DE19726232A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufzeichnung mechanischer, durch den Betrieb einer Maschine hervorgerufener Schwingungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufzeichnung mechanischer Schwingungen eines Gegenstandes, die durch den Betrieb einer Maschine hervorge­ rufen werden. Insbesondere betrifft die Erfindung die Auf­ zeichnung von Schwingungen eines Teiles einer Maschine.

Beim Betrieb von Maschinen, beispielsweise von elektrischen Maschinen, treten häufig Schwingungen auf, die durch unter­ schiedliche Mechanismen angeregt werden, z. B. durch elektro­ magnetische Anregung des Blechpaketes beim Normalbetrieb ei­ nes Turbogenerators, durch plötzlichen Lastwechsel oder durch Stoßanregung. Infolge dieser Schwingungen kann es zu Überbe­ anspruchungen an Bauteilen der Maschine oder zu unzulässigen Veränderungen der Anordnung von Bauteilen kommen. Unter Um­ ständen führt dies zum Stillstand der Maschine. Es können aber auch andere Gegenstände zu Schwingungen angeregt werden, beispielsweise über Materialbrücken oder über die Umgebungs­ luft. Auf diese Weise können auch unzulässige Geräusche ent­ stehen.

Zum Feststellen mechanischer Schwingungen an hochspannungs­ führenden Bauteilen sind faseroptische Beschleunigungssenso­ ren bekannt, mit denen die Beschleunigung als Funktion der Zeit und damit die Schwingungen gemessen werden können. Die Installation und der Betrieb solcher Beschleunigungssensoren sind verhältnismäßig aufwendig. Aus diesem Grund wird häufig auf eine Messung mechanischer Schwingungen solcher Bauteile verzichtet. In vielen Fällen reicht es jedoch aus, nicht die vollständige Schwingungshistorie aufzuzeichnen, sondern bei­ spielsweise nur die Häufigkeit und/oder die Amplituden von Schwingungen bestimmter vorgegebener Frequenzen oder das Auf­ treten kurzzeitiger, besonders hoher Amplituden.

Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, ein Verfahren zur Aufzeichnung mechanischer Schwingun­ gen eines Teiles einer Maschine, insbesondere eines Ständers eines Turbogenerators, anzugeben, so daß die Häufigkeit und/oder die Amplituden der Schwingungen feststellbar sind. Eine weitere Aufgabe ist es, eine konstruktiv einfache Vor­ richtung zur Aufzeichnung mechanischer Schwingungen anzuge­ ben.

Die Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 6 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufzeichnung mechani­ scher Schwingungen wird ein Schwingelement an ein Teil einer Maschine, insbesondere an einen Ständer eines Turbogenerators angekoppelt, so daß Schwingungen des Teiles auch Schwingungen des Schwingelementes hervorrufen mit der Folge, daß das Schwingelement dauerhafte Spuren an einer Indikatoreinrich­ tung erzeugt, die ein Maß für die Häufigkeit und/oder die Amplituden der Schwingungen sind. Die Spuren sind nachträg­ lich auswertbar. Das Verfahren hat den Vorteil der Einfach­ heit gegenüber Verfahren, bei denen die vollständige Schwin­ gungshistorie aufgezeichnet wird. Auch werden Signalleitungen vermieden, wodurch der Einbau erleichtert wird.

Vielfach sind Informationen speziell über Schwingungen einer oder mehrerer vorgegebener Frequenzen gewünscht. Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden daher im wesentlichen nur Schwingungen mindestens einer vorgegebenen Frequenz aufge­ zeichnet. Dadurch kann die Einfachheit des Verfahrens weiter gesteigert werden, denn auf die Aufzeichnung eines breiten Spektrums mechanischer Schwingungen kann verzichtet werden. Beispielsweise bei Turbogeneratoren liegen die Frequenzen von zu erwartenden mechanischen Schwingungen bei der Rotations­ frequenz des Läufers und, durch elektromagnetische Anregung, bei der doppelten Netzfrequenz. Es ist daher sinnvoll, diese Frequenzen vorzugeben. Vorzugsweise werden im wesentlichen nur Schwingungen einer Resonanzfrequenz des Schwingelementes aufgezeichnet, das heißt die mindestens eine vorgegebene Fre­ quenz ist eine Resonanzfrequenz des Schwingelementes.

