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BES OHRE IBUNG Axiallagen-Me ßeinrichtung für Wellen Die Erfindung
betrifft eine Axiallagen-Meßeinrichtung für Wellen insbesondere von Turbomaschinen.
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Bei Turbomaschinen, seien es Turbinen oder Arbeitsmaschinen, wie Kompressoren
oder Pumpen, ist es besonders wichtig, die richtige Lage des Läufers gegenüber dem
Gehäuse in Achsrichtung sicherzustellen, weil enge Spiele in axialer Richtung eingehalten
werden müssen. Die Welle ist deshalb durch ein besonderes Axial- oder Drucklager
gehalten. Es können Jedoch Abnutzungen oder Beschädigungen des Lagers auftreten,
durch die sich die Axiallage des Läufers verändert. Zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit
muß deshalb die Axiallage angezeigt werden, damit solche Veränderungen rechtzeitig
erkannt werden können.
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Es sind verschiedene Axiallagen-Meßeinrichtungen bekannt. Am einfachsten
sind mechanische Einrichtungen. Diese haben Jedoch den Nachteil, daß sie entweder
nur im Stillstand zur Messung der Lage des Läufers eingerückt werden können, oder
daß sie, wenn sie während des Laufes der Maschine in Betrieb sind, einer Abnutzung
un-
terworfen sind, die das Jk:nzeigeergebnis beeinflußt. Perner sind
elektrische
Einrichtungen anwendbar, die auf induktivem oder kapazitivem Wege ohne mechanische
Verbindung zwischen dem umlaufenden Wellenteil und dem Gehäuse wirksam sind. Diese
setzen Jedoch komplizierte elektrische Einrichtungen voraus und sind entsprechend
empfindlich in der Anwendung. Es sind auch hydraulische Einrichtungen bekannt, bei
denen durch eine Verschiebung der Welle in axialer Richtung der Ausfluß eines Ölstrahles
mehr oder weniger gedrosselt wird, so daß eine Druckanzeige für die Axiallagenmesswng
benutzt werden kann. Derartige bekannte Einrichtungen haben den Nachteil, daß ständig
eine gewisse Ölmenge verbraucht wird; auch dann, wenn noch keine Verschiebung des
Läufers aus der optimalen Betriebsstellung erfolgt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axiallagen-Meßeinrichtung
zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln unter Vermeidung eines Ölverlustes in
der Normalatellung der Welle die Veränderung der Axiallage kontinuierlich angezeigt
werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Welle
eine Scheibe mit gegenKberliogenden achssenkrechten Plznflächen angeordnet ist,
wobei Jeder der beiden Flächen ein am Lagergehäuse fest angebrachtes mit Drucköl
beaufschlagtes Kugelventil zugeordnet ist, dessen Kugel durch eine Feder in Richtung
auf die Wellenscheibe in Schlußsteliung gedrückt wird, wobei die Kugel aus dem Gehäuse
des Ventiles so weit hervorsteht, daß sie nach Uberschreiten eine. eingestellten
Spalts bei Axialvers¢hicbung der Welle an der Scheibenfläche anläuft.
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Die Schaltung der beiden Kugelventile wird vorteilhaft so vorgenommen,
daß ihre Druckräume miteinander und über eine Drossel mit einer Druckölleitung verbunden
sind und daß eine zweite Verbindungsleitung der beiden Druckräume an ein Differenzdruckmanometer
angeschlossen ist, dessen Gegenseite mit der Druckölleitung verbunden ist. Äuf diese
Weise ist es möglich, die Axiallage durch das Differenzdruckmanometer anzuzeigen.
Es ist jedoch nicht ersichtlich, in welcher Richtung sich die Lage geändert hat.
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Es genügt auch, die Druckräume der Kugelventile, die über eine Drossel
mit der Druckölleitung verbunden sind, durch eine zweite Verbindungsleitung gemeinsam
nur an ein Manometer anzuschließen, wenn der Druck in der Druckölleitung genügend
konstant ist.
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Besonders vorteilhaft ist eine Schaltung, bei der die Druckräume der
beiden Kugelventile miteinander und über eine Drossel mit der Druckölleitung verbunden
sind, wobei aber die Druckräume der Kugelventile über je eine Leitung getrennt mit
einem der beiden Anschlüsse eines Differenzdruckmanometers verbunden sind. In diesem
Falle zeigt das Differenzdruckmanometer nicht nur die Größe der Abweichung von der
Mittenlage sondern auch die Richtung an, nach der diese Abweichung eingetreten ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt,
wobei Fig. 1 die Anordnung der Kugelventile an der Welle bzw. dem Lagerbock darstellt
und Pig. 2 sowie Fig. 3 die wesentli-
chen Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung zeigen.
