DE2241436A1 - Verfahren und vorrichtungen zu spaltund schwingungsmessungen bei rotationsmaschinen - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zu spaltund schwingungsmessungen bei rotationsmaschinen

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Description

Diplom-Chemiker Dr. rer. nat. WOLFGANG LAUFER
r π
PATENTANWALT DR. WOLFOANG LAUFER 8 MÖNCHEN 80. PRINZREGENTENSTRASSE 74/IH
8000 MÜNCHEN 80
PRINZREGENTENSTRASSE 74/HI TELEFON 477366
TELEGRAMMADRESSE: LAUFERPATENT MÜNCHEN
DEUTSCHE BANKMÜNCHEN65/03809 KREISSPARKASSE STARNBERG 66605 POSTSCH ECKKTO.:MONCHEN 2220 43
IHR SCHREIBEN IHR ZEICHEN MEIN ZEICHEN DATUM
YOUR LETTER YOUR REFERENCE MY REFERENCE DATE
Dr. La/li 23. A
BETREFF:
RE:
UDO PETER 8023 Höllriegelskreuth, Kraftwerk
Verfahren und Vorrichtungen zu Spalt- und Schwingungsmessungen
bei Rotationsmaschinen
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Messung von Spaltweiten von relativen und absoluten Wellenschwingungen, relativer Wellenlagen (radial und axial) und Gehäuse- und Läuferverkrümmungen bei Rotationsmaschinen, insbesondere Versuchs-
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anordnungen, Dampfturbinen, Gasturbinen, Kompressoren, Gebläsen und Pumpen im aktiven Betrieb, im Turnbetrieb sowie von relativen Wellenlagen (radial und axial) und Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmungen im Stillstand.
Die Messung der Spaltweiten innerhalb der Gehäuse von Rotationsmaschinen erlaubt eine absolute Aussage über den Sicherheitsgrad des augenblicklichen Betriebszustandes. Das Meßprinzip ermöglicht die differenzierte Erfassung von Schwingungsamplituden der Wellen bzw. Läufer und der Wellenlagen relativ zum Gehäuse sowie der Gehäuse- oder Läuferverkrümmung. Durch solche Kon— troUmessungen ist die Vermeidung betriebskritischer Zustände bei An- und Abfahrbetrieb bzw. im Normalbetrieb und damit das Verhindern von Schäden durch radiales und axiales Anlaufen möglich.
Es ist bekannt, daß sich die Messung der Lagerschwingungen aufgrund der einwandfreien Zugänglichkeit seit einiger Zeit bereits durchgesetzt hat. Hier wird die sogenannte Schwingstärke (Effektivwert der Schwinggeschwindigkeit) über Tauchspulsysteme mit seismischen Aufhängungen gemessen. Zur Vervollkommnung der Aussagen über das komplexe Schwingungssystem wurde in den letzten Jahren die unmittelbare Erfassung der Wellenschwingung erforderlich. Zunächst erfolgte das mit abtastenden Meßgeräten, die am zugänglichen Wellenteil installiert waren. Schließlich ging man zur berührungslosen Messung durch Geber über, die die Veränderungen der Luftspaltinduktion zwischen Geber und Wellenoberfläche erfassen.
Die Messung der Lager— und Wellenschwingungen in den beschränkten Bereichen, die leicht zugänglich sind, ermöglicht nur annähern-
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de Extrapolationen auf die tatsächlichen Verhältnisse in den Gehäusebereichen. Eine mathematisch-theoretische Erfassung der überaus komplexen Schwingungssysteme mit mehreren gekoppelten Läufern und mehrfachen Lagerungen bei ausschließlichen Messungen im Lagerbereich ist kaum möglich. Der Einbau von Gebern innerhalb der Gehäuse zum Zweck der Wellenschwingungsmessung scheiterte bisher an der beschränkten Temperaturfestigkeit der Geber und an konstruktiven Schwierigkeiten,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, praktisch und wirtschaftlich durchführbare Verfahren zu. entwickeln, die eine Spaltweitenmessung innerhalb der Gehäuse bei Rotationsmaschinen ermöglichen. Durch geeignete Wahl der Meßpunkte sollen Einflüsse aus Wellenlage bzw. Gehäuse- oder Wellenverkrümmung und aus Wellenschwingungen differenziert erfaßt werden. Vorrichtungen für derartige Meßverfahren sollen einen möglichst geringen Einfluß auf die Gestaltung der Turbinengehäuse (nachträgliche Einbaumöglichkeit) und auf die Strömungsverhältnisse innerhalb der Gehäuse haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels Strahlen im Tangentialbereich der Laufräder oder Wellen und durch geeignete Anordnung derartiger Meßeinrichtungen - nämlich ζ. B. um 90 bzw. 180 am Umfang versetzt - eine direkte Erfassung der Spaltweite sowie der relativen und absoluten Wellenschwingung, der relativen Wellenlage und der Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmung ermöglicht wird. Dabei erfolgt die Emission einer Strahlung, die nach Durchlaufen des Tangentialbereiches von einem Detektor auf Vorhandensein, Intensität und Charakter analysiert wird. Analog erfolgt zum Zweck der Erfassung der axialen relativen Wellen- bzw. Läuferlage die Messung durch
