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Die
Erfindung betrifft Testprozeduren. Insbesondere betreffen Ausführungsformen
der Erfindung die Analyse von im Zusammenhang mit einer Drucküberprüfung erfassten
Daten.
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Ständerstäbe elektrischer
Generatoren werden durch ein Keilsystem in Schlitzen in dem Stator in
ihrer Bewegung eingeschränkt.
Wenn sich das Keilsystem lockert, können die Ständerstäbe sich in Bezug auf die Schlitze
relativ bewegen. Diese relative Bewegung trägt zum Abrieb der Stabisolierung und
zur möglichen
Stabfehlfunktion durch Kurzschluss zur Masse bei. Obwohl Keilsysteme
derzeit in Bezug auf Grenzen technischer Einheiten (Druck oder Kraft
pro Längeneinheit)
ausgelegt sind, können Bewertungen
der Festigkeit bzw. des festen Sitzes eines Keilsystems zur genauen
Einschätzung
einer benötigten
Instandhaltungsmaßnahme
nicht mit diesen technischen Auslegungseinheitsgrenzen in Beziehung
gesetzt werden.
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Derzeit
existieren zwei Verfahren zur teilquantitativen Beurteilung der
Festigkeit eines Keilsystems eines Generators. Das erste ist eine
Modifikation des Brinnell/Rockwell-Härtetests und nutzt die Abprallgeschwindigkeit
eines federbelasteten Zapfens oder Arms. Das zweite ist eine Methode,
die eine an mehreren Antippunkten einwirkende Anregungsfunktion
auf einen Keil anwendet und die absolute Amplitude der Schwingungsantwort
in drei diskreten Frequenzbändern
unterhalb von 1000 Hz misst.
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US-A-5 353 631 beschreibt
eine Analyse von Innendruck eines abgedichteten Behälters durch
Antippen des Behälters
und Herleitung der Frequenzspektren. In einer Ausführungs form
bestimmt ein DSP für
jeden Behälter
die Frequenz der größten Spitzenamplitude
in einem Analysespektrum und liefert diese Information an die Steuerungseinrichtung. Die
Steuerungseinrichtung vergleicht diese Frequenz mit Grenzen und
Cutoff-Frequenzen. Wenn die Frequenz innerhalb eines Durchlassspektrums
liegt, passiert der Behälter.
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US-A-4 909 572 beschreibt
ein System zur Messung der Durchbiegung eines Keils in einer elektrischen
Maschine. Das System ist in der Lage, die Durchbiegung und/oder
den Schwingungszustand des Keils zu messen. In einer Ausführungsform
werden Frequenz transformierte Schwingungsbeschleunigungsdaten erzeugt,
und es wird ein Bereich der Frequenzantwortkurve, die durch die
Signalform des Referenzfrequenzspektrums gebildet ist, berechnet. Der
Bereich der tatsächlich
gemessenen Daten (Rohdaten) wird mit demjenigen der Referenzdaten verglichen.
Wenn der Rohdatenbereich größer ist
als der Referenzdatenbereich, wird der getestete Keil als gelockert
beurteilt, und es ist eine Korrektur erforderlich. Wenn jedoch der
Rohdatenbereich kleiner ist als der Referenzdatenbereich, wird der
getestete Keil als festsitzend beurteilt, und eine Korrektur ist
nicht erforderlich.
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Die
Erfindung umfasst ein Verfahren zur Messung von auf ein Element
einwirkendem Druck gemäß Anspruch
1.
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Die
Erfindung umfasst ein System zur Messung von auf ein Element einwirkendem
Druck gemäß Anspruch
4.
