DE2807297B2

DE2807297B2 - Einrichtung zur elektromechanischen Axialspielmessung

Info

Publication number: DE2807297B2
Application number: DE2807297A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Klaus Högg; Hartwig Dr.-Ing. 8000 München Knöll; Hermann 8031 Neu-Esting Laudenberg
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1978-02-21
Publication date: 1981-05-21
Also published as: IT1111509B; FR2417750B1; GB2014736A; GB2014736B; FR2417750A1; JPS6257921B2; US4229884A; IT7920316A0; DE2807297C3; JPS55464A; DE2807297A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektromechanischen Axialspielmessung von Rotationsbauteilen, insbesondere zur Messung des Axialspiels von Wellen hochtouriger Strömungsmaschinen, die ein gegenüber einem Meßobjekt festlegbares Gehäuse aufweist, in welchem ein motorisch antreibbarer Drehkörper gelagert ist, mit dem ein Taster in Richtung auf das Meßobjekt und — nach Auslösung eines Berührungsimpulses — wieder vom Meßobjekt fort bewegbar ist, wobei der Taster gegenüber dem Gehäuse sowie dem Meßobjekt elektrisch isoliert ist

Zur Messung des Axialspiels bei Turbinen einsetzbare ίο Einrichtungen sind beispielsweise aus der DE-OS 23 04 441, der DE-PS 9 49 775 sowie aus der CH-PS 3 63 491 bekannt.

Während im zuerst genannten bekannten Fall eine unter Berührung wirkende Einrichtung (Wellenversetzungsanzeigegerät mit Auslösung eines Schaltimpuises für die Meßwertaufzeichnung durch Abschleifen einer am berührungsseitigen Meßgeberende liegenden Scheibe) mit dem wesentlichen Mangel eines frühzeitigen Verschleißes und nicht über länger anhaltenden Betrieb kontinuierlich möglicher Axialspielmessung aufgezeigt ist, beinhalten die beiden anschließend genannten bekannten Fälle berührungslos wirkende Einrichtungen (Dauermagnet im Laufrad mit gegenüberliegender Induktionöeinrichtung und zugeordnetem Meßwertver-

2-; stärker im Falle der DE-PS 9 49 775 bzw. beiderseitig eines Wellenbundes befindliche induktive Verschiebungswertgeber gegebenenfalls als kapazitive Abgriffseinrichtungen abwandelbar im Falle der CH-PS 3 63 491). Der hauptsächliche Nachteil der beiden

«) zuletzt genannten bekannten Einrichtungen wird insbesondere im Hinblick auf den turbinenseitigen Einsatz in der mangelnden Temperaturbeständigkeit der benötigten Geber (Spulen, Feldplatten) sowie Magnetwerkstoffe bzw. der Veränderung der magneti-

J5 sehen Eigenschaften (Curie-Punkt) gesehen mit daraus resultierenden Meßwertverzerrungen. Ferner sind in den beiden zuletzt genannten bekannten Fällen aus in den Gebieten der Geber verlaufenden Verkabelungen bzw. Leitungen resultierende Feldstörungen nicht auszuschließen.

Aus der Zeitschrift »Archiv für technisches Messen«, Ausgabe Januar 1974, Seiten 11 und 12, ist eine Einrichtung bekannt, welche zur Abstandsmessung, d. h. genauer zur Messung des Radialspaltes zwischen Verdichter- oder Turbinenschaufelenden und der an die Schaufelenden angrenzenden Gehäuseinnenwand eingesetzt werden soll.

Hierzu soll bei der bekannten Einrichtung des Meßergebnisses u. a. über den Verstellweg eines axial

so verschiebbaren Taststiftes mittels eines Differentialtransformator-Weggebers ermittelt werden, der beiderseits einer dem Meßort abgewandten stiftartigen Verlängerung des Taststiftes angeordnet ist. Der Einsatz des Gerätes zur Axialspielmessung mittels Exzenterfühler ist nicht möglich, da der Taststift nur eine axiale Schiebbewegung ausführt.

Außerdem führen temperaturbedingte, unkontrollierte Wärmedehnungen der stiftartigen Verlängerung im vorliegenden bekannten Fall zu Fehlmessungen, und zwar insbesondere dann, wenn diese Verlängerung aus Einbaugründen verhältnismäßig lang ausgeführt werden muß.

Die vorliegende bekannte Einrichtung ist demnach zur Axialspielmessung weitestgehend ungeeignet, insbesondere wenn bauliche Gegebenheiten der betreffenden Maschine, beispielsweise eines Gasturbinenstrahltriebwerks, für die Axialspieimessung nur eine Zugänglichkeit in radialer Richtung zum Rotor gestatten.