Bei einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens hat das Schwingelement eine bevorzugte Schwingungsebene. Ein Vorteil dieser Weiterbildung ist, daß mechanische Schwingungen des Teiles, die parallel oder ungefähr parallel zu dieser Rich­ tung stattfinden, bevorzugt aufgezeichnet werden können.

Bei noch einer Weiterbildung sind die Spuren ein Maß für die Verteilung der Amplitudenhäufigkeiten. Beispielsweise sind bei dieser Weiterbildung die Breite und/oder die Tiefe der Spuren ein Maß für die Häufigkeit und die Länge der Spuren ein Maß für die Höhe der Amplituden. Ein Vorteil dieser Wei­ terbildung ist, daß die Verteilung mit geringem verfahrens­ technischem Aufwand aufgezeichnet werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufzeichnung mecha­ nischer Schwingungen eines Teiles einer Maschine sind ein an das Teil schwingungstechnisch ankoppelbares Schwingelement und eine Indikatoreinrichtung so relativ zueinander angeord­ net, daß durch Schwingungen des Schwingelementes dauerhafte Veränderungen an der Indikatoreinrichtung erzeugbar sind. Ein Vorteil der Vorrichtung ist, daß sie einfach und damit ko­ stengünstig hergestellt werden kann. Insbesondere ist es mög­ lich, mit der Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren aus­ zuführen.

Bevorzugt wird eine Weiterbildung bei der die Vorrichtung aus nicht magnetischen und/oder nicht elektrisch leitenden Mate­ rialien besteht. Unter nicht magnetischen beziehungsweise nicht elektrisch leitenden Materialien werden hier Materia­ lien verstanden, die keine erheblichen Wechselwirkungen mit einem Magnetfeld beziehungsweise einem elektrischen Feld zei­ gen, beispielsweise Schwingungen des Schwingelementes beein­ flussende und Wirbelströme erzeugende Wechselwirkungen. Somit kann mit der Vorrichtung insbesondere das Schwingungsverhal­ ten von Maschinen untersucht werden, die elektromagnetische Felder nutzen und/oder erzeugen.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung ist das Schwingele­ ment in einem Halter eingespannt. Bevorzugt wird ein klotzar­ tiger Halter, der an dem Teil der Maschine befestigbar ist, so daß das Schwingelement an das Teil schwingungstechnisch angekoppelt ist. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung bietet eine besonders einfache Möglichkeit der Befestigung der Vor­ richtung und gleichzeitig der schwingungstechnischen Ankopp­ lung. Hierbei werden Vorrichtungen bevorzugt, deren Gesamt­ masse gegenüber der schwingungsfähigen Masse des zu beobach­ tenden Teiles vernachlässigbar klein ist. Damit wird die me­ chanische Schwingung des Teiles durch die Messung nicht we­ sentlich beeinflußt.

Bei einer weiteren Weiterbildung sind der Halter und die In­ dikatoreinrichtung Teile einer schwingungsresistenten Bau­ einheit. Unter schwingungsresistent wird hier verstanden, daß mechanische Schwingungen des Teiles der Maschine in der Bau­ einheit höchstens Schwingungen vernachlässigbar kleiner Amplitude anregen. Bevorzugt wird eine Ausgestaltung, bei der der Halter und die Indikatoreinrichtung über eine Montage­ platte miteinander verbunden sind und bei der die Montage­ platte in einem Gehäuse mit Deckel angeordnet ist.

