DE102021118105B4 - Verfahren zur Messung der rotorwinkelbezogenen Aufweitung eines drehenden Rotors unter Fliehkraftbelastung - Google Patents

Verfahren zur Messung der rotorwinkelbezogenen Aufweitung eines drehenden Rotors unter Fliehkraftbelastung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors (5) in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl, bei dem in einem Grundabstand von der Rotoroberfläche ein erster Abstandssensor (14) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Rotoroberfläche von dem ersten Abstandssensor (14) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische erste Abstandssignale erzeugt,dem Rotor (5) ein Nullmarkensensor (16) zugeordnet wird, der eine an dem Rotor (5) angebrachte Nullmarke zeitbezogen abtastet und zeitbezogene elektrische Nullmarkensignale erzeugt,wobei die zeitbezogenen ersten Abstandssignale und die zeitbezogenen Nullmarkensignale einer elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt und von dieser verarbeitet werden, indem aus den Nullmarkensignalen eine Drehzahl und ein jedem Zeitpunkt einer Rotordrehung zugeordneter Drehwinkel errechnet und jeder einem Zeitpunkt zugeordneter Drehwinkel mit dem zeitgleichen Abstandssignal zu einem drehwinkelbezogenen Abstandssignal verbunden wird und daraus eine von dem Drehwinkel und der Drehzahl abhängige Aufweitung des Rotors (5) berechnet wird,wobei an einer in axialer Richtung des Rotors (5) vom ersten Abstandssensor (14) entfernten ersten Referenzoberfläche (19), von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein zweiter Abstandssensor (15) in einem Grundabstand von der Referenzoberfläche (19) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche (19) von dem zweiten Abstandssensor (15) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische zweite Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt werden und wobei an einer weiteren in axialer Richtung des Rotors (5) vom ersten und zweiten Abstandssensor (14, 15) entfernten zweiten Referenzoberfläche (20), von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein dritter Abstandssensor (21) in einem Grundabstand von der zweiten Referenzoberfläche (20) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche (20) von dem dritten Abstandssensor (21) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische dritte Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt werden, die die zweiten und dritten Abstandssignale zur Korrektur der von dem ersten Abstandssensor (14) erfassten ersten Abstandssignalen verarbeitet, indem nach Abzug der bekannten Aufweitung und Profil der Oberfläche von jeweils dem zweiten (15) und dritten (21) Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen über Trigonometrie geometrisch anteilig von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors (14) entfernt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der rotorwinkelbezogenen Aufweitung eines drehenden Rotors unter Fliehkraftbelastung mit nur einem Sensor, wobei ein weiterer Sensor zur Messung der Aufweitung einer Referenzoberfläche vorgesehen ist, von der die Aufweitung und das Oberflächenprofil bekannt sind und die zur Ermittlung von Störgrößen genutzt wird.
  • Rotoren unterliegen bei Drehung einer Fliehkraftbelastung und werden durch diese aufgeweitet, d.h. der Durchmesser der Rotoren nimmt zu. Die Aufweitung steigt im einfachsten Fall quadratisch mit der Drehzahl an. Will man die Größe der Aufweitung, den ein Rotor bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung erfährt, genau kennen, um sie berücksichtigen zu können, so muss man die Aufweitung bei Drehung des Rotors messen. Bisher angewendete Verfahren zur Ermittlung der Aufweitung von Rotoren haben nur Ergebnisse bezüglich der Durchmesseränderung von Rotoren erbracht. In manchen Fällen interessiert aber auch die Aufweitung eines einzelnen Rotorsegments.
