DE3231587A1 - Verfahren und anordnung zur erfassung der reibung in einer rotationsmaschine - Google Patents

Verfahren und anordnung zur erfassung der reibung in einer rotationsmaschine

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DE3231587A1 DE19823231587 DE3231587A DE3231587A1 DE 3231587 A1 DE3231587 A1 DE 3231587A1 DE 19823231587 DE19823231587 DE 19823231587 DE 3231587 A DE3231587 A DE 3231587A DE 3231587 A1 DE3231587 A1 DE 3231587A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung, die das Auftreten von Reibung in einer Rotationsmaschine, wie einer Dampfturbine oder einem turbLnenangetriebenen Generator aufgrund mechanischer Berührung dessen Rotorteils mit dem Statorteil während der Drehung der Rotationsmaschine erfaßt.
Bislang wurde das Auftreten von Reibung in einer solchen Rotationsmaschine nur auf einfachste Weise erfaßt, indem das Ohr einer Bedienperson empfindlich für das aufgrund der durch Reibung erzeugten Vibration erzeugten Geräuschs war. Es ist bereits ein Gerät, das in einor solchen Rotationsmaschine Lagerschäden erfaßt, bekannt und vorgeschlagen worden, das einen an jedem Lager montierten Temperaturfühler, der Temperaturänderungen des zugeordneten Lagers erfaßt, enthält. Dieses Gerät konnte
jedoch das Auftreten von Reibung nicht erfassen, und in Anbetracht der beträchtlichen Zeitdauer, bis die Temperatur des Lagers auf den vom Temperaturfühler erfaßten Wert stieg, war es schwierig, den Lagerschadon so frühzeitig zu erfassen, wo noch keine Gefahr des Ausbrennens des Lagers besteht.
Die vom selben Anmelder angemeldete japanische Patentanmeldung Nr. 54-128918 (Anmeldungsdatum 8. Oktober 1979 und entspricht der US-Patentanmeldung Nr. 195106) offenbart eine Vorrichtung, die das sog. metallische Schleifen während dem vorbereitenden Anlaufen einer iiotationsmaschine erfaßt, d. h. während die Maschine mit geringer Drehzahl läuft. Die offenbarte Anordnung 1st jedoch zur Erfassung von Reibung in der Rotationsmaschine nicht geeignet.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu ermöglichen, die das Auftreten von Reibung in einer Rotationsmaschine, wie eine Dampfturbine oder einen von einer Turbine betriebenen Generator, erfaßt, und ebenfalls den Ort,an dem die Reiming auftritt lokalisiert und das Auftreten von Reibung zuverlässig erfassen kann, indem die Reibung von gleichzeitig in einem Lager der Rotationsmaschine auftretenden Lagerschäden unterschieden wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführung der Erfindung;
• · ·■
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Pig. 2 eine grafische Darstellung dor Signalformen von Ausgangssignalen der einzelnen in Fig. 1 dargestellten Schaltkreise, womit gezeigt wird, wie sich die Ausgangsöignalformen abhängig davon ob Reibung in der Rotationsmaschine vorhanden ist oder nicht, verändern;
Fig. 3 eine grafische Darstellung des Ergebnisses der Frequenzanalyse der Detektorausgangssignalform, wenn Reibung in der Rotationsmaschine auftritt;
Fig. 4 eine veranschaulxchende Darstellung, auf welche Woiso die Quelle der auftretenden Reibung lokalisiert wird;
Fig. 5 eine grafische Darstellung, der Signalformen der Ausgangssignale von den zwei in Fig. 1 gezeigten akustischen Fühlern;
Fig. 6 eine schematische Aufrißdar.otellung eines Anzeigeschirms, der den Ort der aufgetretenen Reibung anzeigt;
Fig. 7A- grafische Darstellungen der Ergebnisse der bis 7^ Frequenzanalyse der Auspymgasignolformen
einer Detektorschaltung, die ein außergewöhnlichnTochfrequentes akustisches Signal, das von einem an einem Lager der Rotationsmaschine befestigten akustischen Fühler aufgenommen wurde, erfaßt;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführung der Erfindung;
Fig. 9 eine grafische Darstellung der Signalformen der Ausgangssignale von den einzelnen in !.''ig. 8 gezeigten üchaltungsblöcke, die für Vergleichszwecke neigen, wie die Ausgangssignalformoii sich abhanfn;ig vom Auftreten von Reibung, von außergewöhnlichem Metall-Metallkontakt an einem Lager, oder gleichzeitigem Auftreten von Reibung und außergewöhnlichem Metall-Metallkontakt, verändern; und
