DE2162579A1

DE2162579A1 - Anordnung zur Erfassung des Betriebs zustandes einer umlaufenden Maschine

Info

Publication number: DE2162579A1
Application number: DE19712162579
Authority: DE
Inventors: Ronald L. Aston Pa.; Donato Vincent Pennsauken N.J.; McGinnis Ralph E. Folsom Pa.; Davis Stephen P. Cherry Hill N.J.; Bannister (V.St.A.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-12-31
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1972-07-20
Also published as: JPS506602B1; ES397424A1; FR2120103A1; BE777351A; NL7118117A; IT944638B

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt 4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz

•Düsseldorf, 15. Dez. 1971 42,072 71151

Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Anordnung zur Erfassung des Betriebszustandes einer umlaufenden Haschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein« Anordnung zur Erfassung des Betriebszustandes umlaufender Haschinen mit Hilfe von Signalen, insbesondere Vibrations- oder Schwingungssignalen, die von unmittelbar an dem umlaufenden Teil der Haschine befestigten Hejßwertwandlern abgegeben werden.

Alle umlaufenden Haschinen haben bestimmte Kennwerte wie Vibration, Temperatur, Druck o. dgl., die für die Haschine bei Normalbetrieb ein bestimmtes charakteristisches Bild abgeben« jede Abweichung von diesem charakteristischen Bild zeigt an, daß irgendwo in der Haschine ein Fehler aufgetreten ist und daß deshalb entweder der Betriebszustand der Haschine geändert oder aber die Haschine ganz stillgesetzt werden muß. Für eine Dampfoder Gasturbine ist es beispielsweise besonders wichtig, den Betriebszustand oder die Arbeitsbedingungen des Läufers sowie der davon getragenen Turbinenschaufeln, insbesondere die in dem

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' Läufer hervorgerufenen Vibrationen, zu überwachen. Läßt man übermäßige Vibrationen andauern, so führen diese nach entsprechend langer Zeit zu einer Beschädigung und möglicherweise einer Zerstörung der Haschine,

Man hat deshalb schon Vibrationssonden an dem Turbinenständer, Lagern oder feststehenden Abtasteinrichtungen, die den Läufer berühren, um so die durch ihn hervorgerufenen Vibrationen zu erfassen, angebracht. Die Schwierigkeit bei dieser Arbeitsweise besteht jedoch darin, daß die dynamischen Signale durch den Läufer, die Lager, Ölfilme und feststehende Teile einen Übertragungsverlust erfahren. Deshalb ist es an sich günstiger, eine Vibrationssonde wi· einen Beschleunigungsmesser unmittelbar an dem Läufer anzubringen. Dadurch entstehen jedoch wieder Schwierigkeiten hinsichtlich der Verbindung der Sonde mit der außerhalb des Läufers befindlichen, zugehörigen Schaltung. Schleifringe haben sich wegen damit verbundener Störungen für diesen Zweck als unzureichend erwiesen. Sollen andere Kennwerte als bezüglich der Vibration wie etwa bezüglich mechanischer Spannungen, der Temperatur o. dgl. ermittelt werden, so besteht bei des Versuch, die Sonden mit einer äußeren Schaltungsanordnung zu koppeln, das gleiche Problem.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, den Betriebszustand einer umlaufenden Maschine mittels einer unmittelbar an dem Läufer angebrachten Sonde zu erfassen, gleichzeitig aber für eine störungsfreie Übertragung der von dieser Sonde erfaßten Signale zu einer äußeren Schaltungsanordnung zu sorgen.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung zur Erfassung des Betriebszustandes einer umlaufenden Maschine mit einem einen Läufer als Gehäuse umgebenden Ständer, wobei an dem Läufer eine Sonde für die Erzeu gung eines für einen Betriebszustand charakteristischen Signals befestigt ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an dem Läufer ein mit der Sonde verbundener Sender für die Erzeugung eines von dem charakteristischen Signal modulierten Trägersignals und neben dem Läufer ein stationärer Empfänger für die Erfassung und die Demodulation des Trägersignals und damit die Rückgewinnung des charakteristischen Signals angeordnet ist. Zum Beispiel kann bei einer Turbine der Sender vorzugsweise, wenn auch nicht unbedingt notwendig, an dem Auswuchtring des Läufers befestigt und dabei zusammen mit einem hohlen Einsatz in eine Öffnung des Auswuchtringes eingeschraubt sein, der normalerweise ein Ausgleichsgewicht aufnimmt. Innerhalb des hohlen Einsatzes kann sich eine Vibrationssonde befinden, die ebenso wie weitere Sonden (etwa Spannungssonden für die Turbinenschaufeln, Thermokreuze für die Messung der Wellentemperatur o. dgl.) über Leitungen mit dem Sender verbunden ist.

