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Elektrohydraulisches System zur Höhenmessung und Überwachung der
relativen Höhenlage der Teile von Maschinen, Fundamenten und dergleichen.-Bei größeren
Maschinensätzen, wie Dampfturbinen, Turbogeneratoren und ähnlichen Maschinenaggregaten
besteht ein Bedürfnis, bei der Montage und unter Umständen. während des, Betriebes
änderungen der Höhenlage einzelner Teile der Maschine genauestens einzustellen bzw.
während es Betriebes zu überwachen. Es ist üblich und bekannt, bei der Montage durch
Nivelliergeräte oder Wasserwaagen die Höhenlage der Einstellung. der Maschinenteile
zu überwachen. Wie Erfahrungen gezeigt haben, läßt sich jedoch auch bei Verwendung
der hochwertigsten Nivelliergeräte und Wasserwaagen eine genügende Meßgenauigkeit
nicht für alle Fälle erzielen. Weiter wurde vorgeschlagen, die Höhenlage an Fundamentteilen
durch Messung der Spiegelhöhe einer Flüssigkeit in verteilt angeordneten Meßtöpfen
vorzunehmen, die untereinander durch
Rohrleitungen verbunden sind.
Zum Messen der sich nach dem Prinzip der Kommunizierenden Röhre ändernden Spiegelßöhen
sind bei dieser bekannten Anordnung, die mit Quecksilber als Flüssigkeit arbeitet,
Meßschrauben vorgesehen, wobei die Ermittlung der Höhenlage des Meßkopfes durch
elektrisches Abtasten der auf dem Quecksilber Schwimmenden Iontaktschraube mittels
einer Nikrometerschraube erfolgt. Ein Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht
vor allem darin, daß die Meßgenauigkeit in erheblichem Maße durch die abweichenden
Temperaturen in den verschiedene Teilen des Maschinensatzes, die a@f die Moßtöpfe
selbst übertragen werden, gestört werden kann und @@@ die einzustellende Meßgröße
sehr stark von der Sorgfalt des@Beobachtens abhängt@ Außerdem@müssen die Meßstellen
gut zugänglich sein zur Einstellung dér Mikrometerschraube. Eine genügende Meßgenauigkeit
läßt. sich nicht für alle Fälle erzielen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine wesentlich vollkommeneres hydraulisches
System zur Höhenmessung an Maschinenteilen unter Verwendung kommunizierender Flä@sigkeitssäulen.
das sich da@@r@h auszeichnet, daß die Meßeinrichtung aus wenigstens zwei elektrohydra@llschen
Gebersystemen mit schwimmergesteuerten elektrischen, auf eine gemeinsame elektrische
Anzeig@vorrichtung geschalteten Gebersystemen besteht, welche einschließlich der
die Schwimmersysteme verbindenden Beitungen in einem gemeinsamen Kühlystem mit geschlosseem
oder offenem Kühlmittelkreis eingesch@osseh sind
Die erfindungsgemäße
Anordnung zeichnet sich vor allem durch den Vorteil aus, daß auch bei erheblichen
Temperaturdifferenzen der Maschinenteile die Genauigkeit der Anzeige der einzelnen
getrennt angeordneten elektrohydraulischen Reglersysteme durch örtliche Erwärmung
der Meßleitungen sowie Meßtöpfe und insbesondere der in diesen enthaltenden Meßflüssigkeit
nicht beeinträchtigt wird, da durch eine genügend Intensive Umwälzung des das gesamte
meßsystem umfließenden KühlMittels störende örtliche Temperaturschwankungen der
in den Meßtöpfen kommunizierenden Meßflüssigkeit ausgeschlossen werden.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Einrichtung besteht darin, daß hinsichtlich
der Meßflüssigkeit völlige Freiheit besteht, also eine leiende Meßflüssigkeit bzw.
gesundheitsgefährdende Flüssigkeit vermieden ist.