Speziell sei hier an den Rotor des Gaserzeugers eines in Mehrwellenbauweise ausgeführten Gasturbinenstrahltriebwerkes gedacht, wobei z. B. der Hochdruckturbine des Gaserzeugers mindestens eine weitere Turbine zum Antrieb eines vor dem Hochdruckverdich- s ter liegenden Nieder- oder Mitteldruckverdichters nachgeschaltet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zum eingangs behandelten Stand der Technik vorgebrachten Nachteile zu beseitigen und eine Einrichtung zu u> schaffen, mk der eine optimale Axialspielmessung erzielbar sein soll.

Bei verhältnismäßig einfachem Aufbau und relativ einfacher Handhabung der Eimichtung soll diese Aufgabe weiter mit Rücksicht auf schwierige Einbau-Verhältnisse, die überwiegend einen seitlich radial gegen die Längs- bzw. Drehachse des Meßobjekts gerichteten Zugang des Meßgerätes sowie ein gegebenenfalls verhältnismäßig lang bauendes Meßgerät erzwingen, gelöst werden können. ^₀

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erindung bei einer Einrichtung zur elektromechanischen Axialspielmessumg von Rotationsbauteilen die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale vor.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen 2 bis 6 hervor.

Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wiedergegeben und näher erläutert _Jo

Hierbei ist mit 1 ein Elektromotor und mit 2 die vom Motor iiitreibbare, nach unten aus diesem herausgeführte, verlängerte Welle bezeichnet. Je nach gesteuerter Drehrichtung ist ein mit der Welle 2 verbundener Exzenterfühler, hier in Form einer am Wellenende exzentrisch angeordneten Scheibe 3, entweder in Richtung auf das Meßobjekt 4 oder von diesem fort bewegbar. Beim Meßobjekt 4 handelt es sich um eine Scheibe, die auf einer Maschinenwelle 5 sitzt, deren Axialspiel gemessen werden soll. Die Dreh- bzw. Längsachse der Maschinenwelle 5 ist mit 6 bezeichnet

Die Welle 2 des Meßgerätes ist in einem Gehäuse 7 drehbar, wobei elektrische Isolierungen der Welle 2 gegenüber dem Gehäuse 7 sowie gegenüber dem Elektromotor 1 der Reihe nach mit 8 und 9 bezeichnet sind.

Oberhalb des Elektromotors 1 befindet sich ein absoluter Winkelkodierer 10, mit dem während des Drehvorgangs der Drehwinkel der Welle 2 elektro-optisch gemessen werden kann, und mit welchem auch die Null- oder Ausgangsstellung der Welle 2 einschließlich der Scheibe 3 definiert werden kann. Einem vorgegebenen Drehwinkel der Welle 2 ist hierbei jeweils ein bestimmter axialer Abstand S zwischen der äußeren Umfangsflächs der Scheibe 3 und der entsprechenden Gegenfläche des Meßobjekts 4 zugeordnet

in der Zeichnung sind der Reihe nach weiter ein Indikator für den elektrischen Übergangswiderstand mit 11, eine Detektorelektronik mit 12, eine Motorsteuerung mit 13 und ein Meßwertspeicher mit 14 bezeichnet

Der Meß Vorgang geht wie folgt vor sich. Der Elektromotor 1 dreht den Exzentertaster 3 (Scheibe 3) mittels der Welle 2 von der Nullstellung aus so lange auf das Meßobjekt 4, bis der mit dem Indikator Π gemessene elektrische Übergangswiderstand zwi-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen sehen der Welle 2 nebst Scheibe 3 und Meßobjekt 4 einen eingestellten Grenzwert von beispielsweise 10 kii unterschreitet Zu diesem Zeitpunkt gibt die Detektorelektronik 12 einen Signalimpuls, und damit den Befehl »Berührung« (Signalfluß 15,16,17), wodurch gleichzeitig der momentane Anzeigewert des Winkelkodierers 10 elektronisch gespeichert und der Elektromotor 1 über die Motorsteuerung 13 automatisch umgesteuert wird, so daß er die Welle 2 nebst Scheibe 3 in die Nullstellung zurückfährt Im Meßwertspeicher 4 wird der Meßwert (digital kodierter Drehwinkel) gespeichert, und angezeigt, und zwar auch dann, wenn die Scheibe 3 die »Berührungsposition« schon wieder verlassen hat Ein Anzeigefeld zum Ablesen des Meßwertes ist mit 18 bezeichnet

Der auslösende Faktor für die Messung ist somit die scheinbare elektrische Kontaktierung zwischen der Scheibe 3 und dem Meßobjekt 4. Der relativ hohe Grenzwert des Übergangswiderstandes von z. B. 10 kO bedeutet bei ICV Meßspannung jedoch nur eine sehr leichte Berührung, unter der Voraussetzung, daß das Meßobjekt 4 ruht Im Hauptanwendungsfall, also bei der Messung des Axia'spiels der Maschinenwelle 5 ist davon auszugehen, daß das Meßobjekt 4 mit den in der Praxis auftretenden Umfangsgeschwindigkeiten an der Scheibe 3 vorbei bewegt wird. Dabei tritt nur eine scheinbare galvanische Berührung zwischen der Welle 3 und dem Meßobjekt 4 auf. Der angenommene Grenzwert des Übergangswiderstandes von 10 kQ kann schon bei einer Annäherung der Scheibe 3 auf etwa 0,2-0,4 μΐη an das Meßobjekt 4 erreicht werden.