Neben dem auf dem Läufer sitzenden Sender und innerhalb des Maschinengehäuses ist - vorzugsweise in Form eines Ringes - eine Antenne angeordnet, die die ausgesandten Signale auffängt und zu einem Detektor oder Demodulator leitet, wo das vorgenannte charakteristische Signal aus dem HF-Signal ausgesiebt werden kann. Das so erhaltene charakteristische Signal kann dann zur Anzeige des Betriebszustandes der Turbine oder sonstiger Teile

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und/oder zur unmittelbaren Steuerung der Turbine dienen. Handelt es sich beispielsweise um ein Vibrations- oder Schwingungssignal, so kann dies einen Amplitudendetektor in der Weise speisen, daß - wenn die Amplitude des Vibrationssignals einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet - eine Turbinensteuerschaltung betätigt wird und die Turbine zum Stillstand bringt. Außerdem kann das Vibrationssignal einem Realtime-Spektralanalysator o. dgl. zugeführt werden, um die Frequenzkomponenten des Vibrationssignals zu bestimmen, und der Betriebszustand der Turbine kann dann geändert werden, wenn die Turbine beispielsweise mit einer kritischen Drehzahl läuft.

Die Energieversorgung des auf dem Läufer einer umlaufenden Maschine sitzenden Senders bzw. der dort befindlichen Meßwertwandler erfolgt vorzugsweise durch induktive Kopplung zwischen einer Spule oder einer ähnlichen Energieübertragungseinrichtung, die an dem Läufer befestigt ist, und einer entsprechenden, an der Innenseite eines Turbinengehäuses o. dgl. befestigten Sonde. Wenn für den Fall einer induktiven Energieübertragung in einer ringförmigen, feststehenden Spule des Turbinengehäuses eine Wechselspannung erzeugt wird, so baut sich ein Kraftlinienfeld auf, dessen Kraftlinien von der an dem Läufer befestigten Spule geschnitten werden, so daß diese ihrerseits eine zur Speisung des Senders und/oder der Meßwertwandler geeignete Spannung liefert, so daß die Notwendigkeit entfällt, den Läufer mit Batterien ausstatten zu müssen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die vorgenannte stationäre Wicklung innerhalb

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eines durch nichtmagnetisches, elektrisch leitendes Material begrenzten Ringraumes untergebracht, dessen Material gleichzeitig als Empfangsantenne für die von dem Sender des Läufers ausgesandten Signale dient, so <Jaß die Energieversorgungsspule und die Antenne zu einer ringförmigen Anordnung mit gedrängtem Aufbau zusammengefaßt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine Teilansicht eines Dampfturbinenläufers mit einem Teil einer zugehörigen zylindrischen Abdeckung, die die Befestigung der Energieversorgung, des Senders sowie der Sendeantenne an dem Läufer sowie die Befestigung der induktiven Energiewicklung und der Antenne an der stationären zylindrischen Abdeckung erkennen läßt;

Fig. 2 eine Teil-Endansicht des Auswuchtrings des Turbinenläufers der Fig. 1, die die Befestigung der Energieversorgung, des Senders sowie der Sendeantenne an dem Auswuchtring erkennen läßt;

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie III - III der Fig. 1, der die Zuordnung der an dem Turbinen-Auswuchtring befestigten Energieversorgung zu einer angrenzenden, an der

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zylindrischen Abdeckung befestigen ringförmigen Induktionswicklung veranschaulicht;

Fig. 4 einen Teilschnitt im wesentlichen längs der Linie IV - IV der Fig. I₁ der die Zuordnung einer an dem Läufer befestigten Multiplex- und Sendeschaltanordnung zu der an der zylindrischen Abdeckung befestigten ringförmigen Antenne veranschaulicht;

Fig. 5 schematisch ein Blockschaltbild des gesamten elektrischen Steuerungssystems nach der Erfindung; und

Fig. 6 in Form eines Blockschaltbildes die Verarbeitung und Auswertung von dem Läufer einer Dampfturbine abgegebener Schwingungssignale zur Beeinflussung des Betriebszustandes der Turbine.

