DE19511531A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Lagerbockhöhe einer Turbinenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimung einer Lagerbockhöhe einer Turbinenwelle. Sie richtet sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Turbinen, insbesondere Gas- oder Dampfturbinen, werden in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Ar­ beitsmaschinen eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffs zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Tur­ binenwelle benutzt. Die Turbinenwelle ist in der Regel an ei­ nen Generator zur Stromerzeugung oder an eine Arbeitsmaschine gekoppelt. Die üblicherweise sehr schnell rotierende Turbi­ nenwelle ist dabei in Lagerböcken gelagert, die auf einer Tischplatte angeordnet sind. Um eine hohe Stabilität des Tur­ binensystems zu gewährleisten, ist eine derartige Tisch­ platte, die beispielsweise für eine Turbine einer Kraftwerks­ anlage aus Beton einer Dicke von etwa 2 m besteht, auf einem eigens dafür ausgelegten Fundament gelagert.

Durch die notwendigerweise nur punktuelle Lagerung der Turbi­ nenwelle in den Lagerböcken erfährt diese aufgrund ihrer Ge­ wichtskraft eine Durchbiegung. Diese Durchbiegung wird durch die sogenannte Biegelinie beschrieben, die als Funktion einer Ortskoordinate entlang der Turbinenwellenachse die Höhenkoor­ dinaten der Turbinenwellenachse angibt.

Bei der Erstmontage der Turbine - aber auch bei späteren Neu­ ausrichtungen - wird die Turbine derart montiert, daß ihre Biegelinie einer idealen Form möglichst nahekommt. Dies ist dann gegeben, wenn Kupplungsflansche, die die Turbinenwelle mit dem Generator oder der Arbeitsmaschine verbinden, momen­ tenfrei und ohne Klaffung verschraubt werden können. Der so hergestellte Zustand bleibt jedoch im Betrieb der Turbine nicht erhalten. So erfährt bereits das Fundament der Tisch­ platte unter Gewichts- und Betriebskräften und auch durch Temperatureinflüsse Verlagerungen und Verformungen. Diese Be­ anspruchungen des Fundaments und weitere Beanspruchungen der Turbinenwelle, beispielsweise Lastwechsel, veränderte Lager­ belastungen oder Dehnungsbehinderungen, bewirken somit eine betriebsbedingte Abweichung von der idealen Biegelinie der Turbinenwelle.

Derartige Abweichungen von der idealen Biegelinie können ir­ reversible Langzeitverformungen der Turbinenwelle und somit dauerhafte Schäden an der Turbine zur Folge haben. Zudem muß vor jeder Revision der Turbinenanlage auch der Zustand der Biegelinie festgestellt werden. Dieses Vermessen der Biegeli­ nie ist jedoch immer mit einem gewissen Zeitaufwand verbun­ den, der die Verfügbarkeit der Anlage vermindert. Daher ist es sinnvoll, die Biegelinie einer Turbinenwelle regelmäßig zu überwachen. Anhand dieser Überwachung können die Revision der Turbine geplant und Veränderungen frühzeitig erkannt werden. Auf der Grundlage der Überwachungsergebnisse erstellte Analy­ sen können darüber hinaus in eine Diagnose für die Lagerung der Turbinenwelle einfließen.

Zur Ermittlung der Biegelinie einer Turbinenwelle wird übli­ cherweise die Höhe jedes Lagerbocks der Turbinenwelle relativ zu den anderen Lagerböcken gemessen. Dazu kann z. B. das Schlauchwaagen-Meßprinzip angewendet werden, bei dem die Hö­ hendifferenz zweier durch einen mit Wasser gefüllten Schlauch verbundener Meßköpfe ermittelt wird. Die zur Durchführung ei­ nes solchen Meßverfahrens benötigten Systeme müssen jedoch unter erheblichem Aufwand an der Turbinenwelle installiert werden und ermöglichen darüber hinaus keine permanente Über­ wachung der Biegelinie der Turbinenwelle.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimung einer Lagerbockhöhe einer Turbinenwelle anzu­ geben, das in einfacher Weise eine flexible und permanente Überwachung der Biegelinie der Turbinenwelle ermöglicht. Dies soll mit einer einfachen und besonders geeigneten Vorrichtung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine für die Lagerbockhöhe charakteristische Laufzeitdifferenz zwischen mindestens zwei Teilstrahlen erfaßt wird.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß durch den Einsatz einer Strahlung Höhenmessungen mit besonders gu­ ter Ortsauflösung möglich sind. Besonders durch die Erfassung einer für eine Lagerbockhöhe charakteristischen Laufzeit sind präzise Messungen durchführbar. Durch eine Aufspaltung der Strahlung in mindestens zwei Teilstrahlen, deren für die La­ gerbockhöhe charakteristische Laufzeitdifferenz erfaßt wird, ist darüber hinaus eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Meßverfahrens gewährleistet.

