DE2627209A1

DE2627209A1 - Geraet zur registrierung der zurueckgelegten betriebsdauer von umlaufenden maschinen

Info

Publication number: DE2627209A1
Application number: DE19762627209
Authority: DE
Inventors: Clive Seymour Barrington
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-06-18
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1976-12-30
Also published as: GB1513428A; IT1061169B; US4051720A; DE2627209B2; FR2315129A1; FR2315129B1; JPS5234759A; DE2627209C3

Description

PATKMTANWALT

Dipl. ing. K. HÖLZER

PHILIPPINE-WELSEK-STB ASSE 14

8900 AUGSBURG

TELEFON 51 β 4¹J 8 TRLEX 533Ϊ02 patol i

R.963

Augsburg, den 16. Juni I976·

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's Square,

London, England

Gerät zur Registrierung der zurückgelegten Betriebsdauer von

umlaufenden Maschinen

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Registrierung der zurückgelegten Betriebsdauer von umlaufenden Maschinen, mit einem Signalgenerator zur Erzeugung jeweils eines Signals, das einen der jeweiligen Maschinenausgangsleistung proportionalen Parameter darstellt, weiter mit einer abge-

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stuften Reihe von jeweils auf einen anderen Pegel des vom Signalgenerator erzeugten Signals ansprechenden Signal— pegeldetektoren, von denen jeder beim Peststellen des ihm zugeordneten Pegels einen Zählimpuls erzeugt, und mit einer Zähleinrichtung zum Aufsummieren der Zählimpulse als Maß für die zurückgelegte Betriebsdauer,

Die Lebensdauer einer umlaufenden Maschine wird von einer Anzahl von Faktoren beeinflußt, von denen einer die Drehzahl ist, mit welcher die Maschine betrieben wird.

Bei stationären Maschinen wie beispielsweise Elektromotoren, die unter gleichbleibender Last arbeiten, kann die zu erwartende Lebensdauer als eine bestimmte Anzahl von Betriebsstunden angegeben werden. Bei anderen Maschinen jedoch, die unter veränderlicher Last arbeiten, sind verschiedene Maschinenteile wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt. Bei solchen Maschinen, bei denen die Maschinenteile durch die Lastanderungeη zyklischen Beanspruchungen unterworfen sind, hat die Anzahl der stattgefundenen Belastungszyklen der Maschine einen stärkeren Einfluß auf die Lebensdauer als die Zahl der zurückgelegten Betriebsstunden,

Bei gewissen umlaufenden Maschinen wird eine bestimmte

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Betriebsdauer vorgegeben, nach deren Ablauf bestimmte Maschinenteile infolge von durch zyklische Beanspruchungen eingetretener Ermüdung ersetzt werden müssen. Dabei handelt es sich um eine Ermüdung durch niederfrequente Lastwechsel, wobei hier mit Niederfrequenz sehr geringe Lastzyklusfrequenzen gemeint sind. Derartige Maschinen sind beispielsweise Gasturbinentriebwerke, bei denen die Lebensdauer von manchen Bauteilen durch Ermüdung infolge niederfrequenter Lastwechsel begrenzt ist.

Aus der GB-PS 1 247 293 ist ein Gerät der eingangs dargelegten Art beschrieben, welches die jeweils bei verschiedenen Betriebszuständen einer Maschine zurückgelegte Betriebszeit mißt und gleichzeitig eine Zählung der Anzahl des Auftretens jedes dieser verschiedenen Betriebszustände herstellt. Die Anzahlen des Auftretens der verschiedenen Betriebszustände der Maschine werden dann als Maß der eingetretenen Ermüdung verschiedener kritischer Bauteile ausgewertet und in Verbindung mit den aufsummierten Betriebszeiten werden diese Zählungen zur Ermittlung des Zeitpunkts benutzt, an welchem eine Generalüberholung notwendig ist.

Die Ermittlung dieses Zeitpunkts ist von größter Wichtigkeit, da durch deren Genauigkeit festgelegt wird,

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wann die Überholung stattfinden sollte. Wird die Überholung zu früh durchgeführt, so wird die mögliche Betriebsdauer der Maschine nur unzureichend ausgenützt, während im anderen Falle der zu späten Durchführung der Überholung schwere Schaden an der Maschine entstehen können.