  • Bei der Rotation eines Rotors können Rotorschwingungen entstehen, die in dem von dem Abstandssensor erzeugten Abstandssignal enthalten sind. Dies können Schwingungen erster Ordnung sein, die durch Unwucht oder Schlag verursacht sind. Ferner können durch Einflüsse der Rotorlagerung, beispielsweise durch Gleitlager, Schwingungen auftreten, deren Frequenz kleiner oder größer als der von Schwingungen erster Ordnung ist. Außerdem kann sich der Mittelpunkt des Rotors, um den der Rotor schwingt, bei verschiedenen Drehzahlen verlagern. Der Rotor ist in üblicher Weise mit vertikaler Drehachse in einem Gleitlager gelagert und kann sich daher seitlich bewegen und bei verschiedenen Drehzahlen verschiedene stabile Punkte einnehmen. Die genannten Einflüsse und insbesondere die drehzahlabhängige Verlagerung der Rotorachse sind als Störgrößen oder Störschwingungen bekannt und überlagern das gemessene Abstandssignal und beeinflussen dadurch die Genauigkeit des Messergebnisses.
  • Aus Günther, P. u.a.: Measurement of radial expansion and tumbling motion of a high-speed rotor using an optical sensor system. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 25 (2011), S. 319 bis 330 ist ein Verfahren zur Messung der radialen Expansion und Taumelbewegung eines mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rotors mit Hilfe eines optischen Sensorsystems bekannt. Das Sensorsystem umfasst drei Laser-Doppler-Abstandssensoren, die in gleicher Höhe und in Winkelstellungen entlang des Umfangs des Rotors angeordnet sind und einen Abstand von dem Rotor und einen Winkelabstand von 120° voneinander haben. Zur Bestimmung der genauen Winkelausrichtung der drei Abstandssensoren ist hierbei an dem Rotor eine optische Marke angebracht, die Sensorsignale auslöst, wobei die Zeitverzögerung zwischen den ausgelösten Signalen der drei Sensoren in Bezug auf die Drehfrequenz zur Bestimmung des genauen Winkelabstands der Sensoren dient. Die elektrischen Ausgangssignale der Sensoren werden bei der Messung mit einer an die Rotordrehzahl angepassten Abtastrate abgetastet und in Abhängigkeit von der Drehfrequenz so eingestellt, dass bei einer Rotorumdrehung eine bestimmte Anzahl von Messpunkten erreicht wird. Für jeden Abtastschritt wird dann durch Lösung eines linearen Gleichungssystems das Massenzentrum und die radiale Ausdehnung berechnet und schließlich ein Durchschnittswert der radialen Ausdehnung für ein als zylindrisches Messobjekt angenommenen Rotor aus einer größeren Zahl von aufeinanderfolgenden Messpunkten berechnet. Eine drehwinkelbezogene Bestimmung der Rotoraufweitung erfolgt hierbei nicht.
  • In DE 101 44 643 A1 ist ein Messsystem mit mehreren, mit einem Stator eines Rotor-Stator-Systems verbundenen und an einem Rotor angeordneten, berührungslos messenden Abstandssensoren beschrieben, bei welchem zur Erfassung eines radialen Abstands zwischen dem Stator und dem Rotor zwei Paare einander diametral gegenüberliegender Abstandssensoren angeordnet sind. Zur Ermittlung einer Verlagerung des Rotors werden die Messsignale der Abstandssensoren eines Paares mit umgekehrten Vorzeichen addiert. Zur Bestimmung einer radialen Aufweitung des Rotors werden die Messsignale aller vier Abstandssensoren mit positivem Vorzeichen aufsummiert. Mittel zur drehwinkelbezogenen Erfassung einer Rotoraufweitung sind nicht vorgesehen.