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Die Ausbildung einer Meßeinrichtung unter Verwendung von elektrohydraulischen
Gebersystemen hat weiter den Vorteil, daß in überaus einfacher und zuverlässiger
Weise die Höhenänderung an einer gemeinsamen Meßstelle sichtbar gemacht werden kann,
gegebenenfalls in bezug auf einen gemeinsamen festen unveränderlichen BezugspunXt,
der von den erwärmten Maschinenteilen entfernet sein kann. Erfindungsgemäß kann
zu diesem Zwecke die Schaltung derart getroffen werden, daß die Meßigmpulse einer
@@zah@ von verteil@ an dem Maschinenaggregat angeordneten elektrohydraulischen Meßgebern
sowie der Impls eines gesondert von dem
Maschinensatz angeordneten
Bezugsimpulsgebers über eine vorzugaweise selbsttätig wirkende Umschalteinrichtung
einem gemeinsamen Anzeigegerät, z.B. Kompensographen, zugeführt werden, durch welches
die Meßimpulse im Zusammenwirken mit dem Impuls des Bezugsgebers eine Anzeige oder
das Aufschreiben der Höhenlage der einzelnen MeB- -punkte im Vergleich zu dem von
dem Maschinensatz'unabhängigen Bezugspunkt ermöglichen.
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Gegenstand der Erfindung ist weiter die Ausbildung der hydraulischen
Gebersysteme selbst derart, daß das elektrohydraulische Gebérsystem in einem Doppelmantelgehäuse
angeordnet ist. Den Kühlräumen wird die Kühlflüssigkeit in konzentrisch zu den Meßleitungen
angeordneten Doppelrohren zugeführt, wobei die Meßlüssigkeit von der Kühlflüssigkeit
umspült wird. Vorzugsweise kann hierbei die Anordnung derart getroffen werden,-
daß das innere, zweiteilige Geb'ergehäuse, welches das Schwimmersystem und das elektromagnetische
Gebersystem enthält in einem gemeinsamen mantelförmien Gehäuse eingeschl-ossen wird,
wobei der Schwimmerinnenraum durch einen Deckel abgeschlossen wird.
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Im folgenden soll die Erfindung näher-anhand. eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden.
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Figur la gibt schematisch eine Übersicht über ein erfindungsgemäß
ausgebi, ldetes elektrohydraulisches Meßsystem zur Höhenmessung en einem Maschinenfundament
wieder.
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Figur 1b zeigt die zugehörige elektri's'che Schaltung der Meßkreise.
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Pigur 2 stellt im einzelnen die Ausbildung eines elektrohydraulischen
Gebersystems dar.
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Figur 3 zeigt eine von dem System der Figuren la, Ib abweichende Meßeinrichtung
zur Überwachung von vertikalen Verlagerungen der lager einer Turbine.
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Bei dem sich auf eine, und Überwachungseinrichtung für die Tischplatte,
einer Dampfturbine beziehenden Beispiel 1, der Figur la bedeutet 1 die Fundamenttischplatte
eines Turbosatzes, deren einzelne Rahmenwangen durch die Fundamentsäulen 2 abgestützt
sind. Mit 3a, 3b und 3e sind die Teile besturbosatzes bezeichnet, die auf der Tischplatte
1 in im, einzelnen nicht, weiter gezeigter Weise abgestützt sind. Zur Überwachung
der Höhenlage der Teile der Fundamenttischplatte, die infolge der verschiedenen
Temperaturen des Maschinensatzes einer unterschiedlichen Erwärmung ausgesetzt sich,
ist auf beiden Seiten der Maschinenachse, und zwar vorzugsweise oberhalb der Fundamentsäulen
2 Je ein elektrohydraulisches Gebersystem 11, 12, 13, 14, 15 und 16 angeordnet.
Die Geber, die im einzelnen anhand der Figur 2 weiter unten noch näher erläutert
werden, weise im wesentlichen ein induktives System mit einer Wechselstromerregung
und zwei entgegengeschalteten Spulen auf, deren resultierende Spannung durch einen
schwimmergesteuerten Anker in Abhängigkeit von den Spiegeländerungen der Meßflüssigkeit
in der Schwimmerkammer geändert wird.