Das bloße Ermitteln der Anzahl des Erreichens eines gegebenen Leistungspegels durch die Maschine führt jedoch zu keiner ausreichend genauen Information hinsichtlich des Ausmaßes des tatsächlichen Verbrauchs der Lebensdauer bestimmter kritischer Maschinenteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs dargelegten Art zu schaffen, welches genaueren Aufschluß über den zurückgelegten Teil der Maschinenlebensdauer gibt und nicht nur die Anzahl, sondern auch die Größe der stattfindenden Lastwechsel berücksichtigt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedem Signalpegeldetektor eine Sperrschaltung, die jeweils nach Erzeugen eines Impulses durch den betreffenden Detektor die Abgabe weiterer Impulse sperrt, und eine Rückstellimpulsquelle für die Sperrschaltung zugeordnet ist, und daß als Rückstellimpulsquelle jeweils ein anderer, auf einen jeweils niedrigeren Signalpegel ansprechender

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Detektor der Detektorenreihe und mindestens im Falle des Detektors mit dem niedrigsten Ansprechpegel ein der Detektorenreihe vorgeschalteter Hilfsdetektor mit jeweils noch niedrigerem Ansprechpegel dient.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Laständerungen von etwa 15% am oberen Ende des Ausgangsleistungsbereiches nur zu einer verhältnismäßig unbedeutenden Verringerung der Maschinenlebensdauer führen, während größere Laständerungen, wie sie beispielsweise beim Anfahren der Maschine aus dem Leerlauf in den Volleistungsbereich auftreten, eine wesentlich ausgeprägtere Wirkung auf die Lebensdauer ausüben.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät wird also, wenn ein Detektor einmal den ihm zugeordneten Signalpegel festgestellt hat, dieser durch die ihm zugeordnete Sperrschaltung so lange gesperrt gehalten, bis der Signalpegel wieder auf einen vorgegebenen niedrigeren Wert, nämlich den Ansprechpegel des dem betreffenden Detektor zugeordneten anderen Detektors bzw» Hilfsdetektors, abgefallen ist. Dadurch wird erreicht, daß das Gerät bei Laständerungen der Maschine jeweils einen numerischen Wert zählt, der der Größe der jeweiligen Laständerung direkt entspricht.

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Diese Laständerungen werden entsprechend ihrem Ausmaß durch geeignete Abstufung der Detektoransprechpegel und geeignete Wahl der Ansprechpegeldifferenz zwischen jedem Detektor und der ihm zugeordneten Rückstellimpulsquelle jeweils individuell gewichtet.

Der von dem Gerät erzeugte einzige numerische Ausgangszählwert kann dann unmittelbar als Maß für den zurückgelegten Lebensdauerabschnitt gewertet werden. Die Zahl der zurückgelegten Betriebsstunden der Maschine braucht dabei nicht berücksichtigt zu werden.

Bevorzugte Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben, welche ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Geräts zeigt»

Die Zeichnung zeigt ein Zählgerät mit 21 Eingangskanälen, die alle an eine Eingangsleitung 50 angeschlossen sind, über welche ein elektrisches Impulssignal zugeführt wird, dessen Frequenz die Drehzahl des umlaufenden Teils

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einer umlaufenden Maschine darstellt, deren Betriebsdauer registriert werden solle Die Maschine selbst ist nicht dargestellt. Die Signalfrequenz ändert sich also mit der Maschinendrehzahl,

Jeder der 21 Kanäle enthält einen elektronischen Frequenzdetektor 1 ··,. 21, der auf einen gegebenen Frequenzwert anspricht. Jeder der 21 Detektoren spricht auf eine andere Frequenz an und die einzelnen Frequenzwerte entsprechen gemäß der nachstehenden Tafel A jeweils einem bestimmten, in Prozent der Nenndrehzahl ausgedrückten Drehzahl der Maschine, Die angegebenen Drehzahlen, die durch empirische Messungen ermittelt und durch Spannungsanalysen bestätigt sind, stellen eine Reihe von Drehzahlbereichen dar, anhand derer bei Wechseln zwischen diesen Drehzahlbereichen eine Messung der Betriebsdauer möglich ist.