  • DE 102013 110 632 B4 offenbart Verfahren zur Messung der Aufweitung eines Rotors mithilfe von zwei Abstandssensoren, deren Abstandssignale aufwendig miteinander verrechnet werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl anzugeben, bei dem auftretende Störgrößen einfach eliminiert werden können.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl bereitgestellt wird, bei dem in einem Grundabstand von der Rotoroberfläche ein erster Abstandssensor angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Rotoroberfläche von dem ersten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische erste Abstandssignale erzeugt, dem Rotor ein Nullmarkensensor zugeordnet wird, der eine an dem Rotor angebrachte Nullmarke zeitbezogen abtastet und zeitbezogene elektrische Nullmarkensignale erzeugt, wobei die zeitbezogenen ersten Abstandssignale und die zeitbezogenen Nullmarkensignale einer elektrischen Auswerteeinrichtung zugeführt und von dieser verarbeitet werden, indem aus den Nullmarkensignalen eine Drehzahl und ein jedem Zeitpunkt einer Rotordrehung zugeordneter Drehwinkel errechnet und jeder einem Zeitpunkt zugeordneter Drehwinkel mit dem zeitgleichen Abstandssignal zu einem drehwinkelbezogenen Abstandssignal verbunden wird und daraus eine von dem Drehwinkel und der Drehzahl abhängige Aufweitung des Rotors berechnet wird, wobei an einer in axialer Richtung des Rotors vom ersten Abstandssensor entfernten ersten Referenzoberfläche, von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein zweiter Abstandssensor in einem Grundabstand von der Referenzoberfläche angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche von dem zweiten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische zweite Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung zugeführt werden und wobei an einer weiteren in axialer Richtung des Rotors vom ersten und zweiten Abstandssensor entfernten zweiten Referenzoberfläche, von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein dritter Abstandssensor in einem Grundabstand von der zweiten Referenzoberfläche angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der zweiten Referenzoberfläche von dem dritten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische dritte Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die die zweiten und dritten Abstandssignale zur Korrektur der von dem ersten Abstandssensor erfassten ersten Abstandssignalen verarbeitet, indem nach Abzug der bekannten Aufweitung und Oberflächenprofile der Oberfläche von dem zweiten und dritten Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen über Trigonometrie geometrisch anteilig von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors entfernt werden.
  • Die Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl bereitgestellt wird, bei dem in einem Grundabstand von der Rotoroberfläche ein erster Abstandssensor angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Rotoroberfläche von dem ersten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische erste Abstandssignale erzeugt, dem Rotor ein Nullmarkensensor zugeordnet wird, der eine an dem Rotor angebrachte Nullmarke zeitbezogen abtastet und zeitbezogene elektrische Nullmarkensignale erzeugt, wobei die zeitbezogenen ersten Abstandssignale und die zeitbezogenen Nullmarkensignale einer elektrischen Auswerteeinrichtung zugeführt und von dieser verarbeitet werden, indem aus den Nullmarkensignalen eine Drehzahl und ein jedem Zeitpunkt einer Rotordrehung zugeordneter Drehwinkel errechnet und jeder einem Zeitpunkt zugeordneter Drehwinkel mit dem zeitgleichen Abstandssignal zu einem drehwinkelbezogenen Abstandssignal verbunden wird und daraus eine von dem Drehwinkel und der Drehzahl abhängige Aufweitung des Rotors berechnet wird, wobei an einer in axialer Richtung des Rotors vom ersten Abstandssensor entfernten Rotoroberfläche, von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein zweiter Abstandssensor in einem Grundabstand von der Rotoroberfläche angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche von dem zweiten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische zweite Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung zugeführt und von dieser zur Korrektur der von dem ersten Abstandssensor erfassten ersten Abstandssignalen verarbeitet werden, indem nach Abzug der bekannten Aufweitung und Profil der Oberfläche von dem zweiten Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen über Trigonometrie und einem bekannten Drehpunkt des Rotors geometrisch anteilig von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors entfernt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass ein dritter Abstandssensor in einem Grundabstand von der ersten Referenzoberfläche angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Oberfläche von dem dritten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische dritte Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung zugeführt werden und eine Neigung oder Verkippung des Rotors als Störgröße durch eine Verrechnung der zweiten Abstandssignale und der dritten Abstandssignale eliminiert wird und von dem zweiten Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors entfernt wird. Hierdurch kann eine Verkippung des Rotors berücksichtigt werden, indem diese als Störgröße geometrisch ermittelt und mit einer korrekten Gewichtung aus dem Aufweitungssignal des Rotors eliminiert wird.
