DE2807881A1

DE2807881A1 - Schaltungsanordnung zum kontinuierlichen messen von spielen, spaltweiten und verschiebungen zwischen maschinenelementen, insbesondere bei rotationsmaschinen

Info

Publication number: DE2807881A1
Application number: DE19782807881
Authority: DE
Inventors: Jan Dipl Ing Jicha; Karel Dipl Ing Kopecek; Bretislav Langer
Original assignee: Prvni Brnenska Strojirna Zavody Klementa Gottwalda
Current assignee: Prvni Brnenska Strojirna Zavody Klementa Gottwalda
Priority date: 1977-04-16
Filing date: 1978-02-24
Publication date: 1978-10-19
Also published as: JPS6138402B2; CH624211A5; GB1598205A; FR2387435A1; CS193219B1; DE2807881C2; FR2387435B1; JPS53136859A; US4159636A

Description

Prvni brnenska strogirna, narodni podnik, Brno - 'Tschechoslowakei

Schaltungsanordnung zum kontinuierlichen Messen von Spielen, Spaltweiten und Verschiebung^! zwischen Maschinenelementen, insbesondere bei Rotationsmaschinen

.Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scnaltangsanordnung zum kontinuierlichen Messen von Spielen, Spaltweitan und Verschiebungen zwischen Maschinenelemente!!, insbesondere bei Rotationsmaschinen, wie zwischen dem Läufer und dem Stator. Die überwachung der Betriebsspiele im Betrieb ist bei diesen Maschinen von außerordentlicher Wichtigkeit, denn bei rechtzeitigem Eingriff kann die Berührung des Stators und des Läufers und damit eine eventuelle Beschädigung vermieden werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist jedoch auch für andere, im Bereich von hohen Temperaturen arbeitende Maschinen geeignet, bei welchen es bei Änderungen der Betriebsbedingungen zu großen Temperaturänderungen sowie

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zu beträchtlichen Wärmedeformationen kommt.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung zum Messen von Wärmedeformationen an Turbinen, die z.B. in der DE-PS 821 634 beschrieben ist, ist in dem Turbinenkörper gegenüber dem Läufer eine Abtastdüse angeordnet, die über eine Verbindungsleitung, an welche ein Manometer angeschlossen ist, an eine Blende angeschaltet ist. Bei dem Messen des Spieles zwischen der Abtastedüse und dem Läufer wird zur Blende ein Druckmedium, in diesem IPaIl Dampf zugeführt, welches durch die Blende, die Verbindungsrohrleitung und die Abtastedüse in die Turbine fließt. Bei einer Änderung des Spieles zwischen der Abtastedüse und dem Läufer ändert sich der Druck in der Verbindungsrohrleitung. Die der Änderung des Spieles entsprechende Druckänderung wird mit dem angeschlossenen Manometer gemessen. Diese Scnaltungsanordnung ist im Betrieb nur bei einer bekannten Durchflußcharakteristik bei konstantem Druck und Temperatur des zugeführten Dampfes verwendbar. Bei Parameteränderungen des zugeführten Dampfes kann das Spiel nicht direkt abgelesen werden. Bei festgestellten Drücken und anderen Parametern der verwendeten Schaltungsanordnung kann die Auswertung der Spielgröße und ihrer Änderungen nur in einer komplizierten Weise durch umständliche Berechnungen erfolgen.

Bei einer anderen bekannten Ausführung, die zum Messen von Axialverschiebungen der Läufer in den Turbinenstatoren bestimmt ist, wird zum Messen ein verdoppeltes System angewandt. Dieses System besteht aus zwei Meßkreisen, von denen jeder Kreis eine Abtastedüse aufweist. In einer Verbindungsrohrleitung beider Kreise ist ein Differenzmanometer eingeschaltet. In der Meßstelle der Verschiebung sind gegenüber

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dem an dem Rotor befestigten Ring an beiden Seiten Abtastdüsen angeordnet, die wieder in dem Stator der Maschine angebracht sind. Bei einer Axialverschiebung des Läufers wird das Spiel zwischen den Abtastdüsen und dem Ring so geändert, daß bei einer Abtastdüse das Spiel vermindert wird und bei der anderen Abtastdüse das Spiel in gleichem Maße vergrößert wird. Aus dem Drudkunterschied in den Verbindungsrohrleitungen, der durch ein Defferenzmanometer gemessen wird, wird wieder die Spieländerung zwischen den Durchflußteilen der Turbine ausgewertet. Zu einer eigentlichen Auswertung des Spieles bei Parameteränderungen des Durchflußmediums gelangt man ebenso wie in dem vorgehenden Fall erst nach komplizierten Umrechnungen.

