DE69310642T2

DE69310642T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vibrationsmessung einer Turbinenschaufel während des Betriebes

Info

Publication number: DE69310642T2
Application number: DE69310642T
Authority: DE
Inventors: Michel Clement; Jacky Rouhet
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: FR2695205A1; CA2105274A1; US5511426A; EP0586288B1; ATE153130T1; EP0586288A1; DE69310642D1; FR2695205B1; CA2105274C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Schwingungsmessung von Turbinenschaufeln unabhängig von Form und Größe, wobei die Turbine in Betrieb ist. Dieses Verfahren kann bezüglich allen Typen von Turbinen verwendet werden, Gasturbinen oder hydraulische Turbinen z.B.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf die Vorrichtung zur Inbetriebnahme dieses berührungslosen, optischen Meßverfahrens.

Stand der Technik

Aus dem Artikel "Optical Measurement of Unducted Fan Blade Detections" von Anatole P. KURKOV, veröffentlicht in der Zeitschrift "The american society of mechanical engineers" (Zeichen: 89-GT-298), ist eine Vorrichtung zur optischen Bewegungsmessung von Triebwerkspropellerblättern bekannt, die eine Laserquelle verwendet, wobei das Prinzip der Bewegungsmessung auf der Verbergung des von der Laserquelle ausgesandten Lichtstrahls durch die Propellerblätter beruht.
Ebenso ist aus dem Patent US-A-4573358 eine Vorrichtung zur Tangentialschwingungsmessung von Turbinenschaufeln bekannt, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen. In dieser Vorrichtung sind mehrere Detektoren am Umfang der Turbine angeordnet, wobei jeder Detektor ein Signal beim Durchgang von jeder Schaufel erzeugt.
Diese Meßmethode weist zahlreiche Nachteile auf und insbesondere jenen, der keine Bestimmung der Gesamtheit der charakteristischen Schwingungsparameter des Blattes, die seine Amplitude, seine Frequenz und seine Phase sind, sondern einzig nur einen unter ihnen, seine Amplitude, erlaubt. Überdies erlaubt eine solche Methode nur den Zugriff auf einen Durchschnittsbewegungswert, der von Messungen über alle Blätter und über mehrere Umdrehungen ausgehend berechnet ist.
Andererseits erlaubt die Verwendung einer Laserquelle wegen des Raumbedarfs, den sie mit sich zieht, nicht eine Miniaturisierung des Meßsystems, die, im Fall von Turbinen geringer Abmessungen und bei schwieriger Zugänglichkeit, wie z.B. Turbopumpenturbinen niedriger Leistung, sich als unerläßlich erweisen kann.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Verfahren vorzuschlagen, das eine sofortige Bestimmung, in Echtzeit der Gesamtheit der Turbinenschaufelschwingungsanteile erlaubt. Ebenso hat sie das Ziel, eine einfache und zuverlässige optische Meßvorrichtung zu verwirklichen, mit besonders verringerten Abmessungen, die an alle Turbinentypen anpaßbar und unempfindlich gegen das Umgebungsmedium ist.
Diese Ziele werden durch ein Verfahren zur optischen Schwingungsmessung, insbesondere von rotierenden Turbinenschaufeln, erreicht, wobei diese Turbinenschaufel auf einer einstückig mit der Turbinenradwelle, die sich mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit bewegt, ausgeführten Nabe montiert sind, und wobei jede dieser Schaufeln wenigsten eine parallel zur Mittenebene der Nabe angeordnete Flanke und ein zur Tangentenebene der Nabe parallel angeordnetes Oberteil aufweist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte aufweist:
- Erzeugung von drei Referenzsignalen anhand der Durchgangserfassung einer Markierung, die auf der Turbinenradnabe ausgebildet ist, mittels eines optischen Detektors,
- Erfassung von drei Meßsignalen beim Durchgang einer anderen Markierung, die auf wenigstens einem beliebigen Turbinenschaufelabschnitt vor einem anderen optischen Detektor ausgeführt ist, wobei die Turbinenschaufel in Schwingung ist,
- Bestimmung der Zeitdifferenzen, die zwischen jedem der Differenzsignale und jedem der Meßsignale herrschen, wobei diese Differenzen in Abwesenheit von Schwingungen der Turbinenschaufel null oder gleich bestimmten, konstanten Werten sind, und
- sofortige Berechnung der Anteile der Turbinenschaufelschwingung nach Amplitude, Frequenz und Phase anhand der verschiedenen erfaßten Differenzen.
Die bei jeder Umdrehung erzeugten Signale erlauben die Berechnung von drei sofortigen Werten der Turbinenschaufelbewegung (Zeitdifferenzen) aufgrund ihrer Resonanzschwingung in einem der Eigenschwingungsmodi der Turbinenschaufel, d.h. des Tangentialschwingungsmodus, des Quermodus oder des Torsionsmodus. Diese drei Werte erlauben dann, durch die Lösung eines Systems dreier Gleichungen mit drei Unbekannten, die Berechnung der drei kennzeichnenden Anteile der Schwingung, nämlich: ihre Amplitude, ihre Frequenz und ihre Phase.
Für die Bestimmung der Anteile der Tangentialschwingung kann die Markierung auf der Flanke der Turbinenschaufel in Form von drei gleich beabstandeten, radial angeordneten Marken ausgebildet sein, und der Detektor ist ein einzelner Aufnehmer, der senkrecht zur Nabenebene vor den Turbinenschaufeln angeordnet ist.
Diese Markierung kann auch einfach durch die Kante der Turbinenschaufel verwirklicht werden, wobei dann der Detektor von drei gleich beabstandeten Aufnehmern gebildet wird, die vor den Turbinenschaufeln senkrecht zur Nabenebene angeordnet sind.
Für die Bestimmung der Anteile der Querschwingung ist die Markierung auf dem Oberteil der Turbinenschaufel in der Form dreier paralleler Marken ausgebildet, die schräg zur Radachse angeordnet sind, und der Detektor ist ein einzelner radialer Aufnehmer, der in der Radmittenebene oberhalb der Turbinenschaufel angeordnet ist.
Nach einer anderen Ausführung ist die Markierung auf dem Oberteil der Turbinenschaufel in der Form dreier Rauten ausgebildet, deren kleinste Diagonalen in der Radmittenebene angeordnet sind, und der Detektor wird von zwei Aufnehmern gebildet, die durch einen bestimmten Abstand d getrennt und beiderseits der Radmittenebene angeordnet sind.
Für die Bestimmung der Anteile der Torsionsschwingung ist die Markierung auf dem Oberteil der Turbinenschaufel in der Form dreier paralleler Marken ausgebildet, die parallel zur Radachse angeordnet sind, und der Detektor ist ein einzelner Aufnehmer, der in einer bestimmten Entfernung r zur Radmittenebene angeordnet ist.