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Die Schwimerräume sämtlicher Geber 11 - 16 stehen zunächst durch eine
gemeinsame Leitung 2Q miteinander in Verbindung. Infolgedessen
ergibt
sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhrenin Jedem Schwimmeraum die gleiche
Niveauhöhe. Ändert sich infolge unterschiedlicher Erwärmung die Höhenlage eines
der Meßgeber, so tritt eine Verschiebung des Schwimmers und damit Verstellung des
Ankers des induktiven Meßsystems ein. Die hierbei eintretende Spannungsänderung
an dem Meßgeber wird zur Messung in der im folgendes näher erläuterten Weise ausgenutzt.
Außer den auf'dem Fundament angeordneten Meßgebern ist noch an einem von dem Maschinenfundament
l getrennten Bezugspunk ein weiterer Meßgeber 17 vorhanden, der in gieicher Weise
wie die Meßgeber 11 - 16 ausgebildet ist und dessen Schwimmerraum über die Leitunge
21 in die die Geber 11 - 16 verbindende Meßleitung eingeschaltet ist. Das gesamte,
die Messung nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren ermöglichende Meßsystem
ist nun vollständig in einem geschlossenen Kählkreis 22 eingeschlossen, der sowohl
die Meßleitungen 20, 21 zwischen slmtlichen Gebern 11 - 17 konzentrisch einschließt,
als auch die eigentlichen Geber selbst, d.h. das induktive Gebersystem und das Schwimmersystem.
Das Kühlsystem wird hierbei einerseits durch die konzentrisch die Meßleitungen 20
umschiiej3enden Kühlmittelleitungen 23, andererseits die Außenkühlmäntel 24 der
Gebersysteme gebildet. In den Zug der Kühlmitteleitungen 23 ist noch bei 25 ein
Motorpumpenaggregat 26 eingeschaltet, durch welches das das gesamte Meßsystem einschließende
Kühlmittel umgewältz wird.
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Ais Meßflüssigkeit kann vorzugsweise destilliertes Wasser, Petroleum
oder eine ähnliche Flüsigkeit angewendet werden, die sich durch
geringe
Änderungen der Dichte bei Temperaturschwankungen, kleine Verdampfung sowie niedrige
Viskosität auszeichnet. Zur Kühlung kann, gegebenenfalls nach Grobreinigung, Wasser
dienen.
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Wie bereits erwähnt, werden nun sämtliche Meßspannungen, und zwar
sowohl die der Meßgeber 1 - 16 wie des Bezugsgebers 17 einer gemeinsamen Anzeige-
oder Sthreibvorritchtung in Form eines Kompensographen 38 zugeführt, In dem Schema
der Figur lb sind die Impulsleitungen 31 bis 37 der Geber ll-17, welche die Impulsspannunge
der genannten Geber führen, bezeichnet. Die Spannungen der Geber 1 - 16 werden über
den Meßstellenumschalter 38a des Kompensographen, und zwar 3eweile die Spannung
eines Meßgebers in Gegenschaltung mit der Vergleichsspannung des Bezugsgebers 17
an den Spannungsteilerwiderstand 38b des Kompensographen geführt. An die mit dem
Spannungsteiler verbundenen Leitungen 38c wird der Stellmotor des im einzelnen in
der Figur nicht näher dargestellten Kompensographen angeschlossen. Die Ausbildung
derartiger Kompensographen ist hierbei als bekannt unterstellt. Bei Abweichung der
Spannung des Bezugsgebers und des Jeweils über den Meßstellenumschalter zur Wirkung
gebrachten Gebers wird durch den Stellmotor eine Aufzeichnung der Spannungsdifferenzen
der genannten Geber herbeigeführt. Auf diesem Wege wird es ermöglicht, an der Anzeigevorrichtung
38 abwechselnd nacheinander die Anzeigen der Geber 11 - 16 über Höhenänderungen
im Verhältnis zu der Lage des Bezugspunktes, dem der Bezugsgeber 17 zugeordnet ist,
sichtbar zu machen oder aufzuschreiben.