Fig. 10 eine perspektivische Teil-Schnittdarstellung, einer veränderten Befestigungsstelle des akustischen Fühlers der in Fig. 8 gezeigten Ausführung.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn ein akustischer Fühler auf oinem Lager einer Rotationsmaschine, wie eine Dampfturbine oder ein turbinenbetriebener Generator;zur Erfassung eines hochfrequenten akustischen Signals, das an das Lager übertragen wird, montiert ist, und das Ausgangssip;nal des akustischen Fühlers von einem Detektor nachgewiesen und anschließend einer Frequenzanalyse unterworfen wird, eine Frequenzkomponente, die die gleiche Frequenz wie die Drehzahl oder Rotationsfrequenz der Rotationsmaschine besitzt/die Grundkomponente des hochfrequenten akustischen Signals, falls Reibung zwischen Rotor- und Statorteilen der Rotationsmaschine auftritt, liefert. Aus diesem Grunde kann, wenn das Ausgangssignal des Detektors durch ein von der Drehfrequenz der Rotationsmaschine gesteuertes Bandpaßfilter geleitet wird, ein Rei-
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bungs signal, dessen Signalform sinusförmig ist, wenn Reibung vorliegt, extrahiert werden, so daß das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Reibung leicht festgestellt werden kann. Erfindungsgemäß sind mehrere soldier Fühler Jeweils an mehreren Lagern der Rotationsmaschine angeordnet um den Ort des Reibens zu erJ'assen, falls irgendeine Reibung zwischen Rotor-und Statorteilen der Rotationsmaschine auftritt, indem die Ausgangssignale von den Fühlern erfaßt und gefiltert werden. Die Erfindung ermöglicht ebenfalls, auch wenn ein ungewöhnliches akustisches Signal, gleichzeitig aufgrund eines ungewöhnlichen Metall-Motallkontakts irgendeines der Lager auftritt, die Reibungserscheinung zuverlässig zu erfassen, indem oitio Vorrichtung vorgesehen ist, die zwischen Reibungssignal und Geräuschsi^nal unterscheidet.
Anhand der Fig. 1 wird nun eine Ausführung der Erfindung beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Rotationsmaschine 1 , die beispielsweise eine Dampfturbine ist, mit einer Drehwelle S des Rotors, die in Achslagern 9a und 9b gelagert ist, und zwei akustischen Fühlern 4a und 4b, die ,jeweils auf den Achslagern 9a und 9b befestigt sind und ein durch den zwischen der Drehwelle S und den Achslagern 9a und 9b befindlichen Ölfilm übertragenes akustisches Signal aufnehmen. Zum Zwecke der Erklärung zeigt Fig. 1, daß die Reibung an einem Punkt R zwischen Rotor und Stator 2 der Rotationsmaschine 1 auftritt. Die Ausgangssignale der akustischen Fühler 4-a und 4-b werden von Detektorschaltungen 6a und 6b,nachdem sie durch Verstärker 5a und 5b verstärkt wurden, dann jeweils als Eingangssignal an veränderliche ßandpaßfilteruchaltungen 10a und 10b aUp5Ologt, dio an uioh bekannt sind. Xn dor Zwischenzeit wird oin i.signal mit zur Drehzahl der Rotationsmaschine
proportionaler Frequenz optisch oder magnetisch von einem Drehzahlfühler 11 aufgenommen und als Steuereingangssignal den veränderlichen Bandpaßfilternchaltungen 10a und 10b angelegt. Die Ausgangssignale der» FilterDchalturif';en 10a und 10b liüi';on an Überwachungen I2a und 12b an, d.i.ο beispielsweise Voltmeter, Lampenzähler oder Alarmeinrichtungen sein können und werden dann einer Quellenortberechnungseinheit 13 zugeführt. Die Berechnungseinheit 13 berechnet den Ort der Reibung aufgrund der Eingangssignale und zeigt das Ergebnis der Berechnung an einer Überwachungsanzeige 14 an, die z. B. eine Kathodenstrahlröhren-^CRT)Anzeige sein kann.
Jetzt wird der Betrieb der in Fi^. 1 dargestellten Ausführung beschrieben. Fig. 2 zeigt die Signalformen der Ausgangs signale der Verstärker 5a, 5b, der Detektorschaltun^on Ga, Ob und dor vorvmdor.'U ίΙιοπ. B;mdpnß!";i ILarnolui l.bunjr 10a, 10b, wenn Reibung vorhanden ist und worm keine Reibung vorhanden ist. Fig. 3 zeigt die Ij'requenzcharakteristik der Ausgangssignale der Detektorschaltungen 6a und 6b, wenn Reibung von den akustischen Fühlern 4a und 4b erfaßt wurde. Aus Fig. 3» die das Verhältnis zwischen der spektralen Amplitudendichte (weiterhin als ASD abgekürzt) und der Frequenz des Detektorausgangssignals darstellt, ist ersichtlich, daß die ASD ihre üpitae bei der Drehfrequenz l*0 der Rotationsmaschine boailzt, entcprochond dom Ergebnis der Frequenzanalyse. Deshalb werden Bandpaßfilter, deren Durchlaßbereich abhängig von der Drehfrequenz f veränderlich ist, die an sich bekannt sind, als veränderliche Bandpaßfilterschaltung 10a und 10b verwendet. Somit ist die Rotationsfrequenz f die Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs der Filterschaltungen
10a und 10b.
wird angenommen, daß clio Dröhfroquonzi f bei der konstanten Frequenz von ·/,. B. 60 Rz festlJepjt. Dann ist der Drehzahlfühler 11 unnötig, und es ist lediglich nötig, daß ein Steuereingangssignal, das die entsprechende konstante Mittenfrequenz besitzt, dauernd an die Filterschaltungen 10a und 10b angelegt wird.