  • Die Erfindung ermöglicht die Ermittlung der durch Fliehkräfte hervorgerufenen und von der Drehzahl abhängigen Aufweitung eines Rotors für jeden durch einen auf einen Nullpunkt bezogenen Drehwinkel bestimmten Punkt der von der Messung erfassten Spur der Rotoroberfläche unter Berücksichtigung anfallender Störgrößen.
  • Dadurch, dass die Messung der Aufweitung auch an der Referenzoberfläche durchgeführt wird, von der die Aufweitung bekannt ist, können in einfacher Weise gleichzeitig mit der eigentlichen Abstandsmessung die Störgrößen bestimmt und von den Abstandsmessungen am Rotor abgezogen werden. Hierdurch ist eine einfache Messung mit nur wenigen Sensoren möglich, die schnell durchführbar ist. Bei den bekannten Messverfahren müssen pro Rotormessspur zwei Sensoren benutzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren genügt dagegen ein Sensor pro Messspur. Die Referenzoberfläche kann im Sinne der Erfindung Bestandteil, Teil oder Bereich des Rotors sein.
  • Die Referenzoberfläche kann auch Bestandteil, Teil oder Bereich eines mit dem Rotor verbindbaren Bauteils sein, von dem die Aufweitung bekannt ist und das z. B. an den Rotor anschraubbar oder in anderer Weise befestigbar ist. Hierbei kann es sich um ein Referenzbauteil mit zumindest einer Referenzoberfläche, wie z. B. einem Referenzzapfen handeln. Die Aufweitung der Referenzoberfläche kann auch in einer separaten Messung vorab bestimmt werden oder aufgrund der Ausgestaltung der Oberfläche vernachlässigbar klein sein.
  • Falls die Isotropie der Lagerung nicht gegeben ist, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zumindest ein weiterer, insbesondere vierter und fünfter Abstandssensor vorgesehen ist, der in einem Grundabstand von einem der Referenzoberflächen angeordnet wird und berührungslos den Abstand der Oberfläche von dem vierten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische vierte Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung zugeführt werden, wobei der vierte Abstandssensor zusammen mit einem weiteren der an der Referenzoberfläche angeordneten Abstandssensoren in einem in Umfangsrichtung anderen Winkel zum bereits eingeführten zweiten und dritten Sensor (vorzugsweise 90° oder weniger) angeordnet werden. Hierdurch kann der Effekt entsprechend berücksichtigt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors,
    • 2 ein schematischer Messaufbau mit zwei Referenzoberflächen und
    • 3 ein schematischer Messaufbau mit einer Referenzoberfläche.
  • 1 zeigt eine zum hochtourigen Schleudern und zum Messen der Aufweitung von drehenden Rotoren beispielhafte Vorrichtung, die eine Möglichkeit der Anwendung einer Ausgestaltung der Erfindung schemenhaft erläutert. Die Vorrichtung umfasst einen zylindrischen Schutzbehälter 1, der den drehenden Rotor bei einem Messlauf aufnimmt und umgibt. Der Schutzbehälter 1 ist mit einem Deckel 2 verschließbar, auf dessen außerhalb des Schutzbehälters 1 liegender Oberseite ein Getriebe 3 mit einer Welle 4 angeordnet ist. Die Welle 4 ist durch den Deckel 2 hindurchgeführt und weist auf der Unterseite des Deckels 2 einen Flansch zur Befestigung eines zu messenden Rotors 5 auf. Der Antrieb der Welle 4 erfolgt durch einen Elektromotor 6, der über einen Riementrieb 7 mit dem Getriebe 3 verbunden ist. Der Deckel 2 ist an einem Arm 8 einer hydraulischen Hubeinheit 9 angebracht, durch welche der Deckel 2 von dem Schutzbehälter 1 abgehoben und auf ihn aufgesetzt werden kann. In einem Gehäuse 10, das an dem Gestell der Hubeinheit 9 angeordnet ist, ist die hydraulische Steuerung der Hubeinheit 9 untergebracht. Der geschlossene Schutzbehälter 1 kann mittels einer Vakuumpumpe 11 evakuiert werden, um Antriebsverluste und zu starke Erwärmung des Behälterinnenraums zu vermeiden. Zur Steuerung des Elektromotors 6, der Hubeinheit 9 und Vakuumpumpe 11 dient eine elektrische Steuereinheit 12.
