转子表面形状之后将其中剩余的干扰振动从第一距离传感器的第一电距离信号中去除。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,通过转子多次旋转测量距离信号且然后形成平均值消除其频率小于一阶频率的振动。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在较低的转速下由多个参考运行形成平均值用于确定距离传感器的基准距离。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,通过滤波从距离信号消除一阶干扰振动。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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