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HINTERGRUND
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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung umfasst Ausführungsformen, die ein Detektionssystem für eine Rotationsmaschine und zugeordnete Verfahren betreffen.
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DISKUSSION DES STANDS DER TECHNIK
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Die Auslenkung eines Verdichterrades oder Lüfters, die sich aus Fremdobjektschaden, Rotationsunwucht oder anderen Gründen ergibt, kann zu einer manchmal als Gehäusereiben bezeichneten Berührung zwischen einem Verdichterrad und dem Gehäuse führen. Gehäusereiben führt oft zu einer Lagerinstabilität in dem Turbolader, was lange ein Hauptbeitrag für einen Turbomaschinenausfall war.
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Es kann manchmal beabsichtigt sein, über einen Detektor zu verfügen, der den Beginn einer Berührung oder eines Reibvorgangs zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse detektiert oder vorhersagt.
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Kurzbeschreibung
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In einer Ausführungsform beinhaltet ein Detektor einen Sensor, der dafür eingerichtet ist, den Eintritt eines Teils eines Rades in einem Abschnitt eines Freiraumspaltes zu detektieren und dadurch anzuzeigen, dass das Rad von einem vorgesehenen Radpfad abgewichen ist.
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Eine Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren, das die Detektion einer Veränderung einer Spannung und/oder eines durch einen Messkreis fließenden Stroms beinhaltet, die in Reaktion auf einen Eintritt eines Abschnittes des Rades in einen Freiraumspalt verursacht wird.
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Eine weitere Ausführungsform beinhaltet einen Detektorsatz mit einer Detektorschaltung, die eine Drahtschleife beinhaltet, die mit einer Stromquelle, einem Widerstand und einem Datenerfassungssystem verbunden werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält ein rotierendes System einen Turbolader mit einem auf einer Welle befestigtem Rad. Das Rad hat wenigstens eine Laufschaufel. Ein Gehäuse umschließt wenigstens teilweise das Rad, wobei ein Freiraumspalt zwischen der wenigstens einer Laufschaufel und einer Innenoberfläche des Gehäuses definiert ist. Das rotierende System enthält ferner einen Sensor, der dafür eingerichtet ist, den Eintritt eines Abschnittes des Rades in einen Abschnitt des Freiraumspaltes zu detektieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen spezielle Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht werden, die in der nachstehenden Beschreibung detaillierter beschrieben werden, in welchen:
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1 ein Querschnitt eines Turboladers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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2 ein schematischer Querschnitt eines rotierenden Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine schematische Ansicht eines Detektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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4 ein schematischer Querschnitt eines rotierenden Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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5 eine perspektivische Ansicht eines Schienenfahrzeugs mit einem schematisch dargestellten Motor und Turbolader ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen des hierin beschriebenen Erfindungsgegenstandes betreffen Systeme und Verfahren zur Detektion von Zuständen in rotierenden Systemen, die einen in Verbindung mit einem Motor verwendeten Turbolader enthalten. Das rotierende System kann in einer stationären Anwendung oder in einem Fahrzeug, wie z. B. in einem Lokomotivensystem, enthalten sein. Weitere geeignete Typen von Fahrzeugen können Straßenfahrzeuge, Geländefahrzeuge, Bergbauausrüstung, Flugzeuge und Schiffe sein. Weitere Ausführungsformen der Erfindung können für stationäre Motoren, wie z. B. Windkraftanlagen oder Stromgeneratoren verwendet werden. Der Motor kann ein Dieselmotor sein oder kann anderen Kraftstoff oder eine Kombination von Kraftstoffen verbrennen.