Wenn Reibung auftritt, haben die Ausgangssignale der veränderlichen Bandpaßfilterschaltungen 10a und 10b die in Fig. 2(c) gezeigten S:i gnalformen. Deshalb kann von den ■Überwachungseinrichtungen 12a und 12b das Auftreten oder das Nichtauftreten der Reibung überwacht werden. Obwohl diese Überwachungen 12a und 12b gemäß der obigen Beschreibung VoILinetor oder Lfunpen sein können, worden vorzugsweise Digitalzähler verwendet, so daß die Anzahl des Auftretens der Reibung gezählt werden kann.
Anhand von Fig. 4 wird nun die Ortsbestimmung der Reibungsquelle beschrieben. Angenommen, daß, wie Fig. 4 zeigt, die akustischen Fühler 4a und 4b den Abstand L auf der Drehwelle des Rotors der Rotationsmaschine 1 einnehmen und die Reibung an einem Punk I; R im Abstand χ vom Mittelpunkt der Entfernung L zum akustischen Fühler 4a hin auftritt. Dann wird die Ausgangssignalform e^ der von dor Dreh frequenz gesteuerten Filterschaltung 10b urn eine Zeitdauer Z^t relativ zu e der Filterschaltung 10a, wie in Fig. 5 gezeigt, verzögert. Somit kann durch Messung dieser Zeitdauer At der Abstand x, der die Lage des Punktes E,an dem die Reibung auftritt, relativ zur Mitte des Abstands L angibt, aufgrund folgender Gleichung berechnet werden:
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worin ν die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls durch das Metall ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Rotationsmaschine ist eine Dampfturbine. Unter der Annahme, daß das Reibungssignal sich als akustische Oberflächenwelle längs der Mittenbohrung der hohlen Drehwelle S ausbreitet, die Ausbreitungsgeschwindig keit dos Schall ο ν gleich 3UOC)- m/a it; I und der Abstand L zwischen den akustischen Fühlern 4a und 4b L = 10 m ist, so beträgt der maximale Wert von Zsb 3,3 ms. Da die Drehfrequenz f z. B. f = 60 Hz beträgt, ist die Dauer der Halbperiode 8,3 ms. Deshalb ist es möglich, die Zeitdifferenz Δι innerhalb dieser Halbperiode zu messen.
Wenn die Quellenortberechnungseinheit13 in Pig. 1 zum Messen der Zeitdifferenz At und zum Berechnen des Abstands χ nach der Gleichung (1) ausgelegt ist, und damit das sich ergebende Ausgangssignal an den Anzeigeschirm 14 anlegt, der eine CRT-Anzeige nein kann, kann der Punkt R, an dem die Reibung auftritt, an dor Anzeige 14, wie Fig. 6 zeigt, überwacht werden. In Fig. 6 bezeichnen die Symbole S1 und S2 die Stellen der Fühler 4a und 4b und das Symbol R stellt den Punkt, an dem die Reibung auftritt _ entsprechend dorn in Fig. 4 gezeichneten Punkt R,dar.
Die veränderlichen Bandpaßfilterschaltungen 10a und 10b können z. B. spannungsgesteuerte Filterschaltungen sein. Das heißt, daß diese Filterschaltungen eine in Abhängigkeit von einer Einp/angsspannung, die zur Drehzahl der Rotationsmaschine 1 proportional ist, Filtergrenzfre.quenz besitzen.
Die Reibungserfassungoanordnung gemäß der oben angeführten Ausführung der Erfindung, stellt sofort fest, ob Reibung in einer Rotationsmaschine auftritt, und ermittelt zuverlässig den Entstehungspunkt, wo die Reibung zwischen Rotor und Stator entsteht. Deshalb kann nicht nur eine ■ ernstliche Störung vor ihrem Auftreten vermieden werden, was in hohem Maße zur Betriebssicherheit der Rotationsmaschine beiträgt, sondern auch ernstliche Zerstörungen der Komponenten der Rotationsmaschine verringert werden.
Nun wird beschrieben, wie das Auftreten von Reibung in einer Rotationsmaschine, wie z. B. eine Dampfturbine, wenn ungewöhnliche Metall-Metallberührung gleichzeitig in einem Lager der Rotationsmaschine auftritt, z. B. aufgrund axialer Versetzung zwischen der Mittenachse der Drehwelle und der der Lager, erfaßt wird.
