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Meßgerät zur Anzeige der axialen Wellenbewegung von Turbinen
Bei Turbinen
bringt zu hohe Abnutzung des Blocklagers die Gefahr mit sich, daß durch Berührung
zwischen den Lauf- und Leitschaufeln eine Beschädigung oder Zerstörung derselben
auftritt, die ein Auswechseln der beschädigten Schaufeln zur Folge hat, und, was
noch viel schwerwiegender ist, die genze Turbine für längere Zeit außer Betrieb
setzt. Es ist deshalb dringend notwendig, daß zur Überwachung der axialen Verschiebung
der Turbinenwelle eine genaue Meßvorrichtung eingebaut wird, die außerdem bei zu
starker Abnutzung des Blocklagers entweder den Schnellschluß auslöst und somit die
Turbine stillsetzt oder eine Alarmvorrichtung (Horn oder Lampe) einschaltet. Die
Kosten eines zuverlässigen Axial-=Meßgeräts sind gegenüber den Schäden, die an der
Turbine auftreten können, unerheblich.
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Die Anforderungen, die an eine solches Meßgerät gestellt werden, sind
folgende: 1. Die axiale Lage der Turbinenwelle muß im ganzen Betriebsbereich mit
einer genügenden Genauigkeit von 0,01 mm fortlaufend angezeigt werden; 2. die Messung
muß vom Gefühl und der Geschicklichkeit des Messenden unabhängig sein; 3. eine Nullpunkteinstellung
während des Betriebs muß bei Nenndrehzahl und Vollast zur Kennzeichnung der Normallage
der Turbinenwelle möglich sein; 4. bei Überschreiten der Blocklagerabnützung über
ein zulässiges Maß (zwischen 0,3 bis 0,5 mm) muß der Schnellschluß selbsttätig auslösen
; 5. die Betriebssicherheit des Geräts muß soweohl auf Genauigkeit, als auch auf
gutes Arbeiten überprüft werden könen ; 6. es ist erwünscht, daß das Gerät ohne
Schwierigkeit, gegebenenfalls noch nachträglich, angebaut werden kann, gefällig
aussieht und keine zu langen
und umständlichen Leitungen notwendig
macht. Es ist zweckmäßig, wenn zum Auslösen des Schnellschlusses eine schon vorhandene
Vorrichtung mitbenutzt werden kann.
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Neben einfacheren Schaltungen und Verfahren ist ein Meßgerät bekanntgeworden,
das die axiale Wellenbewegung der Turbine auf hydraulischem Wege mißt und obigen
Anforderungen sehr weitgehend Rechnung trägt. Es ist aber im Aufbau sehr kompliziert
und daher teuer.
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Nach der ERfindung wird ein Meßgerät zur Anzeige der axialen Wellenbewegung
von Turbinen geschaffen, das rein mechanisch arbeitet, einfach im Aufbau und billig
in der Herstellung ist. Die Erfindung besteht darin, daß die axiale Wellenbewegung
über ein federbelastetes Druckstück, eine Feineinstellspindel mit Mutter und Gegenmutter
und eine zu letzterer konzentrisch angeordnete Zhanstangenhohlspindel auf ein Zeigerwerk
übertragen wird, wobei alle drei Übertragungsteile durch eine zwischen dem Druckstück
und der Zahrtstangenhohlspindel liegende Feder verspannt und je durch besondere
Mittel gegen Drehung gesichert sind.
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Für die Auslösung des Schnellschlusses ist vorteilhaft ein Kippschalter
vorgesehen, der von der Zeigerwelle über ein Schaltgetriebe betätigt wird. Das Meßgerät
nach der Erfindung wird allen vorstehend genannten Anforderungen gerecht. Es zeichnet
sich durch hohe Betriebssicherheit aus. Es kann an der Turbine auch nachträglich
noch ohne großen Aufwand angebracht werden. Für mittelere Lagerböcke, wo ein stirnseitiges
Anflanschen nicht möglich ist, wird die Axialbewegung der Welle über ein Umlenkgestänge
auf das Gerät übertragen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsheispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 eine Längsschnitt durch das Gerät, Fig. 2 zwei verschiedene Stellungen
der Schalträder und Fig. 3 eine Ansicht des Geräts.