Günstig ist eine Ausgestaltung der Vorrichtung, bei der das Schwingelement zungenartig, mit einem im wesentlichen frei schwingfähigen Ende ist. Ist ein Halteklotz vorhanden, dann ist das andere Ende des Schwingelementes vorzugsweise in dem Halteklotz eingespannt. Diese Ausgestaltung bietet eine Reihe von Vorteilen. So kann durch die Wahl der Abmessungen und des Materials des Schwingelementes seine Eigenfrequenz, die maxi­ male Weg-amplitude und der mögliche Bewegungsverlauf des frei schwingfähigen Endes festgelegt werden. Vorzugsweise befindet sich an dem frei schwingfähigen Ende eine Spitze, die dauer­ hafte Spuren an der Indikatoreinrichtung erzeugen kann. Wei­ terhin bevorzugt ist, daß das frei schwingfähige Ende im we­ sentlichen nur in einer Ebene schwingen kann. Auf diese Weise ist es möglich, Schwingungen beziehungsweise Schwingungskom­ ponenten des Teiles der Maschine in einer vorgegebenen Schwingungsrichtung aufzuzeichnen.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung ist das Schwingele­ ment blattfederartig. Dies erlaubt eine einfache Herstellung des Schwingelementes aus einem plattenartigen Material. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, daß bei geeigneter Anbringung des Schwingelementes, beispielsweise dem Einspan­ nen in einen Halteklotz, auf einfache Weise die Richtung für mögliche Schwingungen festgelegt ist.

Bei einer weiteren günstigen Ausgestaltung der Vorrichtung weist das frei schwingfähige Ende einen ungefähr kreisseg­ mentartigen Schwingungsweg auf und weist die Indikatorein­ richtung mindestens eine Markierungszone auf, in der durch das schwingfähige Ende die dauerhaften Veränderungen erzeug­ bar sind. Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist die Form der Markierungszone dem Verlauf des Schwingungsweges angepaßt. Bei einer anderen Ausgestaltungsvariante erstreckt sich die Markierungszone in der Ebene des Schwingungsweges im wesentlichen geradlinig. Bei letzterer Variante schneidet die Markierungszone den Schwingungsweg in zwei Punkten oder be­ rührt ihn in einem Punkt. Von Vorteil ist diese konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung einer Markierungszone ins­ besondere dann, wenn Schwingungen einer bestimmten Amplitude aufgezeichnet werden soll, da sich zum einen der Aufwand zur Auswertung der Aufzeichnung verringert und da zum anderen Schwingungen kleiner Amplitude ohne Reibung des schwingfähi­ gen Endes an der Markierungszone stattfinden können. Vorteil der erst genannten Ausgestaltungsvariante ist dagegen, daß Schwingungen innerhalb eines großen Bereichs von Amplituden aufgezeichnet werden können.

Bei einer Weiterbildung schließt sich eine Mehrzahl der sich im wesentlich geradlinig erstreckenden Markierungszonen, je­ weils paarweise zueinander abgewinkelt, in Reihe aneinander an. So können Schwingungen diskreter bzw. annähernd diskreter Amplituden aufgezeichnet werden.

Eine Weiterbildung weist mindestens zwei der Markierungszonen unterschiedlicher Form und/oder unterschiedlicher Entfernung zur Ruhelage des frei schwingfähigen Endes auf, deren Ampli­ tuden-Meßbereiche sich zumindest teilweise überlappen. Auf diese Weise können beispielsweise gleichzeitig Schwingungen mit Amplituden, die in einem vorgegebenen Bereich liegen, und Schwingungen mit vorgegebenen diskreten Amplituden aufzeich­ nen. Günstig ist es, wenn das im wesentlichen frei schwingfä­ hige Ende eine Mehrzahl von Markierungsspitzen aufweist. Da­ bei können die Markierungsspitzen nur an jeweils einer der Markierungszonen mit überlappendem Meßbereich die dauerhaften Veränderungen erzeugen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Schwingelement eine Spiralfeder. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Aufzeichnung von Schwingungen, die senkrecht zur Oberfläche des Teiles der Maschine stattfinden. Dazu wird beispielsweise die Achse der Spiralfeder etwa senkrecht zur Oberfläche des Teiles ausgerichtet.

Bei einer Weiterbildung weist die Indikatoreinrichtung eine oberflächliche Markierungsschicht auf, vorzugsweise eine Kreideschicht, die von dem Schwingelement abtragbar ist. Auf diese Weise kann das Schwingelement an der Markierungsschicht dauerhafte Spuren erzeugen, die ein Maß für die Häufigkeiten und/oder die Amplituden der Schwingungen sind. Solche Markie­ rungsschichten, beispielsweise aus nur oberflächlich schwarz eingefärbter Kreide, sind einfach und kostengünstig herstell­ bar. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Tiefe der Abtragungsspur der Markierungsschicht ein Maß für die Häufig­ keit der Schwingungen. Insbesondere bei Verwendung eines zun­ genartigen Schwingelementes mit einem spitz zulaufenden frei schwingfähigen Ende, ist auch die Breite der Abtragungsspur ein Maß für die Häufigkeit der Schwingungen. Die Auswertung der Aufzeichnung, durch Ausmessen der Tiefe beziehungsweise Breite der Abtragungsspur kann beispielsweise nach dem Ende der Aufzeichnung mit Hilfe einer Kalibriereinrichtung erfol­ gen.