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Strahlen an einer möglichst vertikalen Lage des Läuferlängsschnittes, z. B. an Schaufelkanten oder Laufradscheiben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von relativen und absoluten Wellenschwingungen, relativer radialer bzw. axialer Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmungen bei Rotationsmaschinen, insbesondere bei Versuchsanordnungen, Dampfturbinen, Gasturbinen, Kompressoren, Gebläsen und Pumpen im aktiven Betrieb, im Turnbetrieb sowie von radialen und axialen relativen Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Läuferve rkrümmungen im Stillstand, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mittels Strahlen im Tangentialbereich der Laufräder oder Wellen und durch geeignete Anordnung entsprechender Meßeinrichtungen eine direkte Messung der Spaltweite sowie der relativen und absoluten Wellenschwingung, der relativen radialen Wellenlage und der Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmung durchgeführt wird, wobei die Emission einer Strahlung in tangentialer Richtung zu Welle bzw. Läufer, oder eine Emission unter beliebigem Winkel mit entsprechender Umlenkung in die tangentiale Richtung erfolgt, und diese Strahlung nach Durchlaufen des Tangentialbereiches von einem Detektor auf Vorhandensein, Intensität und Charakter analysiert wird und analog dazu die Messung der axialen relativen Wellen- bzw. Läuferlage durch Strahlen an einer möglichst vertikalen Flanke des Läuferlängsschnittes, z. B. an Schaufelkanten, Läuferscheiben oder Läuferbünden erfolgt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Messung von relativen und absoluten Wellenschwingungen, relativer radialer bzw. axialer Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmungen bei Rotationsmaschinen, insbesondere bei Versuchsanord-
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nungen; Dampfturbinen, Gasturbinen, Kompressoren, Gebläsen und Pumpen im aktiven Betrieb,-im Turnbetrieb sowie von radialen und axialen relativen Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmungen im Stillstand, die gekennzeichnet ist durch eine oder mehrere in dem Tangentialbereich durch das Gehäuse (2) geführte Tangentialbohrungen C4), die sich im Meßbereich zwischen Laufrad (1) und Gehäuse (2) befinden. '
Beim Verfahren nach der Erfindung werden die Meßstrahlen dort anzulegen sein, wo naturgemäß die größten Schwingungsamplituden auftreten, also etwa in der Mitte des Lagerabstandes. Bei hohen Ansprüchen bezüglich der Schwingungsbilder, z. B. Versuchsmodellen, können bevorzugt mehrere axial verteilte Meßstellen installiert werden. Bei den Strahlen kann es sich grundsätzlich um Laserstrahlen, um Isotopenstrahlen, um Röntgenstrahlen, um optische Strahlen oder andere elektromagnetische Wellenstrahlungen handeln, die nach Emission und Durchlauf des Tangentialbereiches von den einschlägigen Detektoren und Einrichtungen analysiert werden.
Folgende Meßanordnungen werden bevorzugt angewendet: Sobald der Läufer— oder Wellenumfang in den Strahlenbereich eintaucht, wird am Detektor ein entsprechender Intensitätsschwund registriert. Das Ergebnis dieses Meßpunktes kann seine Ursache in einer Schwingung der Welle oder in einer relativen Lageveränderung von Welle und Gehäuse haben. Eine um 180 versetzte Meßstelle zeigt bei Schwingungseinfluß das gleiche Meßergebnis. Asymetrische Ergebnisse deuten auf eine relative Lageveränderung oder Läufer- bzw. Gehäuseverkrümmung. Durch die Anordnung von z. B. zwei um 90 versetzten Meßstellen ist eine Messung der resultierenden Schwingung möglich, wobei nach bekann-
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in einer elektronischen Schaltung kontinuierlich festgehalten wird. Auch ist die oszillographische Darstellung der Wellenmittelpunktsbahnkurve möglich.