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In einer Ausführungsform kann ein rotierendes System eine Welle, eine mit der Welle verbundene rotierende Komponente und ein Gehäuse enthalten, das wenigstens teilweise die rotierende Komponente umgibt. Die Welle kann eine Rotation der rotierenden Komponente in dem Gehäuse bewirken. Ein Freiraumspalt ist der Zwischenraum zwischen der rotierende Komponente und der Gehäuseinnenoberfläche. Ein ”Rad” ist jede rotierende Komponente beliebiger Form oder Abmessung, welche, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Lüfterschaufel, eine Nabe, ein Zahnrad, ein Verdichterrad oder ein Antriebsrad enthält. Eine ”Welle” ist ein Element, das dem Rad eine Rotation verleiht und jede beliebige Form, Abmessung oder Querschnitt haben kann. Ein ”Gehäuse” ist, wie hierin verwendet, jedes Gehäuse, das wenigstens teilweise ein Rad unter Erzeugung eines Spaltes zwischen wenigstens einem Abschnitt des Rades und des Gehäuses umgibt. Ein ”beabsichtigter Radpfad” ist der Rotationspfad, um welchen sich das Rad dreht, wenn es unter normalen Umständen arbeitet, wobei dieser Pfad effektiv durch den Querschnitt des um eine Rotationsachse rotierenden Rades definiert ist. Ein ”Freiraumspalt” ist der Spalt oder Zwischenraum, der zwischen dem beabsichtigten Radpfad und dem Gehäuse ausgebildet ist. Die Verwendung der Begriffe, Faser, Faden oder Draht ist bezüglich deren Abmessungen, Form oder Querschnitt nicht als einschränkend zu betrachten.
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Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein System zum Detektieren eines Zustandes in einem rotierenden System, wie z. B. in einem Turbolader. Weitere rotierende Systeme können Getriebe, Turbinen und dergleichen beinhalten. Der Zustand kann einer oder mehrere von Unwucht, Fremdobjektschaden oder anderen Unregelmäßigkeiten sein. Der Zustand kann bewirken, dass ein Zahnrad, ein Lüfter, ein Rad, wie z. B. ein Verdichterrad oder anderes Rad von ihrem beabsichtigten Radpfad abweichen. Der Zustand beinhaltet Abweichungen, die zu einer Berührung zwischen dem Lüfter oder Rad und dem Gehäuse führen oder bewirken. So wie hierin verwendet, werden diese Zustände zusammengenommen als ein Reibzustand bezeichnet.
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Eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein rotierendes System 10, das einen Turbolader T enthält. Das rotierende System kann ein Teil eines Stromerzeugungssystems oder eines Fahrzeugs V bilden. Das rotierende System kann daher einen mir dem Turbolader verbundenen Motor oder Generator enthalten. 5 stellt einen Turbolader T dar, der mit einem zum Antreiben des Fahrzeugs V verwendeten Motor E verbunden ist.
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Wie es am besten in 1 dargestellt ist, enthält der Turbolader T eine drehbare Welle 22 mit einem auf der Welle 22 montierten Verdichterrad 20. Die Welle 22 wird durch ein auch als ein Turbinenrad bezeichnetes Antriebsrad 15 angetrieben, das mit der Welle 22 dergestalt verbunden ist, dass die Rotation des Antriebsrades eine Rotation der Welle bewirkt. Das Antriebsrad steht mit einem unter Druck stehenden Durchfluss 12, beispielsweise von Abgas, aus einem Motor oder mit Ladeluft in Fluidverbindung. Eine oder mehrere Schaufeln oder Flügel auf dem Antriebsrad werden durch den unter Druck stehenden Durchfluss angetrieben und zum Antreiben der Welle und Drehen des Verdichterrades verwendet. Die Begriffe Schaufel und Flügel werden austauschbar verwendet und sollten nicht als einschränkend betrachtet werden.