Zweckmäßigerweise sind die Teilstrahlen Licht, insbesondere Laserlicht. Um die Ortsauflösung und damit die Meßgenauigkeit weiter zu erhöhen, wird vorteilhafterweise die Laufzeitdiffe­ renz der Teilstrahlen durch eine Interferenzbildung der Teil­ strahlen miteinander erfaßt.

Bezüglich der Vorrichtung zur Bestimmung einer Lagerbockhöhe einer Turbinenwelle wird die genannte Aufgabe gelöst durch einen Reflektor zur Erzeugung einer für die Lagerbockhöhe charakteristischen Laufzeitdifferenz zwischen einer Anzahl von Teilstrahlen. Dazu umfaßt der Reflektor zweckmäßigerweise eine der Anzahl der Teilstrahlen entsprechende Anzahl von ge­ geneinander verkippten oder geneigten Prismen, an deren Ober­ fläche die Teilstrahlen mindestens teilweise diffus reflek­ tiert werden. Vorteilhafterweise ist dabei ein Laser zur Er­ zeugung der Teilstrahlen vorgesehen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß durch die Erfassung einer für eine Lagerbock­ höhe einer Turbinenwelle charakteristischen Laufzeitdifferenz zwischen mindestens zwei Teilstrahlen die Ermittlung der Bie­ gelinie der Turbinenwelle nicht nur besonders flexibel, son­ dern vorteilhafterweise auch berührungslos möglich ist. Die Biegelinie kann dabei sowohl während des Turbinenbetriebs, als auch während des Turbinenstillstands ermittelt werden. Die Überwachung der Biegelinie der Turbinenwelle kann daher kontinuierlich oder in kurzen Zeitintervallen erfolgen, so daß Abweichungen der Biegelinie von der idealen Form bereits frühzeitig erkannt und somit daraus resultierende Schäden vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimung einer Lagerbockhöhe einer Turbinenwelle, und

Fig. 2 in Seitenansicht einen Reflektor für Laserstrahlen.

Einander entsprechende Bauteile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Turbinenwelle 1 einer Kraftwerksanlage ist punktuell in Lagerböcken 2 gelagert, von denen in Fig. 1 nur einer darge­ stellt ist. Der oder jeder Lagerbock 2 ist dabei auf einer nicht dargestellten Tischplatte angeordnet. Jeder Lagerbock 2 umfaßt eine obere Lagerschale 4 und eine untere Lagerschale 6, die an einer Teilfuge 8 zusammenstoßen. An jedem Lagerbock 2 ist ein Reflektor 10 angeordnet.

Zur Bestimung der Biegelinie der Turbinenwelle 1 wird die durch den Pfeil Z angedeutete Höhe jedes Lagerbocks 2 ermit­ telt. Die Biegelinie der Turbinenwelle 1 ist dann durch die funktionale Abhängigkeit der so ermittelten Höhe jedes Lager­ bocks 2 von seiner Position entlang der Achse der Turbinen­ welle 1 - wie durch den Pfeil X angedeutet - gegeben.

