DE1945343A1

DE1945343A1 - Anordnung zur Betriebs- bzw. Temperaturueberwachung rotierender Teile,z.B. des Laeufers einer - insbesondere elektrischen - Maschine

Info

Publication number: DE1945343A1
Application number: DE19691945343
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Gahleitner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1971-03-25
Also published as: AU1871770A; BE755197A; DE1945343B2; NL7012951A

Description

Anordnung zur Betriebs-bzw. Tempe raturüberwachung rotierender Teile, z.B. des Lärfers einer - insbesondere elektrischen-Maschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Betriebs-bzw. Temperaturüberwachung rotierender Teile, z.B. des Läufers liner Maschine, die kontaktfrei arbeitet, d.h. bei der für die Übertragung der Meßwerte keine Schleifringe verwendet werden.
Sie bedient sich dazu der bekannten Strahlungspyrometer, mit ienen die von einem Körper ausgehende Wärmestrahlung erfaßt und in elektrische Werte umgesetzt werden, die dann angezeigt oder aufgeschrieben werden.
Gemäß der erfindung ist ein Strahlungspyrometer mit einem verustarmen Übertragungsleiter für Wärmestrahlung verbunden, der ortsfest in der Nähe des zu überwachenden Teiles angeordnet ist. Durch die Verwendung des verlustarmen Übertragungsleiters zur Wärmestrahlung ist es möglich, die Wärmestrahlung eines glanz genau definierten Punktes gelingen Durchmesser zu erfassen und dem Strahlungspyrometer ohne Beeinflussung durch die nähere Umgebung zuzuleiten Dadurch kann die Temperaturmessung sehr gezielt mit kleinem Meßfeld durchgeführt werden. Außerdem können auf diese Weise auch Punkte uberwacht werden, die nicht unmittelbar im Einfallsfeld des Strahlungspyrometers liegen oder vielleicht sogar verdeckt sind.
Der Übertragungsleiter überbrückt auch die aus konstruktiven OdCL zB. bei elektrischen Maschinen auch aus elektrischen Gründen erforderlichen Abstände zwischen dem Meßpunkt und dem trahlungspyrometer. Dadurch gewinnt man eine gewisse Freizügigkeit für die Anordnung des Strahlungspyrometers, das jetzt an Orten liegen kann, an denen genügend Platz zur VerfUgung steht oder an denen es nicht störenden Umwelteinflüssen unterliegt.
Allerdings darf der Ibertragungslei-ter nur so lang sein, das keine wesentlichen Verluste der vom Meßpunkt ausgehenden Wärmestrahlung auftreten.
Durch die Erfindung kann man also die bei den bekannten Strahlungspyrometern vorhandene Meßgenauigkeit und die große Ansprachgeschwindigkeit bei kontakt loser Messung auch für verdeckte oder im Innern einer Maschine liegende Meßpunkte ausnutzen.
Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung auch -Temperaturschwankungen an der Oberfläche des Läufers, die vor dem Ende des Übertragungsleiters vorbei läuft, erfaßt werden können, wird nicht nur die Oberflächentemperatur eines Kondtruktionselementes gemessen, sondern es ist noch eine zusätzliche Betriebsüberwacnung des Läufers möglich. Man erfaßt nämlich nicht nur die Größe der Temperaturen, sondern auch die Frequenzen der i?emperaturschwankungen, so daß damit die Drehzahl des Läufers überwacht wird. Herrschen an der gesamten vor dem ubertragungsleiter vorbei laufenden Läuferoberfläche gleichmäßige Temperaturen, so empfiehlt es sich, an einer oder mehreren Stellen des überwachten Läuferteiles Abdeckungen anzuordnen, die eine Wärmeabstrahlung ganz oder teilweise verhindern. Diese Abdeckungen können z.B. aus einem Isolierstoff bestehen. Durch diese Abdeckungen werden dann ebenfalls Schwankungen in der Temperaturanzeige erzielt, durch die ein Maß für die Läuferdrehzahl erhalten wird.
Die erfindungsgemäße Überwachungsanordnung kann weiterhin mit Vorteil mit einer Anordnung zur Veränderung des Betriebsverhaltens der Maschine verbunden sein, welche durch die erfaßten Meßwerte ausgelöst wird. Dies kann z.B. eine Anordnung zur Abseilaltung de Maschine, zur Veränderung der Drehzahl oder zur lockerung einer Wiedereinschaltung der Maschine sein. Dadurch ist es möglich, die Maschine sofort bei dem berschreiten betimmter zulässiger Grenztemperaturen abzuschalten. Den Anordung um Blockierung einer Wiedereinschaltung der Maschine, solange estimmte Grenztempereturen nicht unterschritten sind, hat den reßen Vorteil, daß bei Folgeanläufen aus warmem oder kaltem Anfangszustand eine gegebene obere Grenztemperatur mit Sicherhel nicht überschritten wird. Dieser Schutz ist besonders für ile Betriebsüberwachung von explosionsgeschützten elektrischen Maschinen wichtig. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Anordnung eine Blockierung des Läufers festgestellt werden, nämlich dadurch, daß die Temperaturschwankungen ausbleiben.
