DE10054369B4

DE10054369B4 - Anordnung zum Erfassen messtechnischer Daten eines Rotors einer rotierenden Maschine

Info

Publication number: DE10054369B4
Application number: DE2000154369
Authority: DE
Inventors: Mahmoud-Adel El Falaki; Lutz HÜBNER; Günter Zwarg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: FR2816061A1; DE10054369A1; FR2816061B1

Abstract

Anordnung zum Erfassen messtechnischer Daten eines von einer Rotorwelle (2) getragenen Rotors (1) einer rotierenden Maschine,
bei der die Rotorwelle (2) in ihrem Zentrum mit einer Axialbohrung (4) versehen ist
und bei der in die Axialbohrung (4) ein stangenartiger Tragkörper (10) eingeführt ist,
der mit wenigstens einem Messwertaufnehmer (11) und mit einer zum Messwertaufnehmer (11) führenden Messleitung (12) bestückt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messleitungen (12, 24) durch eine radial oder schräg verlaufende Bohrung (5, 22) aus der Rotorwelle (2) herausgeführt sind,
wobei die radial oder schräg verlaufende Bohrung (5, 22) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Vertiefungen (23) versehen ist und
die Messleitungen (24) in der radial oder schräg verlaufenden Bohrung (5, 22) mittels einer aushärtbaren Vergussmasse fixiert sind.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der rotierenden Maschinen, beispielsweise der dynamoelektrischen Maschinen oder Gasturbinen, und ist bei der baulichen Vereinigung des Rotors einer solchen Maschine mit Messvorrichtungen anzuwenden, die zum Erfassen von messtechnischen Daten, beispielsweise von Daten über physikalische Belastungen, des von einer Rotorwelle getragenen Rotors dienen.

Zur betrieblichen Überwachung der rotierenden Teile einer dynamoelektrischen Maschine ebenso wie zur Abschätzung nicht berechenbarer Betriebszustände oder für die Kalibrierung von Rechenmodellen ist es üblich, am Stator oder am Rotor und/oder der Rotorwelle Messwertaufnehmer bzw. Messwertgeber anzuordnen. Mit Hilfe solcher Sensoren gewonnene Signale werden über Messleitungen einem Messwertverarbeitungssystem zugeführt, wobei zur Übertragung der Messwerte Telemetrieeinrichtungen verwendet werden können, zum Beispiel ein am rotierenden Teil angeordneter Sender, dem ein ortsfest angeordneter Empfänger zugeordnet ist. Bei den interessierenden Messwerten kann es sich um Temperaturen, Dehnungswerte und Beschleunigungen aber auch elektrische Ströme und Spannungen handeln. Insbesondere bei schnelllaufenden Rotoren, also bei Rotoren, deren Drehzahl 3000 Umdrehungen pro Minute und mehr beträgt, ist die Erfassung von Radialbeschleunigungen von Interesse, beispielsweise bei magnetisch gelagerten Rotoren bei Ausfall des magnetischen Regelsystems.

Aus der WO 99/46508 A2 ist eine Anordnung zum Erfassen messtechnischer Daten eines Rotors einer rotierenden Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt.

Die EP 0 757 658 B1 zeigt eine Sensoreinrichtung in einem Spulrevolver, wobei ein durch eine Bohrung geführter Träger vorgesehen ist, an dessen einem Ende die Sensoreinrichtung angeordnet ist. Das andere Ende des Trägers ist mit einem Maschinenrahmen drehfest verbunden.

Durch die Erfindung wird eine Anordnung geschaffen, die einen leichten messtechnischen Zugang zum Rotor einer dynamoelektrischen Maschine ermöglicht. Hierzu ist gemäß dem Patentanspruch 1 vorgesehen, dass die den Rotor tragende Rotorwelle in ihrem Zentrum mit einer Axialbohrung versehen ist und dass in diese Axialbohrung ein stangenartiger Tragkörper eingeführt ist, der mit wenigstens einem Messwertaufnehmer und mit einer zum Messwertaufnehmer führenden Messleitung bestückt ist.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Anordnung ist vor allem dazu geeignet, bei Verwendung von Beschleunigungsaufnehmern als Messwertaufnehmer Rotorbeschleunigungen zu messen. Mehrere solcher Messwertaufnehmer können verteilt über die axiale Länge des Rotors angeordnet sein. Durch Verwendung eines Tragkörpers für die Messwertaufnehmer lassen sich diese exakt in Achsrichtung positionieren. Durch die Anordnung im Zentrum der Rotorwelle werden die Rotorbelastungen und die Rotorbewegungen im Raum unter realen Bedingungen ermittelt; dabei werden nur die tatsächlich interessierenden, in der Schwereachse des Rotors wirkenden Beschleunigungen gemessen, das heißt, dass das Messsignal nur wenig verfälscht wird. – Von Vorteil ist auch, dass auf die Messwertaufnehmer aufgrund geringer Zentrifugalkräfte nur geringe statische Beschleunigungen einwirken.