Zur Ermittlung der Höhe des Lagerbocks 2 werden von einer Sende- und Empfangseinheit 12 Teilstrahlen T₁ und T₂ emit­ tiert. Die Sende- und Empfangseinheit 12 umfaßt dabei einen Laser zur Erzeugung der Teil strahlen T₁ und T₂ und kann an beiden Seiten des Lagerbocks installiert werden. Die Teil­ strahlen T₁ und T₂ treffen auf den Reflektor 10 auf und wer­ den dort mindestens teilweise diffus reflektiert. Bei der Re­ flexion, d. h. bei der Umsetzung der Teilstrahlen T₁ und T₂ in reflektierte Teilstrahlen R₁ und R_2, wird eine für die Höhe des Lagerbocks 2 charakteristische Laufzeitdifferenz zwischen dem Teilstrahl T₁ und dem Teilstrahl T₂ erzeugt. Die reflek­ tierten Teilstrahlen R₁ und R₂ werden anschließend von der Sende- und Empfangseinheit 12 detektiert, wobei ihre Lauf­ zeitdifferenz - beispielsweise durch Auswertung einer Inter­ ferenzbildung - erfaßt wird.

Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt der Reflektor 10 zur Er­ zeugung einer Laufzeitdifferenz zwischen den Teilstrahlen T₁ und T₂ zwei Prismen 14, 16. Das Prisma 16 ist dabei gegenüber dem Prisma 14 verkippt. Die zueinander verkippten oder ge­ neigten Prismen 14 und 16 sind derart angeordnet, daß der Teilstrahl T₁ am Prisma 14 und der Teilstrahl T₂ am Prisma 16 reflektiert wird. Für den Fall, daß die Höhe des Lagerbocks 2 einer Sollhöhe entspricht, treffen die Teilstrahlen T₁ und T₂ - wie durch den Pfeil A dargestellt - derart in gleicher Höhe am Reflektor 10 auf, daß bei ihrer Reflexion keine Laufzeit­ differenz erzeugt wird. Für den Fall, daß die Höhe des Lager­ bocks 2 von der Sollhöhe abweicht, treffen die Teilstrahlen T₁ und T₂ - wie durch den Pfeil B angedeutet - derart in un­ terschiedlicher Höhe am Reflektor 10 auf, daß einer der Teil­ strahlen T₁ und T₂ früher und demgegenüber der andere der Teilstrahlen T₁ bzw. T₂ später reflektiert wird. Somit wird durch die Reflexion am Reflektor 10 eine Laufzeitdifferenz auch zwischen den reflektierten Teilstrahlen R₁ und R₂ er­ zeugt. Die Laufzeitdifferenz ist dabei proportional zur Ab­ weichung der Höhe des Lagerbocks 2 von einer Sollhöhe.

Zur vollständigen Erfassung ist an jeder Seite des Lagerbocks 2 ein derartiger Reflektor 10 angebracht. Somit kann auch seitliches Verkippen eines Lagerbocks erkannt werden.

Die Erfassung der so erzeugten, für die Höhe des Lagerbocks 2 charakteristischen Laufzeitdifferenz zwischen den Teilstrah­ len T₁ und T₂ in der Sende- und Empfangseinheit 12 ermöglicht somit eine präzise Bestimung der Höhe des Lagerbocks 2 der Turbinenwelle 1. Aus den jeweiligen Höhen der Lagerböcke 2 ist dann in einfacher Weise auch die gesamte Biegelinie der Turbinenwelle 1 bestimmbar.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung einer Lagerbockhöhe einer Turbi­ nenwelle, bei dem eine für die Lagerbockhöhe charakteristi­ sche Laufzeitdifferenz zwischen mindestens zwei Teilstrahlen (R₁, R₂) erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil­ strahlen (T₁, T₂₁ R₁, R₂) Licht, insbesondere Laserlicht, sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauf­ zeitdifferenz der Teilstrahlen (R₁, R₂) durch eine Interfe­ renzbildung der Teilstrahlen (R₁, R₂) miteinander erfaßt wird.

4. Vorrichtung zur Bestimmung einer Lagerbockhöhe einer Tur­ binenwelle (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Reflektor (10) zur Erzeugung einer für die Lagerbockhöhe charakteristi­ schen Laufzeitdifferenz zwischen einer Anzahl von Teilstrah­ len (T₁, T₂).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Re­ flektor (10) eine der Anzahl der Teilstrahlen (T₁₁ T₂) ent­ sprechende Anzahl von gegeneinander verkippten Prismen (14, 16) umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ zeugung der Teilstrahlen (T₁, T₂)ein Laser vorgesehen ist.