DE2503077A1

DE2503077A1 - Verschleissdetektor fuer schublager

Info

Publication number: DE2503077A1
Application number: DE19752503077
Authority: DE
Inventors: Marcus Adrian Eggenberger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-02-14
Filing date: 1975-01-25
Publication date: 1975-09-18
Also published as: FR2261505A1; CA1027353A; CH585894A5; FR2261505B1; IT1031362B; JPS50115311A; GB1491803A; US3861818A; JPS5914640B2

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Schutzsysteme für Turbomaschinen, insbesondere auf eine hydraulisch in ihrer Lage eingestellte Einrichtung zur Erfassung der axialen Bewegung eines Turbomaschinenläufers oder -rotors.

In der US-Patentschrift 2 888 023 wird eine hydraulische Anzeigeeinrichtung für den Verschleiß eines Schublagers offenbart, die einen hydraulisch in seiner Lage eingestellten Folgekolben (follower piston) und einen integralen Düsenteil enthält ^" der eng benachbart zum Turbomaschinenrotor befestigt ist. Die Gleichgewichtslage des Polgekolbene ist abhängig von den unterschiedlichen Kolbenoberflächen, einer dazwischen befindlichen kalibrierten Düse und einem hydraulischen Zwischenraum mit konstantem Druck zwischen der Düse und dem Rotor. Ein Steuerventil wird durch den Folge-" kolben so in seiner Lage eingestellt, daß es eine Flüssigkeit oder ein fließfähiges Mittel zu einem Paar Druckschalter durchläßt oder

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absperrt, die mit einer Warnschaltung und einer Auslöseschaltung verbunden sind. Die Bewegung des Rotors infolge von Verschleiß oder Abnutzung am Drucklager kann den hydraulischen Druckzwischenraum entweder vergrößern oder verkleinern und dies bewirkt eine Bewegung des Folgekolbens in eine Gleichgewichtslage oder eine Einstellung eines stationären Zwischenraums. Das Steuerventil wird ebenfalls bewegt und bei einer vorgegebenen kritischen Größe der Bewegung bewirkt es das Schließen der Druckschalter infolge der Absperrung des Flüsaigkeitsdruckes und bewirkt die Betätigung der Auslöse- und Warnschaltung. Die Lagerabnutzung wird dadurch gemessen, daß die Auslöse- und Warnschaltung auf eine Prüfschaltung umgeschaltet wird und dann eine gleitende Ventilhülse, welche das Steuerventil umgibt, so lange bewegt wird, bie nur eine der Öffnungen versperrt ist. Dies ergibt eine Anzeige der noch verbleibenden zulässigen Abnutzung des Schublagers, aus der dann die Größe der Lagerabnutzung berechnet werden kann.

Diese vorstehend beschriebene Einrichtung war sehr brauchbar. Es ist jedoch erwünscht, weitere Verbesserungen durchzuführen, die ihre Zuverlässigkeit erhöhen. Es ist beispielsweise möglich, daß sich infolge von ö!verschmutzung oder ölmangel der Folgekolben im Innern des Detektorgehäuses festfrißt und hierdurch der Betrieb der Einrichtung verhindert wird. Ein anderes mögliches Problem kann im Innern der geeichten Düsenöffnung auftreten, die verstopft werden kann und dadurch einen Nichtabgleich des Folgekolbens und eine mögliche falsche Auslösung erzeugen kann. Eine weitere Verbesserung würde darin bestehen, daß die Abnutzung des Schublagers unmittelbar am Folgekolben gemessen wird, nicht in indirekter Weise, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Schließlich wäre es erwünscht, die Wahrscheinlichkeit einer falschen Auslösung infolge eines Ausfalls oder Defektes des Druckschalters·zu verringern.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines verbesserten Systems mit einem Detektor und ein.er Auslösung für die Abnutzung eines Schublagers mit gesteigerter Zuverlässigkeit.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin,, einen verbesserten Detektor für die Abnutzung eines Schublagers zu schaffen, bei dem die axiale Bewegung des Folgekolbens gemessen werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Detektor für die Abnutzung eines Schublagers zu schaffen, in dem die geeichte Düse leicht betriebsfähig gehalten werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Detektor für die Abnutzung an einem Schublager zu schaffen, bei dem die Abnutzung des Schublagers umittelbar ermittelt werden kann. ;