Bei einer günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist das Schwingelement in einem Bereich um seine Ru­ helage herum frei schwingfähig, das heißt die Dämpfung von Schwingungen des Schwingelementes ist in diesem Bereich be­ sonders klein, um die Anregung von Schwingungen größerer Amplituden nicht zu behindern.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden an­ hand der Zeichnung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine an einem Teil einer Maschine positionierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine Kennlinie des Schwingungsweges eines Schwingelementes als Funktion der Schwin­ gungsfrequenz,

Fig. 3 eine Kennlinie des Schwingungsweges als Funktion der Amplitude der Schwingungen eines Teiles einer Maschine,

Fig. 4 eine Ausführungsform einer Indikatoreinrichtung in Draufsicht,

Fig. 5 eine Seitenansicht der Indikatoreinrichtung nach Fig. 4,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Indikator­ einrichtung in Draufsicht,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Indikatoreinrichtung nach Fig. 6,

Fig. 8 das Abtragungsbild einer Indikatoreinrichtung in Seitenansicht,

Fig. 9 das Abtragungsbild nach Fig. 8 im Tiefenprofil,

Fig. 10 noch eine weitere Ausführungsform der Indikatorein­ richtung in Draufsicht sowie ein zungenartiges Schwingelement und

Fig. 11 eine Seitenansicht der Indikatoreinrichtung nach Fig. 10.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Auf­ zeichnung mechanischer Schwingungen, die an einem Teil 2 ei­ ner Maschine positioniert ist. In einem Gehäuse 11 mit Deckel 12 sind ein zungenartiges Schwingelement 3 und eine blockar­ tige Indikatoreinrichtung 13 so relativ zueinander angeord­ net, daß durch Schwingungen des Schwingelementes 3 dauerhafte Spuren an Markierungszonen 15, 16 der Indikatoreinrichtung 13 erzeugt werden, die ein Maß für die Häufigkeit und die Ampli­ tuden der Schwingungen des Teiles 2 sind.

Die Vorrichtung 1 ist so ausgelegt und relativ zu dem Teil 2 angeordnet, daß sie bevorzugt Schwingungen des Teiles 2 in einer bestimmten Richtung aufzeichnen kann, die durch einen geraden Doppelpfeil am unteren rechten Rand der Fig. 1 ange­ deutet ist. Schwingungen beziehungsweise Schwingungskomponen­ ten in dieser Richtung werden in den Halteklotz 9 der Vor­ richtung 1 eingeleitet, in dem das zungenartige Schwingele­ ment 3 eingespannt ist. Durch Wahl des Materials und der Ab­ messungen, das heißt der Länge, der Breite, der Dicke und der Einspannlänge, des Schwingelementes 3 wird die Resonanzfre­ quenz des Schwingelementes 3 vorgegeben. Führt das Teil 2 Schwingungen dieser Frequenz aus, so wird das Schwingelement zu Resonanzschwingungen angeregt. Es wird also an dem frei schwingfähigen Ende 5 eine Verstärkung der Schwingungsampli­ tude bewirkt. Auf diese Weise können selbst Schwingungen des Teiles 2 mit sehr kleinen Amplituden aufgezeichnet werden.

Typischerweise betragen die Abmessungen des Schwingelementes 3: 20 bis 30 mm Länge, 5 bis 10 mm Höhe, etwa 1 mm Dicke und 5 bis 10 mm Einspannlänge. Die gesamte Vorrichtung 1 ist aus nicht magnetischen und nicht elektrisch leitenden Materia­ lien, vorzugsweise aus Kunststoffen, hergestellt.