Im einzelnen ist in der Zeichnung, insbesondere Fig. 1 und 2, ein Teil eines Läufers 10 einer Axialdampfturbine zu erkennen, an dessen Umfang eine Reihe radialer Turbinenschaufeln 12 befestigt sind, von denen der Einfachheit halber in Fig. 1 nur drei gezeigt sind. Der Läufer 10 sitzt auf einer Hauptturbinenwe He lo und ist mit einem zu ihm sowie der HauptturbinenweHe 14 konzentrischen Auswuchtring 16 versehen. Wie vor allem mit Fig. 2 verdeutlicht, weist der Auswuchtring 16 längs seines Umfangs mehrere Gewindebohrungen 18 auf,in die normalerweise Gewichtsausgleich-Einsätze 20 eingeschraubt sind. Die Einsätze 20 werden zunächst in den Auswuchtring 16 eingeschraubt, wenn der

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Läufer 10 - üblicherweise mit Hilfe einer elektronischen Auswuchteinrichtung - ausgewuchtet wird. Falls der Läufer eine Unwucht aufweist, können einer oder mehrere der Einsätze 20 herausgenommen und durch Einsätze abweichenden Gewichts ersetzt werden, bis der Läufer eine vollkommene Auswuchtung zeigt. Vor dem Auswuchtring 16 befindet sind eine zylindrische Abdeckung 22, von der ein Teil in Fig. 1 wiedergegeben ist. Die zylindrische Abdeckung 22 bildet in bekannter Weise einen Bestandteil des äußeren Standergehäuses der Turbine. ™

Entsprechend der Erfindung sind zwei der normalen Einsätze 20 durch hohle napfförmige Einsätze 24 und 26 ersetzt, in denen eine elektronische Schaltungsanordnung für die Aussendung eines HF-Signals untergebracht ist , wobei das HF-Signal durch Signale wie etwa Schwingungssignale moduliert wird, die für das Verhalten des Läufers 10 typisch sind. Die ausgesandten HF-Signale werden von einer Ringantennen- und Induktionswicklungsanordnung, wie sie allgemein mit dem Ringkörper 28 veranschaulicht ist, auf- λ gefangen. Der Ringkörper 28 ist an einer vertikalen Wandung 30 der zylindrischen Abdeckung 22 über Isolierstücke 32 befestigt. Der Ringkörper 28 dient nicht nur als stationäre Antenne, die die von der elektronischen Schaltungsanordnung innerhalb eines oder der beiden Einsätze 24 und 26 erzeugten HF-Signale auffängt, sondern auch als Gehäuse für eine elektrische Spule, die ein kreisförmig geschlossenes Magnetfeld erzeugt, das auf eine Induktionsspule in einem der beiden Einsätze 24 oder 26 einwirkt, um die darin befindliche elektronische Schaltungsanordnung zu

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eine

aktivieren. Diese Spule ist an/Ln Fig. 1 allgemein mit 34 bezeichnete Wechselspannungsquelle angeschlossen, die eine vorzugsweise im Bereich von etwa 100 bis 200 kHz liegende Frequenz aufweist. Die Antenne selbst ist mit einem Empfänger 36 verbunden, der entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung als FM-Empfanger ausgebildet ist, da mit Frequenzmodulation gearbeitet wird.