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Detektors für die Abnutzung eines Schublagers mit gesteigerter Zu^- verlä3SLgkeit gegenüber einer falschen Auslösung infolge eines Ausfalls des Druckschalters.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Detektor für die Abnutzung eines Schublagers mit einem hydraulisch abgeglichenen Folgekolben geschaffen, in dem eine Kolbendüse gleitend angebracht ist. Der Folgekolben und die Kolbendüse können als Gesamteinheit im Normalbetrieb bewegt werden, oder sie können während des Meß- oder Prüfbetriebes getrennt voneinander bewegt werden. Außerhalb des Gehäuses des Detektors für die Schüblagerabnutzung ist eine geeichte Düse in den Zuführungsleitungen für das fließfähige Mittel zur leichteren Wartung und Inspektion angeordnet. Ein linear variabler Differentialtransformator wird dazu benutzt, die Bewegung des Folgekolbens direkt zu messen und dadurch eine unmittelbare Ablesung für die Abnutzung am Lager zu erhalten. Weiterhin werden zusätzliche überschüßige Druckschalter für die Auslösung verwendet, um eine falsche Auslösung infolge des Defektes eines einzelnen Schalters zu umgehen. .

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Abbildung.

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Die Abbildung zeigt eine Ansicht eines Detektors für die Abnutzung eines Schublagers als Ausführungsform der Erfindung und zeigt weiterhin ein elektrisches Schaltbild einer Warn-, Auslöse- und Meßschaltung. Die Abbildung zeigt auch die äußeren Zuleitungsrohre zum Detektor.

Ein Schublagerdetektor 11 und ein Halterahmen 13 sind benachbart zum Rotor einer Turbomaschine angeordnet. Die Achse, des Detektors verläuft allgemein senkrecht zur Rotorachse; es ist jedoch auch möglich j den Detektor so anzubringen, daß seine Achse paralell zur Rotorachse ist. Die Schaltung 17 für Warn-, Auslöse- und Meßfunktionen kann an anderer Stelle an dem Halterahmen befestigt werden.

Der Detektor für die Abnutzung des Schublagers enthält ein stationäres Gehäuse 19, in dem eine axiale durchgehende Bohrung 21 gebildet ist. Ein Folgekolben 23 ist gleitend in einem Teil der axialen Bohrung des Gehäuses angeordnet und enthält einen Kolbenansatz 25 mit entgegengesetzten Kolbenoberflächen 25a und 25b, die Ausgleichskammern 27a bzw. 27b im Innern des Detektorgehäuses bilden. Die Ausgleichskammern 27a und 27b sind mit Einlaßöffnungen 29a bzw. 29b für das fließfähige Mittel ausgestattet.

Der Folgekolben enthält eine axiale Bohrung 31, welche eine gleitende Kolbendüse 33 aufnimmt. Die Düse ist eng benachbart zur Rotoroberfläche angeordnet und zwischen den beiden Teilen besteht ein Zwischenraum. Die Düse enthält ein offenes Ende 35 und einen verbreiterten Ansatzteil 37, der gleitend in einem verbreiterten Teil 39 der axialen Kolbenbohrung angebracht ist. Der vergrößerte Teil 39 der axialen Kolbenbohrung ist in ein Federgehäuse 39a und'eine innere Meß- oder Prüfkammer 39b unterteilt. Die innere Meßkammer wird über die Öffnung Hl in dem Folgekolben und eine Öffnung 29c im Detektorgehäuse mit dem fließfähigen Mittel versorgt. Das offene Ende 35 der Düse erhält das fließfähige Mittel aus der Ausgleichkammer 27b durch die Öffnung 4la in dem Folgekolben.

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Zwischen dem Folgekolben und dem Detektorgehäuse ist eine Feder M3 zur Verhinderung des Kontaktes zwischen der Düse und dem Rotor angebracht, wenn der Zufluß des fließfähigen Mittels zum Detektor gesperrt ist. Eine weitere Feder 45 in dem Federgehäuse 39a liegt an dem Düsenansatzring 37 und dem Folgekolben 23 so an, daß sich die Düse und der Folgekolben in der Betriebsstellung als Einheit bewegen können, wenn der Kammer 39b kein fließfähiges Mittel zugeführt wird. ..--."·

An einem Ende des Folgekolbens ist ein Steuerventil 51 angebracht, das axial mit demselben ausgerichtet ist, Das Steuerventil kann in einer axial verschiebbaren Hülse 53 gleiten. Die axial verschiebbare Hülse wird durch eine Mikrometerschraube 55 in ihrer Lage angeordnet. Die verschiebbare Hülee enthält Auslaßöffnungen 57a und 57b und auch noch eine dazwischenliegende Einlaßöffnung 59. Das Steuerventil enthält vorstehende Stegteile 6la und 6lb, die einen größeren axialen Abstand untereinander besitzen als die Auslaßöffnungen 57a und 57b. Daher strömt die zugeführte Flüssigkeit durch beide Auslaßöffnungen, wenn über die Einlaßöffnung 59 Flüssigkeit zugeführt wird und das Steuerventil 51 bezüglich der Auslaßöffnungen 57a und 57b zentrisch liegt. Die gleitende Hülse gestattet eine Einstellung der Punkte für das Warnsignal und die Auslösung bezüglich der normalen Betriebslage der Welle.