  • Für die Messung der Aufweitung des Rotors 5 kann an dem Deckel 2 ein berührungslos messender Abstandssensor 14 in geringem Abstand zur Rotoroberfläche angebracht sein. Ein weiterer Abstandssensor 15 kann beabstandet zu einem schematisch angedeuteten Bauteil mit einer Referenzoberfläche, hier ein Zapfen angeordnet sein. Die Anordnung ist zudem in 3 schematisch dargestellt.
  • Weiterhin ist an dem Deckel 2 neben einem freiliegenden Abschnitt der Welle 4 ein Nullpunktsensor 16 angeordnet, der eine Nullmarke auf der Welle 4 abtastet. Die Abtastung der Nullmarke ist auch für den Rotor 5 zutreffend, da der Rotor 5 mit Hilfe des Flansches fest mit der Welle 4 verbunden ist. Die Abstandssensoren 14, 15 und der Nullpunktsensor 16 sind durch nicht dargestellte Leitungen an eine Auswerteeinrichtung 17 angeschlossen, die einen mit einem Auswertungsprogramm programmierten Computer einschließt. Die Abstandssensoren 14, 15 erzeugen analoge Spannungen, die im Eingang der Auswerteeinrichtung 17 in digitale Abstandssignale umgewandelt werden. Auch das Spannungssignal des Nullpunktsensors 16 wird digitalisiert.
  • Zur Messung der Aufweitung des Rotors 5 wird der Deckel 2 durch die Hubeinheit 9 auf den Schutzbehälter 1 aufgesetzt. Der Rotor 5 und die Abstandssensoren 14, 15 gelangen damit in den Innenraum des Schutzbehälters 1, so dass nun, durch die Steuereinheit 12 gesteuert, Messläufe durchgeführt werden können. Bei den Messläufen wird der Rotor 5 durch den Elektromotor 6 über das Getriebe 3 und die Welle 4 angetrieben und mit verschiedenen Drehzahlen gedreht.
  • Zu Beginn einer Messung können in einer Ausgestaltung bei niedrigen Drehzahlen mehrere Referenzläufe durchgeführt werden, die dazu dienen, den Grundabstand der beiden Abstandssensoren 14, 15 zu bestimmen. Zur Messung der Aufweitung wird dann der Rotor 5 auf eine sehr viel höhere Drehzahl beschleunigt. Bei einer konstanten Drehzahl werden die Abstandssignale der beiden Abstandssensoren 14, 15 und das Nullmarkensignal des Nullmarkensensors 16 zeitgleich erfasst und der Auswerteeinrichtung 17 zugeführt und von dieser zeitbezogen verarbeitet. Wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass die Messung auch im Hochlauf erfolgen kann, was wiederum eine Zeitersparnis mit sich bringt.
  • Die Auswerteeinrichtung 17 berechnet mit Hilfe der Nullmarkensignale den Drehwinkelbezug der Abstandssignale und kann - für die Ausgestaltung, das bei einer konstanten Drehzahl gemessen wird - eine Mittelwertbildung aus den über mehrere Rotorumdrehungen gemessenen Abstandssignalen durchführen. Im Falle einer Hochlaufmessung kann die Aufweitung winkelbezogen über Drehzahl ausgegeben werden.