nuch durchs diesen Störungsfall können die vorgesehene Anordnung zur Maschinenabschaltung oder zur Blockierung einer Wiedereinschaltung ausgelöst werden. Es ist abe # auch möglich, die Uberwachungsanordung gemäß der Erfindung lediglich mit einer Alarm- oder Signaleinrichtung zu verbinden, die bei bestimmten, einstellbar Meßwerten ausgelöst wird, und durch die das Überwachungspersonal der Maschine aufmerksam gemacht wird.
Für die Durchfürung der Erfinaung ist es vorteilhaft, wenn der verlustarme Ubertragungsleiter für Wärmestrahlung aus einem elektrisch nicht leitendem Material besteht. Wird die Überwachungsanordung bei elektrischen Maschinen eingesetzt, so Kann in diesem Ball der Übertragungsleiter im Bereich von Hochspannung führenden Maschinenteilen angeordnet sein, ohne de3 besondere Maßnahmen zur Isolierung oder Abschirmung getroffen werden müssen. Äls Übertragungsleiter ist z.B. ein Stab aus Quarzglas geeignet. Man kann jeaoch auch Kunststoffe verwenden, die eine Wärmestrahlung möglichst verlustfrei übertragen. Je nach den Erfordernissen kann der Übertragungsleiter starr oder biegsam ausgebildet sein, wobei letzteres den Anwendungsbereich der Erfindungs wesentlich vergrößert.
Auch ein innen metallisiertes, z.B' versilbertes,Rohr ist un-ter gewissen Bedingungen als Übertragungsleiter für die Wärmestrahlung verwendbar.
Im folgenden sei die Erfindung noch an Hand des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten kusführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine schematisch im Längsschnitt, Fig. 2 das Schema eines Radialshnittes.
Bei einem elektrischen Asynchronmotor 1 ist sowohl das die Ständerwicklung 2 tragende Ständerblechpaket 3 als auch das auf die Welle 4 direkt aufgesetzte Läuferblechpaket 5 zur besseren Küklung von übertrieben groß dargestellten, radial verlauienden Kühlkanälen 6 durchsetzt. Die radialen Kühlkanäle 6 des Ständerblechpaketes 3 und des Läufergungsleites 5 stehen sich jeweils am luftspalt 7 der Maschine gegenüber. im Ständer werden die radialen Kühlkanäle 6 von den Stoben der Ständerwicklung 2 durchsetzt, im Läufer dagegen von den Stäben 8 der Kafigwicklung. Alle Stäce 8 sind untereinander auf jeder Stienseite des Läuferblechpaketes 5 durch einen Kurzschlunßring 9 miteinander verbunden.
Damit die in den Stäben 8 des Läufers herrschende Temperatur ständig mit einer Anordnung gemäß der Erfindung überwacht werden kann, ist in einem der radialen Kühlkanäle 6 des Ständerblechpaketes 3 ein Quarzglasstab 10 angeordnet der in den Luftspalt 7 des Asynchronmotors 1 hineinragt. Dieser Quarzglasstab 10 ist mit einem Strahlungspyrometer 11 verbunden, das an einem nicht dargestellten Schreiber angeschlossen ist.
Der Quarzglasstah 1U} nimmt an seiner unteren Stirnfläche 12 die von den Stäben 8 im Läufer ausgehende Wärmestrahlung auf und leitet sie verlustarm zu dem Strahlungspyrometer 11 . Dort werden die so übertragenen Meßwerte der Wärmestrahlung in elektrische Werte umgewandelt, die von dem Schreiber registriert werden. Bei einer Drehung des Läufers des Asynchronmotors 1 werden jeweils, wenn sich ein Stab 8 unter dem Quarzglasstab 10 hinweg bewegt, die Oberflächentemperatur dieses Stabes 8 gemessen, zwischen zwei Stäben 8 wird aber eine Temperatur gemessen, die jener der Welle oder der in dem radialen Kühlkanal 6 vorhandenen Zuluft gleich ist. Man erhält somit sowohl den Wert der Temperatur der Stäbe als auch den Wert der Temperatur der Welle bzw. Zuluft. Außerdem ergibt sic aus der Frequenz der Temperaturschwankungen ein Wert für die augenblickliche Drehzahl des Asynchronmotors.
i. 3 zeigt die über der Zeit t aufgetragenen Temperaturwerte T, die von dem in einem radialen ülkanal 6 liegenden Quarzglasstab 10 erfaßt werden. Der un-tere Temperaturwert entspricht jeweils der Temperatur der Welle bzw. Zuluft, der obere Temperaturwert der Temperatur der Staboberkante. Die jig 3 zeigt das durch das Strahlungspyrometer 11 und den Quarzglasstab 10 erfa ßte Betriebsverhalten des Läufers des elektrischen Asynchronmotors 1 während des Anlaufen der Maschine und bei Dauerbetrieb. Währed des letzteren stellen sich konstante llemperatur- und Drehzahlwerte ein.