Mit Fig. 3 sind die Einzelheiten des Aufbaus des Einsatzes 24 wiedergegeben. Dieser Einsatz 24 ist in eine der Gewindebohrungen 18 in dem Auswuchtring 16 eingeschraubt und mit einem äußeren Mantel versehen, der einen inneren Hohlraum 38 begrenzt. Der Einsatz 24 ist an seinem vorderen Ende mit einem integralen Radialflansch 40 und einem lippenartigen Bund 42 versehen, der am vorderen Ende des Einsatzes 24 einen Hohlraum 44 von gegenüber dem Hohlraum 38 vergrößertem Durchmesser bildet. In dem Hohlraum 44 sitzt eine Stahlplatte 46 o. dgl., die an ihrer Vorderseite einen Einsatz 48 aus Epoxy- oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial trägt. In den Einsatz 48 ist ein C-Kern 50 eingebettet, der von einer Induktionswicklung 52 umgeben ist. Diese Induktionswicklung 52 steht mit einer elektrischen Schaltungsanordnung in Verbindung, die in in dem Hohlraum 38 befindliches Epoxymaterial 54 eingebettet ist. Entsprechend dem beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die in dem Hohlraum 38 befindliche elektronische Schaltungsanordnung einen Gleichrichter sowie einen Spannungsregler auf, wie das mit einer Schalteinheit 56 in Fig; 3 allgemein angedeutet ist.

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Unmittelbar vor dem C-Kern 50 und dem Einsatz 48 befindet sich der Ringkörper 28, der - wie oben erwähnt - durch die Isolierstücke 32 im Abstand von der vertikalen Wandung der zylindrischen Abdeckung 22 gehalten wird. Schrauben 58 durchsetzen die Isolierstücke 32 sowie die vertikale Wandung 30. Mit Halbrundköpfen 60 versehene Schrauben 58 durchsetzen die Isolierstücke 32 und die vertikale Wandung 30 und halten dabei den Ringkörper 28 über Isolierscheiben 62, so daß der Ringkörper 28 von den Bolzen 58 und der zylindrischen Abdeckung 22 vollständig isoliert ist.

Der Ringkörper 28 weist einen im Querschnitt U-fÖrmigen Ringraum auf, der durch radial verlaufende seitliche Ringwände 64 und 66 sowie ein radial innen liegendes Ringjoch 68, über das die beiden Ringwände 64 und 66 in Verbindung stehen, begrenzt ist. In dem Ringraum ist an das Ringjoch 68 angrenzend eine Induktionswicklung 70 in der aus Fig. 3 (bzw. 4) ersichtlichen Weise angeordnet, die mit der Wechselspannungsquelle 34 in Verbindung steht. Ein die Induktionswicklung 70 durchfließender Strom erzeugt ein Magnetfeld, wie es in Fig. 3 mit den Pfeilen 72 angedeutet ist. Die den Ringraum begrenzenden Teile 64 bestehen aus Aluminium oder einem anderen nicht-magnet!sehen, durchlässigen Material, so daß die Flußlinien durch dieses Material hindurchtreten können. Die mit den Pfeilen 72 angedeuteten Flußlinien wirken auch auf den C-Kern 50 in dem Einsatz 48 ein. Wenn der Läufer 10 gedreht wird, wird daher in der Induktionswicklung 52 eine Spannung induziert, die durch die Schalteinheit

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- 56 gleichgerichtet wird und so die weiter unten im einzelnen beschriebene Schaltungsanordnung speisen kann, die in dem Hohlraum des Einsatzes 2 6 untergebracht ist.

Der lippenförraige Bund 42 des Hohlraumes 44 weist eine Bohrung für die Aufnahme einer Isolierzwischenlage 72a auf, in den ein Ende einer rohrförmigen Antenne 74 eingesetzt ist. Diese rohrförmige Antenne 74 hat vorzugsweise den mit Fig. 2 veranschau-" lichten bogenförmigen Verlauf, um Zentrifugalkrafteinwirkungen auf die Antenne möglichst klein zu halten.

Das zweite Ende der Antenne 74 ist in eine weitere Isolierzwischenlage 72· (Fig. 4) in einer in dem Bund 42* des hohlen Einsatzes 26 vorgesehenen Bohrung eingesetzt. Wie mit Fig. 4 gezeigt, ist der Einsatz 26 im wesentlichen in der gleichen Weise wie der Einsatz 24 ausgebildet, so daß auch die mit Fig. 4 dargestellten Teile, soweit sie jeweils Teilen der Fig. 3 entsprechen, mit gleichen, lediglich um ein Apostrophzeichen erweiterten Bezugszeichen versehen sind. In diesem Fall ist jedoch eine Vibrationssonde 26, vorzugsweise ein Beschleunigungsmesser wie ein piezoelektrischer Kristall in den Boden des Hohlraumes 38* eingeschraubt. Die Vibrationssonde 76 steht mit einer allgemein mit 78 bezeichneten Multiplex- und Sendeschaltung in Verbindung, wie das weiter unten genauer erläutert wird. Die Vibrationssonde 76 und die Multiplex- und Sendeschaltung 78 sind vorzugsweise in Epoxyharz 80 eingebettet, das in den Hohlraum 38* eingepaßt ist. Sin kreisförmiger Metalleineatz 82, der in dem Hohlraum 44* sitzt, sichert das Epoxyharz 80 in seiner Lage.