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Die
Erfindung ist nachstehend in größeren Einzelheiten
zu Beispielszwecken unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
in denen zeigen:
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1 eine
explodierte Ausschnittsansicht eines Stators eines elektrischen
Generators;
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2 ein
Blockschaltbild eines Beispiels eines Systems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ein
Blockschaltbild eines Beispiels eines Systems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ein
Blockschaltbild eines Beispiels eines Systems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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5 ein
Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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6 ein
Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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7 einen
Algorithmus, der in Ausführungsformen
der Erfindung verwendet wird;
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8 eine
graphische Darstellung unter Veranschaulichung von Testergebnissen
bei einem lockeren Keil;
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9 eine
graphische Darstellung unter Veranschaulichung von Ergebnissen eines
kontrollierten Festigkeitstests mit einem Füllmittel mit 120 Millizoll Dicke;
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10 eine
graphische Darstellung unter Veranschaulichung von Ergebnissen eines
kontrollierten Festigkeitstests mit einem Füllmittel mit 150 Millizoll
Dicke;
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11 eine
graphische Darstellung unter Veranschaulichung von Ergebnissen eines
kontrollierten Festigkeitstests mit einem Füllmittel mit 165 Millizoll
Dicke;
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Die
zwei Verfahren zur teilquantitativen Beurteilung der Festigkeit
bzw. des festen Sitzes eines Keilsystems eines Generators, wie sie
vorstehend erläutert
sind, werden seit mehreren Jahren verwendet. Jedoch weist keines
dieser Verfahren die Messauflösung
auf, die zur genauen Beurteilung des Keildrucks erforderlich ist.
Ferner bestimmt kein Verfahren die Keilfestigkeit genau in dem gesamten
Betriebsbereich des Keildrucks für
ein Nutverschlussfedersystem.
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Mit
der Einführung
von Nutverschlussfederkeilsystemen ist die Messung des Keildrucks
zu einem Erfordernis geworden, um die Notwendigkeit einer Instandhaltungsmaßnahme an
dem Keilsystem genau beurteilen zu können. Folglich erfüllt kein
existierendes Verfahren den momentanen diagnostischen Bedarf.
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Es
ist wichtig, den Druck an einem Keil eines Generatorständerstabs
genau bestimmen zu können,
um ein effektives Programm zur vorausschauenden Instandhaltung eines
Generators durchzuführen.
Jedoch stellt eine genaue Messung des Keildrucks derzeit ein deutliches
Problem dar. Dieses Problem wird durch Ausführungsformen der Erfindung
gelöst,
die eine Messmethodik liefern, die den Keildruck mit ausreichender
Genauigkeit bestimmt.
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Zur
genauen Messung der Keilfestigkeit kann ein Generatorkeilfestigkeits-Bestimmungssystem
verwendet werden, das die Schwingungsübertragung und ihre Eigenfrequenzverschiebung
im Zusammenhang mit unterschiedlichen Ständerstabkeildrücken (Keildrücken) nutzt.
Dieses System verwendet vielfältige
mechanische Anregungen, um in den Keilen eine Schwingungsantwort
hervorzurufen. Die Schwingungsantwort kann durch zahlreiche Verfahren
detektiert werden und wird anschließend einer durch Onlineverarbeitung
oder Nachverarbeitung bewerkstelligten spektralen Reduktion beispielsweise mittels
schneller Fourier-Transformation (FFT) oder auf sonstige Weise unterworfen.
Die spektrale Analyse kann mit dem Keildruck unter Verwendung eines geeigneten
Satzes von Algorithmen und Analysemethoden korreliert werden.
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1 zeigt
ein Beispiel eines Teils eines elektrischen Generatorstators 110 und
der zugehörigen
Teile, die in einem der Schlitze 112 des Stators 110 passen.
Ein äußerer Ständerstab 120,
ein innerer Ständerstab 130,
eine oder mehrere Schlitzfüllmittel 140, 150 und
eine Nutverschlussfeder 160 werden durch Statorkeilschieber 170 und
Statorkeile 180 in Stellung gehalten. Eine Bewegung der
Statorkeilschieber 170 in der Richtung des Pfeils A relativ
zu den Statorkeilen 180 oder eine Bewegung der Statorkeile 180 in
der Richtung des Pfeils B relativ zu den Statorkeilschiebern 170 übt einen
Druck auf den äußeren Ständerstab 120 und
den inneren Ständerstab 130 in
einer Richtung aus, die dazu neigt, den äußeren Ständerstab 120 und den
inneren Ständerstab 130 in
dem Schlitz 112 zu halten.
