DE2627209C3 - Gerät zur Registrierung der zurückgelegten Lastzyklen von umlaufenden Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Registrierung von zurückgelegten Lastzyklen von umlaufenden

ίο Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einer der wesentlichen, die Lebensdauer einer umlaufenden Maschine beeinflussenden Faktoren ist die Drehzahl, mit welcher die Maschine betrieben wird.
Bei stationären Maschinen, wie beispielsweise unter gleichbleibender Last- arbeitenden Elektromotoren, Kann die zu erwartende Lebensdauer als eine bestimmte Anzahl von Betriebsstunden angegeben werden. Bei anderen, unter veränderlicher Last arbeitenden Maschinen, beispielsweise Gasturbinentriebwerken, sind jedoch manche Maschinenteile durch Laständerungen zyklischen Beanspruchungen unterworfen, und bei solchen Maschinen hat die Anzahl der stattgefundenen Belastungszyklen der Maschine einen stärkeren Einfluß auf die Lebensdauer als die Zahl der zurückgelegten Betriebsstunden.

Bei gewissen umlaufenden Maschinen, ebenfalls beispielsweise Gasturbinentriebwerken, wird eine bestimmte 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.

Aus der GB-PS 12 47 293 ist ein Gerät der eingangs genannten Art bekannt, welches die jeweils bei verschiedenen Betriebszuständen einer Maschine zurückgelegte Betriebszeit mißt und gleichzeitig eine Zählung der Anzahl des Auftretens jedes dieser verschiedenen Betriebszustände vornimmt. Dazu ist eine Reihe von auf abgestufte, zunehmend höhere Pegel eines von einem Signalgenerator (Tachogenerator) erzeugten Signals (Drehzahlsignal) ansprechenden Detektoren vorgesehen, wobei jedem Detektor ein Zeitzähler sowie ein Häufigkeitszähler nachgeschaltet sind. Der Zeitzähler ermittelt die Betriebsdauer, weiche die Maschine bei der dem betreffenden Detektor zugeordneten Drehzahl zurücklegt, und der Häufigkeitszähler zählt, wie oft die Maschine die dem betreffenden Detektor zugeordnete Drehzahl erreicht. Diese beiden Zählungen werden für jeden Detektor und somit für jeden Drehzahlbereich der Maschine gesondert durchgeführt, so daß man als Ergebnis die bei den ein/einen Drehzahlbereichen zurückgelegten Betriebs-

ίί zeiten sowie die Häufigkeiten des Erreichens der einzelnen Drehzahlbereiche erhält. Die Anzahlen des Erreichens der verschiedenen Drehzahlbereiche der Maschine v/erden dann als Maß der eingetretenen Ermüdung verschiedener kritischer Bauteile ausgewer-

bo tet und in Verbindung mit den aufsummierten Bstriebs/eitcn zur Ermittlung des Zeitpunkts benutzt, an Welchem eine Generalüberholung notwendig ist,

DeC richtigen Ermittlung des Zeilpunkts einer notwendigen Generalüberholung kömmt große Bedeü^

lung zu, denn bei zu früher Überholung wird die mögliche Standzeit der betreffenden Maschinenteile rtür unzureichend ausgenützt, während jedoch bei nicht rechtzeitiger Durchführung der Überholung schwere

Schäden an der Maschine entstehen können.

Wie sich gezeigt hat, Führt aber das bloße Ermitteln der Häufigkeit des Erreichens bestimmter Leistungspegel durch die Maschine und der bei diesen Leistungspegeln jeweils zurückgelegten Betriebszeit zu keiner ausreichend genauen Information hinsichtlich des tatsächlichen Ausmaßes des Lebensdauerverbrauchs bestimmter kritischer Maschinenteile.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art zu entwickeln, das einen genaueren Aufschluß über den zurückgelegten Teil der Lebensdauererwartung der Maschine bzw. deren kritischer Teile gibt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung v/erden bei dem erfindungsgemäßen Gerät die Betriebsphasen bei den einzelnen abgestuften Leistungspegeln nicht gesondert ausgewertet, sondern zu einem als Zählerstand eines einzigen, allen Detektoren gemeinsam nachgeschalteten Zählers dargestellten Ergebnis verarbeitet. Dabei gehen in das Ergebnis die star'indenden Lastwechsel bzw. Laständerungen, und zwar jeweils nach ihrem Ausmaß gewichtes nicht aber die Verweildauer der Maschine in den einzelnen Leistungspegelbereichen in das Ergebnis ein. Dabei wird der Erkenntnis Rechnung getragen, daß das Verweilen bei gleicher Last sowie Laständerungen von etwa 15% am oberen Ende des Leistungsbereiches nur zu einer verhältnismäßig unbedeutenden Verringerung der Maschinenlebensdauer führen, während größere Laständerungen, wie sie beispielsweise beim Anfahren aus dem Leerlauf in den Volleisiungsbereich auftreten, eine wesentlich ausgeprägtere Wirkung auf die Lebensdauer haben.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät wird, wenn ein Detektor einmal auf Grund des Ansprechens auf den ihm zugeordneten Signalpegel einen Zählimpuls abgegeben hat, dieser Detektor durch die ihm zugeordnete Sperrschaltung so lange gesperrt gehalten, bis der Signalpegel vieder auf einen vorgegebenen niedrigeren Wert, nämlich den Ansprechpegel des dem betreffenden Detektor als Rückstellimpulsquelle zugeordneten Hilfsdetektors oder Detektors abgefallen ist. Damit wird erreicht, daß das Gerät bei Laständerungen der Maschine jeweils einen numerischen Wert zählt, welcher der Große der jeweiligen Laständerung entspricht. Diese Laständerungen werden entsprechend ihrem Ausmaß durch geeignete Abstufung der einzelnen Detektoransprechpegel und geeignete Wahl der Ansprechpegeldifferenz zwischen jedem Detektor und der ihm zugeordneten Rückstellimpulsquelle jeweils individuell gewkhtet.