Tafel A

Signalpegel bzw, Frequenzwert	% Nenndrehzahl	Zählung	dadurch zurück gestellter Pegel
1	10	Nein	8
2	20	Nein	9
3	30	Nein	10 und 11
H	40	Nein	12

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Signalgeber bzw, Frequenzwert	/5 Nenndrehzahl	Zählung	dadurch zurück gestellter Pegel
5	50	Nein	13
6	55	Nein	14
7	60	Nein	15
8	65	Ja	16
9	70	Ja	17
10	75	Ja	18 und 19
11	80	Ja	20
12	85	Ja	21
13	88	Ja	-
14	90	Ja	-
15	95	Ja	-
16	97,5	Ja	-
17	100	Ja	-
18	101	Ja	-
19	102	Ja	-
20	103,5	Ja	-
21	105	Ja	_

Wenn also die Maschine anfährt und 10% der Nenndrehzahl erreicht, spricht der Detektor 1 an. Bei weiterem Ansteigen der Maschinendrehzahl sprechen in der gleichen Weise nacheinander die Detektoren 2, 3, 4 usw„ an, wenn die Drehzahl jeweils den dem betreffenden Detektor zugeordneten Wert
erreicht, Jeder Detektor bleibt jeweils so lange betätigt,

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wie sich die Drehzahl oberhalb der ihm zugeordneten DrehzahIschwelle bewegt.

Erreicht die Maschine 65% der Nenndrehzahl, so spricht der Detektor 8 an, der über eine Leitung 51 mit einer bistabilen Kippstufe 52 verbunden ist. Auch jedem der folgenden Detektoren 9 ··«· 21 ist eine solche bistabile Kippstufe 52 nachgeschaltet. Die ersten sieben Detektoren sind jedoch nicht mit einer solchen Kippstufe versehen und stellen eine Gruppe von Hxlfsdetektoren dar, die keine Zählimpulse erzeugen, während die Detektoren 8 ···· eine Gruppe von jeweils Zählimpulse abgebenden Detektoren bilden.

Wenn also die Drehzahl den dem Detektor 8 zugeordneten Schwellenwert erreicht, betätigt dieser die ihm zugeordnete Kippstufe 52, die sodann einen Zählimpuls über ein OR-Glied und eine monostabile Kippstufe 5^ an einen elektromechanischen Zähler 55 sendet, dessen Zählerstand dadurch um den Betrag 1 erhöht wird. Die monostabile Kippstufe 54 liegt bei Ansteuerung durch einen Zählimpuls einen Rückstellimpuls über eine Leitung 56 an die bistabile Kippstufe 52 des Detektors 8 ab, wodurch diese in ihren Ursprungszustand rückgestellt wird und dann zur Abgabe eines weiteren Zählimpulses bereit ist. Der von der

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bistabilen Kippstufe 52 erzeugte Zählimpuls gelangt jedoch auch über eine Leitung 57 zu einer weiteren, als Sperrschaltung dienenden bistabilen Kippstufe 58. Durch diesen Zählimpuls wird die Kippstufe 5B in ihren zweiten Zustand gekippt, in welchem sie ein Sperrsignal über eine Leitung zur ersteren Kippstufe 52 sendet, welches die Abgabe eines weiteren Zählimpulses verhindert, so lange es anliegt. Jedem der Detektoren 8 „<,., 21 ist eine als Sperrschaltung dienende und an die Rückstellimpulsleitung 56 angeschlossene bistabile Kippstufe 58 zugeordnet.

Bei weiterem Ansteigen der Maschinendrehzahl werden nacheinander die Detektoren 9, 10 usw, betätigt und erzeugen über die ihnen zugeordneten Kippstufen 52 jeweils einen Zählimpuls, der durch das OR-Glied 53 und die monostabile Kippstufe 54 zum Zähler 55 gelangt und diesen um Eins weiterstellt. Das jeweils von der Kippstufe 58 erzeugte Sperrsignal verhindert jeweils die weitere Zählimpulserzeugung durch diese Detektoren.

Es sei nun angenommen, daß die Drehzahl 100$ (Pegel 17) der Nenndrehzahl ansteigt, also die Konstruktionsdrehzahl der Maschinenwelle erreicht wird. Solange die Drehzahl auf diesem Wert verbleibt, findet keine weitere Zählimpulserzeugung statt. Wenn jedoch die Drehzahl wieder abfällt,