Nach einer anderen Ausführung kann die Markierung aus einer einzelnen Marke bestehen, die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel parallel zur Radachse angeordnet ist, und der Detektor wird dann von drei radialen gleich beabstandeten Aufnehmern gebildet, die parallel zur Radmittenebene mit einem bestimmten Abstand r zu dieser angeordnet sind.
Eine gleichzeitige Bestimmung des Quer- und des Torsionsmodus ist möglich, indem eine solche Form angenommen wird, daß die Markierung auf dem Oberteil der Turbinenschaufel in der Form dreier gleichschenkliger Dreiecke ausgebildet ist, deren Grundlinien parallel zur Radachse angeordnet sind, und der Detektor von zwei Aufnehmern gebildet wird, die durch einen bestimmten Abstand d getrennt und beiderseits der Radmittenebene angeordnet sind.
Die Schwingungsmessung aller Schaufeln einer Turbine ist möglich mit einer Analyse der Gesamtheit der Turbinenschaufeln in einer Radumdrehung oder einer Analyse einer neuen Turbinenschaufel bei jeder Umdrehung.
Um die verfügbaren Informationen über die Schwingungen zu vervollständigen, kann eine Fourieranalyse zwischengespeichert durchgeführt werden, um das Spektrum der Schwingungen zu bestimmen. Gleichfalls kann, um die Genauigkeit der gewonnenen Messungen zu erhöhen, eine Bestimmung der axialen Verschiebungen des Rades durchgeführt werden, indem die Abweichungen der Referenzsignalamplitude in Bezug auf eine bestimmte Anfangsamplitude gemessen werden.
Die Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens weist auf:
- ein erstes Meßsystem zur Erzeugung von drei Referenzsignalen anhand der Durchgangserfassung durch einen ersten Detektor von einer ersten Markierung, die auf der Turbinenradnabe ausgebildet ist,
- ein zweites Meßsystem zur Erfassung von drei Meßsignalen beim Durchgang einer zweiten Markierung, die auf der Flanke der Turbinenschaufel ausgebildet ist, vor einem zweiten Detektor, wobei die Turbinenschaufel in Schwingung ist.
In dieser Konfiguration können nur Tangentialschwingungen gemessen werden. Für die Messung der Quer- und der Torsionsschwingungen ist es nötig, dem zweiten Meßsystem ein analoges drittes und dann ein viertes Meßsystem hinzuzufügen, die aber auf dem Oberteil der Turbinenschaufel angeordnet sind.
Dennoch sind, in einer besonderen Ausführung, drei Meßsysteme genug, um die Gesamtheit der Schwingungsmodi zu messen, wobei das dritte Meßsystem dann so ist, daß die Markierung von drei Marken in der Form gleichschenkliger Dreiecke gebildet wird, deren Grundlinien parallel zur Radachse sind und der dritte Detektor von zwei radialen Aufnehmern gebildet wird, die oberhalb der Turbinenschaufel, beiderseits der Radmittenebene angeordnet und durch einen bestimmten Abstand d getrennt sind.
In der Praxis wird die Durchgangserfassung einer Markierung durch die Verbergung oder die Reflexion eines Lichtstrahls verwirklicht, der von einer Quelle stammt und zu dem optischen Detektor führt.
Nach einer besonderen Ausführung sind die Quelle und der Detektor vom Meßort mittels einer einzelnen optischen Faser verschoben, wobei ein Strahlteiler eine Verzweigung zur Ausstrahlung und zum Empfang sicherstellt.
Die von den Detektoren gelieferten optischen Signale werden in einem optoelektronischen Erfassungsmodul in numerische Signale umgewandelt und ein Signalverarbeitungsmodul gewinnt daraus die Schwingungsparameter. Das Erfassungsmodul weist Versorgungs- und Empfangsmodule, um den Meßlichtstrahl zu erzeugen und den reflektierten oder übertragenen Strahl zu empfangen und Module zur Formung der von den optischen Signalen abgeleiteten numerischen Signale auf.
Das Signalverarbeitungsmodul weist ein Modul zur Drehgeschwindigkeitsbestimmung des Turbinenrades anhand der vom Erfassungsmodul empfangenen Referenzsignale, eine Schaltung zur zeitlichen Rejustierung, um die beim Meßsystem herrschenden Anfangsabweichungen zu berücksichtigen, und eine Echtzeitrecheneinheit auf, die anhand der gemessenen und rejustierten Zeitdifferenzen, die vom Erfassungsmodul zur Verfügung gestellt werden, die Parameter der Schwingung, die ihre Amplitude, ihre Frequenz und ihre Phase sind, in jedem Modus berechnet.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten bei der Lektüre der folgenden, zum Zwecke der Kenntnisnahme und nicht der Beschränkung gedachten Beschreibung besser hervor, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- Figur 1 die drei möglichen Schwingungsmodi einer Turbinenschaufel zeigen,
- Figur 2 ein Anordnungsschema der optischen Schwingungsmeßvorrichtung nach der Erfindung ist,
- Figur 3 die optoelektronische Meßkette der Vorrichtung der Figur 2 zeigt,
- Figur 4 bestimmte vom Erfassungsmodul empfangene Signale zeigt,
- Figur 5 ein erklärendes Schema der Bestimmung der Tangentialbewegung einer Turbinenschaufel ist,
- Figur 6 ein Beispiel der Anordnung des Querschwingungsmeßsystems ist,
- Figur 7 ein Beispiel der Anordnung des Torsionsschwingungsmeßsystems ist,
- Figur 8 ein Beispiel der Anordnung des Systems zur gleichzeitigen Messung der Quer- und der Torsionsschwingungen ist,
- Figuren 9a bis 9c ein anderes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsmeßsystems zeigen,
- Figuren 10a bis 10c ein anderes Ausführungsbeispiel des Querschwingungsmeßsystems zeigen,
- Figuren 11a bis 11c ein anderes Ausführungsbeispiel des Systems zur gleichzeitigen Messung der Quer- und der Torsionsschwingungen zeigt,
- Figuren 12a bis 12e verschiedene Konfigurationen des optischen Detektors darstellen,
- Figur 13 eine Detailansicht der Einwirkung des Lichstrahls auf eine Fläche der Turbinenschaufel ist, und
- Figur 14 die Umwandlung des Auftreffens des Lichstrahls auf die Turbinenschaufel durch die Verwendung einer Fokussierungslinse zeigt.
Die Figur 1 stellt eine Turbinenschaufel dar, auf welcher die verschiedenen Schwingungsmodi der Turbinenschaufel augenscheinlich gemacht worden sind.
Die Turbinenschaufel 1 ist eine Art Plättchen, das auf seiner Eigenfrequenz schwingen kann, die von seiner Form, seinen Abmessungen und seiner Befestigungsweise auf der Nabe 2 abhängt. Es können drei Schwingungsmodi der Turbinenschaufel unterschieden werden: Ein Tangentialschwingungsmodus (nach der Referenzachse y), ein Querschwingungsmodus (nach der Referenzachse z) und ein Torsionsschwingungsmodus (nach der Referenzachse θ).