Die Vorrichtung 1 zeichnet wie bereits beschrieben bevorzugt Schwingungen bestimmter Richtung und Frequenz auf. Die Vor­ richtung 1 eignet sich insbesondere zur kostengünstigen, ein­ fachen Messung mechanischer Schwingungen an hochspannungsiso­ lierten Ständerwicklungen elektrischer Maschinen, insbeson­ dere Turbogeneratoren. Werden zum Beispiel beim Betrieb der Maschine hervorgerufene 50 Hz- und 100 Hz-Schwingungen erwar­ tet, dann werden zwei Exemplare der Vorrichtung 1 eingesetzt, deren Schwingelement 3 jeweils auf eine der beiden Frequenzen abgestimmt ist. Die Schwingelemente können sich auch in einem gemeinsamen Gehäuse befinden. Sollen Schwingungen in zwei zu­ einander orthogonalen Richtungen aufgezeichnet werden, so werden je erwarteter Frequenz zwei der Vorrichtungen 1 einge­ setzt. Aufgrund der geringen Kosten für Produktion und In­ stallation der Vorrichtung 1 kann mit insgesamt geringem fi­ nanziellen Aufwand selbst eine große Anzahl von Exemplaren installiert werden, mit deren Hilfe das gesamte Schwingungs­ verhalten einer Maschine untersucht werden kann.

Das Schwingelement 3 besteht aus einem nicht magnetischen und nicht elektrischen leitenden Material, damit die Aufzeichnung der Schwingungen nicht durch elektromagnetische Felder ver­ fälscht werden kann. Das spitz zulaufende frei schwingfähige Ende 5 ist so gestaltet, daß die Dämpfung bei der Erzeugung der dauerhaften Spuren an der Indikatoreinrichtung 13 mög­ lichst gering ist. Hierzu ist der Querschnitt des Endes 5 quer zur Bewegungsrichtung klein gewählt. Da die Bewegungs­ richtung im wesentlichen immer parallel zur Montageplatte 10 der Vorrichtung 1 liegt, weist das Ende 5 parallel zur Boden­ platte 10 eine größere Dicke auf als senkrecht dazu. Somit ist das Ende verschleißsicher, weshalb das Schwingelement 3 über lange Zeiträume hinweg zur Aufzeichnung der Schwingungen eingesetzt werden kann.

Der Halteklotz 9 und die Indikatoreinrichtung 13 sind fest mit der Montageplatte 10 verbunden. Die Montageplatte 10 ist wiederum fest mit dem Gehäuse 11 verbunden. Das Gehäuse ist an dem Teil 2 der Maschine montiert. Damit ist gewährleistet, daß Schwingungen in das Schwingelement 3 eingeleitet werden können und daß der Halteklotz 9 und die Indikatoreinrichtung 13 nicht zu Schwingungen angeregt werden, deren Amplituden erheblich im Vergleich zum Meßbereich der Vorrichtung 1 sind.

Die blockartige Indikatoreinrichtung 13 ist über 2 Justier- und Befestigungselemente 14 mit der Bodenplatte 10 verbunden. Die Justier- und Befestigungselemente 14 sind in ihrer Lage relativ zur Bodenplatte 10 veränderbar, so daß die Anordnung des Schwingelementes 3 relativ zur Indikatoreinrichtung 13 einstellbar ist.

Die Markierungszonen 15, 16 der Indikatoreinrichtung 13 wei­ sen eine weiche, abtragbare Oberfläche aus Kreide auf. Wie noch genauer beschrieben wird, sind Abtragungsspuren in den Markierungszonen 15, 16 ein Maß für die Häufigkeit und die Amplituden der Schwingungen des Teiles 2. Bevorzugterweise besteht die gesamte Indikatoreinrichtung 13 aus einem durch­ gehenden Kreideblock.

Das Gehäuse 11 und der abnehmbare Deckel 12 sind aus durch­ sichtigem Kunststoff gefertigt. Dies erlaubt häufige Überprü­ fungen des Schwingungsverhaltens durch einfache Sichtkon­ trolle und eine erste endgültige Auswertung der Aufzeichnun­ gen bei geschlossenem Deckel 12 noch im montierten Zustand der Vorrichtung 1.