Ein akustischer Fühler wurde auf einem Lager einer Roangebrar.ht
tationsmaschinet, dor oin hochfrequente:: akustisches Signal, das auf das Lager übertragen wurde, er faßt ^und das Auagangssignal des akustischen Fühlers durch eine Detektorschaltung aufgenommen und dann der Frecjuenzanalyse unterworfen. Das Ergebnis dieser "Frequenzanalyse zeigte, daß die spektrale Amplitudendichte (ASD) des Detektorausgangssignals wenn die Rotationsmaschine weder Reibung noch ungewöhnliche Metall-Metallberührung in den Lagern aufwies, klein war, wie Fig.7A zeigt. Die Erfinder bemerkten jedoch, daß, falls Reibung auftritt, die ASD im Rotationsfrequenzdurchlaßbereich um die Rotation;3frequenz fQ der Rotationsmaschine erhöht war, wie Fig. '/'B zeigt;und im Falle ungewöhnlichen Metall-Metallkontakts der Lager diese ASD im allgemeinen unabhängig von der Roi;ationsfrequenz f() dor Rotationsmaschine höher wurde, wi.e Fig. 70 zeigt. Die Erfinder ent-
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deckten weiterhin, daß wenn gleichzeitig Reibung und ungewöhnliche Metall-Metallberührung in den Lagern stattfand, die ASD eino aus der Kombination der Signalformen von Fig. V1B und Fig. ''/G in einer in Kig. 7^ gezeigten Weise gebildete Sjgelform hatte.
Eine weitere Ausführung der Erfindung beruht auf der oben beschriebenen Erkenntnis. Diese zweite Ausführung ist so aufgebaut, daß das Ausgangssignal des am Lager der Rotationsmaschine angebrachten akustj.schen Fühlers an eine Reibungsdetektorschaltung, die lediglich die durch die Drehfrequenz f dargestellton Frequenzkomponenten der Rotationsmaschine auswertet und außerdem an eine Detektorschaltung für eine ungewöhnliche lletall-MetallberüUrung, die die anderen Frequenzkomponenton als die Rotationsfrequenzkomponenten auswertet, angelegt ist. Die DetektorschaltungGll erfassen das fraftreten von Reibung bzw. Auftreten ungewöhnlichen Metall-Metallkontakts in den Lagern.
Fig. 8 zeigt die zweite Ausführung der Erfindung. Sie besteht aus einer Rotationsmaschine 1, wie eine Dampfturbine, die einen Stator 2 und einen Rotor PO aufweist, wobei ein akustischer Fühler 22 an einem Lager 21, das die Drehwelle S des Rotors 20 aufnimmt, angebracht ist;. Der akustische Fühler 22 ist mit seinem Ausgangsanschluß an eine Detektorschal bung 26 über eine Verstärktarschaltung 25 angeschlossen. Die Detektorschaltung 26 ist mit ihrem Ausgangsanschluß mit einer Reibungsdetektorschal bung 27 verbunden, die eine veränderliche Bandpaßfilterscha Ltung 29 und eine Gleichrichterschaltung 31a enthält und ebenfalls mit einer Detektorschaltung 28 für ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt, die eine Niederfrequenzbandpaßfilterschaltung 33, eine Gleichrichterschaltung 31b und eine Vergleicherschaltung
enthält. Ein Drehzahlfühler 30 liefert synchron mit der Drehung ein Ausgangssignal oder eine Frequenz, die der Drehzahl des Rotors 20 proportional ist, ist mit seinem Ausgangsanschluß mit der veränderlichen Bandpaßfilterschaltung 29 der Reibungsdetektorsehaltung 27 verbunden und legt ein Steuoreingangssignul an die Filterschaltung 29. Die Gleichrichterschaltung 31a in der Reibungsdetektorsehaltung 27 ist mit ihren) Ausgang^anschluß mib der Vergleicherschaltung 34 in der Detektorschaltung 28 für ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt und auch mit einer Reibungsüberwachung 32 verbunden. Die Gleichrichterschaltung 3Ib in der Detektorschaltung 28 für ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt ist mit ihrem Ausgangsanschluß mit einer Überwachung 35 für ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt durch die Vergleicherschaltung 34 verbunden. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet den Ölfilm im Lager 21.
Der Erfassungsbetrieb der ,-zweiten Ausführung mit dem obigen Aufbau wird anhand der Fig. 9 beschrieben, die Signalformen der Ausgangssignale der Schaltungen 25> 26, 29» 31a, 31b, 33 und 34 darstellt.