Die Schwingung der Turbinenschaufel in jedem dieser Modi ist durch ihre Frequenz, ihre Amplitude und ihre Phase gekennzeichnet, Parameter, die gut gekannt werden sollten, um so präzise wie möglich das Bruckrisiko der Turbinenschaufel abzuschätzen und folglich diesen für die Turbine, aber auch für den Apparat in welche letztere eingebaut ist, schädlichen Bruch zu vermeiden.
Wenn man bedenkt, daß die drei vorgenannten Modi gleichzeitig auftreten, ist die sich aus dieser kombinierten Schwingung ergebende Bewegung der Turbinenschaufel dann durch die allgemeinen, folgenden Gleichungen gegeben:
in denen:
ωrot die Rotationswinkelgeschwindigkeit der Nabe ist R der Radius der Meßpunktspur der Biegung nach der Achse y ist
R' der Radius der Kante der Turbinenschaufel ist
Ay, Az, Aθ die Schwingungsamplituden nach den Achsen y, bzw. z, bzw. 9
ωy, ωz, ωθ die Schwingungsamplituden nach den Achsen y, bzw. z, bzw. θ
ωy, ωz, ωθ die Schwingungsphasen nach den Achsen y, bzw. z, bzw.
K und &epsi; die Koppelkoeffizienten der Modi sind.
Tatsächlich sind die drei Modi nicht gleichzeitig angeregt, so daß die Modi sich nicht gegenseitig überlagern. In der Tat wird einer der Modi, wenn er in Resonanz gerät, vorherrschend und die zwei anderen Modi sind dann schwierig meßbar.
Sö reduzieren sich unter der Annahme, daß der Tangentialschwingungsmodus allein angeregt ist, die vorgenannten Gleichungen zu (wobei Az und Aθ vernachlässigbar sind):
Wenn die beiden anderen Modi z und θ gering aber dennoch meßbar sind, gehorchen sie den zwei allgemeinen, vorgenannten z und θ ergebenden Gleichungen, in die man die von der Messung der Biegung nach y ausgehend berechneten Werte Ay, ωy und φy eingesetzt haben muß.
Für eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit der Nabe wird die Resonanz für einen verschiedenen Schwingungsmodus enstehen können, z.B. quer, und die allgemeinen Gleichungen werden dann:
ebenso für die Resonanz im Torsionsmodus der Turbinenschaufel
Die Figur 2 ist ein Aufbauschema der optischen Schwingungsmeßvorrichtung nach der Erfindung. Diese Vorrichtung weist ein erstes Meßsystem 10 auf, das dazu dient, Referenzsignale abzugeben, die von einem ersten optischen Detektor 100 beim Durchgang einer Referenzmarkierung 101 erzeugt werden, die auf der Turbinenradnabe 2 ausgebildet ist. Sie weist ebenso zweite 20, dritte 30 und vierte 40 Meßsysteme auf, die dazu dienen, Meßsignale der Tangential, bzw. Quer, bzw. Torsionsschwingung abzugeben, die von zweiten 200, dritten 300 und vierten 400 optischen Detektoren bei Durchgang von zweiten 201, dritten 301 und vierten 401 Markierungen erzeugt werden. Die Referenzsignale und die von den jeweiligen optischen Detektoren abgegebenen Meßsignale werden zu einem optoelektronischen Erfassungsmodul 50 geleitet, das die optischen Signale der Detektoren in numerische Signale umwandelt, die durch eine Signalverarbeitungsmodul 60 bearbeitbar sind, das, von diesen Signalen ausgehend, in Echtzeit die Schwingungsparameter in jedem der Modi bestimmt.
Die Figur 3 zeigt die Struktur der optoelektronischen Meßkette genauer. Das Erfassungsmodul 50 weist Versorgungsund Empfangsmodule 501, 502, 503 auf, die für jedes Meßsystem gleichzeitig die Erzeugung des Lichtstrahls und den Empfang der von den Detektoren ausgesandten optischen Signale sicherstellen.
Schaltungen 510, 520, 530 zur Formung der elektrischen Signale, die von den optischen Signalen abgeleitet sind, vervollständigen das Erfassungsmodul.
Das Signalverarbeitungsmodul 60 weist ein Modul 600 für die Bestimmung der Turbinenraddrehgeschwindigkeit, ausgehend von durch das erste Meßsystem 10 abgegebenen und durch das Erfassungsmodul 50 empfangenen Refernzsignalen, eine Schaltung 601 zur zeitlichen, automatischen Rejustierung der Meßsignale und eine Echtzeitrecheneinheit 602 auf, die die kennzeichnenden Schwingungsparameter A, ω, φ des oder der erfaßten Schwingungsmodus oder -modi bestimmt, ausgehend von durch die Schaltung 50 nach deren eventuellen Rejustierung zur Verfügung gestellten Zeitdifferenzen.
Die Rejustierungsschaltung 601 hat zum Ziel, die zeitlichen Abweichungen verschiedener Signale, die anfangs herrschen, und insbesondere auf Positionierungstoleranzen der verschiedenen optischen Detektoren zurückzuführen sind, zu berücksichtigen. Diese Anfangsabweichungen werden bei einer langsamen Geschwindigkeit gewonnen, in Abwesenheit aller Turbinenschaufelschwingungen, während einer Erfassungsphase der Parameter, die dann automatisch im Lauf der Messung verglichen werden.
Es ist wichtig zu bemerken, daß bei der Schaltung 601 die Rohzeitsignale Δt verfügbar sind, die die Durchführung einer verschiedenen Verarbeitung, z.B. einer statistischen, von verschiedenen Messungen erlauben können wird.
Kehren wir zur Figur 2 zurück, wo man die verschiedenen, in der Erfindung verwendeten Markierungen beobachten kann.
Die Referenzmarkierung 101 wird vorzugsweise von drei radialen, gleich beabstandeten Marken gebildet, die auf der Turbinenradnabe im wesentlichen am Fuß der Turbinenschaufeln ausgebildet sind. Dennoch ist diese Markierung nicht vorgeschrieben und es ist möglich, nur eine einzige Marke auf der Nabe auszubilden, wobei dann der Detektor 100 von drei Aufnehmern gebildet wird, die gleich beabstandet Seite an Seite angeordnet sind. Im einen oder im anderen Fall wird das erste Meßsystem 10 drei Referenzsignale gewinnen, die dem Durchgang entweder von jeder Marke vor einem einzigen Aufnehmer oder von einer einzigen Marke vor drei verschiedenen Aufnehmern entsprechen.
Die Markierung der Tangentialschwingungsmessung 201 wird vorteilhafterweise von einer einzigen Marke gebildet, die radial auf der Flanke der Turbinenschaufel angeordnet ist. Dennoch ist auch hier diese Ausführung nicht die einzig mögliche. Diese Marke kann, z.B., einfach durch die Kante der Turbinenschaufel gebildet werden. Ebenso, wie vorstehend, kann sie durch drei radiale gleich beabstandete Marken ausgebildet werden. Der zweite vor den Turbinenschaufeln angeordnete Detektor 200 wird dann einen einzigen Aufnehmer und nicht drei, wie dargestellt, umfassen.
