EP2989329A1 - Method for assessing a wear state of a module of a turbomachine, module, and turbomachine - Google Patents

Method for assessing a wear state of a module of a turbomachine, module, and turbomachine

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Publication number
EP2989329A1
EP2989329A1 EP14721302.9A EP14721302A EP2989329A1 EP 2989329 A1 EP2989329 A1 EP 2989329A1 EP 14721302 A EP14721302 A EP 14721302A EP 2989329 A1 EP2989329 A1 EP 2989329A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
assembly
sensor
bearing
wear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14721302.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank May
Simon Gassmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer Management AG
Original Assignee
Sulzer Pumpen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer Pumpen AG filed Critical Sulzer Pumpen AG
Priority to EP14721302.9A priority Critical patent/EP2989329A1/en
Publication of EP2989329A1 publication Critical patent/EP2989329A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/04Bearings
    • G01M13/045Acoustic or vibration analysis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088Testing machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/0245Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the pump
    • F04D15/0272Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the pump the condition being wear or a position
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G01L1/162Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
    • G01L1/165Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators with acoustic surface waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/167Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using piezoelectric means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02Details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/04Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only
    • F16C17/06Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00Monitoring condition, e.g. temperature, load, vibration

Definitions

  • the invention relates to a method for assessing a state of wear of an assembly of a turbomachine, in particular a bearing assembly of a pump or turbine, an assembly of a turbomachine, and a turbomachine, in particular pump or turbine according to the preamble of the independent claims 1, 11, and 15.
  • Bearings are used wherever forces acting in certain directions have to be compensated or movements of an object in undesired directions have to be prevented.
  • Turbomachines such as pumps or turbines, are used in assemblies with rotating components essentially two types of bearings, namely so-called radial and thrust bearings.
  • the bearings commonly used in turbomachines are, depending on the specific application, very often extremely complex assemblies subcomponents in operation
  • Bearing segments are arranged in the form of an annular array on a mostly metallic carrier body about a bearing axis and are flooded in the operating state with a circulating fluid as a lubricant.
  • the bearing segments as such consist, depending on the application, of a metal, plastic, etc. and often have the shape of a trapezoidal cuboid, on whose side facing the carrier body there is a tilting element on which the bearing segment is mounted.
  • On the side facing away from the carrier body of the bearing segments is a track disc, with which the axial forces of the shaft are transmitted to the bearing, whereby corresponding pressure loads on the
  • the bearing segments are loosely and discreetly mounted with respect to the carrier body to avoid misalignment and to adapt the tilting of the bearing segments, which is caused by the formation of the hydrodynamic lubricant film, to the rotating shaft.
  • the loose mount is in principle limited by the fact that the bearing segments are to be held within the assembly when the shaft is not rotating, so for example by the bearing segments are connected to each other by a flexible network or fastened by means of a fastener in a groove on the support body are.
  • fluids with a low viscosity are used, for example a water-based lubricant or an oil mixture.
  • the wear of the bearing segments is not a continuous process, but it comes at high pressure loads often within seconds to damage or destruction of the bearing segments.
  • Such bearings, as well as the radial bearings are always subject to constant wear and tear, which, without sudden catastrophic effects, ultimately leads to the bearing or parts thereof having to be repaired or replaced.
  • the rotating components, or those components which are in contact with rotating parts are wear parts which sooner or later fail. In order for such a failure does not occur completely surprising and thus possibly even worse damage to other components of the corresponding machine caused, it is important even before the final failure of such Verschleissteils information about the
  • Turbomachines for example, bearings or bearing seals or bearing shafts of pumps or turbines, or axial
  • thermocouples or with electrical resistance thermometers reasonably reliable and allows in principle a good monitoring and assessment of a
  • Temperature sensors generated measurement signals are connected via electrical lines with appropriate measuring and Ausnceinstrumenten, so that the use of the aforementioned temperature sensor for use under normal operating conditions in the area prohibits in most cases, as the skilled person is immediately clear.
  • the object of the invention is therefore to provide a reliable method for
  • turbomachine which avoids the problems known from the prior art and is particularly suitable for use under ordinary operating conditions in the field or in the field, including outside the laboratory for everyday use. Moreover, it is an object of the invention to propose a correspondingly modified assembly of a turbomachine, as well as a
  • Turbomachine in particular pump or turbine, with such a modified assembly.
  • the invention is intended to provide a method and apparatus such that even under extreme operating conditions, such as e.g. at a pump that is deep below the
  • the invention relates to a method for assessing a state of wear of an assembly of a turbomachine, in particular bearing arrangement of a pump or turbine, wherein for determining a Verschleisskenngrosse by means of a signal generator, a mechanical interrogation signal is generated with a predetermined waveform, and with a standing in contact with the module sensor generated from the query signal
  • the response signal is changed according to a variation of a physical operating variable of the assembly according to a characteristic pattern, from
  • the state of wear of the assembly is not reduced, as known in the art, e.g. with a conventional temperature sensor, such as a thermocouple or a
  • thermometer assessed. Rather, a signal generator is used, which generates a mechanical interrogation signal from the one
  • SAW sensor surface acoustic wave sensor
  • German-language abbreviation SAW sensor surface wave sensor
  • Such sensors are preferably made on the basis of a piezoelectric or piezoresistive material, which, as is well known to the skilled person, when exposed to mechanical stresses, such as elongation, compression, pressure, force, torque, etc. due to its special crystalline structure
  • piezoelectric materials are also suitable for temperature measurement or for a suitable calibration