Grundsätzlich genügt die Anordnung von zwei um 90 versetzten Meßstellen, wenn damit die relative Läuferlage mit Sicherheit definiert ist. Aus Redundanzgründen oder zur besseren Differenzierung von Schwingungen, Gehäuse- bzw, Läuferverkrümnriungen und relativen Lageveränderungen sind drei oder vier um 9O am Umfang versetzte Meßstellen von Vorteil. Auch Anordnungen mit Abstandswinkeln von weniger als 90 sind möglich.
Die einfachste Realisierung stellt ein Einfachmeßpunkt dar. Hierbei ist der Strahlengang so angeordnet bzw. justiert, daß er im Normal bet rieb nicht vom Radumfang oder Wellenumfang berührt wird. Abnorme Betriebssituationen führen zu einer Schwächung des Strahles und damit zu Warnsignalen oder Schutzauslösungen. Quantifizierte Spielangaben erfordern eventuell die Auflösung in Meßpunkte mit verschiedenen Strahlengängen. Ein Beispiel mit drei Strahlen pro Meßregion zeigt Figur 4. Auf diese Weise ist das Spaltweiten maß in Abstufungen meßbar. Wenn die Erzeugung von nahe beieinanderliegenden Strahlen schwierig ist, kann auch an nebeneinanderliegenden Schaufel reihen der Meßregion die Messung vorgenommen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform geschieht die Messung in vorteilhafter Weise durch Anwendung eines Lasers. Dieser hat den Vorteil der exakten Führung eines dünnen kohärenten Strahlenbündels. Dies kann bei Spaltweiten im Millimeterbe— reich von Vorteil sein. Entsprechend den Spaltbedingungen er-
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folgt-eine entsprechende Strahlenaufweitung mittels Monokulare, soweit der Laser nicht den entsprechenden Strahldurchmesser liefert. Der Durchmesser dieses erweiterten Strahles ist grosser als die Höhe des Spaltes, der gemessen werden soll. Der runde Strahldurchmesser wird an der Meßstelle gegenüberliegend durch Schaufelspitze und Meßkimme abgeschnitten. Zur Ausschaltung der Kreisflächenfunktion werden die zwei verbleibenden Kreissegmente mittels Blenden abgedeckt. Spaltmaß sowie Schwingung verhalten sich dann bei flächenproportionaler Intensitätsverteilung des Strahles proportional zum freien Strahldurchgang. Durch Abdeckung de.r vom Läufer bzw'. vom Gehäuse gebildeten Strahlenquerschnittsgrenze durch eine seismisch aufgehängte Blende lassen sich auch absolute Wellenschwingung und absolute Gehäuseschwingung messen.
Je kleiner die verbleibende Rechtecksfläche im Verhältnis zum ursprünglichen kreisförmigen Querschnitt des Strahles ist, desto unempfindlicher ist die Messung gegen eigene Schwingungsbewegungen der Strahlenquelle bzw. des Lasers.
Die Quantifizierung des Spaltmaßes sowie der Schwingungsvorgänge in Amplituden und Frequenzen erfolgt z, B. durch oszillographische Sichtbarmachung oder Aufzeichnung des mittels Photohalbleiters bzw. Photoelementes gemessenen Strahlendurchganges oder durch entsprechende analoge oder digitale Anzei ge- und Registriergeräte. Bei Anwendung des Laserstrahles, mittels Monokulare ohne verbleibende Divergenz aufgeweitet, entspricht das austretende Strahl maß dem Spaltmaß. Damit sind Eichungsmöglichkeiten für die Aufzeichnungen extern gegeben. Weitere Eichungsmöglichkeiten ergibt die berechenbare oszillierende Strahlenfreigabe des Schaufelspitzen-Totpunktes im Verhältnis zur Strahlenfreigabe.
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Bei anderen Strahlenarten wird analog vorgegangen. Auch hier sendet ein Emitter (Sender, Isotop, Lichtquelle, Röntgenröhre) Strahlen aus, die von diesbezüglichen Detektoren (Empfänger, Szintillationszähler, Ionisationskammer, photoelektrische Halbleiter u. ä.) analysiert werden.