Zur Vereinfachung der Auswertung der Spieländerungen bei Parameteränderungen des Durchflußmediums werden Schaltungsanordnungen mit einem Rechner benutzt, die eine komplizierte Umrechnung durchführen, z.B..gemäß der DE-PS 1 160 652. Bei dieser ist zu der oben beschriebenen Schaltungsanordnung ein zweites Differenzmanometer zugeordnet, das zwischen dem Raum, in dem¹ Abtastdüsen angeordnet sind, und zwischen dem Raum hinter den Blenden angeschaltet ist, das also das gesamte Druckgefälle des Durchflußmediums in jedem Meßkreis mißt.

Die analogen Signale des ersten Dif f erenzinanometers, das den Druckunterschied in den Verbindungsrohrleitungen mißt, gemeinsam mit den analogen Signalen des zweiten Differenzmanometers, das das gesamte Druckgefälle mißt, werden an den Rechnereintritt geleitet. Dieser Rechner wertet dann das Spiel aus. Die Auswertung ist jedoch in beträchtlichem Ausmaß ungenau, da in der Auswertung nicht der Temperatureinfluß des Durchflußmediums einbezogen ist.

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Es ist auch eine Kompensationsschaltungsanordnung zum Messen von Spielen und Verschiebungen aus der DE-OS 25 07 516 bekannt, die wieder aus zwei Kreisen besteht. Der Abtastkreis besieht bei dieser bcxialtungsanordnung aus einer Abtastdüse, die in der Meßstelle angebracht ist, und die durch eine Verbindungsrohrleitung an die erste Blende angeschlossen ist. Der Kompensationskreis besteht aus einer Kompensationsdüse, die in einer Stellvorrichtung angebracht ist, die durch eine Verbindungsrohrleitung an die zweite Blende angeschlossen ist. Zwischen den Verbindungsrohrleitungen beider Kreise ist ein Differenzmanometer eingeschaltet. Das Messen des Spieles wird beim Ausgleich der Druckdifferenz auf den Nullwert mit Hilfe einer entsprechenden Einstellung des Kompensationsspieles in der Kompensationsdüse durchgeführt.

Das gemessene Spiel stimmt dann mit dem Kompensationsspiel überein, welches direkt abgelesen werden kann. Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung liegt in der Notwendigkeit einer kontinuierlichen Ausgleichung der Druckdifferenz auf den Nullwert. In Fällen, wo die gemessenen Spiele kontinuierlich verfolgt werden müssen, ist es notwendig, an diese Schaltungsanordnung eine komplizierte Apparatur anzuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine direkte, verläßliche und dabei einfache Meßmöglichkeit von Spielen, Spaltweiten und Verschiebungen zwischen Maschinenelementen, insbesondere im Bereich hoher Temperaturen, zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein erster Druckraum in dem unbeweglichen Teil mit einem im Innern angeordneten beweglichen Teil mit einem zweiten Druckraum über

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drei Parallelkreise verkoppelt ist. An den ersten Kreis, der aus einer ersten Rohrleitung besteht, an deren einem Ende eine in dem unbeweglichen Teil fest angebrachte und durch ihre Mündung zur Oberfläche des beweglichen Teiles gewandte Meßdüse angeordnet ist, und deren anderes Ende an einen zweiten Druckraum angeschlossen und mit einer Meßblende versehen ist, ist zwischen die Meßdüse und die Meßblende die erste Zuleitung eines ersten Differenzmanometers, dessen andere Zuleitung an einen zweiten Kreis, welcher aus einer zweiten Verbindungsrohrleitung besteht, die an einem Ende mit einer ersten Vergleichsdüse versehen ist, deren Mündung gegenüber der Oberfläche des unbeweglichen Teiles verstellbar angeordnet ist, und mit ihrem anderen Ende an den zweiten Druckraum angeschlossen und mit einer ersten Vergleichstünde versehen ist, zwischen die Vergleichsdüse und die Vergleichsblende angeschlossen. An den zweiten Kreis ist zwischen die Vergleichsdüse und die Vergleichsblende die erste Zuleitung eines zweiten Differenzmanometers angeschlossen. Dessen andere Zuleitung ist an einen dritten Kreis, der aus einer dritten Verbindungsrohrleitung besteht, an deren einem Ende eine zweite durch die Mündung verstellbar gegenüber der Oberfläche des unbeweglichen Teiles angeordnete Vergleichsdüse angebracht ist, und deren anderes Ende an den zweiten Druckraum angeschlossen und mit einer zweiten Vergleichsblende versehen ist, zwischen die zweite Vergleichsdüse und die zweite Vergleichsblende angeschlossen. Es sind an den Umwandler des ersten Differenzmanometers und an den Umwandler des zweiten Differenzmanometers durch Anschlußleitungen die Zuleitungen der Auswertungsanlage angeschlossen.

Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht das Komparationsmessen und eine kontinuierliche Registration des Spieles

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zwischen dem Stator und dem Rotor einer Maschine, insbesondere einer Turbomaschine. Sie ist mit einfachen und an sich bekannten Elementen versehen und ermöglicht den Anschluß von verschiedenen Ablese-, Meß-, Registrier- oder Auswertungsapparaten.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in einem Blockschaltbild.

Innerhalb des unbeweglichen Teiles der Maschine - in ihrem Stator 3 - ist gegenüber ihrem beweglichen Teil, - der hier der Rotor 4- ist, - eine Meßdüse 5 angebracht. Diese Meßdüse ist mit dem Stator 3 fest verbunden. Die Mündung der Meßdüse 5 befindet sich von der Walzoberfläche des Rotors 4· im Abstand des gemessenen Spieles z. Die Meßdüse 5 ist durch eine erste Verbindungsrohrleitung 13» in der noch eine Meßblende eingeordnet ist, mit dem zxtfeiten Druckraum 2 verbunden. In dem ersten Druckraum 1, der durch den Hohlraum des Stators und eine an diesen durch die vierte Verbindungsrohrleitung angeschlossene Druckkammer 17 gebildet ist, sind eine erste Vergleichsdüse 7 und eine zweite Vergleichsdüse 9 angeordnet. Diese sind zwecks einer leichten Einstellung in einer abgetrennten Druckkammer 17 angeordnet und mit ihren Mündungen gegenüber ihnen zugeordneten Wänden verstellbar. Die Mündungen der Vergleichsdüsen 7» 9 befinden sich von dieser Wand im Abstand der Vergleichsspiele x, j.

Durch eine zweite Verbindungsrohrleitung 14, in der noch eine erste Vergleichsblende 8 angeordnet ist, ist die erste

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Vergleichsdüse 7 niit dem zweiten Druckraum 2 verbunden. In analoger Weise ist durch eine dritte Verbindungsrohrleitung 15, in <ler noch eine zweite Vergleichsblende 10 angeordnet ist, die zweite Vergleichsdüse 9 ^mi"t dem zweiten Druckraum 2 verbunden.

An die erste Verbindungsrohrleitung 13 des ersten Kreises ist zwischen die Meßdüse 5 und. die Meßblende 6 die erste Zuleitung des ersten Dxfferenzmanometers 11 angeschlossen, dessen zweite Zuleitung an die zweite Verbindungsrohrleitung 14 des zweiten Kreises zwischen die erste Vergleichsdüse 7 und die erste Vergleichsblende 8 angeschlossen ist. In analoger Weise ist das zweite Differenzmanometer 12 mit seinem ersten. Anschluß an die zweite Verbindungsrohrleitung 14 des zweiten Kreises zwischen die erste Vergleichsdüse 7 und die erste Vergleichsblende 8 angeschlossen. Mit seinem zweiten Anschluß ist es dann xan die dritte Verbindungsrohrleitung 15 des dritten Kreises zwischen die zweite Vergleichsdüse 9 und die zweite Vergleichsblende 10 angeschlossen. Ein an das erste Differenzmanometer 11 angeschlossener elektromechanischer Wandler ist durch die erste Anschlußleitung an den ersten Eintritt der Auswertungsanlage 20 angeschaltet. In analoger Weise ist die zweite Anschlußleitung 19 an den zweiten Eintritt der Auswertungsanlage 20 angeschaltet. In analoger Weise ist der elektromechanische Wandler des zweiten Dxfferenzmanometers 12 durch die zweite Anschlußleitung 19 an den zweiten Eintritt der Auswertungsanlage 20 angeschaltet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Wenn in dem ersten Druckraum 1 'ein höherer Druck als in dem zweiten Druckraum 2 herrscht, fließt Druckmedium durch das

