DE949775C

DE949775C - Einrichtung zur induktiven Messung des Radial- oder Axialspieles bei Turbinen und aehnlichen Maschinen

Info

Publication number: DE949775C
Application number: DES40150A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Braunersreuther
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1954-07-25
Filing date: 1954-07-25
Publication date: 1956-09-27

Description

Einrichtung zur induktiven Messung des Radial- oder Axialspieles bei Turbinen und ähnlichen Maschinen Zur Messung des Radial- oder Axialspieles rotierender Teile bei Turbinen und ähnlichen Maschinen sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen Ibekanntgeworden. In der Literatur nimmt vor allem das induktive Verfahren, einen breiten Raum ein. Hierbei wird im allgemeinen im feststehendem Gehäuse eine Induktionsspule angeordnet, die an eine Wechselspannungsquelle über ein Meßinstrument angeschlossen ist und die auch in Verbindung mit Verstärkeranordnungen für Regelzwecke verwandt wird. Am rotierenden Teil befindet sich ein magnetischer Rückschluß teil aus weichmagnetischein Werkstoff. Besteht der rotierende Teil dagegen selbst aus Eisen, so kann er unmittelbar für den magnetischen Rückschluß ausgenutzt werden.
Naoh der Erfindung erfolgt die Messung des Radial- oder Axialspieles der Laufräder von Turbinen und ähnlichen Maschinen ebenfalls mit Hilfe elektnsch-magnetischer Mittel. Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen wird jedoch keine Weehselspannu,ng zur Speisung einer Induktionsspule für die Messung benötigt und damit keine besondere Stromquelle zur Erzeugung dieser Span- nung. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß am Laufrad ein Dauermagnet und am gegenüberliegenden Gehäuse eine induktionsempfindliche Vorrichtung angeordnet werden, die bei jedem Umlauf überstrichen wird, und daß die z. B. mit Hilfe eines integnerenden Verstär4.ers aus den Induktionsspannungs stößen ermittelte Spannungszei,tfläche als Maß für das zu bestimmende Laufrad spiel dient.
Ein besonderer Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht darin, Edaß sie bis zu einer Temperatur von etwa 6000 C - bezogen auf die Erwärmung der induktionsempfindlichen Vorrichtung - anwendbar ist und bei verhältnismäßig geringem technischem Aufwand eine Meßgenauigkeit bis auf 0,I mm zuläßt.
Ein Ausführungsbeispiel und Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung dargestellt.
Mit I ist das Laufrad einer Turbine, mit 2 ein an ihrem äußeren Rand angebrachter Dauermagnet aus einer temperaturunabhängigen Legierung, z. B. aus einer Eisen-Nickel-Aluminium-Legierung oder aus einem Oxydmagnet, bezeichnet. Mit 3 ist der Gehäuserand angedeutet, an ihm ist eine induktions empfindliche Vorrichtung 4 fest angebracht.
Sie kann - wie in der Zeichnung angedeutet ist -aus einer eisenfreien Spule oder aber aus einem als Hallplättchen ausgebildeten Halbleiterkörper bestehen. Imtletzteren Falle kommt noch der Primärstromkreis für das Hallplättchen hinzu. Die induktionsempfindliche Vorrichtung ist an einen nach dem ball is tischen Prinzip arbeitenden integrierenden Verstärker 5 angeschlossen und an diesen ein Spannungsmeßgerät 6, an dem die Spannungszeitfläche oder, nach entsprechender Eichung, direkt das Laufradspiel abgelesen werden kann.
In der Zeichnung ist als Beispiel eine Anordnung zur Messung des Radialspieles dargestellt. In analoger Weise ist der Erfindungsgedanke in einer entsprechenden Anordnung zur Messung des Axialspieles, mit einer Spule oder einem Hallplättchen als induktionsempfindliclier Vorrichtung, anzuwenden.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende: Bei jedem Umlauf überstreicht der Magnet die induktionsempfindliche Vorrichtung und induziert in dieser einen Spannungsstoß, der aus einem positiven und einem negativen Teil besteht.
Und zwar ergibt sich die induzierte Spannung für den Fall, daß die induldionsempfindliche Vorrichtung aus einer eisenfreien Ring spule besteht aus folgender Beziehung: dB U--nq dt Hierbei ist n die Windungszahl der Spule, q die Querschnittsfläche der Spule, dt die Anderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses. Die vom Dauermagneten bei jedem Umlauf überstrichene Windungsfläche der Spule (n q) ist von der relativen Lage des Dauermagnets zur Spule in der Radialrichtung - ailso vom Radialspiel des Laufrades - abhängig.
Entsprechend liegen die Verhältnisse, wenn an Stelle der Spule ein Hallplättehen verwendet wird.