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Wie mit Fig. 3 gezeigt, verlaufen Zuleitungen 84 von der Schalteinheit 56 durch in der Wandung des Einsatzes 24 vorgesehene Bohrungen sowie den Hohlraum der rohrförmigen Antenne 74 zu der Multiplex- und Sendeschaltung 78. Mit der Multiplex- und Sendeschaltung 78 können außer der Vibrationssonde 76 weitere Sonden wie etwa ein an den Turbinenschaufeln 12 (Fig. 1) befestigter Spannungsfühler 86 in Verbindung stehen, der im vorliegenden Fall über Leitungen 88 angeschlossen ist, die die Bohrungen in der Wand des hohlen Einsatzes 26 durchsetzen, wie das mit Fig. 4 verdeutlicht ist. Die Multiplex- und Sendeschaltung 78 steht über geeignete Leiter (nicht gezeigt) ferner mit einem Punkt der Antenne 74 in Verbindung,

Die Arbeitsweise der Erfindung läßt sich am besten anhand von Fig. 5 verstehen. Die Wechselspannungsquelle 34, die vorzugsweise eine Frequenz von 100 - 200 kHz aufweist, wird mit der in dem Aluminiura-Ringraum des Ringkörpers 28 entsprechend Fig. 3 und 4 untergebrachten Induktionswicklung 70 gekoppelt. Das dabei entstehende magnetische Feld induziert in der Induktionswicklung 52 eine Spannung, die durch einen in der Schalteinheit 56 des Einsatzes 24 befindlichen Gleichrichter 90 gleichgerichtet wird. Die gleichgerichtete Spannung beaufschlagt über einen Spannungsregler 92 und die durch die rohrförmige Antenne 74 geführte Zuleitung 84 die in dem Einsatz 76 befindliche Multiplex- und Sendeschaltung 78.

Die Multiplex- und Sendeschaltung 78 weist eine Multiplex-Einheit

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94 auf, die mit der Vibrationssonde 76, dem zur Erfassung mechanischer Spannungen geeigneten Spannungsfühler 86 sowie

weiteren Sonden wie etwa einem Temperaturfühler, einem Druckist fühler o, dgl. über Leitungen 96 verbunden/ Entsprechend der Erfindung kann von mehreren Multiplexverfahren Gebrauch gemacht werden, jedoch ist von der Anwendung des Zeitteilungs-MuItiplexverfahrens auszugehen. In bestimmten Fällen körinte ebensogut aacfo ein Frequenzteilungs-Multiplexverfahren eingesetzt

Ψ werden. Bei dem Zeittellungs-Multiplexverfahren werden die verschiedenen Zustandsignale etwa von der Vibrationssonde 76 und dem Spannungsfühler 86 in diskrete Komponenten unterteilt, die aufeinanderfolgend durch einen frequenzmodulierten Sender 98 ausgesandt werden können. Wird andererseits mit einem Frequenzteilungs-Multiplexverfahren gearbeitet, so werden Subträgersignale mit den Signalen von den verschiedenen Sonden bzw. Fühlern moduliert und dann die Subträger- oder Subcarrier-Signale durch den frequenzmodulierten Sender 98 ausgestrahlt. Der Ausgang des

fc Senders 98 ist mit der Antenne 74 verbunden, die Signale ausstrahlt, welche dann von dem als Empfangsantenne wirksamen Ringkörper 28 aufgefangen werden. Die so empfangenen Signale gelangen zu einem frequenzmodulierten Empfänger 100, wo die Signale demoduliert und dann einer Multiplexeinheit 102 zugeführt werden, die die einzelnen Signale von den entsprechenden Meßwertgebern bzw. -wandlern zurückgewinnt. Es versteht sich, daß für den Fall, für den nur ein Signal eines einzigen Meßwertwandlers wie der Vibrationssonde 76 ausgesandt wird, sowohl bezüglich des als auch des Senders auf eins Multiplexeinriehtung

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verzichtet werden kann.