Unabhängig von der angenommenen Konfiguration, wird das zweite Meßsystem 20 drei Meßsignale abgeben, die dem Durchgang entweder der einzigen Marke oder einer Kante der Turbinenschaufel vor drei verschiedenen Aufnehmern oder von drei Marken vor einem einzelnen Aufnehmer entsprechen.
Es sollte bemerkt werden, daß die Winkel zwischen den Referenzmarken und den Meßaufnehmern gleich sein sollten.
Die Markierung zur Quer- und Torsionsschwingungsmessung 301, 401 geht aus demselben Prinzip hervor und wird daher nicht genauer ausgeführt. Es kann einfach angemerkt werden, daß die Markierung auf dem Oberteil der Turbinenschaufel und nicht auf der Flanke ausgebildet ist, und das aus Gründen der Dimensionierung, die Option, drei Marken, parallel zur Radachse (Torsionsmodus) oder geneigt in Bezug auf diese Achse (Quermodus) und einen einzelnen radial angeordneten Aufnehmer wird bevorzugt, ohne dennoch, in bestimmten besonderen Fällen, die zwei anderen eventuell möglichen Optionen (multiple Aufnehmer oder Rand der Turbinenschaufel) auszuschließen.
Die Figur 4 zeigt die verschiedenen beim Erfassung smodul 50 gewonnenen Signale für einen gegebenen Schwingungsmodus, z.B. den Tangentialschwingungsmodus. Bei a) sind die vom ersten Meßsystem 10 gewonnenen Signale, bei b), c) und d) die bei jedem Aufnehmer des zweiten Meßsystems 20 gewonnenen Signale gezeigt.
Wenn es keine Schwingungen gibt, stimmen die Zeitpunkte des Auftretens der Referenzsignale mit denen der Meßsignale überein. Aber bei Vorhandensein einer Schwingung (Tangential für das Untersuchungsbeispiel) sind die Turbinenschaufeln nicht mehr normal zu der Nabe und es gibt dann eine Phasendifferenz zwischen der Referenzdetektierung auf der Nabe durch das erste Meßsystem 10 und der Markendetektierung auf der Flanke der Turbinenschaufel durch das zweite Meßsystem 20. Diese Phasendifferenz wird durch drei Zeitdifferenzen Δt&sub1;, Δt&sub2;, Δt&sub3; veranschaulicht, die in Bezug auf den Zeitpunkt des Auftretens des entsprechenden Referenzsignals bestimmt werden.
Die Figur 5 ist ein Erklärungsschema der Bestimmung der Turbinenschaufelbewegung im Tangentialschwingungsmodus, ausgehend von der Kenntnis der Zeitpunkte des Durchgangs der Marken vor den Aufnehmern (das Prinzip dieser Bestimmung ist analog für die anderen zwei Modi).
Die Tubinenschaufel ist gleichzeitig in Ruhe (strichpunktiert) und in Schwingung dargestellt. Der Referenzaufnehmer 100 ist fest und einzeln, und parallel zur Radachse vor der Nabe angeordnet. Die Referenzmarkierung 101 wird von drei gleich beabstandeten, auf der Nabe 2 ausgebildeten Marken gebildet. Das Meßsystem 20 der Tangentialschwingung wird von einer einzigen, auf der Flanke der Turbinenschaufel ausgebildeten Marke 201 und drei festen Aufnehmern 200 gebildet, die vor den Turbinenschaufeln parallel zur Radachse und auf einem, diese Achse zum Mittelpunkt habenden Kreisbogen angeordnet sind. Die Winkel zwischen den drei Referenzmarken und den drei Meßaufnehmern sind identisch. Man wird zwei kennzeichnende Konstanten bemerken, die eine αo ist mit der Nabe verbunden und stellt den Winkel zwischen den Marken dar und die andere β&sub0; ist mit dem Gehäuse verbunden, an dem die Aufnehmer montiert sind und entspricht dem Winkel zwischen den Aufnehmern. Man wird annehmen, daß sich das Rad mit einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit ωrot während der gesamten Messung dreht.
Zum Zeitpunkt t&sub0; ist die erste Marke auf der Nabe 2 vor dem Referenzaufnehmer 100 vorbeigegangen, aber aufgrund der Schwingung der Turbinenschaufel detektiert der erste Meß aufnehmer den Durchgang der Marke auf der Flanke der Turbinenschaufel nur zu einem späteren Zeitpunkt t&sub1;. Gesetzt Δt&sub1;, kann man die Differenz zwischen t&sub0; und t&sub1; schreiben als:
y1 = R ωrot Δt&sub1; + R (β&sub0; - αo)
mit R als radiale Stellung der festen Meßaufnehmer 200 in Bezug auf die Raddrehachse.
Um die Berechnungen zu vereinfachen kann man danach streben, αo und β&sub0; gleichzumachen, aber in der Praxis werden diese Werte als Justierungswerte eingegeben werden, wobei deren Bestimmung vom vorstehend genannten Rejustierungsmodul 601 durchgeführt wird.
Die Bestimmung der drei Zeitdifferenzen Δt&sub1;, Δt&sub2;, Δt&sub3; wird es erlauben, drei Werte y&sub1;, y&sub2;,y&sub3; der Turbinenschaufelbewegung zu den Zeitpunkten t&sub1;, t&sub2;, t&sub3; (im betrachteten Schwingungsmodus) zu erhalten und dann die Parameter der Turbinenschaufelschwingung zu berechnen durch Anwendung der vereinfachten, vorstehend definierten Gleichung:
y = Ay cos ( ωyt + φy )
vom welcher man einfach schließen kann:
ein System dessen numerische Lösung besonders einfach und an sich bekannt ist. Es ist wesentlich anzumerken, daß die Gesamtheit dieser Berechnungen sofort, in Echtzeit, durchgeführt wird, ohne eine andere Speicherung außer der der Zeitdifferenzen während der Zeitberechnung der kennzeichnenden Schwingungsparameter.
Die Bestimmung der Amplitude, der Frequenz und der Phase der Schwingung in Echtzeit verbietet nicht eine zwischengespeicherte Analyse der Ergebnisse, die es erlaubt, das Spektrum der Schwingung zu erhalten. Dazu mißt man die Durchschnittsperiode der Rotation ΔT einer Turbinenschaufel über n Umdrehungen und wenn man diese Durchschnittsperiode kennt, mißt man die Abweichungen Δti, die den Schwingungen der Turbinenschaufel entsprechen. Indem eine Statistik über eine große Anzahl von Umdrehungen, z.B. einige hundert, und eine Fourieranalyse durchgeführt wird, erhält man das Spektrum der Turbinenschaufelschwingung, d.h. nicht nur die Grundfrequenz der Schwingung sondern ebenso deren Oberwellen, die jedoch von ziemlich geringer Amplitude sein werden.
Die Figuren 6 und 7 zeigen die vorzuziehenden Anordnungen der Aufnehmer und der auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgebildeten Markierungen für die zusätzliche Messung der Schwingungen im Quermodus und im Biegemodus.
Im Querschwingungsmodus sind drei parallele Marken 301 schräg im Bezug auf die Radachse angeordnet und der einzelne radiale Aufnehmer 300 ist in der axialen Ebene der Turbinenschaufel (entsprechend der Mittenebene des Rades) angeordnet, wobei diese Anordnung eine Bestimmung der Richtung der Querbewegung erlaubt.