Wie anhand der Zeichnung verdeutlicht, ist bei der vorliegenden Anordnung der Drehwinkel der Welle 2 elektro-optisch meßbar.

In der Zeichnung nicht weiter dargestellt, kann der Exzenterfühler ferner halbkreis-, sichel- oder nierenförmig ausgebildet sein.

Auf jeden Fall wäre dafür Sorge zu tragen, daß die äußere Umfangsfläche des scheibenförmigen Exzenterfühlers stets parallel zum Meßobjekt verläuft.

Gemäß der Zeichnung ist die Welle 2 ausschließlich in Umfangsrichtung verdrehbar, und zwar über die am Gehäuse 7 mit ihren jeweiligen Außenringen festgelegten Kugellager 19,20.

Demnach kann das Meßergebnis vorteilhafterweise ausschließlich über die jeweiligen Wellenverdrehung ermittelt werden.

In der Zeichnung nicht weiter dargestellt, kann die mit dem Antriebsmotor gekoppelte Welle in ein gegebenenfalls aus mehreren zylindrischen Gehäuseabschniiten zusammengesetztes Gehäuse eingebaut sein, welches mit Einrichtungen zur Festlegung des Meßgerätes z. B. am Außengehäuse einer Turbomaschine, bzw. am Verdichter oder Turbinengehäuse eines Gasturbinentriebwerks, versehen sein kann.

Im Interesse eines optimalen Meßergebnisses kann es weiter mit Rücksicht auf gegebene Einbauverhältnisse vorteilhaft sein, daß die Welle nebst Exzenterfühler mittels eines kardanischen Gelenkbauteils, bzw. mittels eines schlauchartigen, torsionssteifen Verbindungsgliedes gegenüber dem Antriebsmotor sowie dem Winkelkodierer justierbar ist

Die Einrichtung könnte gegebenenfalls weiter so ausgebildet sein, daß eine variable Axialverschiebung des Cehäuses des Meßgerätes einschließlich der Welle nebst Taster gegenüber dem Meßobjekt möglich ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur elektromechanischen Axialspielmessung von Rotationsbauteilen, insbesondere zur Messung des Axialspiels von Wellen hochtouriger Strömungsmaschinen, die ein gegenüber einem Meßobjekt festlegbares Gehäuse aufweist, in welchem ein motorisch antreibbarer Drehkörper gelagert ist, mit dem ein Taster in Richtung auf das Meßobjekt und — nach Auslösung eines Berührungsimpulses — wieder vom Meßobjekt fort bewegbar ist, wobei der Taster gegenüber dem Gehäuse sowie dem Meßobjekt elektrisch isoliert ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Drehkörper ist die verlängerte Welle (2) des Antriebsmotors (1), welcher in der Betriebsstellung im wesentlichen senkrecht zur Drehachse (6) eines Rotationsbauteils, und damit parallel zum Meßobjekt (4) angeordnet und ferner an dem Meßobjekt nächstliegenden Ende mit einem Exzenterfühler versehen ist,

b) es ist ein absoluter Winkelkodierer (tO) vorgesehen, mit dem die Nullstellung der Welle (2) definierbar sowie eine Abstandsänderung zwischen Exzenterfühler und Meßobjekt aus einer gleichzeitig damit einhergehenden Drehwinkeländerung der Welle ermittelbar ist,

c) die bei einer Bewegung des Exzenterfühlers in Richtung auf das Meßobjekt (4) sich ergebende Unterschreitung eines Widerstandsgrenzwertes des zwischen dem elektrisch isoliert eingebauten Exzenterfühler und dem Meßobjekt mittels eines Indikators (U) gemessenen Übergangswiderstandes erzeugt ein Berührungssignal, wodurch gleichzeitig sowohl der momentane Anzeigewert des absoluten Winkelkodierers (10) gespeichert als auch der Antriebsmotor, und damit die Welle (2) in eine entgegengesetzte Drehrichtung umgesteuert und hierauf in die Nullstellung zurückgedreht wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel der Welle (2) elektrooptisch meßbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterfühler eine an der Welle (2) exzentrisch angeordnete Scheibe (3) ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe halbkreis-, sichel- oder nierenförmig ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsfläche des Exzenterfühlers stets parallel zum Meßobjekt verläuft.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle nebst Exzenterfühler mittels eines kardanischen Gelenkbauteils bzw. mittels eines schlauchartigen, torsionssteifen Verbindungsgliedes gegenüber dem Antriebsmotor sowie dem Winkelkodierer justierbar ist.