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 /u werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche

Ein Ausführjjrigsbeispiel der Erfindung wird nächste* hend mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, welche ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Geräts zeigt.

Die Zeichnung z<?igt ein Zählgerät mit 21 Eingangskanälen, die alle an eine Eingangsleitung 50 angeschlossen sind, Über welche ein ibktrisches Impülssignal zugeführt wird, dessen Frequenz die Drehzahl des umlaufenden Teils einer umlaufenden Maschine darstellt, deren Betriebsdauer registriert warden soll. 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

ίο 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	% Nenn	Zählung	Rückstell
	bzw.	drehzahl		pegel für
	Frequenzwerl			die Sperr
25				schaltung
	1	10	Nein	8
	2	20	Nein	9
	3	30	Nein	10 und 11
30	4	40	Nein	12
	5	50	Nein	13
	6	55	Nein	14
	7	60	Nein	15
	8	65	Ja	16
35	9	70	Ja	17
	10	75	Ja	18 und 19
	11	80	Ja	20
	12	85	Ja	21
	13	88	Ja	-
40	14	90	Ja	-
	15	95	Ja	-
	16	97,5	Ja	-
	17	100	Ja	-
	18	101	Ja	-
45	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 Weh»e nacheinander die Detektoren 2,3, 4 usw. an, wenn die Drehzahl jeweils den dein betreffenden Detektor zugeordneten Wert erreicht.

Jodei Detektor bleibt jeweils so lange betätigt, wie sich die Drehzahl oberhalb der ihm zugeordneten Drehzahlschwelle bewegt.

Erreicht die Maschine 65% der Nenndrehzahl, so spricht der Detektor 8 an, der über eine Leitung 51 mit einer bistabilen K^:?pstufe 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 einfer solchen Kippstufe versehen und stellen eine Gruppe von

Hilfsdelektoren dar, die keine Zählimpulse erzeugen, während die Detektoren H .,. 21 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 53 und eine monoslabile Kippstufe 54 an einen elektromechanischen Zähler 55 sendet, dessen Zählerstand dadurch um den Betrag
erhöht wird. Die monostabile Kippstufe 54 gibt 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 daiin zur Abgabe eines weiteren Zählimpulses bereit ist. Der von der bistabilen Kippstufe 52 erzeugte Zählimpuls gelangt jedoch auch über eine Leitung 57 zu einer weiteren, als Sperrschaltung 58 dienenden bistabilen Kippstufe. Durch diesen Zählimpuls wird diese Kippstufe in ihren zweiten Zustand gekippt, in welchem sie ein Sperrsignal über eine Leitung 59 zur ersteren Kippstufe 52 sendet, welches die Abgabe eines weiteren Zählimpulses verhindert, so lange es anliegt. Jedem der Detektoren 8 ... 2\ ist eine ais Sperrschaitung dienende und an die Rückstellimpulsleitung 56 angeschlossene bistabile Kippstufe 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 Sperrschaltung 58 erzeugte Sperrsignal verhindert jeweils die weitere Zählimpulserzeugung durch diese Detektoren.