Es sei angenommen, daß ζ. B. zwischen der Zentralachse der Drehwelle S des Rotors 20 und dem Lager 21 eine Achsversetzung vorhanden ist. Dann wird ein aufgrund der Achsversetzung zwischen der Zentralachse der Drehwelle S des Rotors 20 und dem Lager 21 erzeugtes akustisches Signal über den Lagerwerkstoff an den akustischen Fühler 22 übertragen. Es sei andererseits angenommen, daß die Reibung an einem Punkt R zwischen Rotor 20 und Stator 2 stattfindet« (Obwohl Rotor 20 und Stator 2 in Fig. 8 nicht in Berührung dargestellt sind um den Rotor 20 vom Stator 2 klar zu un-
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terscheiden,befinden sich Rotor 20 und Stator 2 tatsächlich am Punkt R in Kontakt, weshalb am Punkt R Reibung erzeugt wird.) Dann breitet sich ein aufgrund des Reibungskontakts zwischen Rotor 20 und Stator 2 erzeugtes akustisches Signal durch den Rotor 20, wie die Kurve P in Fig. 8 zeigt, aus,und wird an den akustischen Fühler 22 über den Ölfilm 24 im Lager 21 übertragen. In der Folge werden die zwei akustischen Signale, nämlicn das aufgrund der axialen Versetzung am Lager 21 und das aufgrund der Reibung zwischen Rotor 20 und Stator 2 erzeugte Signal gleichzeitig vom akustischen Signalfühler 22 empfangen.
Die zwei vom akustischen Signalfühler 22 empfangenen akustischen Signale werden von der Verstärkerschaltung 25 verstärkt und dann von der Detektorschaltung 26 nachgewiesen. In Fig. 9(1) ist die Signalform des Ausgangssignals des Verstärkers 25 und in Fig. 9(H) die Signalform des Ausgangssignals der Detektorschaltung 26 dargestellt. Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 26 wird an die Reibungsdetektorschaltung 27 und an die Detektorschaltung 28 für ungewöhnlichen Metall-Netallkontakt angelegt.
Von dem an die veränderliche Bandpaßfilterschaltung 29 der Reibungsdetektorschaltung 2r/ angelegten Detektorausgangssignal wird die durch die Drehfrequenz des Rotors 20 eingestellte Rotationsfrequenzkomponente nur unter Steuerung des an die Filterschaltung 29 vom Drehzahlfühler 30 angelegten Steuersignals ausgewählt. Das Ausgangssignal der Filterschaltung 29 wird an die Gleichrichterschaltung 31 angelegt und in ein mittleres Spannungssignal,das an die Reibungsüberwachung 32 angelegt wird, umgewandelt.
Auf diese Weise erhält das Ausgangssignal der veränderlichen
Bandpaßfilterschaltung 29 eine durch die Drehfrequenz des Rotors 20 eingestellte Signalform, wie Fig. 9(HI) zeigt, und die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 31a, die die in Fig. 9(HI) dargestellte Signalform gleichrichtet, weist den in Fig. 9(IV) gezeigten Pegel auf. Durch das Auftreten der Reibung wird die spektrale Amplitudendichte (ASD) im Durchlaßbereich der Drehfrequenz in der bereits beschriebenen Weise größer und der Pegel der Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 31a wird größer. Deshalb kann auftretendes Reiben sofort durch Überwachung; des von dor Gleicbrichberschaltung 31a der Reibimgsüberwachung 32 angelegten Spannungssi^nals erfaßt werden. Weil das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 31a nur die von der Drehfrequenz des Rotors 20 bestimmte Sip;nalkomponente besitzt, ist die Reibung unbeeinflußt von Hintergrundrauschen zu überwachen.
Andererseits wird in der Detektorschaltung 28 für ungewöhnliche Metall-Metallberührung das Detektorausgangssignal an die niederfrequente Bandpaßfilterschaltung 33 angelegt und nach Umwandlung des Ausgangssignals der Bandpaßfilterschaltung 33 in ein mittleros Spannungssignal durch die Gleichrichterschaltung 31b wird das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 31b an die Vergleicherschaltung 34 angelegt. In der Vergleicherschaltung 34- wird das von der Gleichrichterschaltung 31 der Reibungsdetektorschaltung 27 angelegte Spannungssignal mit dem Spannungssignal, das von der Gleichrichterschaltung 31b anliegt, verglichen und das sich ergebende Ausgangssignal der Vergleicherschaltung IA an die Überwachung 35 für ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt angelegt.
Somit besitzt das von der Bandpaßfilterschaltung 33 erzeugte
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Ausgangssignal eine Signalform, die verschiedene niederfrequente Komponenten enthält, v/ie in Fig. 9(V) gezeigt ist und das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 51b, die das Ausgangssignal der Bandpaßfilterschaltung 35 gleichrichtet, besitzt einen gemittelton Spannungspegel, der in Fig. 9(VI) gezeigt ist. Das Spannungssignal der Gleichrichte rschal bun.1; 51b enthüll tlio oben beschriebene Roibungssignalkomponente. Deshalb wird das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 31b zum Vergleich mit dein Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 31a an die Vergleicherschaltung 34- angelegt, so daß deren Ausgangssignal
einen gemittelton Spannunp;spegel, der
das Mittel der sich von dcir Drelifrequenakomponentc unterscheidenden Signalkomponenten angibt, liefert, wie Fig. 9(VII) zeigt.
