DD301643A7 - Method for generating a protection signal for rotating machinery for the prevention of accidents - Google Patents

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DD301643A7 DD33055189A DD33055189A DD301643A7 DD 301643 A7 DD301643 A7 DD 301643A7 DD 33055189 A DD33055189 A DD 33055189A DD 33055189 A DD33055189 A DD 33055189A DD 301643 A7 DD301643 A7 DD 301643A7
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    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines

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}The invention relates to a method for generating a protection signal for rotating machinery, preferably thermal turbomachinery, with a plurality of coupled rotor strand sections, which are respectively mounted on both sides or in 3-bearing arrangement, by cyclic evaluation of measurement signals of an installed vibration monitoring system with bearing and shaft vibration sensors. To increase the safety of the operation of these machines against accidents that find their expression in the vibration behavior, the measurement signals in the rotor core sections associated signal groups are divided, each signal group at least the measurement signals of two bearing vibration sensors and a shaft vibration sensor belong. Signals from the respective outer vibration sensors of each signal group are simultaneously added to the adjacent signal group. Within each signal group from the measurement signals of at least two bearing vibration sensors a sum signal from the measurement signals of at least one of the bearing vibration sensors and the shaft vibration sensor, a selective signal component, z. B. the 1st harmonic, and formed from the temporal change of the selective signal component between two evaluation cycles, a transient signal and compared with predetermined limits. When exceeding the limit of these three signals formed partial alarm signals are triggered, logical, and 'linked and used the output of this link as a protection signal for information and / or control of the turbomachine. Fig. 3 {machine, thermal; plain bearing; Generation; Protection signal; Rating; measuring signal; Vibration monitoring system; Bearing vibration sensor; Shaft vibration sensor; Signal groups; Sum signal; Selective signal; Transients; Link, logical}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a method for generating a protection signal for rotating machinery, in particular sliding-mounted thermal turbomachinery, for preventing accidents with high vibrations, which serves to increase the safety of the operation of these machines.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

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.The admissibility or danger of the operating state of rotating machinery is u.a. judged by the intensity of the mechanical vibrations of bearings and / or shafts. If a dangerous operating condition is detected, it must be controlled as planned or left immediately, depending on the intensity of the danger, in order to avoid consequential damage, for which primarily the energy supply to the machine must be reduced or interrupted. In order to automate this chain of action, according to the prior art e.g. Vibration meters are equipped with threshold switches, which generate and transmit signals after reaching limit values, which are suitable for causing the reduction or interruption of the energy supply to the monitored machine. Also, according to the state of the art, in order to avoid the use of erroneous signals for the machine control, the logical signal combination (n-1) from η devices or generally χ from y (DE 3044 688) is applied.

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:Furthermore, it is possible in the prior art to diagnose the selective hazard of an operating condition by signal analysis of the output signals of vibration sensors (eg DD 205998, 158 581), whereby a comparative assessment of quality and quantity by a diagnostician is required. These prior art methods are liable to disadvantages in that:

- 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.- As the evaluator of the quality and quantity of the dangerousness of an oscillation anomaly, it is only possible for the human being to be able to take effect when the automatic chain of effects is interrupted and attention and compulsion to act are forced optically or acoustically.

- 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.- By interrupting the automatic chain of action, in a series of serious faults requiring immediate interruption of the energy supply, consequential damage may develop whose impact is a multiple of the primary damage.

- 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.- The possibility of generating false or general alarms can lead to serious economic damage if the opportunity to avert the danger by controlling interference or deciding to reduce the energy supply at a more economically favorable time remains untapped.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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 Belriebszustand sicher erkannt wird, Fehlalarme mit hoher Sicherheit vermieden werden und die Schadensausweitung in de' Zeit auf ein Minimum reduziert wird.The aim of the invention is to increase the safety of the operation of turbomachinery against accidents that find their expression in the vibration behavior. A procedure has to be developed, with the dangerous Be lr iebszustand is reliably detected, false positives with high safety are avoided and the damage expansion is reduced in de 'time to a minimum.

Darlegung des Wesans der ErfindungExplanation of the Wesans of the invention

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.The invention has for its object to provide a method that allows, especially in turbomachinery with multiple coupled rotor core sections, which are each mounted on both sides or in 3-bearing arrangement, by cyclic evaluation of measurement signals from vibration sensors, the movement of Convert bearings and shafts into electrical signals and appropriate processing of the electrical signals for the purpose of unambiguous recognition of inadmissible operating conditions, the selection of their particular danger and the confirmation of the 3 detected impermissible operating states by redundant information to act without delay on the vulnerable machine so that the dangerous operating condition leave as soon as possible.

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:According to the invention, the measurement signals are divided into signal groups assigned in the rotor core sections, wherein at least the measurement signals of two bearing vibration sensors and one wave oscillation sensor belong to each signal group. Signals from the respective outer vibration sensors of each signal group are simultaneously added to the adjacent signal group. Within each signal group, at least two layer vibration sensors are converted into a sum signal from the measurement signals, a selective signal component from the measurement signals of at least one of the bearing vibration sensors and the shaft vibration sensor, e.g. the first harmonic, and from the temporal change of the selective signal component between two evaluation cycles a transient signal is formed and compared with predetermined limit values. When the limit values of these three signals are exceeded, partial alarm signals are triggered, logically "and" linked, and the output signal of this link is used as a protection signal for the information and / or control of the turbomachine.