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Das Verdichterrad 20 enthält wenigstens eine Flügel- oder Lüfterschaufel 24, die auf einer Nabe 26 befestigt ist. Die Nabe 26 ist mit der Welle verbunden, welche drehbar durch geeignete Lager gelagert ist. Ein Gehäuse 30 umgibt wenigstens teilweise das Verdichterrad 20 und definiert eine Öffnung oder einen Verdichtereinlass 32, durch welche das Verdichterrad Luft in das Gehäuse saugt. In dem dargestellten Beispiel definiert das Gehäuse einen mittigen Einlass, der zu dem Verdichterrad 20 koaxial ist. Der Einlass 32 gibt einen Mittenabschnitt des Verdichterrades frei. Fluid, wie z. B. Luft, wird durch den Einlass 32 angesaugt und durch die Drehung des Verdichterrades 20 innerhalb des Gehäuses 30 verdichtet. Gemäß 4 verlässt verdichtete Luft das Gehäuse bei einer zweiten Öffnung oder einem Verdichterauslass 35. In dem dargestellten Beispiel wird den Auslass verlassende verdichtete Luft 34 zu einem Motor E zur Verwendung bei der Verbrennung geleitet. Das unter Druck stehende Fluid aus dem Verdichterrad wird aus dem Turbolader zur Verwendung bei Stromerzeugung, Erzeugung von Bewegungskraft oder zum Erhöhen von Leistung eines Motors geleitet. In dem in 5 dargestellten Beispiel verlässt die unter Druck stehende Luft aus dem Verdichterrad das Gehäuse an einem Verdichterauslass 35 und wird dem Motor zur Verwendung bei der Verbrennung zugeführt.
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Gemäß 2 ist die Innenoberfläche 33 des Gehäuses 30 außerhalb von dem Verdichterrad unter Definition eines Freiraumspaltes 37 zwischen dem Gehäuse 30 und dem Verdichterrad 20 in Freiraum angeordnet. Das Verdichterrad dreht sich um eine Mittenachse A. Der Querschnitt 36 (1) des Verdichterrades 20 definiert einen beabsichtigten Radpfad während seiner Rotation unter normalen Betriebsbedingungen. Demzufolge liegt der Freiraumspalt zwischen dem Gehäuse und dem Verdichterrad außerhalb von dem Verdichterrad, während es entlang seines beabsichtigten Radpfades rotiert. Eine Unwucht in dem Verdichterrad kann eine Abweichung des Verdichterrades von seinem beabsichtigten Radpfad und einen Eintritt in den Freiraumspalt zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse bewirken. Eine ausreichende Abweichung bewirkt eine Berührung zwiscehn dem Verdichterrad und dem Gehäuse.
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Zustände, die einen Verdichterradschaden, Gehäusereiben und eine sich daraus ergebende Lagerungsinstabilität in einem Turbolader beinhalten und waren lange Zeit ein Hauptbeitrag von Turbomaschinenausfällen. Ein Turboladerausfall ist unerwünscht. In einigen Fällen führen Turboladerzustände zu einem Schaden an stromabwärts liegenden Komponenten in einer Turbomaschine oder an Motorlufteinlasssystemkomponenten.
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Um die Möglichkeit eines Turboladerausfalls und einer Motorabschaltung zu reduzieren, ist ein Detektor 50 vorgesehen. Der Detektor detektiert die Abweichung des Verdichterrades 20 von seinem beabsichtigten Radpfad durch Detektieren der Anwesenheit des Verdichterrades in dem Freiraumspalt 37 zwischen dem Verdichterrad und dem Gehäuse 30. Der Detektor 50 enthält einen Sensor 52, der wenigstens einen Abschnitt des Freiraumes überwacht, und ein Signal bei Detektion der Anwesenheit des Verdichterrades oder eines anderen Objektes in dem Freiraum liefern kann.
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Der Sensor ist in eine Öffnung 51 eingesetzt, die den Sensor in einer Position zur Detektion von Abweichungen in dem Weg des Rades platziert, die dessen Eintritt in den Freiraumspalt bewirken. Die Öffnung kann zum Zeitpunkt der Herstellung ausgebildet werden oder dem rotierenden System bei einer Nachrüstung des Systems mit einem Detektorsystem hinzugefügt werden. In dem dargestellten Beispiel ist die Öffnung in dem das Verdichterrad umgebenden Gehäuse ausgebildet. Diese Anordnung ist nicht einschränkend.