Vorteile hinsichtlich Festigkeit und Herstellung bringt eine Lösung, bei der der tangentiale Meßstrahl durch Reflexion eines bevorzugt senkrecht oder unter einem anderen Winkel zur Tangentialrichtung einfallenden Strahles erzeugt wird. Diese Variante erfordert wesentlich kürzere Bohrungen als die gänzlich tangentiale Strahlführung. Neben dem wärme- und druckfesten Dichtungselement (Quarz oder dergleichen) ist zur Umlenkung des Strahles ein Reflektor nötig. Hierzu eignen sich bevorzugt Metallspiegel, auf bestimmte Materialien aufgebrachte Spiegelflächen oder (eventuell verspiegelte) Prismen. Nach Durchlauf der Meßstelle wird der Strahl in der gleichen Weise reflektiert und verläßt entsprechend der Reflektorstellung das Gehäuse. Die Abdichtungsfunktion kann auch durch das Reflektorelement vorgenommen werden, ein zusätzliches Dichtungselement entfällt dann. Der Reflektor (Spiegel oder Prisma) kann fest oder beweglich eingebaut werden. Ist der einfallende Strahl in seiner Richtung justierbar, so kann auf eine bewegliche Reflektorbefestigung verzichtet werden. Günstig kann auch eine radial in das Gehäuse eingebrachte Bohrung sein.
Die Anordnung erfolgt an einem axial fixierten Meßort mit möglichst zwei Meßstellen, die um 90 am Umfang versetzt sind. Die dabei bevorzugten Varianten zeigen die Figuren 5 und 6. Eine Lösung mit drei und vier um 90 am Umfang versetzten Meßstellen kann von Vorteil sein.
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Unabhängig von der Ausführungsform ist man bei der Wahl der Anordnungen beim nachträglichen Einbau und im gewissen Umfang auch bei Neukonstruktionen durch konstruktive Gegebenheiten bzw. Forderungen der Maschinengestaltung eingeengt, also etwa durch Entnahmen, Ringleitungen, Meßfühler und Meßgeber, Flanschdicke und Flanschschrauben. Eine Meßstelle in der Vertikalachse des Querschnitts hat grundsätzlich den Vorteil der direkten Messung des Wellen- oder Läuferdurchhanges, z. B. in Abhängigkeit von Temperaturzuständen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung kann beispielsweise folgende konstruktive Gestaltung besitzen: Die Meßstrahlen gelangen durch eine entsprechend starke Bohrung in die Gehäuse. Entsprechend dieser dünnen Strahlenbündel sind diese Bohrungen so klein, daß sie für das Turbinengehäuse keine Festigkeitsprobleme aufwerfen. Je nach Gehäusedurchmesser / Wandstärke-Relation können die einzelnen Strahlenpartien am gleichen Schaufel- bzw. Laufradumfang oder um die Bohrung in axialer Richtung versetzt angeordnet werden (Figuren 2 und 3).
Ein druck- und hitzebeständiger Abschluß der Bohrungen (bei Doppelgehäusen vielleicht überflüssig wegen vernachlässigbarer Leckdampf menge des Innengehäuses) kann bevorzugt mit Quarz (SiO ), Spezialgläsern oder auch anderen Werkstoffen erfolgen. Als druckdichte Halterung lassen sich stopfbuchsartige Packungen, stirnseitige Pressfassungen, Klebungen, Kittungen oder dergleichen verwenden.
Um Kondensationserscheinungen an den durchführenden Materialien zu vermeiden und auch Messungen an kalten Maschinen
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beim Start vornehmen zu können, werden diese Durchführungen bei einer bevorzugten Ausführungsform beheizt. Dabei kommen in der Hauptsache Widerstandsheizungen, induktive Beheizungen und Kurzwellenbeheizungen in Frage. Eine Lichtstrahlableitung mit Glasfiberkanälen ist ebenfalls möglich. Falls es die Betriebserfahrungen erforderlich machen sollten, kann mittels einem Sperrmedium (Sperrluft, Sperrgas oder Sperrdampf bei Dampfturbinen aus vorheriger Stufe) an den Gehäuseeintritten und -austritten eine Ablagerung von Partikeln vermieden werden. Auch kann eine Entwässerung des Strahlenkanals durchgeführt werden. Eine Kühlung der externen Emitter und Detektoren ist im Bedarfsfalle möglich.
Die Vorrichtung nach der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert.
Figur 1 zeigt einen Turbinenquerschnitt mit tangentialem Strahlengang.
Figur 2 zeigt einen Turbinenquerschnitt mit vier um jeweils 90 versetzten Meßstellen.
Figur 3 zeigt einen Turbinenquerschnitt mit einem Durchmesser / Wandstärken-Verhältnis, das zwei und mehr tangentiale Bohrungen am axial gleichen Meßort nicht zuläßt.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Spaltmessung, bei dem die Quantifizierung nur durch das Ansprechen einzelner Meßstellen geschieht, die in sich bereits Grenzwerte darstellen.
Figur 5 und
Figur 6 stellen Turbinenquerschnitte mit Strahleneingang und Strahlenausgang senkrecht zur Tangential richtung dar.
