DE1154293B

DE1154293B - Device for simulating operationally occurring axial thrust forces during investigations or other work on rotating machines, especially turbo generators

Info

Publication number: DE1154293B
Application number: DES59988A
Authority: DE
Inventors: Guenter Krieg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-09-25
Filing date: 1958-09-25
Publication date: 1963-09-12

Description

Vorrichtung zur Nachbildung betriebsmäßig auftretender axialer Schubkräfte bei Untersuchungen oder anderen Arbeiten an rotierenden Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren Die Erfindung bezieht sich auf die Nachbildung betriebsmäßig auftretender axialer Schubkräfte bei unter anderen Bedingungen stattfindenden Untersuchungen oder anderen Arbeiten an rotierenden Maschinen. Die Erfindung hat besondere Bedeutung für Prüfeinrichtungen an Turbogeneratoren, insbesondere Wasserkraftgeneratoren, bei denen insbesondere bei vertikaler Anordnung der Maschinenwelle die Traglager im Prüffeld nicht unter Betriebslast gefahren werden können, da das Gewicht des Turbinenläufers und der Wasserschub erst beim späteren Zusammenbau mit der Turbine in Erscheinung treten. Device for simulating operationally occurring axial thrust forces during examinations or other work on rotating machines, in particular Turbogenerators The invention relates to the simulation of operationally occurring axial shear forces in investigations carried out under different conditions or other work on rotating machines. The invention is of particular importance for test equipment on turbo generators, especially hydropower generators, in which the support bearings are particularly important when the machine shaft is arranged vertically cannot be operated under operating load in the test field, as the weight of the Turbine rotor and the water thrust not until later assembly with the turbine appear.

Bei den bekannten Vorrichtungen zur Prüfung rotierender Maschinenteile der geschilderten Art hat man sich bereits bemüht, eine axiale Kraft auf eine durch das zu prüfende Lager axial festgelegte, in Rotation versetzte Welle auszuüben. Die bekannten Vorrichtungen setzen aber das Vorhandensein eines zweiten Lagers voraus. Demgemäß müssen natürlich in die Messung die Eigenschaften des zweiten Lagers eingehen. Um die durch das zweite Lager verursachten Beeinflussungen zu- eliminieren, müssen dessen Eigenschaften bekannt oder bestimmbar sein. So müßte man beispielsweise etwa ein um eine Größenordnung stärker dimensioniertes Lager verwenden, welches durch vorangegangene Versuche bei verschiedenen Beiastungsverhältm.ssen vorher hinsichtlich seiner Reibungsverhältnisse usw. genau ermittelt ist. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein derartiges zusätzliches Lager zu vermeiden. In the known devices for testing rotating machine parts of the type described, efforts have already been made to apply an axial force to one through the bearing to be tested to exert an axially fixed, rotating shaft. However, the known devices require the presence of a second bearing. Accordingly, the properties of the second bearing must of course be included in the measurement. In order to eliminate the influences caused by the second bearing, must whose properties are known or can be determined. For example, one would have to Use a bearing that is one order of magnitude larger, which through previous tests at different loading ratios must be carried out beforehand with regard to its friction conditions etc. is precisely determined. The invention has the Task set to avoid such an additional camp.