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In 2 und 3 ist eine Ausführungsform eines Detektors 50 dargestellt, wobei der Sensor ein Opferelement 53, wie z. B. eine optische Faser oder Drahtschleife enthält, die einen sich in den Freiraum hinein erstreckenden Abschnitt 54 hat. Die unmittelbare Nähe des Rades zu dem Sensor, eine Verschiebung des Sensors, oder eine Berührung mit dem Sensor durch das Rad oder ein Fremdobjekt wird als eine Änderung von wenigstens einem von der Spannung und dem Strom durch die Drahtschleife oder eine Änderung in der Intensität, Phase, Polarisation, Wellenlänge oder Übertragungszeit von Licht in der optischen Faser erfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Opferelement eine leitende Drahtschleife. Die Drahtschleife ist mit einer Stromquelle 56 verbunden. Ein leitungsinterner Widerstand 57 ist zwischen der Stromquelle und der Drahtschleife angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform ist die Stromquelle 56 mit dem Chassis des Fahrzeugs oder dem Gehäuse über einen Leiter 58 (2) verbunden. Dieser Leiter ist elektrisch mit der Ausgangsspannungszuführung zu der Drahtschleife 53 verbunden. Durch Verbinden der Stromquelle mit Masse, wie z. B. dem Chassis der Rotationsmaschine oder dem Gehäuse erzeugt der Vorbeilauf jeder Lüfterschaufel an der Drahtschleife einen Verschiebungsstrom. Wenn sich das Verdichterrad auf seinem vorgesehenen Radpfad dreht, wird der Verschiebungsstrom in regelmäßigen Intervallen erfasst, was dem Freiraum zwischen den Schaufeln entspricht. Eine Abweichung in dem Pfad des Verdichterrades oder ein tatsächlicher Reibvorgang würden die Signatur des Verschiebungsstromes aufgrund der vergrößerten Nähe der Schaufel(n) zu dem Sensor 52 verändern.
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Ein Datenerfassungssystem 59 ist zur Überwachung des von dem Sensor 52 erzeugten Signals angeschlossen. Alternativ ist der Sensor mit einer Steuerungsvorrichtung 60 verbunden, welche eine vorhandene Steuerungsvorrichtung sein kann, wenn der Detektor 50 bei einem vorhandenen rotierenden System nachgerüstet wird. Beispielsweise ist, wie es in 5 dargestellt ist, der Detektor 50 mit einer Steuerungsvorrichtung 60 in einem Fahrzeug V verbunden.
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In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Signal aus dem Sensor 52 ein Stromsignal oder einen Spannungsabfall über dem Widerstand. Eine Berührung zwischen dem Verdichterrad und der Drahtschleife wird durch das Datenerfassungssystem als ein Spannungsverlust erfasst. Beispielsweise sieht das Datenerfassungssystem während eines gesunden Betriebs des Verdichterrades eine Spannung an dem Widerstand. Wenn die Drahtschleife durch die Schaufel abgeschert wird, wird der Messkreis zwischen der Stromquelle und dem Widerstand unterbrochen, was einen Abfall der Spannung auf null Volt bewirkt. Der Null-Volt-Zustand zeigt einen ungesunden Zustand an, in welchem ein Reibvorgang bereits aufgetreten ist oder wahrscheinlich auftritt. Eine Berührung zwischen dem Verdichterrad und dem Draht wird durch das Datenerfassungssystem auch als ein Spannungsabfall erfasst. Wenn ein Leiter 58 die Stromquelle mit dem Chassis oder dem Gehäuse 30 verbindet, bewirkt der Vorbeilauf der Schaufel 24 des Verdichterrades an der Drahtschleife eine kapazitive Zunahme in der Drahtschleife, die als ein Verschiebungsstrom durch das Datenerfassungssystem 59 erfasst wird.