Im Torsionsschwingungsmodus sind drei parallele Marken 401 parallel zur Radachse angeordnet und der einzelne radiale Aufnehmer 400 ist in einer bestimmten Entfernung r zur Turbinenschaufelachse angeordnet, die selbstverständlich kleiner als eine Halblänge der Turbinenschaufel ist.
Die Figur 8 zeigt die Markierung, die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel angenommen worden ist, für die Messung der Gesamtheit der Quer- und der Torsionsschwingungen. Diese Anordnung kombiniert die zwei vorgenannten mit schiefen Marken 301 und Marken 401 senkrecht zur Drehrichtung, wobei von den Aufnehmern einer auf der Turbinenschaufelachse angeordnet ist und der andere um die Entfernung r leicht versetzt ist.
Mit dieser Konfiguration für den Quer- und den Torsionsmodus, gewinnt die Vorrichtung gemäß der Erfindung fünfzehn Meßsignale, die in Bezug auf drei Referenzsignale genau bestimmt sind, und die fünfzehn Zeitdifferenzen festlegen, die es erlauben, das System der allgemeinen vorgenannten Gleichungen zu lösen, welche höchstens 11 Unbekannte aufweisen, denen die Schwingungsparameter zugrunde gelegt sind.
Diese bedeutende Anzahl von Differenzenmessungen kann übrigens verringert werden, indem verschiedene Konfigurationen für das Meßsystem des Torsions- und des Quermodus angenommen werden, wie es unter Bezugnahme auf die Figuren 9-11 gezeigt werden wird.
Die Figuren 9a bis 9c zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des vierten Meßsystems 40 für die Bestimmung von Torsionsschwingungen.
Dieses weist wie vorstehend eine Markierung 401 auf, die von drei parallelen, parallel zur Radachse angeordneten Marken gebildet wird, aber der Detektor 400 wird dann von zwei radialen Aufnehmern 400a und 400b gebildet, die beiderseits der Achse der Turbinenschaufel 1 angeordnet und durch eine bestimmte Entfernung d getrennt sind.
Wenn es keine Torsion gibt (Figur 9a) detektiert das Aufnehmerpaar 400a, 400b gleichzeitig die aufeinanderfolgenden Marken und die Zeitpunkte des Auftretens dieser Marken werden verwechselt. Wenn es andererseits Torsion gibt (9b) kommen die Marken nicht mehr zum selben Zeitpunkt vor den beiden Aufnehmern vorbei.
So kann man, z.B., auf der Figur 9c beobachten, daß es der Aufnehmer 400a ist, der zuerst, bei t&sub1;, den Durchgang der ersten Markierung detektiert, wobei der Aufnehmer 400b die Detektion erst zum Zeitpunkt t&sub2; ausführt. Wenn θ&sub1; der mittlere Torsionswinkel ist, ergibt sich:
mit R&sub1; als Entfernung des Oberteils der Turbinenschaufel zur Radachse und ωrot als Rotationswinkelgeschwindigkeit des Rades.
Es gilt
ist, wobei Δt die Zeitdifferenz zwischen dem Durchgang einer selben Marke vor den zwei Aufnehmern ist.
Mit drei Marken erhält man drei Messungen des Torsionswinkels, die genügen, um mittels einer numerischen, zu der vorstehend genannten analogen Methode die Torsionsschwingungsparameter zu bestimmen.
Die Figuren 10a bis 10c zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des dritten Meßsystems 30 für die Bestimmung der Schwingungen im Quermodus.
Dieses weist einen Detektor 300 auf, der von zwei radialen Aufnehmern 300a und 300b gebildet wird, die beiderseits der Achse der Turbinenschaufel 1 angeordnet und durch eine bestimmte Entfernung d getrennt sind. Es fällt auf, daß diese Anordnung der Aufnehmer analog zur vorstehenden Ausführungsform ist. Andererseits ist die Markierung 301 verschieden und wird von drei Marken in Rautenform gebildet, deren kleinste Diagonalen auf der Achse der Turbinenschaufel angeordnet sind.
Wenn es keine Querbiegung der Turbinenschaufel gibt (Figur 10a) liefern die zwei Aufnehmer zu den selben Zeitpunkten Signale. Andererseits stimmen im Fall von Querbiegung (Figur 10b) die Zeitpunkte des Auftretens dieser Durchgangssignale der Marke nicht mehr überein.
So kann z.B. auf Figur 10c die Detektion einer ersten Flanke der ersten rautenförmigen Marke durch den Aufnehmer 300a zum Zeitpunkt t1 beobachtet werden, wobei eine zweite Flanke der anderen Seite der Achse durch den zweiten Aufnehmer 300b zum Zeitpunkt t&sub2; detektiert wird. Dann kommen zu den Zeitpunkten t'&sub2; und t'&sub1; die Detektionen der gegenüberliegenden Rautenseiten. Die Zeitdifferenzen Δt&sub1; = t'&sub2; - t'&sub1; und Δt&sub1; = t'&sub1; - t&sub1; und Δt&sub2; = t'&sub2; - t&sub2; ergeben die Stärke der Marke auf der Durchgangshöhe der Aufnehmer und erlauben, die Querbewegung der Turbinenschaufel einfach zu gewinnen. Man kann beobachten, daß die Marken auch von drei "vollen" Rauten gebildet werden können, wobei die Zeitdifferenzen dann einer mehr oder weniger kurzen Dauer des Signals entsprechen, das von jedem Aufnehmer empfangen wird.
Die Figur 11 ist ein anderes Ausführungsbeispiel, das die Kombination der dritten und vierten Meßsysteme in einem einzigen Meßsystem 70 erlaubt, das zwei radiale Aufnehmer 700a, 700b, die oberhalb der Turbinenschaufel angeordnet sind und gleichzeitig die Detektion der Querschwingung und die der Torsionsschwingung sicherstellen und eine Markierung 701 aufweist, die von drei gleischenkligen Dreiecken gebildet wird, deren Grundlinien parallel sind und parallel zur Radachse angeordnet sind.
Wenn keine Schwingung auf die Turbinenschaufel ausgeübt wird (Figur 11a) sind die Zeitpunkte der Detektion der Anfänge (Grundlinien der Dreiecke) und der Enden der Marken (Seiten der Dreiecke) identisch für jeden Aufnehmer. Andererseits verursacht das Auftreten einer Schwingung (Figur 11b) eine Verschiedenheit dieser Zeitpunkte des Auftretens wie es Figur 11c zeigt. Die Zeitdifferenzen Δt&sub1; und Δt&sub2; erlauben es, die Querschwingung genau zu bestimmen und die Zeitdifferenz Δt, die zwischen dem Zeitpunkt der Detektion der Grundlinien der Dreiecke durch die beiden Aufnehmer herrscht, erlauben es, die Torsionsschwingung genau zu bestimmen.
Tatsächlich ist die Stärke der dreieckigen Marken auf der Durchgangshöhe der Aufnehmer gegeben durch:
Δy&sub1; = R&sub1; ωrot Δt&sub1; und Δy&sub2; = R1 ωrot Δt&sub2;
Die Bewegung der Turbinenschaufel nach z, die sich aus der alleinigen Querschwingung ergibt, berechnet sich dann nach dem Ausdruck:
wo α der spitze Winkel der Dreiecke ist.
Es ist interessant anzumerken, daß mit dieser besonderen Anordnung für die Messung der Quer- und der Torsionsschwingungen die Anzahl der gewonnenen Signale für die Messung der Gesamtheit der Schwingungen ebenfalls gleich fünfzehn ist (4 Signale pro Marke für die Quer- und die Torsionsschwingungen und 3 Signale für die Tangentialschwingung) aber die Anzahl der Zeitdifferenzen, die für die Bestimmung der Schwingungsparameter verwendet werden, auf zwölf reduziert ist.