Man könnte auch daran denken, bei einer vertikal angeordneten Welle durch Auflegen von Gewichten auf Welle oder Läufer den sich später im Betrieb ergebenden Bedingungen gerecht zu werden. Solche Maßnahmen verbieten sich aber wegen der Schwierigkeiten der Auswuchtung der aufzulegenden Gewichte und der Gefahr einer Deformierung des Läufers oder der Läuferwelle. Bei horizontal angeordneter Welle würde sich eine solche Methode überhaupt nicht anwenden lassen. One could also think of this with a vertically arranged shaft by placing weights on the shaft or rotor, the results later in operation To meet conditions. Such measures are out of the question because of the difficulties the balancing of the weights to be placed and the risk of deformation of the Rotor or the rotor shaft. With a horizontally arranged shaft a do not allow such a method to be used at all.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß unter Vermeidung eines zusätzlichen Lagers die Schubkräfte durch eine berührungslos wirkende magnetische oder elektromagnetische Einrichtung eingeleitet werden. Außer reinen Schub- oder Zugkräften werden keine weiteren Kräfte auf den rotierenden Teil der zu untersuchenden Maschine ausgeübt, vor allem treten aber auch keine zusätzlichen Reibungskräfte auf. Auf diese Weise gelingt es, beispielsweise bei der Ermittlung der betriebsmäßig bestehenden Reibungskräfte im zu untersuchenden Traglager, tat- sächlich die Reibungskräfte unmittelbar zu erfassen, ohne daß die Messung einer Korrektur bedarf. In contrast, the invention consists in that while avoiding a additional bearing the shear forces through a contactless magnetic or electromagnetic device. Except for pure push or Tensile forces are no further forces on the rotating part of the under investigation Machine exercised, but above all there are no additional frictional forces on. In this way it is possible, for example, to determine the operationally existing frictional forces in the supporting bearing to be examined, actual mainly the frictional forces to be recorded immediately without the measurement having to be corrected.

Die Einleitung der Schubkräfte kann vorzugsweise in definierter Weise eingestellt werden, wobei gegen benenfalls in Zusammenwirken mit Dauermagneten zustande kommende Zug- oder Schubkräfte erzeugt werden. Dadurch gelingt es, jede im Betrieb auftretende oder jede beliebig vorzugebende Belastung jederzeit auf das Lager ausüben zu können. Damit kann jedes Lager-bereits im Prüffeld auf seine Betriebstüchtigkeit hin geprüft werden, so daß sich etwaige Mängel noch vor Auslieferung beheben lassen. Weiterhin gestattet die Erfindung bereits im Prüffeld die einwandfreie Erfassung der Verluste in den Axiallagern, was für die Wirkungsgradbestimmung der Maschine von Bedeutung ist. The introduction of the thrust forces can preferably be carried out in a defined manner be set, against if necessary in cooperation with permanent magnets Coming tensile or shear forces are generated. This makes it possible for everyone in the company Any load that occurs or any load that may be specified can be exerted on the bearing at any time to be able to. This means that every warehouse can already check its operational reliability in the test field checked so that any defects can be remedied before delivery. Furthermore, the invention allows perfect detection even in the test field the losses in the axial bearings, which determines the efficiency of the machine matters.

Die Erfindung kann durch eine mindestens einen Elektromagneten oder dergleichen enthaltende Vorrichtung realisiert werden. Ein solches Magnetsystem kann teilweise umlaufende, teilweise feststehende Einzelelemente aufweisen, die sich gegen die Halterung der umlaufenden Maschine abstützen. Dabei ist es unter Umständen zweckmäßig, die Abstützung in der Nähe der Abstützung der umlaufenden Maschine vorzunehmen, um die Beanspruchung auf möglichst kleine Teile der Halterung oder des Fundamentes zu begrenzen. The invention can by at least one electromagnet or the like containing device can be realized. Such a magnet system can have partially circumferential, partially stationary individual elements that Support yourself against the bracket of the rotating machine. It is under Expedient in certain circumstances, the support in the vicinity of the support of the circumferential Machine to make the stress on the smallest possible parts of the bracket or the foundation.

Eine ein solches Magnetsystem enthaltende Vorrichtung kann so gebaut werden, daß sie zur Prüfung von Maschinen unterschiedlicher Größe universell geeignet ist, also in ihrer Einsatzfähigkeit nicht an eine bestimmte Type gebunden zu werden braucht. A device containing such a magnet system can thus be constructed be that they are for testing of machines of different sizes is universally suitable, that is, in terms of its usability, it does not match a specific one Type needs to be bound.

Als Magnetsysteme kommen Anordnungen mit Topfmagneten od. dgl. in Betracht. Mit besonderem Vorteil ist die Vorrichtung nach Art einer Magnetkupplung ausgebildet.Arrangements with pot magnets or the like come in as magnet systems Consideration. The device is particularly advantageous in the manner of a magnetic coupling educated.