Die zurückgewonnenen Signale der Multiplexeinheit 102 speisen eine Turbinensteuerschaltung 104, die die Zufuhr von Dampf zu der Hochdruckeinheit einer Dampfturbine, wie sie allgemein mit 106 bezeichnet ist, überwacht. Dabei steuert das Ausgangssignal der Turbinensteuerschaltung 104 ein Ventil 108, das die Zufuhr von Dampf zu der Dampfturbine 106 bestimmt. In den meisten Fällen arbeitet die Turbinensteuerschaltung 104 so, daß das Ventil sperrt und die Turbine zum Stillstand bringt, sobald eines der Signale einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und damit anzeigt, daß ein von der Normalsitu#ion abweichender Zustand eingetreten ist und die Turbine bei weiterem Betrieb Schaden erleiden könnte. Nimmt beispielsweise die Amplitude des Schwingungssignals einen zu hohen Wert an, so läßt die Turbinensteuerschaltung 104 das Ventil 108 sperren und damit die Turbine zum Stillstand bringen. Dieser Zustand kann etwa eintreten, wenn eine Turbinenschaufel lose, ein Lager schadhaft geworden ist, o. dgl. Eine ähnliche Reaktion würde eintreten, wenn beispielsweise die von einem Thermokreuz überwachte Temperatur der Hauptturbinenwelle einen unzulässig hohen Wert annehmen würde. In anderen Fällen kann die Erfassung eines von der Normalsituation abweichenden Zustandes dazu ausgewertet werden, die Turbinensteuerschaltung 104 dahingehend zu betätigen, daß die Turbine nicht ganz stillgesetzt, sondern nur in ihrem Betriebszustand geändert wird. Ferner können an dem Läufer Ultraschall-Meßwertwandler befestigt sein, und durch Vergleich von den Meßwertwandlern srf-yiaii££TiS:r Signal« fe&mi etn Sjs'&Etg αΦΒί; Itifi "Ln @©ei Liuit^r- e--r-·=

- mitteIt und geortet werden.Es versteht sich, daß für den Fall einer Verbrennungsturbine die Turbinensteuerschaltung nicht wie in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Zufuhr von Dampf zu einer Dampfturbine sondern die Zufuhr von Brennstoff zu einer Brennkammer beeinflußt.

Eine spezielle Steuerung für ein Vibrationssignal ist mit Fig. 6 gezeigt. Das von der Multiplexeinheit 102 über eine Leitung 110 abgegebene Vibrationssignal beaufschlagt einen Amplitudenfühler 112. Überschreitet die Amplitude der Schwingungen einen vorgegebenen Grenzwert, so wird die Turbinensteuerschaltung betätigt, so daß das Ventil 108 schließt und die Dampfturbine 106 zum Stillstand bringt. Gleichzeitig können die Vibrationsoder Schwingungssignale einem Realtime-Spektralanalysator 114 zugeführt werden, der an seinem Ausgang einen charakteristischen Kurvenzug 115 liefert, in dem die X-Achse der Frequenz und die Y-Achse der Amplitude entspricht. Das ergibt die Frequenzkomponenten des Vibrationssignals und die Amplituden dieser speziellen Frequenzkomponenten, da jedes von einem umlaufenden Maschinenteil ausgelöste Vibrationssignal sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher, durch die verschiedenen vibrierenden Teile hervorgerufener Frequenzen zusammensetzt. So kann beispielsweise eine große Amplitude einer speziellen Frequenzkomponente eine übermäßig starke Schwingung einer Turbinenschaufel anzeigen, während hohe Amplituden weiter Frequenzkomponenten u.U. ein Hinweis auf ein schadhaft gewordenes Lager sind.

Das charakteristische Signal am Ausgang des Realtime-Spektralanalysators 114 wird daher einem Computer 116 zugeführt, wo es mit in einer Computer-Speicherbank 118 gespeicherter Information verglichen wird. Wenn ein Vergleich des Kurvenzuges 115 am Ausgang des Realtime-Spektralanalysators 114 mit dem Kurvenzug dsr Computer-Speicherbank 118 eine vom Normalzustand abweichende Situation anzeigt, so sorgt der Computer für eine Betätigung der Turbinensteuerschaltung 104, um den Betriebszustand der Turbine in der erforderlichen Weise zu verändern oder aber möglicherweise die Turbine ganz stillzusetzen.