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Figur J zeigt die Anordnung mit Strahleneingang und Strahlenausgang senkrecht zur Tangentialrichtung.
Figur 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit senkrecht zur Tangentialrichtung geführter Bohrung.
Figur 9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit senkrecht zur Tangentialrichtung geführter Bohrung.
Figur 1 zeigt einen Turbinenquerschnitt mit tangentialem Strahlengang. Zwischen Laufrad 1 und Gehäuse 2 befindet sich der Spalt 3. Der Emitter 5, der mit einer Einschraubhaiterung 7a im Gehhäuse befestigt ist, sendet einen Strahl durch die Tangentialbohrung 4 in bereits tangentialer Richtung über die Meßstelle 8, an der das Spaltmaß und die Schwingungen gemessen werden. Entsprechend verändert läuft der Strahl weiter zu dem in einer weiteren Einschraubhai terung 7b fixierten Detektor 6. Eine andere Form der Befestigung am Gehäuse stellt die Flanschhalterung 7c dar.
Figur 2 zeigt einen Turbinenquerschnitt mit vier um jeweils 90 versetzten Meßstellen. Laufrad 11 bildet mit Gehäuse 12 den Spalt 13. Durch die Tangentialbohrung 14 gelangt der Meßstrahl vom Emitter 15 zum Detektor 16. Die Anordnung kann auch mit nur zwei um 9O versetzten Meßstellen ausgestattet sein. Grundsätzlich kann der Winkel der Meßstellen zum Achsenkreuz beliebig sein und" z. B. auch 45 betragen.
Figur 3 zeigt einen Turbinenquerschnitt mit einem Durchmesser/ Wandstärken-Verhältnis, das zwei und mehr tangentiale Bohrungen am axial gleichen Meßort nicht zuläßt. Laufrad 21 bildet mit Gehäuse 22 den Spalt 23. Durch die Tangentialbohrung 24a bzw. die
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entsprechend versetzte Tangenttal bohrung 24b gelangt der Meßstrahl vom Emitter 25 zum Detektor 26. Je nach Strahlenart ist aber auch eine Kreuzung der Strahlen in einer Ebene möglich. Auch diese Anordnung kann eventuell mit zwei um 90 versetzten Meßstellen ausgestattet sein. Grundsätzlich kann auch hier der Winkel der Meßstellen zum Achsenkreuz beliebig, z. B. 45 , sein.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Spaltmessung, bei dem die Quantifizierung nur durch das Ansprechen einzelner Meßstellen geschieht, die in sich bereits Grenzwerte darstellen. Wegen der möglichen Schwierigkeiten, Strahlen bestimmter Art sehr eng nebeneinander zu erzeugen, sind die einzelnen Meßstellen auf die benachbarten Schaufelkränze verteilt. Laufschaufel 31 bildet mit Gehäuse 32 den Spalt 33. Die Leitschaufel 34 ist im Gehäuse fixiert. Meßstrahl 35 ist zum Teil abgeschattet, also am Detektor nur geschwächt feststellbar. Strahl 36 hat noch freien Durchgang, ebenso Strahl 37. Bei Spaltveränderung, unabhängig von der Ursache, werden auch an Meßstelle 36 bzw. 37 Veränderungen eintreten. Mit derartigen Meßstellen, die um 90 und/oder um 180 am Umfang versetzt sind, lassen sich auch die Ursachen differenziert erfassen. Der Meßstrahl 38 erfaßt die relative axiale Lage.
Figur 5 und Figur 6 stellen Turbinenquerschnitte mit Strahleneingang und Strahlenausgang senkrecht zur Tangential richtung dar. In beiden Fällen ist eine zweifache Meßstelle verwirklicht. Um 90 versetzt könnten auch drei oder vier Meßstellen angeordnet werden. In Figur 5 fallen die Meßstellen mit den Achsen zusammen, in Figur 6 sind die Meßstellen gegenüber den Achsen um einen bestimmten Winkel, in diesem Fall um 45 versetzt, ange-
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ordnet. Läufer 41 bzw. 51 bildet mit Gehäuse 42/52 den Spalt 43/53. Durch die Bohrungen fozwi Durchführungen 44/54 gelangt der Strahl nach Reflexion in die Tangentialrichtung und wird durch die Bohrungen bzw. Durchführungen 44/54 wieder nach außen reflektiert.