Im Falle, daß zwischen Drehwelle S d->s Rotors 20 und Lager ein ungewöhnlicher Metall-Metallkontakt auftritt, wird die spektrale Amplj ludendichte (ASD), wj ■; boreits beschrieben, über den gesamten Frequenzbereich höher und der Pegel dor Ausgangsspannung der Vergleicherschaltung 34 erhöht sich, wie Fig. 9(VIl) zeigt. Deshalb wird bei der Überwachung des Spannungssignals das von der Ver-'ileicherscbaltung 3'l· der Überwachung 35 für \ingewöhnlLchon Me IuIl-MoIaIIkOn takt anliegt, dar. Auftreten du;:; ungowöhnl ι dien MoIa]I-HoIaIlkontakts am Larcr 21 zuverlässii1; erfaßt. Weil das durch don ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt erzeugte akustische Signal vom akustischen Sensor 22, dor eine hohe .Empfindlichkeit besitzt, aufgenommen wird.kann das Auftreten eines ungewöhnlichen Metall-Metallkontakts am Lager 21 sofort bei seinem Auftreten erfaßt werden, in deutlichem Gegensatz zu herkömmlichen Erfassungsverfahz^en, bei denen die Temperaturerhöhung der Teile, die initoinandor in Berührung stehen,
durch einen Thermofühler erfaßt wird. Erfindungsgemaß wird das Ausgangssignal der Detektorschaltung 26 durch die niederfrequente Bandpaßfilterschaltung 33 geleitet, bevor es an die Gleichrichterschaltung 31b angelegt wird. Deshalb enthält das von dor Vergleicherschaltung 3^ der Überwachung 35 angelegte Signal keine hochfiaquenten Rauschkomponenten.
Die folgende Tabelle stellt eine gewich l;ete tabellarische Darstellung der Ausgangssignale der GleLchrichterschaltung 31a und der Vergleicherschaltung 34-,die ,jeweils an der Reibung überwachung 32 und der Überwachung 3ZI- für ungewöhnlichen Hetall-Metallkontakt anliegen, dar. In dieser Tabelle bedeuten die Symbole Ii und L Jeweils einen hohen Ausgangsspannungspegel und einen tiefen Ausgangsspannungspegel. Die Tabelle macht deutlich, daß die Kombination der Pegel der von den Schaltungen 31a und 34 an die Jeweiligen Überwachungen 32 und 35 angelegten Spannungssignale unterschiedlich sind abhangig vom störungsfreien Bebrieb, dom Auftreten von Reibung, dem Auftreten von ungewöhnlichem Metall-Metallkontakt am Lager und dem gleichzeitigen Auftreten von Reibung und ungewöhnlichem Metall-Metallkontakt. Deshalb ist eine klare Kennzeichnung der -jeweiligen Situation durch Vergleich dor Envoi über die awej Signalwege anliegenden Spannungsoignalo, die an den unabhängigen Überwachungen 32 und 35 an.'';o/,o i ;■;(, wordrii, möglich.
TABELLE
^^---^^^ Störung vorhanden/
^^nicht vorhanden
Ausgangs- ^"~"-\^^
pesrel ^"""\__		 störungs
frei		 Reibung
vorhanden
(H)		 Ketall-
Hetall-
Iiontakt
vorhanden
(K)		 gleicaseitiges
Vorhandensein
von (R) und (M)
Gleichrichter
schaltun=: 3'Ia
(Pig. 9(IV))		 L L
Ve^sle^ c""9-^~"
schaltun=: 3*4-
(·π^σ OCf-TT ^ >
\- —ο· ^ ν ' / /		 L !< ri H
J)io einfachste praktische IV on η dor Überwachungen 32und 35 stellen Voltmeter oder Spannungsrecordec dar, deren Anzeij';en zur fertigen Kennzeichnung der ,jeweiligen Situation abgelesen werden. In einer anderen Ausführung können die von den Schaltungen 31a und 34- über die zwei Signalwege anliegenden Spannungssignale von einer Logischen Schaltung verarbeitet werden. Weiterhin kann zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Schaltungen 31a und 3;-l- ein Mikrocomputer vorgesehen werden, und die Information dor Anwesenheit oder Abwesenheit einer Störung auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden.
Die in Fig. 8 gezeigte Ausführung der Erfindung verwendet eine veränderliche ßandpaßfilterschaltuug 29 um die Rotationsfrequenzkornponente einaig aus dem Ausgangssignal der Detektorschaltung 2b KU extrahieren. Es kann ,jedoch auch eine veränderliche Bandpaßfilterschaltung vom sog. Abweis typ (reject type) verwendet werden, die so aufgebaut: ist, daß nur die sich von der Drehfrequenzkoraponente unterscheidenden Frequenzkomponenten herausgeholt v/erden, die dieselbe
Wirkung wie sie anhand der Fig. ;·■> beschrieben wurde, <?, r a i ι». 1 L .