  • Die Auswerteeinrichtung 17 verfügt nun über winkelbezogene, insbesondere gemittelte Abstandssignale von jedem der beiden Abstandssensoren 14, 15. Die Abstandssignale des Abstandssensors 14 enthalten den gemessenen, drehwinkelbezogenen, von der Aufweitung des Rotors 5 abhängigen Abstand, der drehzahlabhängig und auch drehwinkelabhängig ist. Die Abstandssignale enthalten außerdem den drehzahlunabhängigen Grundabstand sowie weitere Störgrößen. Gleiches gilt für die von dem Abstandssensor 15 ermittelten Abstandssignale. Für die Berechnung der Aufweitung werden die Abstandssignale der Referenzoberflächen von den Abstandsignalen der Rotormessspuren subtrahiert, wobei eine anteilige Subtraktion von den geometrischen Verhältnissen der Lage der Messspuren abhängig sein kann, was wiederum durch Anwendung trigonometrischer Methoden ermittelt werden kann. Hierdurch werden die Störsignale, die ebenfalls bei den Referenzoberflächen auftreten, eliminiert.
  • 2 zeigt einen schematischen Messaufbau mit zwei Referenzoberflächen und 3 einen schematischen Messaufbau mit einem Referenzbauteil in Gestalt eines Referenzzapfens. Wie bereits zuvor beispielhaft erläutert, ist der Rotor 5 über einen Flansch 18 mit einer Antriebswelle verbunden. Zwischen Rotor 5 und Flansch 18 kann ein Bereich vorliegen, der erfindungsgemäß als Referenzoberfläche oder Referenzfläche bezeichnet wird und von dem die Aufweitung unter Fliehkraftbelastung und das Oberflächenprofil bekannt sind. Hierbei kann es sich auch um ein separates, mit dem Rotor 5 verbindbares Referenzbauteil, wie beispielsweise um einen Referenzzapfen 19 mit einer Referenzoberfläche oder mehreren Referenzoberflächen handeln, der mit dem Rotor 5 verschraubt wird. Je nach Ausgestaltung des Rotors 5 bzw. Befestigung des Rotors 5 in einer Messvorrichtung, kann der Rotor 5 quasi eingefasst zwischen zwei Referenzzapfen 19, 20 angeordnet sein. In der 3 ist dagegen nur ein Referenzzapfen 19 dargestellt.
  • Zur Erfassung einer Nullmarke z. B. auf dem Flansch 18 ist ein Nullpunktsensor 16 vorgesehen. Des Weiteren ist beabstandet zum Rotor ein Abstandssensor 14 angeordnet, der berührungslos das Abstandssignal erfasst. Ferner kann zur Erfassung des Abstandssignals zwischen Referenzzapfen 19 und Sensor ein zweiter Abstandssensor 15 vorgesehen sein. In der dargestellten Ausgestaltung ist ein dritter Abstandssensor 21 beabstandet zum zweiten Referenzzapfen 20 angeordnet.
  • Bei der in 3 stark vereinfacht dargestellten Ausgestaltung ist lediglich ein zweiter Abstandssensor 15 zusätzlich zu dem ersten Abstandssensor 14 und ein Referenzbauteil 19 mit wenigstens einer Referenzoberfläche vorgesehen. Hier kann nach Abzug der bekannten Aufweitung und Profil der Oberfläche von dem, vom zweiten Abstandssensor 15 erfassten zweiten Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen über Trigonometrie und einem bekannten Drehpunkt des Rotors 5 geometrisch anteilig von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors 14 entfernt werden. Hierdurch kann auch eine Verkippung oder Neigung des Rotors 5 berücksichtigt werden.
  • Die Verkippung kann auch berücksichtigt werden, indem diese als Störgröße durch eine Verrechnung der zweiten Abstandssignale und der dritten Abstandssignale eliminiert wird und von dem zweiten Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors 14 entfernt wird.
  • Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Eliminierung der bei der Messung der rotorwinkelbezogenen Aufweitung eines drehenden Rotors unter Fliehkraftbelastung anfallenden Störanteile mit nur einem Sensor (bei bekanntem Drehpunkt) oder zumindest zwei weiteren Sensoren, der oder die die Abstandssignale an einer Referenzoberfläche oder mehreren Referenzoberflächen mit bekannter Geometrie und Aufweitung über Drehzahl erfasst oder erfassen und diese mit den von einem Abstandssensor erfassten Abstandssignale von einem Rotor verrechnet bzw. verrechnen. Der Aufbau der Messanordnung ist einfach und die Eliminierung der Störanteile kann in einfacher Weise erfolgen, da pro Messebene nur ein Sensor und ein oder zwei weitere Sensoren für die Aufnahme der Störgrößen benötigt werden. Des Weiteren ist aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahren auch eine transiente Messung der Aufweitungen im Hochlauf möglich.
  • Um die Reduktion der Störeinflüsse stärker zu reduzieren, bzw. die Genauigkeit der Trigonometrie Berücksichtigung zu verbessern, können weitere Abstandssensoren an weiteren Referenzoberflächen vorgesehen sein. Die Berücksichtigung dieser Messungen erfolgt im Wesentlichen wie oben geschildert.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass ein 1 F-Merkmal (z. B. eine Nut) bei einem Rotor 5 die Bestimmung der Aufweitung nicht beeinflusst, sofern die Aufweitung und die Geometrie (z. B. perfekt rund) der Referenzfläche über Drehzahl bekannt sind. Bei den bekannten Verfahren muss dagegen eine aufwendige 1 F-Filterung vorgenommen werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors (5) in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl, bei dem in einem Grundabstand von der Rotoroberfläche ein erster Abstandssensor (14) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Rotoroberfläche von dem ersten Abstandssensor (14) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische erste Abstandssignale erzeugt, dem Rotor (5) ein Nullmarkensensor (16) zugeordnet wird, der eine an dem Rotor (5) angebrachte Nullmarke zeitbezogen abtastet und zeitbezogene elektrische Nullmarkensignale erzeugt, wobei die zeitbezogenen ersten Abstandssignale und die zeitbezogenen Nullmarkensignale einer elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt und von dieser verarbeitet werden, indem aus den Nullmarkensignalen eine Drehzahl und ein jedem Zeitpunkt einer Rotordrehung zugeordneter Drehwinkel errechnet und jeder einem Zeitpunkt zugeordneter Drehwinkel mit dem zeitgleichen Abstandssignal zu einem drehwinkelbezogenen Abstandssignal verbunden wird und daraus eine von dem Drehwinkel und der Drehzahl abhängige Aufweitung des Rotors (5) berechnet wird, wobei an einer in axialer Richtung des Rotors (5) vom ersten Abstandssensor (14) entfernten ersten Referenzoberfläche (19), von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein zweiter Abstandssensor (15) in einem Grundabstand von der Referenzoberfläche (19) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche (19) von dem zweiten Abstandssensor (15) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische zweite Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt werden und wobei an einer weiteren in axialer Richtung des Rotors (5) vom ersten und zweiten Abstandssensor (14, 15) entfernten zweiten Referenzoberfläche (20), von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein dritter Abstandssensor (21) in einem Grundabstand von der zweiten Referenzoberfläche (20) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche (20) von dem dritten Abstandssensor (21) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische dritte Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt werden, die die zweiten und dritten Abstandssignale zur Korrektur der von dem ersten Abstandssensor (14) erfassten ersten Abstandssignalen verarbeitet, indem nach Abzug der bekannten Aufweitung und Profil der Oberfläche von jeweils dem zweiten (15) und dritten (21) Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen über Trigonometrie geometrisch anteilig von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors (14) entfernt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur bekannten Aufweitung und Profil der Oberfläche auch eine Neigung oder Verkippung des Rotors (5) berücksichtigt wird, indem diese als Störgröße durch eine Verrechnung der zweiten Abstandssignale und der dritten Abstandssignale eliminiert werden und von dem zweiten Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors (14) entfernt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiterer, insbesondere vierter Abstandssensor vorgesehen ist, der in einem Grundabstand von einer der Referenzoberflächen (19, 20) angeordnet wird und berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche (19, 20) von dem vierten Abstandssensor zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische vierte Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt werden, wobei der vierte Abstandssensor zusammen mit einem weiteren der an der Referenzoberfläche (19, 29) angeordneten Abstandssensoren (15, 21) in Umfangsrichtung anderen Winkel zum zweiten und dritten Abstandssensor (15, 21) angeordnet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Abstandssensoren an weiteren Referenzoberflächen vorgesehen sind.