Unter der Voraussetzung eines konstanten Primärstromes durch das Hallplättehen ist die in dem Halbleiterkörper induzierte Hallspannung proportional der magnetischen Kraftflußdichte, und diese ist in gleicher Weise wie oben von der relativen Lage von Dauermagnet und Hallplättchen, also vom Radialspiel abhängig.
Der nach dem ballistischen Prinzip arbeitende integrierende Verstärlr liefert aus den Spannungsstößen die Spannungszeitfläche, die drehzahlunabhängig ist und somit direkt als Maß für das zu ermittelnde Spiel genommen werden kann. Die zur Ermittlung der Spannungszeitfläche im einzelnen erforderlichen schaltungstechnischen Maßnahmen - z. B. muß der negative Teil eines jeden Impulses unterdrückt werden - sind an sich bekannt und brauchen hier nicht mehr erläutert zu werden.
Zur Erhöhung der Impulsfolge können - über den Umfang verteilt - auf dem Laufrad mehrere Dauermagnete angebracht werden. Ebenso ist es möglich, an verschiedenen Stellen des Gehäuses Meßspulen bzw. Hallplättchen anzubringen, so daß es möglich ist, an mehreren Stellen das Spiel zwischen Gehäuse und Läufer nacheinander oder gleichzeitig den Durchschnittswert des Spieles zu ermitteln. Die Empfindlichkeit der Einrichtung kann durch günstige Anordnung von Magnet und induktionsempfindlicher Vorrichtung gesteigert werden, weiterhin auch dadurch, daß die Ausführung des Dauermagnets so gewählt wird, daß er ein stark inhomogenes Feld aufweist.
Bei der Verwendung von Hallplättohen ist die Empfindlichkeit der Einrichtung von der Größe der erreichbaren Hallspannung abhängig und diese wiederum von der Trägerbeweglichkeit des verwendeten Halbleitermaterials - wenn man von der Größe des Primärstromes absieht - die ihrerseits von der Stromibelastbarkeit des Hallplättchens abhängig ist. Um ausreichende Hallspannungswerte zu erzielen, ist es erforderlich, Halbleiterkörper mit Trägerbeweglichkeiten von 6000 cm2/Vsec oder mehr zu verwenden. Dies ist aus dem weiteren Grund erforderlich, weil nur bei solch hohen Trägerbeweglichkeiten sdie Möglichkeit besteht, die Hallspannung leistungsmäßig - zu belasten, also leistungsaufuehmende Verstärkereinrichtungen anzuschließen, wie es im obigen Beispiel vorgesehen ist. In der vorgesehenen Weise wird der Halbleiterkörper als »Hallgenerator« verwendet, wie er im einzelnen in der f-ranzösischen Patentschrift 1 112 433 beschrieben ist. Als Halbleiterkörper, die diesen Anforderungen genügen, eignen sich besonders halbleitende Verbindungen von einem der Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon. Die Eigenschaften dieser Halbleiterverbindungen sind im einzelnen in der französischen Patentschrift I 057 038 beschrieben.
Wegen ihrer Wärmebeständigkeit kommen besonders InAs und InP in Frage. Und zwar ist InAs bis zu einer Temperatur von etwa 5000 C, InP ist sogar bis zu einer Temperatur von 6000 C verwendbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Einrichtung zur Messung des Radial- oder Axialspieles der Lauf räder von Turbinen und ähnlichen Maschinen mit Hilfe magnetischelektrischer Mittel, die teils am. Laufrad, teils am gegenüberliegenden Gehäuse angeordnet sind und sich bei jedem Umlauf überstreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischelektrfschen Mittel aus einem am Laufrad angeordneten Dauermagnet und einer am Gehäuse angeordneten induktionsempfindl ichen Einrichtung besteht und daß die z. B. mit Hilfe eines integrierenden Verstärkers aus den Induktionsspannungsstößen ermittelte Spannungszeitfläche als Maß für das zu bestimmende Laufradspiel dient.
2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß am Laufrad mehrere Dauermagnete vorgesehen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere induktionsempfindliche Vorrichtungen am Umfang des Gehäuses vorgesehen sind.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als induktionsempfindliche Vorrichtung eine eisenfreie Spule vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als induktionsempfindliche Vorrichtung ein als Hallplättchen ausgebildeter Halbleiterkörper vokgesehen ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haibleiterkörper eine Trägerbeweglichkeit von 6000 cm2/Vsec oder mehr aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper eine halbleitendeVerbindung von einem der Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon verwendet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper IndiumarseniZd (InAs) verwendet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, Idaß als Halbleiterkörper Indiumphosphid (InP) verwendet ist: In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 859 372; britische Patentschrift Nr. 666 898; USA.-Patentschrift Nr. 2 548 599.