Die Wirkung ist genauso, wenn der akustische Fühler z. B. auf dem Gehäuse oder dem Auflager des Lagers monbiert ist.
Bei der zweiten Ausführung der Erfindung ist der akustische Fühler 22, der das AE-Signal erfaßt, am Lager 21 angebracht. I'M;.1;. K) Koigl. o:hie Vürnndm.'UM;1; dor zwei Um Ausführung. Dabei ist der akustische Fühler (ein AE-Fühler) AE in der inneren Bohrung H der Drehwelle des Rotors 20 eingebaut/
eine Sendeeinheit 1CFI, die. einem Senderbaustein zugeliört, und eine Spannungsversorgung zusammen mit
einer Sendeantenne AT in der Bohrung II neben dem AE-i'ühler AE angeordnet. Beim Auftreten eines ungewöhnlichen Schallsignals P wird dieses in Form einer Punkwelle von der Sendeantenne AT zum Empfang von einer EmpL'angaanbenne AR übertragen. Ein FM-Empfänger 40 ist mit der Empfangsantenne AR verbunden und mit dem FM-Empfänger 1IO eine Signalverarbeitung und eine Anzeigeeinheib 42, die das ungewöhnliche Schallsignal P verarbeiten und anzeigen.
Die Genauigkeit der Fehlererfacr.ung kann weiter erhöht v/erden, wenn der £ Schallfühler sowohl auf dem Stator 2 und der Welle S des Rotors 20 angebracht ist.
Aus der vorangehenden genauen Beschreibung der zweiten Ausführung der Erfindung wird verständlich, daß das Auftreten eines ungewöhnlichen Metall-Metallkontakts am Lager einer Rotationsmaschine und das Auftreten von Reibung zwischen Stator und Rotor, außerhalb der Lager der Rotationsmaschine ,frühzeitig und gleichzeitig erfaßt werden, so daß eine Gefahr, die eine ernsthafte Zerstörung oder einen Stillstand der Rotationsmaschine) bev/irken könnte,vor ihrem tatsächlichen Auftreten vermieden werden kann. Deshalb trägt die vorliegende Erfindung nicht nur zur Erhöhung der Sicherheit der Rotationsmaschine bei, sondern verhindert auch eine mögliche Zerstörung der Teile dur Maschine. Kin Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht weiterhin darin, daß dasselbe Gerät fähig ist, das Auftreten eines ungewöhnlichen Metall-Metallkontakts und der Reibung zu erfassen, was die Wartung vereinfacht und die Unterhaltskosten wesentlich verringert.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    M.)Verfahren zur Erfassung der Reibung in einer Rotations- ^ maschine,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrens π ehr :i ti; ο:
    a) Abtasten eines aufgrund einer in der Rotationsmaschine auftretenden Reibung erzeugten Schallsignals von mindestens einem Schallfühler, der an mindestens einer Stelle des Rotors (S) und des Stators (2) der Rotationsmaschine angeordnet ist;
    b) Nachweisen des Ausgangssignals des Schallfühlers;
    c) Aussuchen der Frequenzkomponente, deren Frequenz im wesentlichen gleich der Drehfrequenz der Rotationsmaschine ist, aus dem in Schritt b) nachgewiesenen Signal; und
    d) Anzeige des in Schritt c) ausgesuchten Signals.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch
    mindestens /,Wei Schallfühler und durch folgende Verfahrensschr i tte:
    e) unabhängiges Nachweisen der Ausgangnsignale dfjr Schallfühler; und.
    f) Aussuchen derjenigen Frequenzkomponenten aus den
    81-A 6879-03-At-Wa
    nachgewiesenen Signalen, dio im wesentlichen der Drehfrequenz der Rot.-Jtionsmaschine entsprechen^ und g) Bestimmung des .Reibunprsorts aufgrund der in Schritt f) ausgesuchten Signale.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeiebnet dun:h die weiteren VorJ:'ahron:3üchriL"to:
    h) Gleichrichten dor in den Schritten c), f) ausgesuchten Signale;
    i) Anzeige der in h) gleichgerichteten Signale an einer Reibungsanzeigeeinheit als Signal, das das Auftreten der .Reibung bedeutet;
    J) Verarbeitung der in den Schritten b), e) nachgewiesenen Signale;
    k) Vergleich der in Schritt j) verarbeiteten Signale mit dem in Schritt h) gleichgerichteten Signal; und
    1) Anzeige des Signals, das das Vergleichsergebnis angibt, an einer Anzeigeeinheit, für ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt als ein Signal, dac das Auftreten eines ungewöhnlichen Metall-Metallkontakts an einem Lager darstellt.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schritt j) einen Schritt ent halb, in dem das nachgewiesene Signal gefiltert wird und das gefilterte Signal gleichgerichtet wird.
