DD301643A7

DD301643A7 - Verfahren zum Erzeugen eines Schutzsignals für rotierende Maschinen zurVerhinderung von Havarien

Info

Publication number: DD301643A7
Application number: DD33055189A
Authority: DD
Inventors: Wolfram Dipl Ing Schnaider; Christian Dipl Ing Arnold; Ekkerhard Dipl Ing Matschke; Joachim Dipl Ing Schlorf
Original assignee: Veag Vereinigte Energiewerke Ag
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1993-05-13
Also published as: DE4020119A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Schutzsignals für rotierende Maschinen, vorzugsweise thermische Turbomaschinen, mit mehreren gekoppelten Läuferstrangabschnitten, die jeweils beidseitig oder in 3-Lageranordnung gelagert sind, durch zyklische Bewertung von Meßsignalen eines installierten Schwingungsüberwachungssystems mit Lager- und Wellenschwingungssensoren. Zur Erhöhung der Sicherheit des Betriebes dieser Maschinen gegenüber Havarien, die im Schwingungsverhalten ihren Ausdruck finden, werden die Meßsignale in den Läuferstrangabschnitten zugeordnete Signalgruppen eingeteilt, wobei zu jeder Signalgruppe mindestens die Meßsignale zweier Lagerschwingungssensoren und eines Wellenschwingungssensors gehören. Signale der jeweils äußeren Schwingungssensoren jeder Signalgruppe werden gleichzeitig der benachbarten Signalgruppe zugerechnet. Innerhalb jeder Signalgruppe werden aus den Meßsignalen mindestens zweier Lagerschwingungssensoren ein Summensignal, aus den Meßsignalen mindestens einer der Lagerschwingungssensoren und des Wellenschwingungssensors ein selektiver Signalanteil, z. B. die 1. Harmonische, und aus der zeitlichen Änderung des selektiven Signalanteils zwischen zwei Bewertungszyklen ein Transientensignal gebildet und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Bei Grenzwertüberschreitungen dieser drei gebildeten Signale werden Teilalarmsignale ausgelöst, logisch ,und' verknüpft und das Ausgangssignal dieser Verknüpfung als Schutzsignal zur Information und/oder Steuerung der Turbomaschine herangezogen. Fig. 3{Maschine, thermisch; Gleitlagerung; Erzeugung; Schutzsignal; Bewertung; Meßsignal; Schwingungsüberwachungssystem; Lagerschwingungssensor; Wellenschwingungssensor; Signalgruppenbildung; Summensignal; Selektivsignal; Transientensignal; Verknüpfung, logisch}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Schutzsignals für rotierende Maschinen, insbesondere gleitgelagerte thermische Turbomaschinen, zur Verhinderung von Havarien mit hohen Schwingungen, das zur Erhöhung der Sicherheit des Betriebes dieser Maschinen dient.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Zulässigkeit oder Gefährlichkeit des Betriebszustandes rotierender Maschinen wird nach dem Stand der Technik u.a. nach der Intensität der mechanischen Schwingungen von Lagern und/oder Wellen beurteilt. Ist ein gefährlicher Betriebszustand erkannt, muß dieser, abhängig von der Intensität der Gefährlichkeit, planmäßig gesteuert bzw. unverzüglich verlassen werden, um Folgeschäden zu vermeiden, wozu in erster Linie die Energiezuführung zur Maschine verringert oder unterbrochen werden muß. Um diese Wirkungskette zu automatisieren, werden nach dem Stand der Technik z.B. Schwingungsmeßgeräte mit Schwellwertschaltern ausgestattet, die nach der Erreichung von Grenzwerten Signale erzeugen und weiterleiten, die geeignet sind, die Verringerung oder Unterbrechung der Energiezuführung zur überwachten Maschine zu veranlassen. Auch werden nach dem Stand der Technik zur Vermeidung der Benutzung von fehlerhaften Signalen für die Maschinensteuerung die logische Signalverknüpfung (n - 1) aus η Geräten oder allgemein χ von y (DE 3044 688) angewendet.

Weiter ist es nach dem Stand der Technik möglich, durch Signalanalyse der Ausgangssignale von Schwingungsssnsoren die selektive Gefährlichkeit eines Betriebszustandes zu diagnostizieren (z. B. DD 205998,158 581), wobei eine vergleichende Bewertung von Qualität und Quantität durch einen Diagnostiker erforderlich ist. Diesen nachdem Stand der Technik bekannten Verfahren haften folgonde Nachteile an:

- Dem Menschen als Bewerter von Qualität und Quantität der Gefährlichkeit einer Schwingungsanomalie kann nur die Möglichkeit zum Wirksamwerden gegeben werden, wenn die automatische Wirkungskette unterbrochen ist und Aufmerksamkeit und Zwang zum Handeln optisch oder akustisch erzwungen werden.

- Durch Unterbrechung der automatischen Wirkungskette kann bei einer Reihe schwerwiegender Fehler, bei denen unverzöqerte Unterbrechung der Energiezuführung geboten ist, sich ein Folgeschaden entwickeln, dessen Auswirkung ein Mehrfaches des Primärschadens beträgt.