Figur 7 zeigt die Anordnung mit Strahleneingang und Strahlenausgang senkrecht zur Tangentialrichtung. Laufrad 61 bildet mit Gehäuse 62 den Spalt 63. Der Strahl gelangt aus der Strahlquelle bzw. dem Emitter 64 (z. B. Laser) durch ein Monokular 65 über eine Notabsperrung (für den Fall des Berstens der Durchführung) 66 in das am Flansch justierbare Tauchrohr 67 über Abdichtung 68 und Reflektor 69 in die Tangentialrichtung. Nach Durchlauf der Nut 70 und der Meßstelle 71 wird der Strahl analog mittels eines zweiten Reflektors 72 aus dem Gehäuse herausgeleitet und nach Passieren der Blenden 73 im Detektor 74 analysiert.
Figur 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit senkrecht zur Tangentialrichtung geführter Bohrung. Laufrad 81 bildet'mit Gehäuse 82 den zu messenden Spalt 83. In der Bohrung befindet sich das Tauchrohr 84. Darin ist die druckfeste und wärmefeste Quarzdurchführung 85 in einer Dichtungspaekung 86 (eventuell mit Beheizungsvorrichtung) durch die Brille 87 verpackt. Der Reflektor 88 (Prisma bzw. Spiegel) ist durch die Feder 89 fixiert. Hier erfolgt die Reflexion des Meßstrahles in die Tangentialrichtung durch die Nut 90. Die Justierung des Strahles erfolgt in diesem Fall durch die Strahlenquelle.
Figur 9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform mit senkrecht zur Tangentialrichtung geführter Bohrung. Laufrad 91 bildet mit Ge-
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häuse 92 den zu messenden Spalt 93. In der Bohrung befindet sich das Tauchrohr 94. Darin ist die druckfeste und wärmefeste Quarzdurchführung 95 in einer Dichtungspackung 96 (eventuell mit Beheizungsvorrichtung) durch die Brille 97 verpackt. Der Reflektor 98 (Prisma bzw. Spiegel) ist in der justierbaren Halterung 99 befestigt. Hier erfolgt die Reflexion des Meßstrahles in die Tangential richtung durch die Nut 1CX).
Die erreichten Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind folgende: Die herkömmlichen Messungen der Schwingungen an den leicht zugänglichen Maschinenteilen verfolgen das Ziel, über die dabei erfaßte Wellenschwingung letztlich auf die Spaltweite zu schließen, was nur sehr beschränkt möglich ist. Die Lösung im Sinne der Erfindung erfaßt dagegen primär und direkt mit sehr hoher Genauigkeit die Spaltweite innerhalb der Gehäuse, erfaßt also unmittelbar den kritischen Punkt. Die bei Störungsfällen auftretenden Änderungen der Spaltweiten lassen sich differenziert nach ihren Ursachen (Verlagerungen, Verkrümmungen, Schwingungen) messen und ein entsprechendes weiteres gefahrloses Vorgehen wird ermöglicht. Selbst im Falle eines Anstreifschadens läßt sich dessen Ausmaß durch diese Messung erfassen. Die exakte absolute und relative Schwingungsmessung an axial beliebiger Stelle eröffnet sowohl an Versuchsmodellen wie an verwirklichten Anlagen Möglichkeiten der Erkenntniserweiterung und damit der Verbesserung der maschinenbaulichen Gestaltung der einschlägigen Maschinen.
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Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    ί 1 ·) Verfahren zur Messung von relativen und absoluten Wellenschwingungen, relativer radialer bzw. axialer Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmungen bei Rotationsmaschinen, insbesondere bei Versuchsanordnungen, Dampfturbinen, Gasturbinen, Kompressoren, Gebläsen und Pumpen im aktiven Betrieb, im Turnbetrieb sowie von radialen und axialen relativen Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmungen im Stillstand, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Strahlen im Tangentialbereich der Laufräder oder Wellen und durch geeignete Anordnung entsprechender Meßeinrichtungen eine direkte Messung der Spaltweite sowie der relativen und absoluten Wellenschwingung, der relativen radialen Wellenlage und der Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmung durchgeführt wird, wobei die Emission einer Strahlung in tangentialer Richtung zu Welle bzw. Läufer, oder eine Emission unter beliebigem Winkel mit entsprechender Umlenkung in die tangentiale Richtung erfolgt, und diese Strahlung nach Durchlaufen des Tangentialbereiches von einem Detektor auf Vorhandensein, Intensität und Charakter analysiert wird und analog dazu die Messung der axialen relativen Wellen- bzw. Läuferlage durch Strahlen an einer möglichst vertikalen Flanke des Läuferlängsschnittes, z. B. an Schaurfeikanten, Läuferscheiben oder Läuferbünden erfolgt.