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Das mit seinem Flansch 1 an das Lagerbockgehäuse der Turbine geschraubte
mechanische Axial-Meßgerät nach Fig. 1 liegt mit einer Gleit-= scheibe 2 an einer
Grobeinstellschraube 3 an, die in die Stirnseite des Turbinenwellenstummels eingeschraubt
ist. Die Gleitflächen der Grobeinstellschraube und der Gleitscheibe sind saube plangeschliffen,
und eine der Flächen ist in der Mitte zur Vermeidung zu starken Druckanstiegs bei
4 durchbohrt. Die Schmierung der aneinandrliegenden Flächen erfolgt durch eine Düse
5. Die Gleitscheibe ist an einem Druckstück 6 bei 7 kardanisch aufgehängt, welches
im Meßgerätgehäuse 8 verschiebbar gelagert und durch einen Keil 9 gegen Drehung
gesichert ist. Das Druckstück wird von einer Feder 10, die sich an das Gehäuse 8
abstützt, zusammen mit der Gleitscheibe 2 gegen die umlaufende Grobeinstellschraube
3 angedrückt. Mit ihm ist eine Feineinstellspindel 11 derart verbunden, daß eine
Drehung der Spindel nicht stattfinden kann. Zu diesem Zweck ist das Druckstück mit
einer Schwalbenschwanznut 12 versehen, in die von der Seite die Feineinstellspindel
mit einem Vierkantkopf 13 eingeführt wird. Über letztere ist eine Zahnstangenhohlspindel
14 geschoben, deren Zähne 15 in ein Zahnrad 16 des Übersetzungsgetriebes 17 mit
vielfacher Übersetzung zur Zeigerwelle 18 eingreifen. Die Zahnstangenhohlspindel
liegt auf der einen Seite an einer gegenüber dem Druckstück 6 abtestützten Feder
19 an und an der anderen Seite an einer Mutter 20, die zusammen mit der Gegenmutter
21 eine genaue Einstellung der Feineinstellspindel gegenüber der Zahnstangenhohlspindel
bzw. der Zeigerwelle 18 gestattet. Eine Drehung der Zahnstangenhohlspindel 14 wird
durch einen an ihr befestigten Stift 22 verhindert, dr sich in einer Nut 23 eines
am Meßgerätgehäuse befestigten Winkelstücks 24 führt. Das Winkelstück 24 dient gleichzeitig
dazu, eine zu große Verschiebung der Spindel 14 durch eine Schraube 25 zu verhindern.
Da zur Betätigung der Mutter 20 und Gegenmutter 21 diese außerhalb des Meßgeräts
liegen müssen, werden sie nach Erfolgter Einstellung durch eine leicht abschraubbare
Kappe 26 gegen unbefugte Verstellung und mechanische Beschädigungen geschützt.
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Damit das Zahnspiel in dem Übersetzungsgetriebe 17 keinen ungünstigen
Einfluß auf die Anzeige ausübt, ist auf der Zeigerwelle 18 ein federbelastetes Hilfszahnrad
27 befestigt. An dem aus dem Meßgerät herausgeführten Ende der Zeigerwelle ist die
Einrichtung zur Auslösung des Schnellschlusses angeordnet. Diese besteht nach der
Erfindung aus einer Quecksilberschaltröhre 28 und dem diese betätigenden Schaltgetriebe
29. Letzteres ist ein auf dem Ende der Zeigerwelle befestigtes Schaltrad 30 und
ein mit diesem zusammenarbeitendes Schaltritzel 31, das die Quecksilberröhre in
die eine oder andere Schaltstellung kippt. Damit nur eine Einschalt- und eine Ausschaltstellung
der Schaltröhre möglich ist, wird das Schaltgetriebe derart ausgebildet, daß in
den anderen Stellungen des Schaltrads das Schaltritzel blockiert ist. Nach Fig.
2 besitzt das Schaltrad 30 zwei Zähne 42, 32, in deren Lücke 33 der Zahn 36 des
Schaltritzels 31 bei der Drehung des Schaltrads eingrift. Das Schaltritzel besitzt
außerdem noch die Zähne 34, 35, 37 und 38, von denen die Zähen 35 und 37 nur halb
so breit wie die Zähne 34, 36 und 38 sind.