Unter Umständen ist es nicht unbedingt notwendig, daß sich die Vorrichtung mit dem Magnetsystem unmittelbar gegen feste Halterungsteile abstützt. Es besteht durchaus die Möglichkeit, die axiale Belastung von der Antriebsmaschine her zu übertragen, wobei zum Beispiel von einer Vorrichtung nach Art einer elektromagnetischen Kupplung Gebrauch gemacht werden kann. It may not be necessary that the device directly supported by the magnet system against fixed mounting parts. It exists the possibility of transferring the axial load from the drive machine, for example, from a device in the manner of an electromagnetic clutch Use can be made.

Die Einstellung der jeweils gewünschten Belastung kann durch Verändern des Erregerstromes von einem oder mehreren Elektromagneten vorgenommen werden. Gegebenenfalls können auch zusätzlich oder an Stelle von Elektromagneten Dauermagneten vorgesehen werden, bei denen ein definierter Wert der magnetischen Zugkraft erreichbar ist. Bei vorgegebenem Luftspalt kann der Erregerstrom selbst zur Bestimmung der Belastung herangezogen werden. In diesem Fall kann ein im Stromkreis liegendes Strommeßinstrument unmittelbar in Schubkraftwerten geeicht werden. The setting of the respectively desired load can be changed by changing the excitation current can be made by one or more electromagnets. Possibly Permanent magnets can also be provided in addition to or instead of electromagnets at which a defined value of the magnetic tensile force can be achieved. With a given air gap, the excitation current itself can be used to determine the load can be used. In this case, an in-circuit current measuring instrument can be calibrated directly in thrust values.

Es kann vorteilhaft sein, Maßnahmen zur Konstanthaltung eines vorgegebenen Wertes des Luftspaltes zu ergreifen. Weiterhin können ebenso auch Maßnahmen zur Konstanthaltung eines vorgegebenen Erregerstromes ergriffen werden. Zur Vermeidung von Fehlern, die sich beispielsweise durch temperaturbedingte Abstandsänderungen im Magnetsystem ergeben, können Mittel angewendet werden, um die magnetisch erzeugten Zug- oder Schubkräfte auf vorgegebenen Werten konstant zu halten. So kann man einerseits die Stärke des erzeugten magnetischen Feldes selbst überwachen, indem man beispielsweise magnetfeldempfindliche Widerstände, Hallspannungsanordnungen od. dgl. vorsieht und von solchen Überwachungseinrichtungen aus Regler steuert, die das Magnetfeld auf einem vorgegebenen Wert konstant halten. Weiterhin besteht aber auch die Möglichkeit, die durch das Magnetfeld erzeugten Kräfte zur Regelung heranzuziehen. So können Druckmeßdosen oder sonstige Druck- und Zugmeßeinrichtungen verwendet werden, die ihrerseits wieder auf eine Regeleinrichtung einwirken und einen vorgegebenen Schub- oder Zugkraftwert sicherstellen. It can be advantageous to take measures to keep a given value constant The value of the air gap. Furthermore, measures for Keeping a given excitation current constant can be taken. To avoid of errors caused, for example, by temperature-related changes in distance result in the magnet system, means can be applied to the magnetically generated To keep pulling or pushing forces constant at given values. So you can on the one hand monitor the strength of the generated magnetic field by yourself, for example Magnetic field sensitive resistors, Hall voltage arrangements or the like. Provides and from such monitoring devices from regulators controls that the magnetic field on keep a given value constant. However, there is also the possibility of to use the forces generated by the magnetic field for regulation. So can Pressure cells or other pressure and tension measuring devices are used that in turn act again on a control device and a predetermined thrust or ensure traction value.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung. The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. The figure shows an embodiment in its essential for the invention Parts in a greatly simplified schematic representation.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Prüfung eines Wasserkraftgenerators 1, dessen Welle 2 im späteren betriebsmäßigen Zustand mit der Welle einer Wasserturbine zusammengebaut sein soll. Auf dem Prüfstand dient ein Antriebsmotor 3 zur Einleitung des erforderlichen Drehmomentes auf die Welle 2. Das nicht näher dargestellte Traglager befindet sich in der Tragvorrichtung4, die mit ihren äußeren Enden auf dem Fundament 5 aufliegt. The illustrated embodiment is the Testing of a hydropower generator 1, the shaft 2 of which will later be operational State to be assembled with the shaft of a water turbine. Put to the test a drive motor 3 is used to introduce the required torque to the Shaft 2. The support bearing, not shown, is located in the support device4, which rests with its outer ends on the foundation 5.