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  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    zwei oder mehrere Meßeinrichtungen um bestimmte Win-
    o ο
    kel, vorzugsweise um 90 oder 180 am Umfang versetzt angeordnet sind, wobei nach Ursachen differenzierte Messungen durchgeführt und Wellenmittelpunktsbahnkurven festgehalten werden können.
  3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen Lichtstrahlen sind und von entsprechenden Meßeinrichtungen analysiert werden.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen Laserstrahlen sind und von entsprechenden Meßeinrichtungen analysiert werden.
  5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen radioaktive Strahlen sind und von entsprechenden Meßeinrichtungen analysiert werden.
  6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen Röntgenstrahlen sind und von entsprechenden Meßeinrichtungen analysiert werden.
  7. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen elektromagnetische Wellenstrahlungen anderer Art sind und von entsprechenden Meßeinrichtungen analysiert werden.
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  8. 8. Vorrichtung zur Messung von relativen und absoluten Wellenschwingungen, relativer radialer bzw. axialer Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Läuferverkrümmungen bei Rotationsmaschinen, insbesondere bei Versuchsanordnungen, Dampfturbinen, Gasturbinen, Kompressoren, Gebläsen und Pumpen im aktiven Betrieb, im Turnbetrieb sowie von radialen und axialen relativen Wellenlagen und Gehäuse- bzw. Lauf erver— krümmungen im Stillstand, gekennzeichnet durch eine oder mehrere in dem Tangentialbereich durch das Gehäuse (2) geführte Tangentialbohrungen (4), die sich im Meßbereich zwischen Laufrad (1) und Gehäuse (2) befinden.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlen von einem Emitter (5) in tangentialer Richtung durch die Tangential bohrung (4) und durch die Meßstelle (8) zu einem Detektor (6) geführt werden,
  10. 10, Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlen von einem Emitter (64) in einen bestimmten Winkel zur tangentialen Richtung und vorzugsweise in einen ■ Winkel von 90 zu einem Reflektor (69) geführt und an diesem in die Tangential richtung umgelenkt werden und an einen zweiten Reflektor (72) wiederum umgelenkt und zum Detektor (74) geführt werden.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die druckfeste, wärmefeste und eventuell korrosionsfeste Abdichtung (68) des Gehäuses (62) zum Emitter (64) und Detektor (74) bzw. nach außen mit strahlendurchlässigen Materialien und einer geeigneten Halterung versehen ist.
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  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlendurchlässigen Materialien mit einer Beheizungsvorrichtung ausgestattet sind.
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DE2241436A 1972-08-23 1972-08-23 Einrichtung zur Messung der Schwingungen und Lage der Läufer von Rotationsmaschinen Withdrawn DE2241436B2 (de)

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CH1640872A CH558522A (de) 1972-08-23 1972-11-10 Verfahren und vorrichtung fuer spaltmessungen bei rotationsmaschinen.
US389470A US3908444A (en) 1972-08-23 1973-08-20 Apparatus and method of clearance and vibration measurement in rotary machines
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GB (1) GB1449275A (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2828311A1 (de) * 1978-06-28 1980-01-10 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Vorrichtung zur ueberwachung von betriebswerten eines lagers
DE10014748A1 (de) * 2000-03-24 2001-10-11 Schenck Vibro Gmbh Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung an rotierenden Wellen von Maschinen
DE10054227A1 (de) * 2000-11-02 2002-08-01 Musa Kazalan Messvorrichtung zur Überwachung der Aussenkontur von Profilen bei der Herstellung

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4060329A (en) * 1975-10-23 1977-11-29 General Electric Company Method and apparatus for measuring deflection of rotating airfoils
NL7802553A (nl) * 1978-03-08 1979-09-11 Skf Ind Trading & Dev Magnetisch lagerstelsel.