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Jede Abweichung des Verdichterrades von seinem beabsichtigten Radpfad, die von dem Sensor detektiert wird, zeigt einen Zustand in dem Turbolader an. Nach der Detektion einer derartigen Abweichung unternimmt das Datenerfassungssystem oder eine zugeordnete Steuerungsvorrichtung 60 eine Abhilfemaßnahme. Die Abhilfemaßnahme beinhaltet die Aufzeichnung der Abweichung zur Prüfung durch das Wartungspersonal. Zu diesem Zweck enthalten das Datenerfassungssystem oder die Steuerungsvorrichtung einen Speicher 64, in welchem die Abweichungsinformation gespeichert wird. Die im Speicher aufgezeichnete Abweichungsinformation kann die Drehzahl des Verdichterrades und den Zeitpunkt beinhalten, an welchem die Abweichung auftrat. Zusätzlich aufgezeichnete Information kann die Betriebsdrehzahl des Motors oder des Generators, mit welchem der Turbolader verbunden ist, den Leistungsabgabepegel und die Betriebstemperatur des Turboladers beinhalten. Eine Abhilfemaßnahme kann auch eine Alarmierung eines Betreibers oder einer anderen Person oder einer das System überwachenden Maschine beinhalten, indem eine Warnanzeige 66 aktiviert wird. Die Warnanzeige kann sich an derselben Stelle wie der Detektor oder entfernt von dem Detektor angeordnet befinden. Gemäß Darstellung in 5 befindet sich die Warnanzeige in der Führerkabine des Fahrzeugs, um den Betreiber zu warnen. Die Warnanzeige kann eine hörbare, sichtbare und/oder fühlbare Anzeige bereitstellen. Die Abhilfemaßnahme kann auch das Senden einer gespeicherten Information oder einer Warnanzeige an eine entfernte Stelle über ein Kommunikationssystem 68 beinhalten. Eine zusätzliche durch das Datenerfassungssystem oder die Steuerungsvorrichtung ausgelöste Abhilfemaßnahme beinhaltet eine Belastungsverringerung des Turboladers, eine Belastungsverringerung des mit dem Turbolader verbundenen Motors, eine Beschränkung der Leistungserzeugung des Motors, eine Beschränkung des dem Verdichter zugeführten unter Druck stehenden Durchflusses oder eine vollständige Abschaltung des Turboladers oder Motors.
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Beispielsweise würde in einem Schienenfahrzeug (5), wenn das Verdichterrad von seinem beabsichtigten Radpfad abweicht und die Opferdrahtschleife in dem Freiraum berührt, das Turbinenmaschinensystem ein Signal aus dem Detektor empfangen, das das Verdichterrad in dem Turbolader begonnen hat, zu reiben oder gerade dabei ist, zu reiben, was schließlich zu einem Lagerausfall und Eintreten von belasteter Luft in das Motorkurbelwellengehäuse führt. In das Kurbelwellengehäuse eintretende Motorluft kann eine Überdruckabschaltung bewirken, da sie typischerweise ein Frühindikator für einen Turboladerschaden ist. Um dieses zu vermeiden, kann das Turbomaschinensystem nach dem Empfang eines Signals aus dem Detektor die Leistung des Turboladers verringern, was die Turboladerdrehzahl reduziert, um den Fortschritt in Richtung eines Ausfalls zu verlangsamen. Dieses ermöglicht es der Lokomotive, ihre eigene Leistung auf dem abgesenkten Schwellenwert auszuführen, was ihren Weiterbetrieb wenn auch bei geringerer Geschwindigkeit ermöglicht, um eine Servicestelle zu erreichen. Zu diesem Zweck kann, wie es in 4 dargestellt ist, der Detektor mit einer Motorsteuerungsvorrichtung C verbunden sein, die den Turbolader bei Empfang eines einen Reibvorgang anzeigenden Signals aus dem Detektor herunterfährt. Zusätzlich kann die Steuerungsvorrichtung C zur Vermeidung eines möglichen Motorausfalls das Reibdetektionssignal aus dem Detektor aufzeichnen, um ein Serviceteam bei der Lokalisierung der Grundursache einer Kurbelwellengehäuseüberdruckabschaltung zu unterstützen. Oft ist in dem Falle einer Abschaltung wegen Kurbelwellengehäuseüberdruck oder eines vollständigen Ausfalls die Ursache nicht bekannt, sobald die Lokomotive bei der Werkstatt ankommt. Das Vorliegen einer Reibanzeige aus dem Detektor vor oder während der Abschaltung oder des Ausfalls würde anzeigen, dass das Verdichterrad von seinem beabsichtigten Radpfad abgewichen ist.