Der zur Aufnahme und Positionierung der Messwertaufnehmer vorgesehene stangenartige Tragkörper kann bei Bedarf nach Erledigung der Messaufgaben auf einfache Weise entfernt und wieder verwendet werden.

Der Tragkörper ist zweckmäßig mit einer oder mehreren taschenartigen oder kammerartigen Ausnehmungen zur Aufnahme der Messwertaufnehmer und mit wenigstens einer in Achsrichtung verlaufenden Nut zur Aufnahme von Messleitungen versehen. Diese Messleitungen unterliegen ebenfalls nur geringen Beschleunigungen, das heißt sie sind mechanisch nur gering belastet und sind darüber hinaus gegen magnetische und elektrische Felder geschützt.

Über die Messleitungen können die von den Messwertaufnehmern generierten Signale einer an der Oberfläche der Rotorwelle angeordneten, mit der Rotorwelle rotierenden Sendestation einer Telemetrieeinrichtung zugeführt werden.

Die Herausführung der Messleitungen aus der Axialbohrung der Rotorwelle erfolgt zweckmäßig über eine in der Rotorwelle radial verlaufende Bohrung. Die Fixierung der Messleitungen in dieser Bohrung – in deren Bereich die Messleitungen stärkeren Zentrifugalkräften unterliegen – kann man in der Weise vornehmen, dass die radial verlaufende Bohrung mit in Umfangsrichtung verlaufenden Vertiefungen versehen wird und dass die Messleitungen in der radial verlaufenden Bohrung mittels einer aushärtbaren Vergussmasse fixiert werden. Eine solche Fixierung der Messleitungen ist fliehkraftresistent und ermöglicht eine Leitungsverlegung sowohl von Innen nach Außen als auch umgekehrt. Da die Messleitungen über die Verklammerung der ausgehärteten Vergussmasse an der Bohrungswand fixiert sind, ist für die schnelle und sichere Leitungsverlegung nur ein geringer Bohrungsdurchmesser erforderlich. – Als Vergussmasse kommt zweckmäßig eine elastisch eingestellte, temperaturbeständige Zwei-Komponenten-Masse auf der Basis eines Polyurethanharzes in Betracht. Zur Begrenzung der Eindringtiefe dieser Vergussmasse in die Radialbohrung bzw. in die anschließende Axialbohrung kann ein Stopfen aus einer aufschäumenden und aushärtenden Dichtungsmasse gesetzt werden.

Um den stangenartigen Tragkörper aus der Rotorwelle entfernen zu können, empfiehlt es sich, im Zuge der Messleitung einen lösbaren Steckverbinder anzuordnen. Der eine Teil eines solchen Steckverbinders kann dabei gegebenenfalls in der Axialbohrung und der andere Teil an dem Tragkörper fixiert sein.