Eine Bewegung des Folgekolbens kann mit Hilfe eines linear variablen Differentialtransformators 63 (LVDT) gemessen und aufgezeichnet werden, der unmittelbar am Folgekolben angebracht ist» Der linear variable Differentialtransformator übersetzt die mechanische Bewegung eines Stabes 63a über eine Spule in eine Spannungsdifferenz, die dann ausgewertet werden kann, um die Abnutzung des Lagers zu erhalten. Die Bewegung des Folgekolbens wird unmittelbar auf einem Meßgerät abgelesen, welches die Stellung des linear variablen Differentialtransformators angibt. Dieser Aufbau gestattet auch noch eine kontinuierliche Überwachung der Wellenlage während · einer Einstellung des Punktes für das Warnsignal und die Auslösung unter Verwendung der gleitenden Hülse.

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Die Öffnungen 57a und 57b liefern fließfähiges Mittel oder Flüssigkeit durch Gehäuseöffnungen 65a und 65b an die zusätzlichen Druckschalter 67 und 69. Der Ausfall eines einzelnen Schalters wird keine falsche Auslösung bewirken, da beide Schalter in jedem Satz geschlossen sein müssen, bevor eine Auslösung erfolgt. Die mit den Druckschaltern verbundene elektrische Schaltung 17 wurde zur Vervollständigung in vereinfachter Form wiedergegeben.

Das Versorgungssystem 71 für die Flüssigkeitszufuhr enthält eine Hauptleitung 73, die mit einer Zweigleitung 75, einer Zweigleitung 77, einer Zweigleitung 79 und einer Zweigleitung 81 verbunden ist. Die Zweigleitung 75 liefert Flüssigkeit an das Steuerventil durch den Gehäuseeinlaß 83. Die Zweigleitung 77 liefert Flüssigkeit an die erste Ausgleichskammer 27a. Die Zweigleitung 79 liefert Flüssigkeit an die innere Kammer 39b und kann selektiv für Meßzwecke durch das Ventil 85 verwendet werden. Das Ventil 85 kann ein Magnetventil sein. Die Zweigleitung 8l liefert Flüssigkeit an die Ausgleichskammer 27b und kann auch noch durch das Ventil 87 selektiv betätigt werden, das ebenfalls ein Magnetventil sein kann. Die Zweigleitungen 77 und 81 sind unter Verwendung einer geeichten Düse 91 durch eine Leitung 89 miteinander verbunden. Die Verbindung mit der Zweigleitung 81 wird stromabwärts vom Ventil 87 vorgenommen, so daß Flüssigkeit selektiv zu dem Flüssigkeitsstrom von der Düse 91 zugefügt werden kann.

Die Arbeitsweise der Einrichtung kann wie folgt beschrieben werden: Ein Turbomaschinenrotor kann sich in jeder Richtung infolge der Abnutzung des Schublagers axial verschieben. Gemäß der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung enthält der Detektor für die Abnutzung des Schublagers einen hydraulisch abgeglichenen Folgekolben (die allgemeine Arbeitsweise eines solchen Kolbens wird in der US-Patentschrift 2 888 023 beschrieben), der jedoch eine gleitende Kolbendüse im Unterschied zu einem integralen Düsenteil nach der vorgenannten Patentschrift enthält. Weiterhin wird die Flüssigkeit während des Normalbetriebes den Abgleichkammern 27a · und 27b durch die Zweigleitung 77, die Leitung 89 und die öffnungen 29a und 29b zugeführt. Das Ventil 87 ist geschlossen, so daß

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die Arbeitsweise ähnlich.ist der Arbeitsweise der Einrichtung in der angeführten Patentschrift mit Ausnahme der geeichten Öffnung 91, welche sich zu einer bedeutend verbesserten Wartung außerhalb des Detektorgehäuses befindet.