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die Abhilfemaßnahme eine Kommunikation mit einem entfernten System über ein Kommunikationssystem. Ein Kommunikationssystem kann eine Funkvorrichtung und eine Antenne zum Übertragen und Empfangen von Sprach- und Datenmeldungen beinhalten. Beispielsweise kann eine Datenkommunikation zwischen dem Fahrzeugsystem und einer Steuerungszentrale einer Eisenbahngesellschaft, einer weiteren Lokomotive, einem Satelliten und/oder einer Streckenvorrichtung wie z. B. einer Schienenweiche vorliegen. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung geographische Koordinaten des Fahrzeugsystems unter Verwendung von Signalen aus einem GPS-Empfänger abschätzen. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerungsvorrichtung Betriebseigenschaften des Motors und/oder von Hilfsaggregaten über eine aus dem Kommunikationssystem 190 gesendete Meldung an die Steuerungszentrale übertragen. In einer Ausführungsform kann eine Meldung durch das Kommunikationssystem 190 an die Befehlszentrale übertragen werden, wenn eine verschlechterte Komponente des Motors und/oder von Hilfsaggregaten detektiert wird und das Fahrzeugsystem zur Wartung vorgemerkt werden.
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Eine Anforderung zur Planung eines Service kann beispielsweise durch eine mittels des Kommunikationssystems 190 übertragene Meldung gesendet werden. Ferner kann durch Senden des möglichen Fehlerzustands und das Ausmaß des möglichen Fehlers die Ausfallzeit des Fahrzeugs V verringert werden. Beispielsweise kann der Service an dem Fahrzeug V verzögert werden, wenn der potentielle Fehler von geringerer Ausmaß ist. Die Ausfallzeit kann ferner durch Verringern der Leistung des Motors, wie z. B. durch Einstellung eines Motorbetriebsparameters, auf der Basis des diagnostizierten Zustandes reduziert werden. Es kann festgestellt werden, ob eine Leistungsabsenkung des Motors aktiviert ist. Beispielsweise kann eine Leistungsabsenkung des Motors die Größe von einer oder mehreren Komponenten des Frequenzgehaltes der abgeschätzten Verbrennungsdrehmomentprofildaten verringern.
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Um detailliertere Information bezüglich eines Zustandes in einem Turbolader bereitzustellen, können mehrere Detektoren um das Gehäuse herum angeordnet sein. Zusätzlich kann jedes Detektorsystem mehr als nur einen Sensor enthalten. Beispielsweise können mehrere Opferdrähte mit unterschiedlichen Längen (4) verwendet werden, um den Fortschritt einer Schaufelinstabilität an dem Verdichterrad zu detektieren. In dem dargestellten Beispiel hat jeder Sensor seinen eigenen Messkreis. In dem dargestellten Beispiel hat der Sensor eine längere Drahtschleife 55, die sich weiter in den Freiraum erstreckt, um eine frühere Detektion eines Zustandes zu liefern. Der Berührung mit dem zweiten Sensor zeigt an, dass der Berührung tiefer in dem Freiraum war und wahrscheinlich ein ernsterer Zustand ist. Unter Verwendung der Rückmeldung aus den mehreren Sensoren löst die Steuerung eine Abhilfemaßnahme aus und kann den Typ der Abhilfemaßnahme auf der Basis der Rückmeldung variieren. Beispielsweise kann, wenn ein längerer Draht berührt wird, eine minimale Abhilfemaßnahme unternommen werden. Wenn der Zustand zu dem kürzeren Draht hin fortschreitet, kann die Steuerung den Turbolader herunterfahren oder den Turbolader ausschalten, um eine Beschädigung an dem Verdichterrad oder anderen Komponenten zu vermeiden.