Es kann ebenfalls bemerkt werden, daß die Messung der Turbinenschaufelbewegung im Querschwingungsmodus abhängig ist von jeder Veränderung der axialen Stellung des Rades. Auch ist es vorzuziehen, die Messungen zu korrigieren, um diese Störung zu berücksichtigen. Diese Korrektur wird einfach ausgeführt durch eine Bestimmung der Referenzsignalamplitude in Bezug auf eine bestimmte Amplitude, die einer Durchschnittsstellung des Rades entspricht. Diese Bearbeitung kann beispielsweise beim Rejustierungsmodul 601 durchgeführt werden.
Die Figuren 12a bis 12g stellen verschiedene Ausführungsformen der Meßsysteme 10 bis 40 dar. Sie unterscheiden sich nach der Weise, mit der der Meßlichtstrahl erzeugt oder übertragen wird. Die Lichtquellen können von jedem Typ sein, monochromatisch oder Breitband, und beispielsweise durch Laserquellen oder durch Leuchtdioden gebildet werden, mit der einzigen Bedingung, daß sie kontinuierlich aussenden. Um eventuelle Interferenzen zwischen Quellen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, Lichtquellen von verschiedener Wellenlänge zu verwenden, die vorzugsweise schmalbandigen Detektoren zugeordnet sind.
Die Figur 12a ist eine schematische Darstellung eines Tangentialschwingungsmeßsystems 10, in dem die Markierung 201 von einem Rand der Turbinenschaufel 1 gebildet wird. Die Messung wird durch das Abdecken eines von einer Quelle 202 in Richtung eine Detektors 200 ausgesandten Lichtstrahls durch die Turbinenschaufel aufgeführt.
Die Figur 12b ist eine schematische Darstellung eines anderen Tangentialschwingungsmeßsystems 10, in dem die Markierung 201 ebenfalls durch den Rand der Turbinenschaufel gebildet wird, aber in dem die Lichtquelle 202 durch eine erste optische Faser 203 bis zu einer Sonde 204 verschoben ist, die in der Nähe der Turbinenschaufel angeordnet und gegen den Detektor 200 gewendet ist.
Die Figur 12c ist eine schematische Darstellung von noch einem weiteren Tangentialschwingungsmeßsystem 10, in dem der Detektor 200 sowie die Quelle 202 durch optische Fasern verschoben sind. Eine zweite Sonde 206 ist am Ende der zweiten optischen Faser 205 angeordnet, die mit dem Detektor 200 verbunden ist.
Die Figur 12d ist eine schematische Darstellung eines Meßsystems, das zur Bestimmung einer beliebigen Schwingung anwendbar ist, in dem die Messung durch Reflexion an auf der Turbinenschaufel gezeichneten Marken ausgeführt wird, wobei diese Marken reflektierend oder im Gegenteil nicht reflektierend sein können, und die Quelle und der Detektor (zum Beispiel 302 und 300) nahe bei der Turbinenschaufel angeordnet sind.
In der Figur 12e ist die Lichtquelle durch eine optische Faser 303 verschoben, die zu einer Sonde 304 gegenüber der Turbinenschaufel führt.
In der Figur 12f sind es die Quelle und der Detektor, die gleichfalls durch zwei verschiedene optische Fasern 303 und 305 verschoben sind, wobei die Sonde 304 gemeinsam ist.
Schließlich zeigt Figur 129 schematisch eine Verwendung einer einzelnen optischen Faser, die die Informationen der Quelle 302 zu der Turbinenschaufel 1 und von der Turbinenschaufel 1 zu dem Detektor 300 überträgt, wobei ein Strahlteiler 307 die Verzweigung der Information zu dem betreffenden Element ermöglicht. Im Fall der Verwendung einer einzelnen Faser ist eine Fokussierung des Strahls durch Hinzufügung einer nicht dargestellten Linse vor der Faser, die der Turbinenschaufel am nächsten ist, möglich.
Die Figur 13 zeigt genauer das Auftreffen des Lichtstrahls der Quelle und seine Reflexion an der Turbinenschaufel in der Ausführungsform der Figur 12f.
Das von der Aussendefaser 303 stammende Licht ist in einem durch seine nummerische Öffnung bestimmten Konus enthalten. Dies erzeugt beim beleuchteten Objekt, d. h. eine Flanke oder das Oberteil der Turbinenschaufel 1, eine im wesentlichen konstante Aufhellung über einen kreisförmigen Bereich, dessen Durchmesser mit der Entfernung Faser- Turbinenschaufel wächst.
Das von der Turbinenschaufel empfangene Licht wird in Richtung der Empfangsfaser 305 zurückgestreut und daraufhin durch letztere zu dem Fotodetektor 300 geleitet.
Der Sender und der Empfänger sind in das optoelektronische Versorgungs- und Erfassungsmodul 501, 502, 503 verschoben worden.
Man kann bemerken, wie es Figur 14 zeigt, daß eine Linse 308 am Ausgang der Sendefaser 304 und der Empfangsfaser 305 angeordnet werden kann, um den Lichtstrahl in einem genauen Punkt der Turbinenschaufel zu fokussieren.
Diese vielfältigen Anordnungen der Meßsysteme erlauben es, eine sehr große Flexibilität bei der Vorrichtung nach der Erfindung sicherzustellen, die miniaturisiert werden kann, und daher Messungen unter Bedingungen schwieriger Zugänglichkeit zu erlauben. Die Verwendung optischer Einrichtungen macht die Vorrichtung insbesondere gegen elektromagnetischen Schwankungen unempfindlich und erlaubt Messungen bei beliebiger Temperatur, sehr niedriger oder hoher, oder ferner bei Schwankungen der Temperatur.
Die Berechnungen in Echtzeit der Schwingungen ermöglichen eine schnelle Reaktion und erlauben es, eine Beschädigung der Turbine zu vermeiden, die einen Bruch einer Turbinenschaufel herbeiführen würde. Diese Berechnungen werden über jede Turbinenschaufel ausgeführt, wobei die Gesamtheit der Turbinenschaufeln eines Rades entweder in einer Umdrehung der Nabe oder in einer Anzahl von Umdrehungen gleich der Anzahl der Turbinenschaufeln untersucht wird, wobei eine neue Turbinenschaufel bei jeder Umdrehung des Rades untersucht wird.
Die optische Schwingungsmeßvorrichtung nach der Erfindung weist einen großen Durchlaßbereich auf und erlaubt es, Schwingungen mit Resonanzfrequenzen zu detektieren, die zwischen einigen dutzend Hertz und einigen hundert Kilohertz enthalten sind. Sie ist besonders angepaßt für die Schwingungsmessung von Turbinen von kleinen und großen Satellitenträgerraketen und insbesondere hat sie eine sehr große Meßgenauigkeit bei einer Turbopumpe einer Satellitenträgerrakete mit 108 Turbinenschaufeln für Schwingungsfrequenzen im Bereich zwischen 600 und 64000 Hertz demonstrieren können.