Nach dem Einstellen der Eigenfrequenz des Schwingelementes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Kennlinie des Schwingungsweges s als Funktion der Frequenz f aufgezeichnet. Ist die Resonanzfrequenz f_R nicht gleich der vorgegebenen Frequenz, das heißt liegt das Maximum des Schwingungsweges s in dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm nicht an der Stelle der vorgegebenen Frequenz, dann wird eine Feinabstimmung vorge­ nommen, indem an dem frei schwingfähigen Ende des Schwingele­ mentes die Masse verändert wird.

Fig. 3 zeigt eine Kennlinie des Schwingungsweges s als Funk­ tion der Amplitude A von Schwingungen, deren Frequenz gleich der Resonanzfrequenz f_R des Schwingelementes ist. In dem ge­ zeigten Beispiel führt eine Schwingung des Teiles einer Ma­ schine mit einer Amplitude von 405 µm zu einem Schwingungsweg des frei schwingfähigen Endes des Schwingelementes von 8,3 mm.

Fig. 4 zeigt eine blockartige Indikatoreinrichtung 23 mit ei­ ner gekrümmt laufenden Markierungszone 18 in Draufsicht. Die Indikatoreinrichtung 23 kann in die Fig. 1 gezeigte Vorrich­ tung 1 anstelle der dort gezeigten Indikatoreinrichtung 13 eingebaut werden. Mit der gestrichelten Linie in Fig. 4 ist die Ruhelage 21 des Schwingelementes 3 angedeutet. Wird das Schwingelement 3 zu Schwingungen angeregt so schwingt es wie durch den gekrümmten Doppelpfeil gezeigt um seine Ruhelage 21. Um die Dämpfung der Schwingungen des Schwingelementes 3 möglichst gering zu halten, befindet sich die Markierungszone 18 nur auf einer Seite der Ruhelage 21. Wie auf Fig. 5 er­ kennbar ist, weist die Indikatoreinrichtung 23 an der Markie­ rungszone 18 quer zur Bewegungsrichtung des Schwingelementes 3 verlaufende Rillen 20 auf. An der Markierungszone 18 trägt die Indikatoreinrichtung 23 eine oberflächliche Markierungs­ schicht aus schwarz eingefärbter Kreide. Das Einfärben ist beispielsweise durch Aufstreichen schwarzer Farbe erreichbar. Die Oberfläche der Rillen 20 bleibt bzw. ist jedoch weiß. Die Markierungszone 18 ist in ihrer Form dem kreissegmentartigen Schwingungsweg des frei schwing-fähigen Endes 5 des Schwing­ elementes 3 angepaßt. Daher können in der Markierungszone 18 Schwingungen mit Amplituden aus einem kontinuierlichen Meßbe­ reich aufgezeichnet werden.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen eine weitere Indikatoreinrichtung 33 mit einer ersten 15 und einer zweiten 16 Markierungszone, die zueinander abgewinkelt sind. An der ersten Markierungszone 15 sind Rillen 20 vorhanden. Beide Markierungszonen 15, 16 er­ strecken sich in der Ebene des Schwingungsweges im wesentli­ chen geradlinig. Sie sind damit besonders gut dazu geeignet Schwingungen annähernd diskreter vorgegebener Amplituden auf­ zuzeichnen. Aus Fig. 6 ist weiterhin erkennbar, daß die Indi­ katoreinrichtung 33 im Bereich der Ruhelage von dem Ende des Schwingelementes beabstandet angeordnet ist, so daß das Schwingelement in einem Bereich um die Ruhelage herum frei schwingfähig ist. Die Markierungszonen 15, 16 sind im Ver­ gleich zu der in Fig. 4 gezeigten Markierungszone 18 einfa­ cher herzustellen, da die Indikatoreinrichtung 33 an den Mar­ kierungszonen 15, 16 plane Oberflächen aufweist. Auch ist die Indikatoreinrichtung 33 leichter relativ zu dem Schwingele­ ment zu justieren.