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Das Verdichterrad wurde als ein Beispiel verwendet. Dasselbe Detektorsystem kann zum Überwachen des Turbinenrades oder einer anderen rotierenden Komponente verwendet werden.
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In einer Ausführungsform enthält ein Detektor einen Sensor, der zum Detektieren eines Eintritts eines Abschnittes eines Rades in einen Abschnitt eines Freiraumspaltes und dadurch zum Anzeigen, dass das Rad von seinem gewollten Radpfad abgewichen ist, eingerichtet ist. In einer weiteren Ausführungsform enthält der Detektor eine an einer rotierenden Maschine geerdete und mit dem Sensor verbundene Stromquelle. In dieser Ausführungsform wird der Vorbeilauf des Abschnittes eines Rades durch den Sensor durch das Datenerfassungssystem als ein Verschiebungsstrom in der Drahtschleife erfasst.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält der Sensor eine mit einer Stromquelle verbundene Drahtschleife; einen mit der Drahtschleife verbundenen Widerstand und ein mit dem Widerstand verbundenes Datenerfassungssystem. Ein Abschnitt der Drahtschleife erstreckt sich in den Freiraumspalt. Die Berührung zwischen einem Abschnitt des Rades und dem Abschnitt der Drahtschleife wird durch das Datenerfassungssystem als eine Spannungsveränderung über dem Widerstand erfasst. In einer weiteren Ausführungsform ist die Stromquelle an einem Chassis geerdet, wobei ein Vorbeilauf eines Abschnittes des Rades durch den Abschnitt der Drahtschleife als ein Verschiebungsstrom in der Drahtschleife erfasst wird. In einer weiteren Ausführungsform wird die Berührung zwischen dem Rad und der Drahtschleife durch das Datenerfassungssystem als eine Spannungsänderung über dem Widerstand erfasst.
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In einer Ausführungsform enthält der Sensor ein faseroptisches Element, das sich in den Freiraumspalt erstreckt. Ein Datenerfassungssystem ist mit dem faseroptischen Element verbunden, um Veränderungen in einem optischen Wert des faseroptischen Elementes zu detektieren, die eine Berührung mit dem Abschnitt des faseroptischen Elementes innerhalb des Freiraumspaltes anzeigen.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält der Sensor mehrere Opferelemente, die sich in den Freiraumspalt erstrecken, wobei sich eines von den mehreren Opferelementen weiter in den Freiraumspalt als ein anderes von den mehreren Opferelementen erstreckt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Rad ein Verdichterrad in einem Turbolader.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor so betrieben werden, dass er auf die Detektion des Abschnittes des in den Freiraumspalt eintretenden Rades durch Erzeugen eines Signals reagiert. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform löst, nachdem der Sensor den Eintritt des Rades in den Freiraumspalt detektiert, eine Steuerung eine Abhilfemaßnahme aus. Die Abhilfemaßnahme beinhaltet wenigstens eines von einer Speicherung von Information in einem Speicher, Übertragung von Information mittels eines Kommunikationssystems, Herunterregelung eines Turboladers, Verringerung einer Drehzahl des Turboladers, Herunterregelung der Leistung eines mit dem Turbolader verbundenen Motors, Abschaltung des Turboladers und Abschaltung des Motors.