Claims

1. Verfahren zur optischen Schwingungsmessung, insbesondere von rotierenden Turbinenschaufeln, wobei diese Schaufeln auf einer einstückig mit der Turbinenradwelle (3), die sich mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit bewegt, ausgeführten Nabe (2) montiert sind, und wobei jede dieser Schaufeln wenigstens eine zur Mittenebene der Nabe parallel angeordnete Flanke und ein zur Tangentenebene der Nabe parallel angeordnetes Oberteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgernden Schritte aufweist:

- Erzeugung von drei Referenzsignalen anhand der Durchgangserfassung einer ersten Markierung (101), die auf der Turbinenradnabe (2) ausgebildet ist, mittels eines ersten optischen Detektors (100),

- Erfassung von drei Meßsignalen beim Durchgang einer zweiten Markierung (201), die auf der Flanke der Turbinenschaufel vor einem zweiten optischen Detektor (200) ausgeführt ist,

- Bestimmung der Zeitdifferenzen, die zwischen jedem der drei Referenzsignale und jedem der drei Meßsignale herrschen, wobei diese Differenzen in Abwesenheit von Schwingungen der Turbinenschaufel null oder gleich bestimmten, konstanten Werten sind, und

- sofortige Berechnung der Anteile der Tangentialschwingung der Turbinenschaufel in Amplitude, Frequenz und Phase anhand der verschiedenen erfaßten Differenzen.

2. Verfahren zur optischen Schwingungsmessung, insbesondere von rotierenden Turbinenschaufeln, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem die folgenden Schritte aufweist:

- Erfassung von drei weiteren Meßsignalen beim Durchgang von wenigstens einer weiteren Markierung (301, 401, 701), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgeführt ist, vor einem weiteren optischen Detektor (300, 400, 700),

- Bestimmung der Zeitdifferenzen, die zwischen jedem der drei Referenzsignale und jedem der drei weiteren Meßsignale herrschen, wobei diese Differenz in Abwesenheit von Schwingungen der Turbinenschaufel null oder gleich bestimmten, konstanten Werten sind, und

- sofortige Berechnung der Anteile der Quer- und/oder der Torsionsschwingung der Turbinenschaufel in Amplitude, Frequenz und Phase anhand der verschiedenen erfaßten Differenzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Markierung (201) auf der Flanke der Turbinenschaufel in Form von drei gleichbeabstandeten, radial angeordneten Marken ausgeführt ist, und der Detektor (200) ein einzelner Aufnehmer ist, der senkrecht zur Nabenebene und vor den Turbinenschaufeln angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Markierung (201) in einer senkrechte Kante der Turbinenschaufel besteht, wobei dann der Detektor (200) von drei gleichbeabstandeten Aufnehmern gebildet wird, die vor den Turbinenschaufeln senkrecht zur Nabenebene angeordnet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Anteile der Querschwingung die weitere Markierung (301), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgebildet ist, drei parallele Marken aufweist, die schräg zur Radachse angeordnet sind, und der Detektor (300) ein einzelner radialer Aufnehmer ist, der in der Radmittenebene oberhalb der Turbinenschaufel angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Anteile der Querschwingung die weitere Markierung (301), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgeführt ist, drei Rauten aufweist, deren kleinste Diagonalen in der Radmittenebene angeordnet sind, und der Detektor (300) von zwei Aufnehmern (300a, 300b) gebildet wird, die durch einen bestimmten Abstand getrennt beiderseits der Radmittenebene angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Anteile der Torsionsschwingung die weitere Markierung (401), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgebildet ist, drei parallele Marken aufweist, die parallel zur Radachse angeordnet sind, und der Detektor (400) ein einzelner radialer Aufnehmer ist, der in einer bestimmten Entfernung zur Radmittenebene angeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Anteile der Torsionsschwingung die weitere Markierung (401), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgeführt ist, drei parallele Marken aufweist, die parallel zur Radachse angeordnet sind, und der Detektor (400) von zwei Aufnehmern (400a, 400b) gebildet wird, die durch einen bestimmten Abstand getrennt und beiderseits der Radmittenebene angeordnet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Anteile der Torsionsschwingung die weitere Markierung (401), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgebildet ist, eine einzelne Marke aufweist, die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel parallel zur Radachse angeordnet ist, und der Detektor (400) dann von drei radialen gleichbeabstandeten Aufnehmern gebildet wird, die parallel zur Radmittenebene mit einem bestimmten Abstand zu dieser angeordnet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Bestimmung der Anteile der Quer- und der Torsionsschwingungen die weitere Markierung (701), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgebildet ist, drei gleichschenklige Dreiecke aufweist, deren Grundlinien parallel zur Radachse angeordnet sind, und der Detektor (700) von zwei Aufnehmern (700a, 700b) gebildet wird, die durch einen bestimmten Abstand getrennt und beiderseits der Radmittenebene angeordnet sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sofortige Schwingungsmessung der Turbinenschaufel für jede Schaufel der Turbine durchgeführt wird, wobei die Gesamtheit der Turbinenschaufeln innerhalb einer Radumdrehung analysiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sofortige Schwingungsmessung der Turbinenschaufel für jede Schaufel der Turbine durchgeführt wird, wobei bei jeder Radumdrehung eine verschiedene Turbinenschaufel analysiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem den folgenden Schritt aufweist:

- Spektrumsbestimmung der verschiedenen Schwingungen durch Fourieranalyse der Momentanzeitdifferenzwerte, die bei einer bestimmten Anzahl von Radumdrehungen erfaßt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem den folgenden Schritt aufweist:

- Korrektur der Meßfehler bei der Bestimmung der Turbinenschaufelschwingung, aufgrund einer geringen axialen Abweichung der Turbinenradwelle, durch eine Bewertung der Referenzsignalamplitude in Bezug auf eine bestimmte, einer Nenneinstellung dieser Welle entsprechende Amplitude.