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- Sr-

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Meßsystem in den zweiten Druckraum 2, wobei die Druckverhältnisse an den Anschlüssen der Differenzmanometer 11, 12 Funktionen des gemessenen Spieles ζ und.der Vergleichsspiele x, y sind. Die Druckdifferenz an dem ersten Differenzmanometer 11 entspricht dem Unterschied des gemessenen Spieles ζ und des Vergleichsspieles x. In analoger Weise entspricht die Druckdifferenz an dem zweiten Differenzmanometer 12 dem Unterschied der Vergleichsspiele x, J. Bei stabilisierten Druckverhältnissen zwischen den Druckräumen 1, 2 ist die Druckdifferenz an dem zweiten Differenzmanometer 12 konstant und die Druckdifferenz an dem ersten Differenzmanometer 11 ist nur Funktion des gemessenen Spieles z. Die tatsächliche Größe des gemessenen Spieles ζ wird durch Vergleich der Druckdifferenzen an den Differenzmanometern 11, 12 bestimmt. Bei nicht stabilisierten Druckverhältnissen zwischen den Druckräumen 1, 2 ist die Druckdifferenz zwar variabel.,.'aber sie entspricht genau dem Unterschied von Drücken zwischen den Druckräumen 1, 2. Die Druckdifferenz an dem ersten Differenzmanometer 11 ist dann eine Funktion des augenblicklichen Unterschiedes von Drücken zwischen den Druckräumen 1,2 und dem gemessenen Spiel z. Die tatsächliche Größe des gemessenen Spieles ζ wird dann wieder durch Vergleich der Druckdifferenzen an den Differenzmanometern 11, 12 bestimmt. Die Größen der Druckdifferenzen werden in den Umwandlern der Differenzmanometer 11, 12 in die analogen Elektrοsignale transformiert, die in der Auswertungsanlage 20 abgenommen und verarbeitet sind.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung arbeitet ganz zuverlässig und auch bei sehr hohen und variablen Temperaturen und Drücken. Z.B. wird bei Verwendung einer Meßdüse 5 mit einer lichten Weite von 5 mm das Spiel zwischen dem Stator-

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und Rotorteil der Maschine im Bereich von 0,2 bis 1,0 mm mit einer zwei- bis dreiprozentigen Genauigkeit gemessen und aufgezeichnet.

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L e e r s e i f e

Claims

PatentansriruchjÄ

1. ISciialtungsanordnung zum kontinuierlichen Messen von V—^Spielen, Spaltweiten und Verschiebungen von Maschinenelementen, insbesondere bei Rotationsmaschine^ dadurch gekennzeichnet,

daß ein erster Druckraum (1) in dem unbeweglichen Teil mit einem im Inneren angeordneten beweglichen '!'eil mit einem zweiten Druckraum (2) über drei Parallelkreise verkoppelt ist,

daß der erste Kreis aus einer ersten Verbindungsrohrleitung (13) besteht, an deren einem Ende eine in dem unbeweglichen 'feil fest angebrachte und durch ihre Mündung zur Oberfläche des beweglichen Teiles zugewandte Meßdüse angeordnet ist und deren anderes Ende an den zweiten Druckraum (2) angeschlossen und mit einer Meßblende (6) versehen ist,

daß der zweite Kreis aus einer zweiten Verbindungsrohrleitung (14) besteht, die an einem Ende mit einer ersten Vergleichsdüse (7) versehen ist, deren Mündung gegenüber der Oberfläche des unbeweglichen Teiles verstellbar angeordnet ist und mit ihrem anderen Ende an den zweiten üruckraum angeschlossen und mit einer ersten Vergleichsdüse (8) versehen ist,

daß der dritte Kreis aus einer dritten Verbiiidungsrohrleitung (15) besteht, an deren einem Ende eine zweite, mit ihrer Ilündung verstellbar gegenüber der Oberfläcne des unbeweglichen Teiles angeordnete Vergleichsdüse (9) angebracht ist, wobei das andere Ende der Verbindun.3sr0b.rleitung (15) an d-sn zweiten Druckraum (2) angeschlossen und mit einer zweiten Vergleichsblende (10) versehen ist, daß ein erstes Differenzmanometer (11) zv/ischen dem ersten

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Kr eis und. dem a teuren Kreis derart an.:-geschlossen isc, daß es an die xionrlei-cung (13) zwischen der Düse (;?) und der .Blende (6) mit dem einen eingang angeschlossen ist, während der andere Eingang des Difrerensnianometers (11) an die iionrleitung (14) des zweiten Kreises zv/ischen der Düse (7) und der Blende (6) eingeschlossen ist, und da.3 ein zv:ei"ces Difx'erenzmanoneter (12) zwischen den zweiten und den dritten Kreis eingebaut ist, in dem der eine Jiineang des Differenzmanometers (12) an die Leitung (14) des ζ vielt 3XL Kreises zwischen der Düse (7) und der xilende (δ) angeschlossen ist, während der z".;;-;ix;e Eingang des -Oifferünzraanometers (12) an die Leitung (15) zxvischen der Düse (9) und der Blende (10) angeschlossen ist.

EAD ORIGiNAL

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