Die gezeigte radiale Anordnung des Quarzglasstabes 10 in einem Kühlkanal 6 hat den Vorteil, daß insbesondere beim hnlauf des Asynchronmotors 1 der Ort der größten Wärmeentwicklung direkt erfaßt wird. Würden während des Betriebes ein oder mehrere Stabbrüche auftreten, so würde sich dies dadurch bemerkbar machen, daß die im Dauerbetrieb aufgezeichneten folgenden Temperaturwerte unterechiedlich hoch werden oder vollstäzldig ausbleiben. Auch diese Störung kann also mit der Anordnung gemäß der Erfindung erfaßt werden.
In Fig. 1 ist außerdem noch angedeutet, daß ein Strahlungspyrometer 13 mit einem Übertragungsleiter 14 axial vor dem Kurzschlußring 9 angeordnet sein kann, um dessen Oberflächentemperatur zu erfassen.
Es besteht weiterhin die Muglichkeit, an einem in einem radialen Kühikanal angeordneten Übertragungsleiter, der mit dem Ständerhrungsdurchmesser abschließt oder in den xuStspalt hineinragt, Kontakte oder einen Fühler zur mechanischen bzw elektrischen Überwachung der Größe des Luft spaltes anzuorden. Dadurch würde sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Betriebsüberwachung auch eine örtliche Verlagerung des Läufers feststellen lassen. Allerdings müßte man bei einer elektrischen Maschine diese mindestens an drei Stellen der Ständerbohrung vorsehen, um eine vollständige Luftapaltüberwachung zu erzielen.
Im Ausfahrungsbeispiel wurde der Einsatz der Anordnung gemäß der Er-findung bei einer elektrischen Asynchronmaschine gezeigt.
Man kann sie aber auch bei einer elektrischen Synchronmaschine einsetzen, um die Erwärmungen der Dämpferwicklung zu überwachen und sie mit einem Schutz gegen asynchronem Lauf der Maschine verinden.
14 Anprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Anordnung zur Betrießs-bzw. Temperaturüberwachung Rotierender Teile, z.B. des Läufers einer - insbesondere elektrischen - Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungspyrometer (i 1 13) mit einem verlustarmen übertragungsleiter (10,14) für Wärmestrahlung verbunden ist, der ortsfest in der Nähe des zu überwachenden Teiles anaorduet ist.
2. Anodrnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer oder mehreren Stellen des überwachten Läuferteiles Abdeckungen angeordnet sind, die sine Wärmeabstrahlung verhindern.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Veränderung des Betriebsverhaltens der Maschine vorgesehen ist, welche durch die erfaßten Meßwerte ausgelöst werden kann.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öberwachungsanordung mit einer Anordnung zur Abschaltung der Maschine verbunden ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Überwachungsanordnung mit einer Anordnung zur Blockierung einer Wiedereinschaltung der maschine verbunden ist.
6. Anordung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bb erwa chungsanordnung mit einer Alarm- oder Signaleinrichtung verbunden ist, die bei bestimmten einzustellenden Meßwerten ausgelöst wird.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Übertragungsleiter (10,14) für Wärmestrahlung aus einem elektrisch nicht leitendem Material besteht.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10) aus einem Stab aus Quarzglas besteht.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10) aus einem innen metallisierten Rohr besteht, 1-0.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Übertragungsleiter (14) für Wärmestrahlung biegsam ist.
11. Anordnung nach Anspruch 1 für eine elektrische Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme tbertragungsleiter (10) für Wärmestrahlung in einem radialen Kühlkanal ( (6) des Ständerblechpaketes (3) der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10) in den Luftspalt (7) der Maschine (1) hineinragt.
13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (10) mit einem Fühler zur mechanischen Überwachung der Größe des Luftspaltes (7) verbunden ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 für eine elektrische Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsleiter (14) axial vor dem kurschlßring (9) am läufer der Asynchronmaschine (1) liegt.