Zusätzlich zu Beschleunigungsaufnehmern können auch Temperaturaufnehmer angeordnet sein, beispielsweise zur Kontrolle von Kühlmaßnahmen. Der Tragkörper kann in seiner bzw. seinen Nuten auch Messleitungen aufnehmen, die zu an der Oberfläche des Rotors angeordneten Messwertaufnehmern wie z. B. Dehnungsaufnehmern führen.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Anordnung ist in den 1 bis 6 dargestellt. Dabei zeigt
1 eine prinzipielle Darstellung betreffend die Zuordnung eines mit Messwertaufnehmern bestückten Tragkörpers zur Rotorwelle einer dynamoelektrischen Maschine,
2 einen Tragkörper mit zugeordneten Messwertaufnehmern,
3 die Zuordnung eines Messwertaufnehmers zum Tragkörper im Detail,
die 4 und 5 Querschnittsdarstellungen des Tragkörpers mit zugeordnetem Messwertaufnehmer und zugeordneten Messleitungen,
und 6 die Herausführung von Messleitungen aus der Axialbohrung durch eine schräg verlaufende Bohrung.
1 zeigt einen Rotor 1 einer elektrodynamischen Maschine mit abgestufter Welle 2 und einem Rotorkörper 3. In die Welle 2 ist eine als Sackbohrung ausgebildete axiale Bohrung 10 eingebracht, die von dem einen Ende der Welle bis in den Bereich des anderen Endes reicht. Am Ende der Sackbohrung ist eine radial verlaufende zweite Bohrung 5 in die Welle eingebracht.
In die axiale Bohrung 4 ist ein stangenartiger Tragkörper 10 eingeführt, der im Bereich des Rotorkernes 3 mit drei Messwertaufnehmern 11 bestückt ist. Längs des Tragkörpers verlaufen hier nicht näher dargestellte Messleitungen 12, die an dem einen Ende des Tragkörpers durch die schräg verlaufende Bohrung 5 hindurch nach außen auf die Oberfläche der Rotorwelle geführt sind.
Gemäß 2 ist der stangenartige Tragkörper 10 an seinem linken Ende mit einer Gewindebohrung versehen, um ihn an dem entsprechenden Ende der Rotorwelle fixieren zu können. An dem Tragkörper sind weiterhin taschenartige Ausnehmungen 13 vorgesehen, in denen die Messwertaufnehmer 11 angeordnet sind. Die längs des Tragkörpers verlaufenden Messleitungen 12 führen an dem anderen Ende zu einer Steckverbindung 14, von der aus Messleitungen 15 weiter verlaufen.
Gemäß 3 ist ein Messwertaufnehmer 11 in einer taschenartigen Ausnehmung 13 des Tragkörpers 10 mittels einer Schraube 16 fixiert. Gemäß 4 ist der Messwertaufnehmer 11 dabei zentrisch zur Achse des Tragkörpers 10 angeordnet.
Gemäß den 4 und 5 ist der stangenartige Tragkörper 10 weiterhin mit zwei in Achsrichtung verlaufenden Nuten 17 versehen, in die Messleitungen 12 eingelegt sind bzw, eingelegt werden können. Zwischen den beiden Nuten ist ein Steg 18 verblieben.
6 zeigt eine Rotorwelle 20, bei der die axial verlaufende Bohrung 21 durchgehend ausgeführt ist. Es ist weiterhin eine schräg verlaufende Bohrung 22 versehen, die in die axial verlaufende Bohrung 21 mündet. Die schräg verlaufende Bohrung ist in dem der Oberfläche der Welle benachbarten Bereich mit ringförmig umlaufenden Nuten 23 versehen, die eine im Querschnitt rechteckförmige, dreieckförmige oder halbkreisförmige Form haben können. Diese Nuten oder ein auf einer entsprechenden Länge angeordnetes Gewinde dienen der Verankerung einer aushärtbaren Dichtungsmasse, mit der in der Bohrung wendelförmig verlaufende Messleitungen 24 fixiert werden sollen. Damit die einzubringende Vergussmasse nicht in die axiale Bohrung 21 hineinläuft, ist am Übergang von der axialen Bohrung 21 auf die schräg verlaufende Bohrung 22 ein Pfropfen 25 aus einer aufschäumbaren Dichtungsmasse vorgesehen.

Claims

Anordnung zum Erfassen messtechnischer Daten eines von einer Rotorwelle (2) getragenen Rotors (1) einer rotierenden Maschine, bei der die Rotorwelle (2) in ihrem Zentrum mit einer Axialbohrung (4) versehen ist und bei der in die Axialbohrung (4) ein stangenartiger Tragkörper (10) eingeführt ist, der mit wenigstens einem Messwertaufnehmer (11) und mit einer zum Messwertaufnehmer (11) führenden Messleitung (12) bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messleitungen (12, 24) durch eine radial oder schräg verlaufende Bohrung (5, 22) aus der Rotorwelle (2) herausgeführt sind, wobei die radial oder schräg verlaufende Bohrung (5, 22) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Vertiefungen (23) versehen ist und die Messleitungen (24) in der radial oder schräg verlaufenden Bohrung (5, 22) mittels einer aushärtbaren Vergussmasse fixiert sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stangenartige Tragkörper (10) mit einer Ausnehmung (13) zur Aufnahme des Messwertaufnehmers (11) und mit wenigstens einer in Achsrichtung verlaufenden Nut (17) zur Aufnahme der Messleitung (12) versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der stangenartige Tragkörper (10) mit wenigstens drei in axialem Abstand zueinander angeordneten Messwertaufnehmern (11) bestückt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (4) als Sackbohrung ausgeführt ist und dass die radial oder schräg verlaufende Bohrung (5, 22) am Ende der Axialbohrung (4) angeordnet ist.