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Wenn
der Druck auf ein Nutverschlussfederkeilsystem erhöht (oder
verringert) wird, ruft das Frequenzspektrum der einzelnen Keile
eine Gesamtfrequenzmodulation im Zusammenhang mit dieser Keildruckerhöhung (oder
-verringerung) hervor. Diese Modulation ist sowohl vorhersagbar
als auch messbar. Ausführungsformen
der Erfindung umfassen sowohl das Verfahren zur Korrelation einer
spektralen Verschiebung mit Druck für ein gegebenes Keilsystem
(5) als auch eine Methodik zur Datenerfassung und
Analyse zur Anwendung dieser Korrelation (6).
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Für jedes
interessierende Keilsystem werden bei unterschiedlichen Drücken Spektren
erfasst, um eine Spektrum-Druck-Korrelation
für dieses
spezielle Keilsystem zu entwickeln. In dem in 5 veranschaulichten
Beispiel wird jeder Keil in Schritt 510 mit unterschiedlichen
Drücken
angeregt, um in jedem Keil eine Schwingungsantwort hervorzurufen.
In Schritt 520 werden diese Schwingungsantworten in jedem
Keil durch einen Sensor erfasst. In Schritt 530 werden
die erfassten Schwingungsantworten in einer Datenspeichervorrichtung
gespeichert. In Schritt 540 wird eine Spektralanalyse der
erfassten Schwingungsantworten beispielsweise durch Berechnung eines
zentralen Energiebandes der aufgezeichneten Spektren (f1)
von 0 bis 20 kHz durchgeführt.
In Schritt 550 wird jeder Keilsystemdruck anschließend mit
einer speziellen Frequenz f1 korreliert.
Wenn diese Methodik auf den gesamten Bereich von Keildrücken angewandt
wird, Schritt 560, ergibt sie eine Spektrum-Druck-Korrelationstabelle,
die routinemäßig und
durchwegs auf das interessierende Keilsystem angewandt werden kann.
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6 zeigt
ein Verfahren zur Messung des Keilsdrucks durch Erfassung von Schwingungsantwortdaten
und durch Ver gleich dieser Antwortdaten mit einer Korrelationstabelle.
In Schritt 610 wird jeder Keil angeregt, um in diesem Keil
eine Schwingungsantwort zu erzeugen. In Schritt 620 wird
die in Schritt 610 erzeugte Schwingungsantwort detektiert. In
Schritt 630 wird die Schwingungsantwort in jedem Keil mit
einer zuvor vorbereiteten Spektrum-Druck-Korrelationstabelle verglichen,
um den Druck jedes Keils zu bestimmen.
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7 zeigt
ein Beispiel für
einen Algorithmus, der verwendet werden kann, um das Energiezentrum
f1 zu berechnen. Dieses Beispiel für einen Algorithmus
ist eine Frequenz gewichtete Mittelung der Spektralantwort. Der
Algorithmus nach 7 kann auf die Schwingungsantwort
des angeregten Keils angewandt werden, um das Energiebandzentrum
der aufgezeichneten Spektren zu bestimmen. Der Algorithmus wird
in diesem Beispiel angewandt, nachdem die Antwort durch eine spektrale
Reduktion durch Nachverarbeitung, beispielsweise mittels schneller
Fouriertransformation oder einer sonstigen Einrichtung, von dem
Zeitbereich in den Frequenzbereich gewandelt worden ist. Nach der
Nachverarbeitung weisen diese Spektraldaten eine Frequenzbandzuordnung
und eine Amplitude auf. Das Energiebandzentrum (f1)
kann berechnet werden, indem diese Bereichseigenschaften auf den
in 7 veranschaulichten Algorithmus angewandt werden.
Der Wert von f1 wird mit dem Keildruck korreliert.
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Zwar
zeigt 7 ein einzelnes Beispiel für einen Algorithmus, der in
Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden kann. Jedoch können andere Algorithmen eingesetzt
werden. Beispielsweise könnte
das Energiezentrum unter Verwendung von integralen oder zusammengehörenden Teilen
berechnet werden (das Energiebandzentrum würde das Band sein, das das
gesamte spektrale Integral in beispielsweise zwei Integrale gleicher
Größe unterteilt).