- Die Möglichkeit der Erzeugung falscher oder zu allgemeiner Alarme kann zu schwerwiegenden wirtschaftlichen Schäden führen^ wenn die Chance zur Abwendung der Gefahr durch steuernden Eingriff oder Entscheidung für die Verringerung der Energiezufuhr zu einem wirtschaftlich günstigeren Zeitpunkt ungenutzt bleiben.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Sicherheit des Betriebes von Turbomaschinen gegenüber Havarien, die im Schwingungsverhalten ihren Ausdruck finden. Dazu ist ein Verfahren zu entwickeln, mit dem der gefährliche Be^lriebszustand sicher erkannt wird, Fehlalarme mit hoher Sicherheit vermieden werden und die Schadensausweitung in de' Zeit auf ein Minimum reduziert wird.

Darlegung des Wesans der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es gestattet, insbesondere bei Turbomaschinen mit mehreren gekoppelten Läuferstrangabschnitten, die jeweils beidseitig gelagert oder in 3-Lager-Anordnung ausgeführt sind, durch zyklische Bewertung von Meßsignalen aus Schwingungssensoren, die die Bewegung von Lagern und Wellen in elektrische Signale umwandeln und geeignete Verarbeitung der elektrischen Signale zum Zweck der eindeutigen Erkennung unzulässiger Betriebszustände, der Selektion ihrer besonderen Gefährlichkeit sowie der Bestätigung der 3 erkannten unzulässigen Betriebszustände durch redundante Informationen, unverzögert auf die gefährdete Maschine so einzuwirken, daß der gefährliche Betriebszustand so schnell wie möglich verlassen wird.

Erfindungsgemäß werden die Meßsignale in den Läuferstrangabschnitten zugeordnete Signalgruppen geteilt, wobei zu jeder Signalgruppe mindestens die Meßsignale zweier Lagerschwingungssensoren und eines Wellanschwingungssensors gehören. Signale der jeweils äußeren Schwingungssensoren jeder Signalgruppe werden gleichzeitig der benachbarten Signalgruppe zugerechnet. Innerhalb jeder Signalgruppe werden aus den Meßsignalen mindestens zweier Layerschwingungssensoron ein Summensignal, aus den Meßsignalen mindestens einer der Lagerschwingungssensoren und des Wellenschwingungssensors ein selektiver Signalanteil, z.B. die 1.Harmonische, und aus der zeitlichen Änderung des selektiven Signalanteils zwischen zwei Bewertungszyklen ein Transientensignal gebildet und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Bei Grenzwertüberschreitungen dieser drei gebildeten Signale werden Teilalarmsignale ausgelöst, logisch „und" verknüpft und das Ausgangssignal dieser Verknüpfung als Schutzsignal zur Information und/oder Steuerung der Turbomaschine herangezogen. Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

- Schwirgbewegungen von Lagern und Wellen eines Maschinenmodells sind nach Gesetzen der Rotordynanvk miteinander gekoppelt nach der Funktion

K(S) = Sl (x,y) = S\v (x,y,c,D) (für Lager- und Wellenschwingungen in der gleichen Ebene)

bzw. über ein Kollektiv von Einflußkoeffizienten a_lK (für Lager- oder Wellenschwingungen in unterschiedlichen Ebenen), wonach erfindungsgerr.dß redundante Informationen aus unterschiedlichen Sensoren gewonnen werden können. Diese gesetzmäßige Abhängigkeit wird ausgenutzt für die Erkennung des gefährlichen Betriebszustandes bei gleichzeitiger Vermeidung eines Fdhlalarms durch Fehler in der Meß- und Signalverarbeitungsanlage.

- Das zu betrachtende Maschinenmodell ist im einfachen Fall ein auf zwei lagern angeordneter Läufer und im allgemeinen Fall ein mehrfach gekoppelter Läuferstrang auf mehreren Lagern.

- Erfahrungsgemäß kann im allgemeinen Fall der Koppeleinfluß auf die vom betrachteten Läufer ausgeführten Lager- >jnd Wellenbewegungen sowie die von den unmittelbar benachbarten Läufern ausgeführten Lager- und Wellenbewegungen vereinfacht reduziert werden.

- In Zusammenfassung der rotordynamischen Gesetzmäßigkeiten und der Erfahrungen über Koppeleinflüsso kann ein mehrfach gekoppelter und gelagerter Wellenstrang bei der Überwachung auf Havarieer°ignisse behandelt werden wie mehrere Läufer.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die abgeleiteten Signale ursachenselektiv sind, z. B. durch plötzliche Veränderung der drßhf'requenten Signalanteile als Hinweis auf Masseverlust oder Läuferverkrümmung. Durch logische „und"-Verknüpfung der nichtselektivan Alarmsign-jie mit den ursachenselektiven Alarmsignalen wird erreicht, daß sowohl die rechtlichen Grundlagen für automatische Maschinensteuerung als auch die diagnostischen Informationen für eine Maschinenhavarie gegeben sind. So erzeugte Alarmsignale können sowohl zur Information für das Bedienungspersonal als auch zur automatischen Einwirkung auf die Energiezuführung zur gefährdeten Maschine benutzt werden.