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In Figur 2 ist im Quers-chnitt ein erfindungemäß ausgebildetes elektrohydraulisches
Gebersystem wiedergegeben. In dieser Figur bedeutet 40 das eigentliche Gebersystem,
das aus dem Schwimmer 41, der Schwimmerkammer 42 und dem induktiven Gebersystem
43 mit dem durch den Schwimmer 41 verstellten Anker44-besteht. Die Schwimmer kammer
liegt in dem SchwimmergehEuse 45, in dem sich. die Meßflüssig-- keit 46 befindet,
die Uber eine oder zwei Zu- und Ableitungen 47' zur und abgeleitet werden kann.
Das GebersyStem 43 und 44 ist in einer auswechselbar angeordneten. dichten Geberbüchse
49 angeordnet, -durch deren abgedichteten Bodenteil 50 die Meßleitungen und Erregerleitungen
51 abgedichtet hindurchgeführt sind. Die Geberbüchse 49-ist mit dem Schwimmergehäuse
bei 52 verschraubt und durch einen Dichtring 53 gegenüber dem Boden 45a des. Schwimmergehäluses
abgedichtet. Das Innere des Schwimmergehäuses 45 sowie der Geberbüchse 49 stehen
durch die Offnungen-54 in Verbindung. Durch diese Öffnungen ist außerdem das Verbindungsglied
55 zwischen dem Schwimmer 41 und dem Anker 44 geführt. Je nach dem Pegelstand der
Schwimmerflüssigkeit wird der Anker 44 verstellt, wodurch die Meßspannung des Spulensystems,
welche über Leitungen 51 abgeführt wird, geändert wird,.
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Das gesamte elektrohydraulische Gebersystem mit dem Schwimmergehäuse
45 und der Meßgeberüchse 49 ist von dem Kühlmantel 60 umschlossen. 61 bedeuten Kühlmittelanschlußrohre,
die die Zuführung und Ableitung, des Kühlmittels zu dem da-s Gebersystem einschließenden
Kühlraum 62 ermöglichen. Die Leitungen 61 6l umschließen konzentrisch die Leitungen
47 des hydraulischen Meßsystem und sind mit dem Gehäuse 60 lösbar verbunden, z.B.
durch Gewinde oder Muffenverbinder. 64 bedeutet noch ein Tragsystem für die Meßeinrichtung.
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Einzelheiten der beschriebenen Meßanordnung können ggf. verändert
werden. Dies gilt sowohl für das in Figur 2 dargestellte Gebersystem, wie für die
Anordnung im ganzen.
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Figur 3 zeigt eine vereinfachte Meßanordnung mit nur zwei Gebern ztr
Überwachung vertikaler Verlagerungen von Turbinenlagern. In Figur 3 bedeutet 70
einen Wellenstrang, dessen Wellenabschnitte 70a, 70b in zwei benachbarten Lagern
71 abgestützt wind. 72 ist eine starre Kupplung zwischen den Wellenabschnitten 70a
und 70b. Auf der Oberschale der beiden Lager 71 und 72 sind nun zwei elektrohydraulische
Gebersysteme 73 und 74 entsprechend Abbildung 2 aufgesetzt. Die beiden Schwimmerräume
der induktiven Meßeinrichtungen sind durch die Meßleitungen 75 verbunden. Meßleitungen
wie Gebersysteme sind wieder in einen gemeinsamen Kühlkreis 76 eingeschlossen. 77
bedeutet ein elektrisches Anzeige- oder Registriergerät, welches Änderungen der
Höhenlage # h anzeigt.
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Zeigen die Beispiele gemäß den Figuren 1 und 3 die stationäre Anordnung
der Gebersysteme auf dem Fundament oder bestimmten Maschinenteilen, so ist es doch
auch möglich, die Gebersysteme nur vorübergehend, z.B. bei der Montage, anzubringen.
In diesem Fall können zum Aufstellen und Befestigen der Geber schaltbare magnetische
Haftsysteme - wie in Figur 1 bei 80 angedeutet ist - und bewegliche Schlauchleitungen
vorgesehen werden.
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4 Figuren 7 Patentansprüche