- Schwirgbewegungen von Lagern und Wellen eines Maschinenmodells sind nach Gesetzen der Rotordynanvk miteinander gekoppelt nach der Funktion- Oscillations of bearings and shafts of a machine model are coupled together according to the laws of Rotordynanvk function

K(S) = Sl (x,y) = S\v (x,y,c,D) (für Lager- und Wellenschwingungen in der gleichen Ebene)K (S) = Sl (x, y) = S \ v (x, y, c, D) (for bearing and shaft vibrations in the same plane)

bzw. über ein Kollektiv von Einflußkoeffizienten alK (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.or via a collective of influence coefficients a 1K (for bearing or shaft vibrations in different planes), according to which it is possible to obtain redundant information from different sensors. This legitimate dependency is exploited for the detection of dangerous operating conditions while avoiding a Fdhlalarms by errors in the measuring and signal processing system.

- 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.In the simple case, the machine model to be considered is a runner arranged on two bearings, and in the general case a multiply coupled rotor run on several bearings.

- 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.- Experience has shown that in the general case, the coupling influence can be simplified reduced to the executed by the runner bearing> jnd undulations and the running of the immediately adjacent runners bearing and shaft movements.

- 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.- In summary of the rotordynamic laws and the experiences of coupling fluid, a multiply coupled and stored wave train can be treated in the monitoring of accidental heat as several runners.

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.The invention has the advantage that the derived signals are ursachenselektiv, z. B. by sudden change in the drßhf'requenten signal components as an indication of loss of mass or rotor curvature. By logically "and" linking the non-selective alarms to the source-selective alarms, it provides both the legal foundations for automatic machine control and the diagnostic information for a machine trouble be used for automatic action on the energy supply to the vulnerable machine.

Ausführungsbeispielembodiment

Die nähere Erläuterung erfolgt an Hand der Zeichnung in Verbindung mit der Wirkungsweise. Es zeigenThe detailed explanation is made on the basis of the drawing in conjunction with the mode of action. Show it

Fig. 1: den Ausschnitt eines Modells einer ^u schützenden Maschine1 shows the detail of a model of a protective machine

Fig.2: das Blockschaltbild einer Bewortungsschaltung2 shows the block diagram of a Bewortungsschaltung

Fig. 3: die Prinzipskizze eines realen Turbosatzes in Verbindung mit einer Auswerteschaltung zur Auslösung eines Alarms.3: the schematic diagram of a real turbo set in conjunction with an evaluation circuit for triggering an alarm.

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.The solution according to the invention requires a vibration monitoring system that meets the requirements set in the characteristics of the known technical solutions. For example, a measuring and monitoring principle according to DD 158581 is to be used. With reference to the accompanying drawings, a preferred method and apparatus for the solution according to the invention will now be described. In the model of FIG. 1, the rotor is mounted on the bearings υ, 1,2,3. The movements of the rotor and the bearings by means of sensors W1, LO, L1, L2, L3 in x- and y-Richtunj e -faßt and converted into electrical signals. The processing of the measuring signals takes place in a corresponding prior art evaluation circuit, whereby for the individual measured variables information about possible limit violation of the sum signals GW SUM (L) or selective signal components, such as the 1st harmonic GW 1 N (L / W) or whose time change between two evaluation cycles GW TIN (LW) are generated.

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 mehrerenThis information is in a logic circuit according to ^ ig. 2 "and", whereby the output signal of the logic circuit A1 contains both legal-type information (standard, operating instruction) and diagnostic type (it is diagnosed as an adjustable serious damage of a substantial module) Redundant information from different sensors is safe and tested Alarm Since a real turbomachine according to Figure 3 is usually a multiply stored and coupled system of several

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.Runners is, are in the presence of appropriate situations of the runners or submachines 1 to 3, the alarms A1 to A3 of the submachines within cross-signal groups formed, which are indicated by dashed lines in Figure 3 and logic "or" to the information and / or control signal Signal A serves to protect it, by means of the state of the Tpchiii corresponding devices for signaling a dangerous condition and / or automatically acting on the energy supply to the vulnerable machine.The logic operations are preferably performed in a spoof programmable arithmetic circuit Because of the large number of signals and information flowing in, the system can be controlled in terms of circuitry and test technology.

Claims (1)

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.A method for generating a protection signal for rotating machinery, preferably thermal turbomachinery, having a plurality of coupled rotor strand sections, each mounted bilaterally or in a 3-bearing arrangement, by cyclically evaluating measurement signals of an installed vibration monitoring system with bearing and shaft vibration sensors, characterized in that the Signal signals in the rotor core sections associated signal groups are divided, each signal group at least the second bearing vibration sensors and a vibration sensor include that signals of the respective outer vibration sensors J9 the signal group are attributed simultaneously to the adjacent signal group and that within each signal group from the measurement signals of at least two bearing vibration sensors a sum signal , from the measuring signals at least one of the Lagorschwingungssensoren and the shaft vibration sensor, a selective öignalante il, z. B. the 1st harmonic, and formed from the temporal change of the selective signal component between two evaluation ZyCleruein transient signal, compared with predetermined limits, triggered at Grenzwertüborschreitungen these three signals formed partial alarms and logically "and" linked and the output of this link as a protection signal for information and / or control of the turbomachine is used. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
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