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Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß das Schaltritzel in seinen
beiden Endstellungen blockiert ist. Dies sind die beiden Kippstellungen der Quecksilberschaltröhre,
in denen beispielsweise in der dargestellten oberen Stellung die Turbine betriebsmäßig
arbeitet, wöhrend in der unteren der Schnellschluß ausgelöst hat. Wie in Fig. 2
gezeigt, wird das Schaltritzel in der oberen Stellung durch die Zähne 34 und 36
und in der unteren Stellung durch die Zähne 36 und 38 blockiert. Die Quecksilberschaltröhre
hat den Vorteil, daß sie auch bei ganz langsamen Schaltbewegungen den Strom ohne
jede Funkenbildung rasch schließt und öffnet und daß zu ihrem Kippen praktisch keine
Kraftaufwendung notwendig ist. Bei Auslösung des Schnellschlusses schaltet die Quecksilberröhre
den Steuerstrom für ein Schütz und dieses den Arbeitsstrom
für einen
Hubmagneten ein, der direkt am Schnellschlußgestänge angreift. Für Anlagen mit Generatorschutz
ist ein Schütz und ein Hubmagnet schon vorhanden, so daß diese durch geeignete Schaltung
mit verwendet werden können. Wird von der Quecksilberschaltröhre nicht der Schnellschluß
ausgelöst, sondern nur eine Alarmvorrichtung betätigt, so schaltet sie den Arbeitsstrom
für die Alarmvorrichtung (Horn oder Lampe) ein.
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Bei der normalen Anzeige wird die axiale Verschiebung der Turbinenwelle
mittels eines Zeigers 39 (Fig. 3) abgelesen, der sich um eine Skla 40 dreht, deren
Einteilung so ausgeführt ist, daß eine Zeigerumdrehung 1 mm Axialverschiebung der
Welle entspricht. Die Skala kann mit einer roten Marke 41 versehen sein, durch die
die höchstzulässige maximale Wellenverschiebung gekennzeichnet ist. Die Übertragung
der axialen Bewegung der Turbinenwelle auf die Zeigerwelle erfolgt durch die mittels
der Feder 19 miteinander verspannten Übertragungsteile : das Druckstück 6, die Feineinstellspindel
11 und die Zahnstangenhohlspindeln 14, ohne daß Stöße oder toter Gang das Meßergebnis
beeinträchitigen können. Die kardanische Aufhängung der Gleitscheibe 2 an dem Druckstück
6 ermöglicht ein genau gleichmäßiges An liegen an der Grobeinstellschraube 3, so
daß auch hierdurch eine ungünstige Beeinflussung der Messung nicht eintreten kann.
Das Justieren der Nulljage und das Einstellen des Auslösepunkts wird bei Inbetriebnahme
des Meßgeräts bei Vollast und Nenndrehzahl der Turbine mittels der an der Feineinstellspindel
11 angeordneten Mutter 20 mit Gegenmutter 21 vorgenommen. Der Kippschaltmoment der
Quecksilberschaltröhre kann durch verschiedenes Aufsetzen des Schaltrads 30 auf
die Zeigerwelle 18 beliebig eingestellt werden. Der ganze Anzeigemechanismus kann
auf Genauigkeit und gutes Arbeiten dadurch überprüft werden: 1. indem man durch
Zug an der Mutter 20 die Übertragungsteile von der Grobeinstellschraube 3 etwas
abhebt, wobei nachher derselbe Meßwert wieder angezeigt werden muß; 2. indem man
die Zahnstangenhohlspindel 14 mittels Feineinstellmutter 20 gegenüber der in ihrer
Betriebslage feststehenden Feineinstellspindel 11 so weit nach rechts verstellt,
wie dies einer unzulässig hohen Blocklagerabnützung entsprechen würde. Dabei läuft
der Zeiger über die Grenzmarke 41, und der Schnellschluß muß auslösen.
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Wenn es erforderlich sein sollte, kann auch eine Fernübertragung der
Zeigerstellung vorgenommen werden mittels eines Widerstandsfernanzeigers, der von
der Zeigerwelle eingestellt wird, und eines Kreuzspulinstruments.