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so werden nacheinander die Detektoren 16, 15, I^ usw. entregt, wenn die Drehzahl jeweils unter die den betreffenden Detektor zugeordnete Drehzahlschwelle abfällt. Die einen niedrigeren Ansprechpegel aufweisenden Detektoren, die noch betätigt sind, bleiben immer noch gegen eine weitere Zählimpulserzeugung gesperrt. Aus der Tafel A ist ersichtlich, daß jedem der Detektoren 8 bis 21 ein Rückstellpegel zugeordnet ist» Das bedeutet, daß, nachdem die Maschinendrehzahl bis auf einen bestimmten Wert beschleunigt worden ist, sie zuerst wieder auf den jeweils vorgegebenen Rückstellpegel abfallen muß, bevor eine weitere Zählimpulserzeugung stattfinden kann_e Wenn also die Drehzahl beispielsweise zuerst auf 100% (Pegel 17) der Nenndrehzahl gesteigert worden ist, so muß die Drehzahl danach unter 70^ (Pegel 9) der Nenndrehzahl abfallen, um den Detektor 9 zu entregen und eine Rückstellung des Detektors 17 und die Wegnahme des Sperrsignals von diesem herbeizuführen, bevor der Detektor 17 einen weiteren Zählimpuls erzeugen kann. Wenn die Drehzahl dabei nur gerade unterhalb von 702» der Nenndrehzahl abfällt, bevor sie wieder auf 100? der Nenndrehzahl beschleunigt wird, so wird nur der Detektor 17 zurückgestellt und nur dieser kann einen weiteren Zählimpuls erzeugen, Die Rückstellung erfolgt dadurch, daß der jeweils als Rückstellimpulsquelle dienende Detektor bei seiner Entregung ein Rückstellsignal an die betreffende,

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als Sperrschaltung dienende Kippstufe 58 abgibt. Beispielsweise sendet der Detektor 12 bei seiner Entregung über die Leitung 60 ein Rückstellsignal zur bistabilen Kippstufe 58 des Detekors 21 und kippt dadurch diese in ihren Ursprungszustand zurück, in welchem sie kein Sperrsignal mehr an den Detektor 21 anlegte Der Detektor 21 kann dann beim Auftreten der nächsten Beschleunigung auf 105$ der Nenndrehzahl wieder einen Zählimpuls abgeben» Die Zuordnung der als Rückstellimpulsquellen dienenden Detektoren 1 bis 12 zu den jeweils rückzustellenden Detektoren ist aus Tafel A ersichtlich. Dabei dienen die Hilfsdetektoren 1 bis 7 nur als Rückstellimpulsquellen und nicht zur Erzeugung von Zählimpulsen.

Die Tafel A zeigt, daß die Gruppe der Zählimpulse erzeugenden Detektoren 8 .... 21 jeweils durch das Abfallen der Maschinendrehzahl auf einen Wert unterhalb der Ansprechschwelle der Detektoren 1 „„.. 12 entsprechend der in Tafel A angegebenen Zuordnung rückstellbar ist. Um ein anderes Beispiel anzuführen, wenn die Maschine angefahren und bis auf 105$ (Pegel 21) der Nenndrehzahl beschleunigt wird, so beginnt die Zählimpulserzeugung beim Pegel 8 und es sind nach dem überschreiten des Pegels 21 vierzehn Zählimpulse erzeugt worden. Wenn sich die Drehzahl danach verringert, jedoch oberhalb von 88? (Pegel 13) der Nenn-

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drehzahl verbleibt, findet keine weitere Zählung statt. Wird die Drehzahl jedoch beispielsweise bis unter 50% der Nenndrehzahl verringert, so werden die Detektoren 13 bis 21 zurückgestellt und bei einer anschließenden Beschleunigung bis auf 100$ der Nenndrehzahl werden fünf weitere Zählimpulse durch die Detektoren 13 bis 17 erzeugt. Wird die Maschine abgestellt, so werden alle Detektoren 8...21 zurückgestellt. Wird die Maschinendrehzahl jedoch beispielsweise nur bis gerade unterhalb von 30% (Pegel 3) der Nenndrehzahl verringert, bevor eine erneute Beschleunigung stattfindet, so werden die Detektoren 8 und 9 nicht rückgestellt und die Zählimpulserzeugung beginnt bei 752» (Pegel 10), wenn die Drehzahl wieder erhöht wird. Das Verzögern der Maschine bis zum Stillstand stellt sicher, daß alle Detektoren zurückgestellt werden, um beim erneuten Anfahren der Maschine wieder Zählimpulse erzeugen zu können.