Die Erfindung wurde zwar im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrlabern, jedocli ist es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß eine Reife© von AbvrsicfcuagSft hinsichtlich Form und Anordnung einseiner Bauelement® möglisfe ist, um bestimmten Anforderungen gerecht zu werden, ohne daß deshalb der Rahmen der Erfindung verlassen würde. So können beispielsweise statt zweier hohler linsätze die Spannungsversorgung und die Sendeschaltung in einem einzigen Einsatz untergebracht sein. Ferner braucht auch die Vibrationssonde 76 sich nicht in einem hohlen Einsatz zu befinden, sondern sie kann ebenso auch - zusammen mit weiteren an dem Läufer angebrachten Meßwertwandlern außerhalb des Einsatzes liegen,

Patentansprüche:

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Claims

- 16 Patentansprüche;

lJ Anordnung zur Erfassung des Betriebszustandes einer umlaufenden Maschine mit einem einen Läufer als Gehäuse umgebenden Ständer, wobei an dem Läufer eine Sonde für die Erzeugung eines für einen Betriebszustand charakteristischen Signals befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Läufer (10)ein mit der Sonde verbundener Sender für de Erzeugung eines von dem charakteristischen Signal modulierten Trägersignals und neben dem Läufer ein stationärer Empfänger für die Erfassung und die Demodulation des Trägersignals und damit die Rückgewinnung des charakteristischen Signals angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Sonde als Vibrationssonde ausgebildet und das charakteristische Signal ein Vibrationssignal ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger mit einer Einrichtung für die Steuerung der umlaufenden Maschine in Abhängigkeit von dem demodulierten charakteristischen Signal verbunden ist, die einen Amplitudendetektor, eine Einrichtung für die Beaufschlagung des Amplitudendetektors mit dem Vibrationssignal sowie eine Einrichtung zur Änderung des Betriebszustands der Maschine aufweist, wenn die Amplitude des Vibrationssignals eine vorgegebene Größe überschreitet.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Läufer (10) der Maschine eine Mehrzahl Sonden für die Erzeugung von für den, Betriebszustand des Läufers charakteristischen elektrischen Signalen angebracht und an eine ebenfalls

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von dem Läufer mitgeführte und mit dem Sender verbundene Multiplexeinheit eingeschlossen sind und daß mit dem Ausgang des Empfänger eine Multxplexeinrichtung in Verbindung steht, um die einzelnen Komponenten des charakteristischen Signals zu ermitteln.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine an dem Ständer konzentrisch zu der Achse des Läufers (10) angebrachte Ringspule für die Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes sowie durch eine an dem Läufer angebrachte und durch das elektromagnetische Feld der Ringspule erregte Wicklung als Energiequelle für den an dem Läufer (10) angebrachten Sender.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, wobei der Läufer mit einem Auswuchtring versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender in einem in eine Auswuchtöffnung des Auswuchtrings (16) eingeschraubten hohlen Einsatz (26) untergebracht ist,
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle für den Sender in einem hohlen Einsatz (24) untergebracht ist, der in eine Auswuchtöffnung in dem Auswuchtring (16) neben dem den Sender aufnehmenden hohlen Einsatz (26) eingeschraubt ist, und daß sich zwischen den beiden hohlen Einsätzen (24, 26) eine rohrformige Antenne für den Sender erstreckt, in deren Innerem elektrische Leitungen für

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die Verbindung der Energiequelle mit dem Sender geführt sind,
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der hohlen Einsätze (24, 26) eine mit dem Sender verbundene Vibrationssonde (76) angeordnet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, P daß die Antenne (74) für den Sender an dem Ausbracht ring (16) befestigt und die Ringspule neben dem Auswuchtring (16) und der Antenne (74) in einem an dem Ständer vorgesehenen, durch Wandungen aus Aluminium begrenzten Ringraum angeordnet ist, der eine Empfangsantenne für den Sender bildet und mit der Erfassungseinrichtung elektrisch verbunden ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum und die darin untergebrachte Ringspule innerhalb

^ des Ständers angeordnet sind.

KN/sb 3

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