Anhand von Fig. 8 und Fig. 9 wird erläutert, daß die Abtra­ gungsspuren auch ein Maß für die Verteilung der Amplituden­ häufigkeiten sind. Die Figuren zeigen eine Abtragungsspur 22, die sich über einen Teil der Länge der Kreideschicht 19 er­ streckt. Anstelle von Rillen weist die in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigte Markierungszone an ihrer Oberfläche weiße Skalie­ rungslinien 23 auf, die die schwarz eingefärbte Kreideschicht 19 unterteilen. Die Skalierungslinien 23 werden durch weiße Kreide gebildet, die ebenfalls durch das Ende des Schwingele­ mentes abgetragen wird. An ihrem Anfang und an ihrem Ende ist die Abtragungsspur 22 schmaler und weniger tief als in ihrem mittleren Teil, da das spitz zulaufende Ende des Schwingele­ mentes dort am tiefsten in die Kreideschicht 19 eingedrungen ist. Das spitz zulaufende Ende dringt bei jeder Schwingung entsprechend großer Amplitude tiefer in die Kreideschicht 19 ein. Versuche haben ergeben, daß die größte Tiefe erst nach 10⁵ bis 10⁶ Schwingungen erreicht wird. Die Tiefe beziehungs­ weise die Breite der Abtragungsspur ist daher ein Maß für die Häufigkeit der Schwingungen. Die Lage der Abtragungsspur ist ein Maß für die Amplitude der Schwingungen. Durch Verwendung mehrerer Markierungszonen, wie beispielsweise in Fig. 6 ge­ zeigt, können die Häufigkeiten unterschiedlicher Amplituden und kann damit - zumindest zum Teil - die Verteilung der Amplitudenhäufigkeiten erfaßt werden.

Fig. 10 und Fig. 11 zeigen eine weitere Indikatoreinrichtung 43 mit 3 Markierungszonen 15, 16, 17. Die erste 15 und die zweite 16 Markierungszone sind ähnlich wie bei der in Fig. 6 gezeigten Indikatoreinrichtung 30 angeordnet. Zusätzlich er­ streckt sich die dritte Markierungszone 17 teilweise neben der ersten 15 und teilweise neben der zweiten 16 Markierungs­ zone in einer zweiten, parallelen Schwingungsebene. Anstelle des in Fig. 1 gezeigten Schwingelementes 3 mit einer Spitze wird hier ein Schwingelement 4 mit zwei Spitzen 7, 8 verwen­ det. Das Schwingelement 4 ist in Fig. 10 um 90° gedreht ge­ zeichnet. Die erste 15 und die dritte 17 Markierungszone sind mit Rillen versehen und dienen der Aufzeichnung von Schwin­ gungen mit Amplituden von 100 µm bis 300 µm beziehungsweise von 200 µm bis 600 µm. Die zweite Markierungszone 16 dagegen dient der Aufzeichnung einzelner Schwingungen mit hohen Amplituden, die beispielsweise aufgrund kurzzeitiger Ereig­ nisse, wie einem plötzlichen Lastwechsel eines Turbogenera­ tors, auftreten.

Bei Verwendung einer Markierungsschicht aus Kreide können er­ ste Rückschlüsse auf das Schwingungsverhalten schon aus der Menge der abgetragenen Kreide gezogen werden. Mit Hilfe von Rillen an den Markierungszonen sind Meßwerte optisch erkenn­ bar. Für eine genauere Auswertung wird die Indikatoreinrich­ tung ausgebaut und die Abmessungen der Abtragungsspuren mit Hilfe einer Kalibriereinrichtung, beispielsweise einem soge­ nannten α-Stepper, der es erlaubt das Tiefenprofil der Ab­ tragungsspuren auszumessen, ermittelt.

Bereits über einen vergangenen Aufzeichnungszeitraum verwen­ dete erfindungsgemäße Vorrichtungen können weiter verwendet werden, wenn in einem folgenden Aufzeichnungszeitraum Schwin­ gungen mit größeren Amplituden aufgezeichnet werden sollen. Andernfalls muß nicht die gesamte Vorrichtung erneuert wer­ den, sondern es reicht vielmehr aus, die Indikatoreinrichtung auszuwechseln. Benutzte Indikatoreinrichtungen können durch Ausbessern der Kreideschicht beziehungsweise durch Neuauftra­ gen einer Kreideschicht recycelt werden.