  5. Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors (5) in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl, bei dem in einem Grundabstand von der Rotoroberfläche ein erster Abstandssensor (14) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Rotoroberfläche von dem ersten Abstandssensor (14) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische erste Abstandssignale erzeugt, dem Rotor (5) ein Nullmarkensensor (16) zugeordnet wird, der eine an dem Rotor (5) angebrachte Nullmarke zeitbezogen abtastet und zeitbezogene elektrische Nullmarkensignale erzeugt, wobei die zeitbezogenen ersten Abstandssignale und die zeitbezogenen Nullmarkensignale einer elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt und von dieser verarbeitet werden, indem aus den Nullmarkensignalen eine Drehzahl und ein jedem Zeitpunkt einer Rotordrehung zugeordneter Drehwinkel errechnet und jeder einem Zeitpunkt zugeordneter Drehwinkel mit dem zeitgleichen Abstandssignal zu einem drehwinkelbezogenen Abstandssignal verbunden wird und daraus eine von dem Drehwinkel und der Drehzahl abhängige Aufweitung des Rotors (5) berechnet wird, wobei an einer in axialer Richtung des Rotors (5) vom ersten Abstandssensor (14) entfernten Referenzoberfläche (19), von der Aufweitung und Oberflächenprofil bekannt sind, ein zweiter Abstandssensor (15) in einem Grundabstand von der Referenzoberfläche (19) angeordnet wird, der berührungslos den Abstand der Referenzoberfläche (19) von dem zweiten Abstandssensor (15) zeitbezogen erfasst und zeitbezogene elektrische zweite Abstandssignale erzeugt, die der elektrischen Auswerteeinrichtung (17) zugeführt und von dieser zur Korrektur der von dem ersten Abstandssensor (14) erfassten ersten Abstandssignalen verarbeitet werden, indem nach Abzug der bekannten Aufweitung und Profil der Oberfläche von dem zweiten Abstandssignal die darin verbliebenen Störschwingungen über Trigonometrie und einem bekannten Drehpunkt des Rotors (5) geometrisch anteilig von dem ersten Abstandssignal des ersten Abstandssensors (14) entfernt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Grundabstands der Abstandssensoren (14, 15, 21) ein Mittelwert aus mehreren Referenzläufen bei niedriger Drehzahl gebildet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118310463A (zh) * 2024-04-17 2024-07-09 哈工科讯(沈阳)工业技术研究院有限公司 基于旋转变压器的转动跳动监测系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10144643A1 (de) 2001-09-11 2003-06-26 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems
DE102013110632B4 (de) 2013-09-26 2016-09-08 Schenck Rotec Gmbh Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11230733A (ja) * 1998-02-18 1999-08-27 Toshiba Corp 回転体の振れ測定装置
KR100838033B1 (ko) * 2006-07-26 2008-06-12 두산중공업 주식회사 터빈제어시스템에서 로터의 팽창 거리 측정 오차 계산 방법
DE102018102751B3 (de) * 2018-02-07 2019-02-21 Schenck Rotec Gmbh Verfahren zur Messung der Unwucht wellenelastischer Rotoren mittels wegmessender Sensoren

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10144643A1 (de) 2001-09-11 2003-06-26 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur Ermittlung von Betriebszuständen eines Rotor-Stator-Systems
DE102013110632B4 (de) 2013-09-26 2016-09-08 Schenck Rotec Gmbh Verfahren zur Messung der Aufweitung eines drehenden Rotors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Günther, P. u.a.: Measurement of radial expansion and tumbling motion of a high-speed rotor using an optical sensor system. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 25 (2011), S. 319 bis 330

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