15. Vorrichtung zur optischen Schwingungsmessung, insbesondere von rotierenden Turbinenschaufeln, wobei diese Schaufeln auf einer einstückig mit der Turbinenradwelle (3), die sich mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit bewegt, ausgebildeten Nabe (2) montiert sind, und wobei jede dieser Schaufeln wenigstens eine zur Mittenebene der Nabe parallel angeordnete Flanke und ein zur Tangentenebene der Nabe parallel angeordnetes Oberteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist:

- ein erstes Meßsystem (10) zur Erzeugung von drei Referenzsignalen anhand der Durchgangserfassung mittels eines ersten Detektors (100) von einer ersten Markierung (101), die auf der Turbinenradnabe ausgebildet ist,

- ein zweites Meßsystem (20) zur Erfassung von drei Meßsignalen beim Durchgang einer zweiten Markierung (201), die auf der Flanke der Turbinenschaufel vor einem zweiten optischen Detektor (200) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Markierung (101) von drei gleichbeabstandeten, radial angeordneten Marken gebildet wird, und der erste Detektor (100) ein einzelner Aufnehmer ist, der senkrecht zur Nabenebene und vor dieser angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Markierung (101) von einer einzelnen radialen Marke gebildet wird, und der erste Detektor (100) von drei gleichbeabstandeten Aufnehmern gebildet wird, die senkrecht zur Nabenebene entlang eines Kreisbogens mit der Radachse als Mittelpunkt angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Markierung (201) von drei gleichbeabstandeten, radial angeordneten Marken gebildet wird, und der zweite Detektor (200) ein einzelner Aufnehmer ist, der senkrecht zur Nabenebene und vor den Turbinenschaufeln angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Markierung (201) von einer einzelnen radialen Marke gebildet wird, und der zweite Detektor (200) von drei gleichbeabstandeten Aufnehmern gebildet wird, die senkrecht zur Nabenebene entlang eines Kreisbogens mit der Radachse als Mittelpunkt angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne, auf der Flanke der Turbinenschaufel ausgeführte Marke eine senkrechte Kante dieser Turbinenschaufel ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein drittes Meßsystem (30) aufweist, zur Erfassung von drei Meßsignalen beim Durchgang einer dritten Markierung (301), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel ausgebildet ist, vor einem dritten Detektor (300).

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Markierung (301) von drei parallelen Marken gebildet wird, die schräg zur Radachse angeordnet sind, und 9 der dritte Detektor (300) ein radialer einzelner Aufnehmer ist, der in der Radmittenebene über der Turbinenschaufel angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Markierung (301) von drei rautenförmigen Marken gebildet wird, deren kleinste Diagonalen in der Radmittenebene angeordnet sind, und der dritte Detektor von zwei radialen Aufnehmern (300a, 300b) gebildet wird, die über der Turbinenschaufel beiderseits der Radmittenebene und durch einen bestimmten Abstand getrennt angeordnet sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem aufweist:

- ein viertes Meßsystem (40) zur Erfassung von drei Meßsignalen beim Durchgang einer vierten Markierung (401), die auf dem Oberteil der Turbinenschaufel vor einem vierten Detektor (400) ausgebildet ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Markierung (401) von drei parallelen Marken gebildet wird, die parallel zur Radachse angeordnet sind, und der vierte Detektor (400) ein radialer, einzelner Aufnehmer ist, der in einer bestimmten Entfernung zur Radmittenebene über der Turbinenschaufel angeordnet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Markierung (401) von drei parallelen Marken gebildet wird/ die parallel zur Radachse angeordnet sind, und der vierte Detektor von zwei radialen Aufnehmern (400a, 400b) gebildet wird, die beiderseits der Radmittenebene durch einen bestimmten Abstand d getrennt angeordnet sind.

27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte und vierte Meßsystem (30, 40) ein einziges Meßsystem (70) bilden, das eine Markierung (701), die von drei Marken in Form von gleichschenkligen Dreiecken, deren Grundlinien parallel zur Radachse sind, gebildet wird, und einen Detektor aufweist, der von zwei radialen Aufnehmern (700a, 700b) gebildet wird, die über der Turbinenschaufel beiderseits der Radmittenebene durch einen bestimmten Abstand d getrennt angeordnet sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangserfassung einer Markierung (101, 201, 301, 401, 701) durch die Reflexion eines von einer Quelle (102, 202, 302, 402, 702) im entsprechenden Detektor (100, 200, 300, 400, 700) abgeleiteten Lichtstrahls bei jedem dieser Durchgänge durchgeführt wird.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des zweiten Meßsystems (20) die Durchgangserfassung der Turbinenschaufelkante durch die Verdeckung von einem von einer Quelle (202) abgeleiteten und normalerweise den entsprechenden Detektor (200) beleuchtenden Lichtstrahl durchgeführt wird.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor vom Meßort mittels einer zweiten optischen Faser (105, 205, 305, 405, 705) verschoben wird.

31. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor und die Quelle vom Meßort mittels einer einzelnen optischen Faser verschoben werden, wobei ein Strahlteiler (107, 207, 307, 407, 707) die Verzweigung zur Ausstrahlung und zum Empfang sicherstellt.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fokussierungslinse (108, 208, 308, 408, 708) am Austritt der optischen Faser oder Fasern vorgesehen ist, um die Dispersion des Lichtstrahls auf den von der Markierung abgegrenzten Bereich zu beschränken.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem aufweist:

- ein opto-elektronisches Erfassungsmodul (50), das die von den Detektoren (100, 200, 300, 400, 700) gelieferten optischen Signale in numerische Signale umwandelt, und

- ein Signalverarbeitungsmodul (60), das anhand dieser numerischen Signale die Schwingungsparameter in jedem Modus berechnet.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmodul Zuführungs- und Empfangsmodule (501, 502, 503), um das Meßlichtstrahlbündel zu erzeugen und das reflektierte oder durchgelassene Strahlbündel zu empfangen, und Module (510, 520, 530) zur Formung der von den optischen Signalen abgeleiteten elektrischen Signale aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalverarbeitungsmodul ein Modul (600) zur Drehgeschwindigkeitsbestimmung des Turbinenrades anhand der vom Erfassungsmodul (50) empfangenen Referenzsignale, eine Schaltung (601) zur zeitlichen Rejustierung, um die beim Meßsystem herrschenden Anfangsabweichungen zu berücksichtigen, und eine Echtzeitrecheneinheit (602) aufweist, die anhand der gemessenen und rejustierten Zeitdifferenzen, die vom Erfassungsmodul (50) zur Verfügung gestellt werden, die Parameter der Schwingung, die ihre Amplitude, ihre Frequenz und ihre Phase sind, in jedem Modus berechnet.