Um die Betriebsfähigkeit des Folgekolbens und der .Düse zu überprüfen, kann das Ventil 85 geöffnet werden, so daß^nur der Folgekolben in Richtung des Rotors bewegt und die Kolbendüse stationär bleibt. Dies bewirkt eine Bewegung des Steuerventils zur Abdeckung der Öffnung 57a und damit zum Schließen der Druckschalter 69. Danach wird das Ventil 85 geschlossen und das Ventil 87 wird geöffnet und erzeugt eine Steigerung des Drucks in der Kammer 27b und · dadurch eine Belegung des Folgekolbens 23 und der Düse 33 von dem Rotor hinweg. Hierdurch wird das Steuerventil 51 so bewegt, daß es die Öffnung 57b bedeckt und hierdurch die Druckschalter 67 geschlossen werden. In dieser Weise können beide Auslosestellungen des Folgekolbens vollständig überprüft werden.

Die Bewegung des Folgekolbens wird unmittelbar durch den linear variablen Differentialtransformator 63 gemessen und es ist daher möglich, die Auslösepunkte vollständig einzustellen durch Bewegung der Hülse 53 bei gleichzeitiger Überwachung des FoIgekoIbens. Während der Einstellung der Auslöseschaltung wird daher eine ständige Überwachung der axialen Bewegung des Rotors beibehalten.

Schließlich vermindern die überzähligen Druckschalter die Wahrscheinlichkeit für eine falsche Auslösung infolge eines Ausfalls eines Druckschalters.

Vorstehend wurde die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Fachmann wird jedoch ohne weiteres Abwandlungen erkennen, welche den Rahmen unddie Konzeption der Erfindung nicht übersteigen.

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Claims

- 8 Patentansprüche

1ΛEinrichtung zur Nachführung bezüglich einer axialen Bewegung ^-' einer sich drehenden Welle mit einem benachbart zur drehenden Welle gehalterten Gehäuse und einem hydraulisch in seiner Lage eingestellten Folgekolben, der gleitend im Innern des Gehäuses gehaltert ist, welches entgegengesetzt liegende erste und zweite Kammern bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin umfaßt:

eine Kolbendüse (33), die gleitend im Innern des Folgekolbens (23) angebracht ist, wobei die Kolbendüse (33) ein offenee Ende (35) unmittelbar benachbart zur rotierenden Welle (15) enthält und zwischen diesen beiden Teilen ein hydraulischer Spalt gebildet ist, eine erste Kammer (27a) in Strömungsmittelverbin dung mit der zweiten Kammer (27b), die noch in Strömungsmittel verbindung mit der Kolbendüse (33) und dem hydraulischen Spalt steht, und einen Ansatz (35) an der Kolbendüse (33), die eine innere Kammer (39b) im Innern des Folgekolbens (23) bildet, eine Einrichtung zur selektiven Zuführung hydraulischer Flüssigkeit in die innere Kammer (39b) und eine Einrichtung (43*Ί5 zur Vorspannung der Kolbendüse (33) bezüglich ihrer Lage gegen den Folgekolben (23),

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine geeichte Düse (91) als Zwisehenverbindung der ersten und zweiten entgegengesetzten Kammer (27a,27b) besitzt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geeichte Düse (91) außerhalb des Gehäuses (19) angeordnet ist.

k. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin enthält:

eine erste Flüssigkeitszuleitung (77), die mit der ersten Kammer (27a) verbunden ist,'

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eine zweite Plüasigkeitszuleitiung (81), die mit der zweiten Kammer (27b) verbunden ist und ein Ventil (87) zur selektiven öffnung der zweiten Flüssigkeitszuführung zur zweiten Kammer (27b) enthält und

ein Rohr (89) zur gegenseitigen Verbindung der ersten und zweiten Flüssigkeitszuleitung (77,81) an einem Punkt stromabwärts vom Ventil (87), wobei das Rohr noch die geeichte Düse (Verengung) (91) enthält.

5. Anordnung nach Anspruch M, dadurch gekennzeichnet» daß sie noch eine dritte Flüssigkeitszuleitung (79) enthält, die mit der inneren Kammer (39b) verbunden ist, und noch eine Einrichtung (85) zur selektiven Zufuhr der Flüssigkeit in die innere Kammer (39b) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Steuerventil (51) enthält, dessen Lage durch den Folgekolben einstellbar ist und das hydraulisch mit ersten und zweiten Paaren (67,69) von Druckschaltern verbunden ist und eine elektrische Warn- und Sperrschaltung (17)» die mit den beiden Paaren von Druckschaltern verbunden ist, zur Betätigung dieser Schaltung (17) durch einen Verlust des hydraulischen Druckes in einem der beiden Paare von Druckschaltern.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin einen variablen Differentialtransfonnator (63) enthält, der einen in dem Transformator gleitenden und in seiner Lage durch den Folgekolben (23) eingestellten Stab (63a) besitzt.

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