Ausführungsbeispiel

Die nähere Erläuterung erfolgt an Hand der Zeichnung in Verbindung mit der Wirkungsweise. Es zeigen

Fig. 1: den Ausschnitt eines Modells einer ^u schützenden Maschine

Fig.2: das Blockschaltbild einer Bewortungsschaltung

Fig. 3: die Prinzipskizze eines realen Turbosatzes in Verbindung mit einer Auswerteschaltung zur Auslösung eines Alarms.

Die erfindungsgemäße Lösung setzt ein Schwingungsüberwachungssystem voraus, daß die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen aufgestellten Forderungen erfüllt. Beispielsweise ist ein Meß- und Überwachungsprinzip nach DD 158581 zugrunde zu legen. Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird nachstehend eine bevorzugte Verfahrensfonr, und Vorrichtung füi die erfindungsgemäße Lösung dargestellt. Bei dem Modell gemäß Fig. 1 ist der Läufer auf den Lagern υ, 1,2,3 gelagert. Die Bewegungen des Läufers und der Lager werden mittels Sensoren W1, LO, L1, L2, L3 in x- und y-Richtunj e -faßt und in elektrische Signale gewandelt. Die Verarbeitung der Meßsignale erfolgt in einer dem Stand der Technik entsprechenden Bewertungsschaltung, wodurch für die einzelnen Meßgrößen Informationen über eventuelle Grenzwertverletzung der Summensignale GW SUM (L) bzw. selektiver Signalanteile, wie der 1. Harmonischen GW 1 N (L/W) bzw. deren zeitliche Änderung zwischen zwei Bewertungszyklen GW TIN(LW) erzeugt werden.

Diese Informationen werden in einer Logikschaltung gemäß ^ig. 2 „und" verknüpft, wodurch erreicht wird, daß das Ausgangssignal der Logikschaltung A1 sowohl Informationen rechtlicher Art (Standard, Bedienanweisung) als auch diagnostischer Art (es wird ein einstellbar schwerwiegender Schaden einer wesentlichen Baugruppe diagnostiziert) enthält. Gleichzeitig ist das Signal A1 ein durch redundante Informationen aus unterschiedlichen Sensoren gesiche.ier und geprüfter Alarm. Da eine reale Turbomaschine nach Fig.3 in der Regel ein mehrfach gelagertes und gekoppeltes System von mehreren

Läufern ist, werden bei Vorliegen entsprechender Situationen der Läufer bzw. Teilmaschinen 1 bis 3 die Alarme A1 bis A3 der Teilmaschinen innerhalb übergreifender Signalgruppen gebildet, die durch gestrichelte Linien in Fig.3 angedeutet sind und logisch „oder" zum Informations- und/oder Steuersignal A verknüpft. Das Signal A dient dazu, mit Hilfe des Standes der Tpchiii entsprechender Einrichtungen zum Signalisieren eines gefährlichen Zustandes und/oder automatischen Einwirkens auf die Energiezuführung zur gefährdeten Maschine, diese zu schützen. Die logischen Verknüpfungen werden vorzugsweise in einer spoicherprogrammierbaren Rechenschaltung durchgeführt, um das System wegen der Vielzahl de.- einfließenden Signale und Informationen schaltungstechnisch und prüftechnologisch beherrschbar zu machen.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Schutzsignals für rotierende Maschinen, vorzugsweise thermische Turbomaschinen, mit mehreren gekoppelten Läuferstrangabschnitten, die jeweils beidseitig oder in 3-Lager-Anordnung gelagert sind, durch zyklische Bewertung von Meßsignalen eines installierten Schwingungsüberwachungssystems mit Lager- und Wellenschwingungssensoren, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßsignale in den Läuferstrangabschnitten zugeordnete Signalgruppen eingeteilt werden, wobei zu jeder Signalgruppe mindestens die Meßsignale zweiter Lagerschwingungssensoren und eines Wellenschwingungssensors gehören, daß Signale der jeweils äußeren Schwingungssensoren J9der Signalgruppe gleichzeitig der benachbarten Signalgruppe zugerechnet werden und daß innerhalb jeder Signalgruppe aus den Meßsignalen mindestens zweier Lagerschwingungssensoren ein Summensignal, aus den Meßsignalen mindestens einus d«r Lagorschwingungssensoren und des Wellenschwingungssensors ein selektiver öignalanteil, z. B. die 1. Harmonische, und aus der zeitlichen Änderung des selektiven Signalanteils zwischen zwei Bewertungszykleruein Transientensignal gebildet, mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen, bei Grenzwertüborschreitungen dieser drei gebildeten Signale Teilalarme ausgelöst und logisch „und" verknüpft werden und das Ausgangssignal dieser Verknüpfung als Schutzsignal zur Information und/ oder Steuerung der Turbomaschine herangezogen wird.

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