Es sei nun angenommen, daß die Drehzahl auf 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, so werden nacheinander die Detektoren 16, 15, 14 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 ZählimDu'serzeuEune eesDerrt 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 Rücksteltpegel abfallen muß. bevor eime weitere Zählimpulserzeugung stattfinden kann. 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 70% der Nenndrehzahl abfällt bevor sie wieder auf 100% der Nenndrehzdil 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, als Sperrschaitung 58 dienende Kippstufe abgibt Beispielsweise sendet der Detektor 12 bei semer Entregung über die Leitung 60 ein Rücksteiisignai zur Sperrschaitung 58 des Detektors 21 und kippt dadurch diese in ihren Ursprungszustahd zurück, in welchem sie kein Sperrsignal mehr an den Detektor 21 anlegt. Der Detektor 21 kann dann beim Auftreten der nächsten Beschleunigung auf 105% der Nenndrehzahl wieder einen Wählimpuls 5 abgeben. Die Zuordnung der als Rückstellirnpulsquellen 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

ίο 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

w dem überschreiten des Fegeis 2i vierzehn Zänümpuise erzeugt worden. Wenn sich die Drehzahl danach verringert, jedoch oberhalb von 88% (Pegel 13) der Nenndrehzahl 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 75% (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 Geschwindiekeitsbereich zu einem anderen und die Drehzahlschwellwerte sind hinsichtlich ihrer Abso-Iutwerte als auch hinsichtlich ihrer gegenseitigen Abstände so gewählt, daß die Zählung der zwischen den Drehzahlbereichen auftretenden Wechsel den Lebensdauerverbrauch widerspiegelt. Das Gerät macht eine Rechentätigkeit entbehrlich und gibt eine einfache Anzeige in Form eines numerischen Wertes der Betriebsdauer der Maschine zwischen den Überholungen ab. Beispielsweise zeigt der Zähler 55 cnen 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 gegebenenfalls zwei Parameter berücksichtigt werden, beispielsweise Temperatur und Drehzahl, indem eine auf dem Temperaturverlauf beruhende Zählung und eiite auf dem Drehzahiverlauf beruhende Zählung einander überlagert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Registrierung von zurückgelegten Lastzyklen von umlaufenden Maschinen, mit einem Signalgenerator zur Erzeugung eines Signals, das einen der jeweiligen Maschinenausgangsleistung proportionalen Parameter darstellt, weiter mit einer Reihe von auf abgestufte, zunehmend höhere Pegel des vom Signalgenerator erzeugten Signals ansprechenden Detektoren, von denen jeder beim Feststellen des ihm zugeordneten Signalpegels einen Zählimpuls erzeugt, und mit einer Zähleinrichtung zum Aufsummieren der Zählimpulse als Maß für die zurückgelegten Lastzyklen, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Reihe von Detektoren (8,52 ... 21,52) eine Anzahl von Hilfsdetektoren (1 ... 7) vorgeschaltet ist, deren ebenfalls abgestufte Ansprechpegel unter dem niedrigsten Detektoransprechpegel liegen und die keine Zählimpulse erieugen,

b) daß die Zähleinrichtung einen aiien Detektoren gemeinsam nachgeschalteten Zähler (55) aufweist,

c) daß jedem Detektor (8, 52 ... 21, 52) eine Sperrschaltung (58) zugeordnet ist, die jeweils nach Erzeugen eines ZähJimpulses die Abgabe weiterer Zählimpulse dieses Detektors sperrt,

d) daß jeder Sperrschaltung (58) eine Rückstellimpulsquelle zugeordnet ist, weiche die Sperrung der Zählimpulsabgabe des zugehörigen Detektors w„der aufhebt, wenn ein bestimmter Signalpegel des Signalgfierators unterschritten wird, und

e) daß als RückstellimpulsqiHle jeweils ein auf einen niedrigeren Signalpegel ansprechender Hilfsdetektor (1 ... 7) oder Detektor (8, 52 ... 12,52) dient.

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 (54) mit der Zähleinrichtung (55) in Verbindung stehen, und daß die monostabile Kippstufe jeweils beim Empfang eines Zählimpulses einen Rückstellimpuls an die Rückstelleingänge der bistabilen Kippstufen sendet.

3. Gerät nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Detektor (8, !52 ... 21, 52) zugeordnete Sperrschaltung (58) eine bistabile Kippstufe aufweist, die jeweils durch einen Zählimpuls des ihr zugeordneten Detek'ors in einen diest-n Detektor sperrenden Zustand kippbar und durch «inen Rückstellimpuls von der diesem Detektor zugeordneten Rückstellimpulsquelle wieder in ihren Ursprungszustand rückkippbar ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das vom Signalgenera tor erzeugte Signal ein die Drehzahl der umlaufen den Maschine darstellendes Frequenzsignal und der jedem Detektor zugeordnete Signalpegel einem bestimmten Freqüen2weft entspricht-

5i Gerät flach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vom Signalgenefa' tor erzeugte Signal ein der Drehzahl der Maschine proportionales Spanitüngssignal ist.

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