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In Fig. 1 ist 1 die Welle einer Turbomaschine, die in dem Lager 2
sowohl in radialer wie in axialer Richtung gehalten ist. Auf der Welle befindet
sich eine Scheibe 3 mit gegenüberliegenden achssenkrechten Planflächen, denen gegenüber
die beiden Kugelventile 4 und 5 mit einem Abstand s zwischen der Scheibenoberfläche
und der Kugel angeordnet sind. Die Kugeln 6 der Kugelventile werden durch eine Feder
7 in Richtung auf die Wellenscheibe gedrückt.
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Ihre Bohrung im Gehäuse 9 der Kugelventile ist so ausgeführt, daß
sie aus dem Gehäuse so weit hervorstehen, daß bei einer Bewegung der Welle in Axialrichtung
die Wellenscheibe an einer der Kugeln anläuft ohne das Gehäuse zu berühren und auch
noch einen gewissen Weg ausfuhren kann, ohne daß Reibung zwischen der Scheibe und
einem feststehenden Teil eintritt. Das Gehäuse 9 des Kugelventils ist an dem Lagerbock
8 der Maschine so befestigt, daß der Spalt 8 entsprechend eingestellt werden kann.
10 sind die Druckölzuleitungen für die Kugelventile.
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Fig. 2 zeigt eine Schaltung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,
die es gestattet, an einem Differenzdruckmanometer die Axiallage abzulesen. Dabei
sind 4 und 5 die schematisch dargestellten Kugelventile, ii ist eine Druckölleitung,
von der aus die Ventile über die Drossel 12 und die Leitung 13 mit Drucköl versorgt
werden. Die Druckölräume der Kugelventile sind ferner über die Leitungen 14 und
15 sowie 16 gemeinsam an die eine Seite des Differenzdruekmanometers is angeschlossen,
das andererseits über die Leitung 17 mit der Druckölquelle 11 verbunden ist. Das
Manometer 18 zeigt
also die Druckdifferenz zwischen den Druckräumen der beiden Kugelventile
und der Druckölleitung an. Wenn die Wellenscheibe 3 an einem der Kugelventile anläuft
und dieses öffnet, entsteht in dessen Druckraum infolge des gleichzeitigen Einflusses
der Drossel 12 ein Druckiabfall gegenüber dem konstanten Öldruck in der Leitung
11. Diese Druckdifferenz wird durch das Manometer 18 angezeigt.
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Man kann aus dieser Anzeige bei entsprechender Eichung des Manometers
den Weg der Welle aus der Mittellage ablesen; Jedoch nicht die Richtung, da beide
Kugelventile miteinander verbunden sind.
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Man kann natürlich an dem Anzeigegerät Grenzmarken anbringen, die
die größte zulässige Verschiebung anzeigen und diese ferner, wenn eie erreicht wird,
durch ein Warnsignal anzeigen lassen.
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In Fig. 3 iet eine Schaltung gezeigt, bei der auch die Richtung des
Weges der Wellenscheibe angezeigt wird. Die Druckräume der beiden Kugelventile 4
und 5 erhalten hierbei auch aus der Druck leitung 11 über die Drossel 12 und Leitung
13 den Öldruck. Der Druckraum des einen Ventiles 4 ist über die Leitung 14 mit der
einen Seite des Ditterensdruckmanometers 18 verbunden; der Druekraum des anderen
Kugelventile 5 dagegen mit der anderen Seite des Differenzdruckmanometers über die
Leitung 15. Dadurch wird setzt angezeigt, nach welcher Richtung die Abweichung der
Welle von der Normallage geht.
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Der Vorteil der Axiallagen-Meßeinrichtung nach der Erfindung besteht
darin, daß sie unter Benutzung der an der Maschine sowieso
vorhandenen Druc Xnlage mit verhältnismäßig eehr einfachen, ggf.
serienmäßig
hergestellten, Kugelventilen arbeitet. Dabei wird in der zeitlich am meisten gefahrenen
Mittellage dem Ölkreislauf kein Öl entzogen; auch wenn eine größere Abweichung von
der Normallage eintritt, wird keine gleitende Reibung zwischen Läuferteilen und
Meßeinrichtung hervorgerufen. Außerdem ermöglicht die Meßeinrichtung eine sehr einf-ache
und genaue Anzeige der Axiallage mit Hilfe eines einfachen Manometers bzw. Differensdruckmanometers
und gestattet, Warneinrichtungen für die Grenzlage ohne großen Aufwand anzubringen.