Die anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfüllen die hohen Anforderung bei der Aufzeichnung mechanischer Schwingungen von Turbogene­ ratoren. Sie sind resistent gegen magnetische und elektrische Felder, hochspannungsverträglich und in ihrem Verhalten von dem Druck, der Temperatur und der Zusammensetzung der Umge­ bungsatmosphäre weitgehend unabhängig. Da sie mit verhältnis­ mäßig kleinen Abmessungen, im Zentimeterbereich, herstellbar sind, ist eine insgesamt kleine Masse der Vorrichtung er­ reichbar, mit dem Ergebnis, daß die Messung die zu messenden Schwingungen höchstens unwesentlich verändert.

Claims (23)

1. Verfahren zur Aufzeichnung mechanischer Schwingungen eines Teiles (2) einer Maschine, insbesondere eines Ständers eines Turbogenerators, wobei an das Teil (2) ein Schwingelement (3; 4) angekoppelt wird, so daß Schwingungen des Teiles (2) Schwingungen des Schwingelementes (3; 4) mit der Folge her­ vorrufen, daß das Schwingelement (3; 4) dauerhafte Spuren an einer Indikatoreinrichtung (13; 23; 33; 43) erzeugt, die ein Maß für die Häufigkeit und/oder die Amplituden der Schwin­ gungen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im wesentlichen nur Schwingungen mindestens einer vorgegebenen Frequenz aufge­ zeichnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei im wesentlichen nur Schwingungen einer Resonanzfrequenz des Schwingelementes (3) aufgezeichnet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schwingelement (3; 4) eine bevorzugte Schwingungsebene hat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spu­ ren ein Maß für die Verteilung der Amplitudenhäufigkeiten sind.

6. Vorrichtung (1) zur Aufzeichnung mechanischer Schwingungen eines Teiles (2) einer Maschine, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein an das Teil (2) schwingungstechnisch ankoppelbares Schwingele­ ment (3; 4) und eine Indikatoreinrichtung (13; 23; 33; 43) so relativ zueinander angeordnet sind, daß durch Schwingungen des Schwingelementes (3; 4) dauerhafte Veränderungen an der Indikatoreinrichtung (13; 23; 33; 43) erzeugbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung (1) aus nicht magnetischen Materialien, vorzugsweise aus nicht magne­ tischen Kunststoffen, besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Vorrichtung (1) aus nicht elektrisch leitenden Materialien, vorzugsweise aus nicht elektrisch leitenden Kunststoffen, besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei das Schwing­ element (3; 4) in einem Halter (9) eingespannt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Halter (9) und die Indikatoreinrichtung (13) Teile einer schwingungsresistenten Baueinheit (9; 10; 11; 13) sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Schwingelement (3; 4) zungenartig, mit einem im wesentlichen frei schwingfähigen Ende (5; 6) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Schwingelement (3; 4) blattfederartig ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Ende (5; 6) einen ungefähr kreissegmentartigen Schwingungsweg aufweist und wobei die Indikatoreinrichtung (13; 23; 33; 43) minde­ stens eine Markierungszone (15, 16, 17; 18) aufweist, in der durch das Ende (5; 6) die dauerhaften Veränderungen erzeugbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Form der Markie­ rungszone (18) dem Verlauf des Schwingungsweges (20) angepaßt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei sich die Markierungs­ zone (15, 16, 17) in der Ebene des Schwingungsweges im we­ sentlichen geradlinig erstreckt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei sich eine Mehrzahl der Markierungszonen (15, 16), jeweils paarweise zueinander abgewinkelt, in Reihe aneinander anschließt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei mindestens zwei der Markierungszonen (15, 16, 17) unter­ schiedlicher Form und/oder unterschiedlicher Entfernung zur Ruhelage des Endes (5) einander zumindest teilweise überlap­ pende Amplituden-Meßbereiche aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17 wobei das im wesentlichen frei schwingfähige Ende (6) eine Mehrzahl von Markierungs­ spitzen (7, 8) aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Schwingelement eine Spiralfeder ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 19, wobei die Indikatoreinrichtung (13) eine oberflächliche Markierungs­ schicht (19) aufweist, die von dem Schwingelement (3) abtrag­ bar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Markierungs­ schicht (19) eine Kreideschicht ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Tiefe der Abtragung ein Maß für die Häufigkeit der Schwingungen ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 22, wobei das Schwingelement (3) in einem Bereich um seine Ruhelage herum frei schwingfähig ist.