US4180329A (en) * 1978-03-23 1979-12-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Single blade proximity probe
JPS56130605A (en) * 1980-03-18 1981-10-13 Nec Corp Measuring system for lug height of cup
JPS571614A (en) * 1980-06-02 1982-01-06 Toshiba Corp Gap measuring instrument for shearing cutter
JPS5741115A (en) * 1980-08-14 1982-03-08 Toshiba Corp Gap metering apparatus of cutting tool
US4413519A (en) * 1981-07-29 1983-11-08 Westinghouse Electric Corp. Turbine blade vibration detection apparatus
US4456378A (en) * 1981-12-21 1984-06-26 North American Philips Corporation Optical position sensor
FR2544855B1 (fr) * 1983-04-20 1986-02-21 Snecma Procede et dispositif de mesure de precision de la hauteur des aubes d'un rotor
US4573358A (en) * 1984-10-22 1986-03-04 Westinghouse Electric Corp. Turbine blade vibration detection apparatus
US4914953A (en) * 1988-11-07 1990-04-10 Westinghouse Electric Corp. Turbine blade vibration monitor for non-magnetic blades
GB9204413D0 (en) * 1992-02-29 1992-04-15 Northern Eng Ind Method and apparatus for observing of gap between relatively rotating parts
US5866824A (en) * 1997-01-24 1999-02-02 American Meter Company Gas turbine meter
US6177997B1 (en) * 1998-08-19 2001-01-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Shaft position optical sensor
US6853945B2 (en) * 2003-03-27 2005-02-08 General Electric Company Method of on-line monitoring of radial clearances in steam turbines
US7861592B2 (en) * 2007-02-27 2011-01-04 Siemens Energy, Inc. Blade shroud vibration monitor
DE102009017796A1 (de) * 2009-04-20 2010-10-21 Mtu Aero Engines Gmbh Optische Sonde und Lichtschranke für eine Strömungsmaschine
EP2492452A1 (de) * 2011-02-22 2012-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Konstruktion einer Strömungsmaschine
EP2692997B1 (de) * 2011-03-31 2019-12-25 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Vorrichtung zur einstellung der position eines dampfturbinengehäuses
US8505364B2 (en) 2011-11-04 2013-08-13 General Electric Company Systems and methods for use in monitoring operation of a rotating component
EP2924453B1 (de) * 2014-03-26 2018-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Inspektion eines Generatorluftspalts
CN107764198B (zh) * 2017-11-02 2024-02-02 天津大学 发动机动静叶片轴向间隙光投影测量装置和方法
CN110440898B (zh) * 2019-07-25 2021-06-29 山西漳泽电力股份有限公司河津发电分公司 一种转动机械振动测量方法
US11635750B2 (en) 2019-10-30 2023-04-25 General Electric Company System and method for removably inserting a sensor assembly into a compressor casing
US11060847B2 (en) * 2019-10-30 2021-07-13 General Electric Company System and method for optical measurements in a rotary machine
US10921113B1 (en) * 2019-10-30 2021-02-16 General Electric Company System and method for optical measurements in a rotary machine
US11409022B2 (en) * 2019-10-30 2022-08-09 General Electric Company System and method for optical measurements in a rotary machine
US11400527B2 (en) 2019-10-30 2022-08-02 General Electric Company System and method for machining a slot in an inner surface of a casing for a gas turbine engine
CN114483223B (zh) * 2021-12-27 2023-07-18 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种汽轮机筒形缸的温度平衡结构

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2441343A (en) * 1944-07-07 1948-05-11 Borg Warner Photoelectric ring gauge
US2540105A (en) * 1945-07-30 1951-02-06 James Y Dunbar Vibration recorder
FR1039327A (fr) * 1951-07-03 1953-10-06 Cem Comp Electro Mec Dispositif de mesure du jeu dans les machines tournantes
GB1080726A (en) * 1965-10-13 1967-08-23 Rolls Royce Method and apparatus for testing the clearances at the tips of blades
US3589815A (en) * 1968-06-21 1971-06-29 Information Dev Corp Noncontact measuring probe
DE1903410A1 (de) * 1969-01-21 1970-09-10 Licentia Gmbh UEberwachung von Luftspaltaenderungen bei Wechselstrommaschinen
US3604940A (en) * 1969-08-04 1971-09-14 Laser Systems Corp Radiant energy inspection system for rotating objects
DE2129411C2 (de) * 1971-06-14 1982-05-06 Udo Dr. Dipl.-Kfm. 6148 Heppenheim Peter Einrichtung zur Messung der Schwingungen und Lage der Läufer von Rotationsmaschinen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2828311A1 (de) * 1978-06-28 1980-01-10 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Vorrichtung zur ueberwachung von betriebswerten eines lagers
DE10014748A1 (de) * 2000-03-24 2001-10-11 Schenck Vibro Gmbh Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung an rotierenden Wellen von Maschinen
DE10054227A1 (de) * 2000-11-02 2002-08-01 Musa Kazalan Messvorrichtung zur Überwachung der Aussenkontur von Profilen bei der Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
CH558522A (de) 1975-01-31
FR2197162B1 (de) 1978-01-06
DE2241436B2 (de) 1980-12-04
US3908444A (en) 1975-09-30
FR2197162A1 (de) 1974-03-22
JPS49133056A (de) 1974-12-20
GB1449275A (en) 1976-09-15

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