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8–11 zeigen
Testdaten, die für
das, was als ein lockerer Keilzustand betrachtet wird (8),
sowie für
drei unterschiedliche Grade der kontrollierten Festigkeit des Keils
unter Verwendung von Schlitzfüllmitteln
mit unterschiedlicher Dicke (9–11)
erhalten worden sind. 9 und 10 repräsentieren
eine Festigkeit im mittleren Bereich, während 11 einen
hohen Grad an Keilfestigkeit kennzeichnet. Die in den 8–11 veranschaulichten
Spektralkurven wurden unter Verwendung eines PC-basierten Spektralanalysators und
eines Hochfrequenz-Beschleunigungsmessgeräts aufgezeichnet. Die Daten
zeigen, dass das gemeinsame Energieband der Beschleunigung in Abhängigkeit
von der Keildicke steigt.
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Die
Datenerfassung kann unter Verwendung vielfältiger Gerätkonfigurationen bewerkstelligt
werden. Ausführungsformen
der Erfindung umfassen Gerätkonfigurationen,
die einen Schwingungserreger, einen Sensor und eine Datenspeichervorrichtung
enthalten. 2 zeigt ein Beispiel für eine derartige
Konfiguration. Der Schwingungserreger 210 ist in der Lage,
eine Anregung für
das interessierende Frequenzband zu erzielen, wie es bei der vorstehend erläuterten
Entwicklung der Korrelationstabelle bestimmt wird. Erregungstechniken
umfassen eine Zufallsbeaufschlagung, Rosa Rauschen, Mehrfach-Zufallsbeaufschlagung
und eine harmonische Erregung (sind jedoch nicht darauf beschränkt). Der
Sensor 220 ist in der Lage, in dem interessierenden Frequenzband
für das
spezielle Keilsystem, das gemessen wird, linear oder nahezu linear
(mit einem Abfall von weniger als 3 dB) aufzuzeichnen. Die Sensoren könnten Mikrophone,
Laser-Schwingungsmes ser und Beschleunigungsmessgeräte enthalten
(sind jedoch nicht darauf beschränkt).
Die Datenspeichervorrichtung 230 kann entweder analog oder
digital arbeiten. (Analoge Vorrichtungen werden vorzugsweise einer
Analog/Digital-Wandlung durch Nachverarbeitung zugeordnet.) Die
Speichervorrichtungen könnten
magnetische digitale Speichermittel, optische digitale Speichermittel,
EPROMs und Bandaufzeichnungsgeräte
enthalten (sind jedoch nicht darauf beschränkt). Entweder vor oder nach
der Speicherung werden die Schwingungsantwortdaten vorzugsweise
von dem Zeitbereich in den Frequenzbereich umgewandelt. Diese Umwandlung
kann durch eine Anzahl üblicher
Verfahren bewerkstelligt werden, zu denen beispielsweise eine standardgemäße Fourier-Analyse,
eine FFT oder eine Order-Tracking-Analyse gehören. 3 und 4 zeigen
Beispiele für
Systeme, die dem in 2 veranschaulichten ähnlich sind,
mit der Ausnahme, dass die 3 und 4 eine
Datenwandlereinrichtung enthalten. In 3 ist eine
Datenwandlereinrichtung 340 zwischen dem Sensor 320 und
der Datenspeichervorrichtung 330 angeordnet. In 4 ist
eine Datenwandlereinrichtung 440 stromabwärts von
der Datenspeichervorrichtung 430 angeordnet.
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Ein
Beispiel für
ein System zur Analyse von Daten, die von einem Keilsystem erfasst
werden, für das
eine Spektrum-Druck-Korrelationstabelle
bereits vorliegt, ist das in 4 veranschaulichte
System, das einen Prozessor 450 enthält. Der Prozessor 450 führt den
Vergleich der Schwingungsantwortdaten mit der Spektrum-Druck-Korrelationstabelle
durch, um den Druck zu bestimmen, der auf die Keile ausgeübt wird.
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Die
Spektren werden unter Verwendung derselben Methode, wie vorstehend
beschrieben, analysiert, mit der Ausnah me, dass, wenn einmal f1 für
ein gegebenes Spektrum identifiziert worden ist, die Korrelationstabelle,
wie sie beispielsweise in Schritt 560 nach 5 erzeugt
worden ist, anschließend
verwendet wird, um den Keildruck zu bestimmen.