Das Gerät berücksichtigt die Beanspruchungen und die geleistete Arbeit der Maschine beim übergang von einem Geschwindigkeitsbereich zu einem anderen und die Drehzahlschwellwerte sind hinsichtlich ihrer Absolutwerte als auch hinsichtlich ihrer gegenseitigen Abstände so gewählt, daß die Zählung der zwischen den DrehZahlbereichen auftretenden Wechsel den Lebensdauerverbrauch widerspiegelt. Das Gerät

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macht eine Rechentätigkeit entbehrlich und gibt eine einfache Anzeige in Form eines numerischen Wertes der Betriebsdauer der Maschine zwischen den Überholungen ab_o Beispielsweise
zeigt der Zähler 55 einen Zählerstand von 7936 an und es
kann dem Bedienungspersonal der Maschine beispielsweise
vorgeschrieben sein, daß beim Erreichen eines Zählerstands von 8000 eine größere Überholung erforderlich ist«, Alternativ dazu kann der Zähler 55 als vollständig elektronisch arbeitende Ausgabeeinheit ausgebildet sein.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird als
Parameter die Drehzahl der Maschine gemessen. Das erfindungsgemäße Prinzip ist jedoch auch mit Hilfe von anderen Parametern anwendbar, die einen wesentlichen Einfluß auf die
Lebensdauer einer umlaufenden Maschine haben. Ferner können ggfs. zwei Parameter berücksichtigt werden, beispielsweise Temperatur und Drehzahl, indem eine auf dem Temperaturverlauf beruhende Zählung und eine auf dem Drehzahlverlauf beruhende Zählung einander überlagert werden.

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Claims

Patentansprüche

/1. J Gerät zur Registrierung der zurückgelegten Betriebsdauer von umlaufenden Maschinen, mit einem Signalgenerator zur Erzeugung jeweils eines Signals, das einen der jeweiligen Maschinenausgangsleistung proportionalen Parameter darstellt, weiter mit einer abgestuften Reihe von jeweils auf einen anderen Pegel des vom Signalgenerator erzeugten Signals ansprechenden Signalpegeldetektoren, von denen jeder beim Peststellen des ihm zugeordneten Pegels einen Zählimpuls erzeugt, und mit einer Zähleinrichtung zum Aufsummieren der Zählimpulse als Maß für die zurückgelegte Betriebsdauer, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Detektor (8, 52 «·· 21, 52) eine Sperrschaltung (58), die jeweils nach Erzeugen eines Impulses durch den betreffenden Detektor die Abgabe weiterer Impulse sperrt, und eine Rückstellimpulsquelle für die Sperrschaltung zugeordnet ist, und daß als Rückstellimpulsquelle jeweils ein anderer, auf einen jeweils niedrigeren Signalpegel ansprechender Detektor (1 ·.. 12) der Detektorenreihe (8 , <,·· 21) und mindestens im Falle des Detektors (8) mit dem niedrigsten Ansprechpegel ein der Detektorenreihe vorgeschalteter Hilfsdetektor (1 .·· 7) mit noch niedrigerem Ansprechpegel dient₀

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor eine bistabile Kippstufe (52) zur Zählimpulserzeugung aufweist, daß weiter die Zählimpulsausgänge aller Kippstufen über ein OR-Glied (53) und eine monostabile Kippstufe (5¹O mit der Zähleinrichtung (55) in Verbindung stehen, und daß die monistabile Kippstufe jeweils beim Empfang eines Zählimpulses einen Rückstellimpuls an die Rückstelleingänge der bistabilen Kippstufen sendete
3« Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Detektor (8 ,,., 21) zugeordnete Sperrschaltung (58) eine bistabile Kippstufe aufweist, die jeweils durch einen Zählimpuls des betreffenden Detektors in einen diesen Detektor sperrenden Zustand kippbar und durch einenRückstellimuls von der dem betreffenden Detektor zugeordneten Ruckstellimpulsquelle wieder in ihren Ursprungszustand rückkippbar ist.
4, Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Signalgenerator erzeugte Signal ein die Drehzahl der umlaufenden Maschine darstellendes Frequenzsignal und der jedem Detektor zugeordnete Signalpegel ein bestimmter Frequenzwert ist,

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5· Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Signalgenerator erzeugte Signal ein der Drehzahl der Maschine proportionales Spannungssignal ist,
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Signalgenerator erzeugte Signal ein der jeweiligen Betriebstemperatur der Maschine proportionales Spannungssignal ist.

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