    5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch Λ bis 4 für eine Rotationsmaschine,
    gekennzeichnet durch
    - mindestens einen an mindest «ms einem Teil des Rotors (o) und des Stators (2) der Rotationsmaschine angebrachten Schallfühler (4, 22), der ein durch
    Reibung in der Rotationsmaschine erzeugtes Schallsignal abtastet,
    - eine Detektorvorrichtung, die das Ausgangssignal des Schallfühlers nachweist,
    - eine Einrichtung, die eine ^requenzkomponente, die im wesentlichen gleich der Drehfrequenz (i*) der Rotationsmaschine ist aus dem Ausgangssignal der Detektoreinrichtung aussucht, und
    - nine Anzeigevorrichtung,m i.t der dar; Λungangr.si gnnl. der Aur.TJUCiieinrichtung unge','.0.Ip1-I- wird.
    6. Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens ein SchaUl'ühloc (4a, 4b) zusätzlich vorhanden ist,
    die Detektoreinrichtung und die Aussucheinrichtung für jeden der Schallfühler vorhanden ist, und eine Einrichtung (13) aufgrund des Unterschiedes der Ausbreitungszeiten zwischen den AusgangsSignalen der Aussucheinrichtungen den Ort der Reibungsquelle bestimmt, wobei
    - das Aurigangsslgnal dor Ho.i bungno-fblJcotiiinmungGoinrü ohtung an einor Anzeige angezeigt wird.
    7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß dae ijcho Llfühlor (4a, 4b) ,iewoiln an /,woi Lagern (9a, 9b) der Rotationsmaschine (1) angebracht sind, die Aussucheinrichtung eine veränderliche Bandpaßfilter-
    schaltung (10a, 10b) enthält, ein Drehzahlfühler die Drehzahl der Rotationsmaschine erfaßt und sein die erfaßte Drehzahl oder Frequenz angebendes Ausgangssignal an die Filterschaltung als Steuereingangssignal angelegt wird.
    M. Anordnung nnoh /Innpruch 6, 11 ud u rc 11 j.':<i lc ο nir.'.üi c 11 no L ,
    daß die Schallfühler (4a, 4b) jeweils an beiden Enden der Welle des Rotors (S) der Rotationsmaschine (1) angebracht sind, und
    die Aussucheinrichtung eine veränderliche Bandpaßfilterschaltung (10a, 10b) enthält und
    ein Drehzahlfühler die Drehzahl der Rotationsmaschine erfaßt und sein die erfaßte Drehzahl oder Frequenz angebendes Ausgangssdgnal an die Filterschaltung als Steuereingangssignrl angelegt wird.
    9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Sendeeinru chtung (1I1M), die das Ausgangssignal ,jedes Schallfühlers (4a, 4b) in ein Funksignal wandelt, eine Sendeantenne (AT), die das Funksignal sendet, eine Empfangsantenne (Al:), die in der Nähe der Rotationsmaschine zum limpfang der JVunksignale υ ngoordnet ist, ein Empfänger (40), der mit der Empfangsantenne verbunden ist, eine Signa]Verarbeitungsschaltung und eine mit dein Empfänger verbundene Anzeigeeinheit (42) enthalten sind.
    10. Anordnung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch
    einen Reibungsdetektor (27), der die Aussucheinrichtung und einen Detektor (28) zur Erfassung eines ungewöhnlichen Metall-Metallkontakts an den Lagern enthält, die Anzeigeeinrichtung, die eine Reibungsanzeigeeinheit (52), die das Ausgangssignal des Reibungsdetektors (27) anzoigt und ->ine Anzeigoeinhe:it (3l5) für ungewöhnlichen Metall-MoLaIIkontakt;, die das Aur.;;/;angi.5;;.i.gnal dor Detektoreinrichturig für ungewöhnliche j ι Me tall-Mo tallkontakt anzeigt, enthält.
    11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
    der Reibungsdetektor eine veränderliche Bandpaßfilterschaltung (29), die aus dem Ausgangssignal des Detektors (26) die Frequenzkomponente aussucht und eine erste Gleichrichterschaltung (31a), die das Ausgangssignal der veränderlichen Bandpaßfili.erschaltung gleichrichtet, enthält und
    die Detektoroinrichtung für ungewöhnlichen Metall-Metallkontakt eine niederfrequente Bandpaßfilterschaltung (33), die das Ausgangssignal des Detektors (26) empfängt, eine zweite Gleichrichterschaltung (31b), die das Ausgangssignal der Bandpaßfilterschaltung gleichrichtet, und eine Ver^leicherschaltung (3z0, die die Ausgangssignale der orsten und zweiten Gleichrichterschaltungen vergleicht, enthält.
    12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch
    - eiren Drehzahlfühler (30), der die Drehzahl der Rotationsmaschine abtastet, und ein Ausgangssignal liefert, das an die veränderliche Bandpaßf!!torschaltung (29) als Steuereingangssignal angelegt wird.
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