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Eine Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren, das die Detektion einer Veränderung in wenigstens einem von einer Spannung und einem Strom durch einen Messkreis detektiert, die in Reaktion auf einen Eintritt eines Abschnittes eines Rades in einen Freiraumspalt bewirkt wird. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Einfügen eines Sensors in den Messkreis und das Einführen des Sensors in den Freiraumspalt. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die Detektion einer Schwankung in wenigstens einem von der Spannung und dem Strom in dem Messkreis, was eine Berührung mit dem Sensor anzeigt. In einer weiteren Ausführungsform enthält der Sensor eine mit einer Stromquelle verbundene Opferdrahtschleife. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren die Detektion eines vorbestimmten Spannungsabfalls oder eines Schlusses in dem Messkreis, der anzeigt, dass das Rad die Opferdrahtschleife durchtrennt. In einer weiteren Ausführungsform enthält der Messkreis einen mit der Stromquelle und einer Masse verbundenen Leiter. Das Vorbeilaufen eines Teils des Rades an dem Draht wird als ein Verschiebungsstrom detektiert.
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Verbinden mehrerer Opferelemente mit dem Messkreis und Einführen der mehreren Opferelemente in den Freiraumspalt, und das Anordnen der mehreren Opferelemente in unterschiedlichen Tiefen in dem Freiraumspalt, um das Ausmaß einer Radauslenkung zu detektieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Verfahren, nach der Detektion des Eintrittes des Rades in den Freiraumspalt, die Auslösung einer Abhilfemaßnahme, die wenigstens eines beinhaltet von: Aufzeichnung von Information in einem Speicher, Übertragung von Information mittels eines Kommunikationssystems, Herunterregelung eines Turboladers, Verringerung einer Drehzahl des Turboladers, Herunterregelung der Leistung eines mit dem Turbolader verbundenen Motors, Abschaltung des Turboladers und Abschaltung des Motors.
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Eine weitere Ausführungsform enthält einen Detektorsatz mit einem Detektormesskreis, der eine Drahtschleife enthält, die mit einer Stromquelle, einem widerstand und einem Datenerfassungssystem verbunden werden kann. Ein Abschnitt der Drahtschleife kann durch eine Öffnung in einem rotierenden System und in einen Freiraumspalt hinein verlängert werden. Das Datenerfassungssystem detektiert einen Spannungsabfall über den widerstand, um dadurch einen Berührung zwischen dem Rad und dem Abschnitt der Drahtschleife zu ermitteln. In einer weiteren Ausführungsform kann das Datenerfassungssystem mit einer Steuerungsvorrichtung in einem Fahrzeug verbunden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält ein rotierendes System einen Turbolader mit einem auf einer Welle befestigtem Rad. Das Rad hat wenigstens eine Laufschaufel. Ein Gehäuse umschließt wenigstens teilweise das Rad, wobei ein Freiraumspalt zwischen der wenigstens einer Laufschaufel und einer Innenoberfläche des Gehäuses definiert ist. Das rotierende System enthält ferner einen Sensor, der dafür eingerichtet ist, den Eintritt eines Abschnittes des Rades in einen Abschnitt des Freiraumspaltes zu detektieren. In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor dafür eingerichtet, ein Signal zu erzeugen, das anzeigt, dass das Rad von einem beabsichtigten Radpfad abgewichen ist. In einer noch weiteren Ausführungsform ist das Rad ein Verdichterrad. In einer Ausführungsform enthält die Turbomaschine einen mit dem Turbolader verbundenen Motor, wobei der Motor ein Fahrzeug antreibt. In einer Ausführungsform ist das von dem Motor angetrieben Fahrzeug ein Schienenfahrzeug.
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In einer Ausführungsform wird ein Fahrzeugsystem bereitgestellt. Das Fahrzeugsystem enthält einen Motor, einen funktionell mit dem Motor verbundenen Generator, einen Sensor zum Messen eines dem Generator während des Betriebs zugeordneten elektrischen Parameters. Die Steuerungsvorrichtung enthält Instruktionen, die dafür ausgelegt sind, die gemessenen elektrischen Parameter abzutasten, den Frequenzgehalt der gemessenen elektrischen Parameter zu identifizieren und einen Zustand des Motors auf der Basis des Frequenzgehaltes der gemessenen elektrischen Parameter zu diagnostizieren.
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Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