Erfindungsgemäß wird die betriebsmäßig auftretende Lagerbelastung nachgebildet und durch den magnetischen Zug eines Magnetsystems 6 herbeigeführt. Die feststehenden Teile 7 und 8 des Magnet- systems stützen sich über Halteteile9 und 10 gegen das Fundament 5 ab. Mit 11 ist ein zusammen mit dem Läufer der Maschine umlaufender Anker bezeichnet. Der erforderliche Luftspalt zwisohen dem Ankerll und den feststehenden Teilen 7 und 8 des Magnetsystems kann beim Aufbau im Prüffeld durch geeignete Mittel eingestellt werden. According to the invention, the operationally occurring bearing load simulated and brought about by the magnetic train of a magnet system 6. The fixed parts 7 and 8 of the magnet systems are supported by holding parts9 and 10 against the foundation 5. At 11 there is one together with the runner of the machine circumferential anchor. The required air gap between the anchor and the fixed parts 7 and 8 of the magnet system can be used when setting up in the test field be adjusted by suitable means.

Die Verankerung der Halteteile 9 und 10 im Fundament erfolgt zweckmäßig gegenüber den Stellen, an denen sich die Tragvorrichtung 4 gegen das Fundament abstützt, um die auftretende Zugbeanspruchung zu kompensieren und die Beanspruchung auf möglichst kleine Teile des Fundamentes zu begrenzen. The anchoring of the holding parts 9 and 10 in the foundation is expedient opposite the points at which the support device 4 is supported against the foundation, in order to compensate the occurring tensile stress and reduce the stress as much as possible to limit small parts of the foundation.

Weiterhin bleibt durch eine derartige seitliche Verankerung genügend Raum für den Antriebsmotor 3 frei.Furthermore, such a lateral anchoring remains sufficient Space for the drive motor 3 free.

Die Einstellung der jeweils gewünschten Belastung kann durch Verändern des - Erregerstromes des Magneten vorgenommen werden, wobei der Erregerstrom bei vorgegebenem Luftspalt zur Bestimmung der Belastung herangezogen werden kann. Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, daß auch die Möglichkeit besteht, die axiale Belastung von der Antriebsmaschine 3 her mit einer elektromagnetischen Kupplung zu übertragen. The setting of the respectively desired load can be changed by changing des - excitation current of the magnet can be made, with the excitation current at specified air gap can be used to determine the load. in the Remaining it should be noted that there is also the possibility of the axial Load from the prime mover 3 with an electromagnetic clutch transferred to.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for simulating operationally occurring axial thrust forces during investigations or other work on rotating machines, in particular turbo generators, by exerting axial forces on rotating machine parts, characterized in that the thrust forces avoiding an additional Bearing by a non-contact magnetic or electromagnetic device be initiated.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that by the magnetic or electromagnetic device adjustable in a defined manner Tensile or shear forces are generated.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that in cooperation adjustable pulling or pushing forces can be generated with permanent magnets.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that that the magnetic or electromagnetic device against the holder the rotating machine, especially in the vicinity of its supports.

5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that that the magnet system is designed in the manner of a magnetic coupling.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the Use of a magnetic coupling this to transfer axial loads from the Drive machine is used.

7. Device according to claims 1 to 6, characterized by Measures to keep a given air gap constant.

8. Device according to claims 1 to 7, characterized by Measures to keep a given excitation current constant.

9. Device according to claims 1 to 8, characterized by Measures to keep things constant a predetermined value of the magnetic Field and / or magnetic push or pull forces.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that for measurement the magnetic fields or the forces exerted magnetic field sensitive measuring devices or pressure cells or the like. Are provided.

Ii. Arrangement according to claims 1 to 10, characterized by a magnet system of such a design that it can be used to test machines of different types Size is universally applicable. ~~~~~~~~~~~ Publications considered: U.S. Patent Nos. 2398 156, 2539 578.