  • SAW sensors which are constructed of piezoelectric materials, is, inter alia, that they can be made relatively small, often in dimensions of a few millimeters or even smaller. Since the piezoelectric effect is ultimately due to polarization phenomena in the crystal lattice, such a sensor module can be operated and read out with the application of minimal electrical energy, since the main effect, namely the change in polarization or
  • Components can be installed.
  • the sensor modules can also be wired in special cases.
  • such sensor modules are robust, extremely durable and hardly prone to error, and are also commercially available at very favorable prices from a large number of manufacturers.
  • Turbomachine in particular for assessing the state of wear of a bearing assembly or for assessing the state of wear of components or subcomponents, such as, inter alia, seals on bearing assemblies, the monitoring of the temperature or the temporal change in temperature in the operating state has to be particularly reliable and easy to handle Measured variable exposed.
  • the temperature preferably monitored as a function of time at appropriate locations in the assembly, on the one hand slowly developing damage, for example, on a bearing or on a seal of the bearing or other component or
  • Subcomponent of the camp are detected and monitored very early. If such temperature profiles are suitably calibrated to the relevant parameters, for example, a repair or replacement of the bearing can be carried out very early, before the corresponding component finally fails. But also very spontaneous, possibly catastrophic
  • Damage can be detected almost immediately in its occurrence, so that a corresponding machine, for example, immediately shut down or can be reduced in their performance before worse and more damage to the corresponding machine can occur.
  • the skilled person readily understands that automatic readout of the sensor units used, the monitoring can be automated especially easily, so that, for example, a corresponding message can be triggered when maintenance or repair is necessary or in the worst case, of course, an emergency shutdown or to be initiated automatically.
  • Sensor units at different locations on or in the assembly also different components or subcomponents of the assembly
  • the signal transmitter and the sensor are integrated in a sensor module, as a result of which the entire space occupied by the sensor
  • Signaling device and the sensor together occupy particularly good can be minimized, so that the entire sensor module is particularly space-saving and also very easy to install on the module to be monitored.
  • the signal generator additionally, i. at the same time also used as a sensor for detecting the response signal, which allows a further miniaturization of the sensor module.
  • the interrogation signal is particularly preferably transmitted to the signal generator wirelessly from a suitable signal source, e.g. transmitted by radio on a suitable carrier frequency, of course, the response signal can be transmitted according wirelessly to an evaluation unit for evaluation and determination of the wear condition.
  • the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor module are made at least partially from a suitable piezoelectric or piezoresistive material, in particular from a piezoelectric or piezoresistive single crystal.
  • the physical operating variable which is monitored by the sensor module and from which finally the wear characteristic variable is derived, from which the wear state can be detected, can be any suitable physical variable that corresponds to the wear state in
  • a pressure, a force, a torque, a rotational speed, a flow of a fluid medium very particularly preferably a temperature and / or a spatial or temporal distribution of these quantities.
  • the module to be monitored is a component or a sub-component of a bearing
  • the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor can be used
  • Sensor module are particularly advantageously provided in a rotating component or sub-component of the module and / or on a stationary component or sub-component of the module.
  • the inventive method is basically suitable for assessing the state of wear of any assembly of a turbomachine, but is in practice very particularly advantageous for assessing a wear condition of a bearing assembly of a
  • the bearing assembly particularly preferably a mechanical shaft bearing comprising a in a
  • stationary bearing saddle arranged rotatable shaft is, or else an axial Kippsegmentlager comprising a in a carrier body
  • arranged tilting element may be with a plurality of segmental bodies.
  • the inventive method for assessing the state of wear in a bearing assembly comprising a
  • temperature peaks may occur, which are detected almost immediately in their emergence, so that a corresponding machine, for example, immediately shut down or can be reduced in their performance before worse and possibly additional damage to the corresponding machine may occur.
  • Such temperature peaks usually do not occur, for example when using rolling bearings.
  • the monitoring and evaluation of the state of wear can also be fully or partially automated, so that the turbomachine can be controlled and / or regulated in accordance with the response signal.
  • the present invention further relates to an assembly of a
  • Turbomachine in particular a bearing assembly of a pump or a turbine, with which assembly can perform the method of the invention.
  • a signal generator for generating a mechanical
  • Interrogation signal and a standing in contact with the module sensor for detecting a response signal generated from the interrogation signal
  • Abrasion characteristic is determinable, and the state of wear can be assessed using the Verschleisskenngrösse.
  • the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor module is provided in a rotating and / or stationary subcomponent of the assembly, wherein in practice the assembly often has a
  • Bearing arrangement in the form of a mechanical shaft bearing comprising a arranged in a stationary bearing saddle rotatable shaft, wherein the signal generator and / or the sensor and / or the sensor module
  • the assembly is a bearing arrangement in the form of an axial tilting pad bearing comprising a bearing segment arranged in a carrier body, wherein the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor module on the carrier body and / or on the tilting element and / or on a segment body of Tilting element is provided.
  • the assembly comprises a bearing assembly with a
  • the invention also relates to a turbomachine
  • FIG. 1 a a simple schematic embodiment of a
  • Fig. 1b an embodiment of a wireless coupled
  • FIG. 2 shows a mechanical shaft bearing according to the invention
  • FIG. 3a shows an axial tilting pad bearing according to the invention
  • FIG. 3b shows a carrier body of the tilting pad bearing of FIG. 3a.
  • FIGS. 1 a and 1 b a simple one is intended to illustrate the functional principle of a sensor module suitable for the invention
  • inventive method are as such from the prior art, for example, under the keyword SAW sensors (Surface Acoustic Wave Sensor) or under the German name SAW sensors (Surface wave sensors) known per se and as such not directly the subject of the present invention.
  • SAW sensors Surface Acoustic Wave Sensor
  • German name SAW sensors Surface wave sensors
  • the sensor module S according to the very simple and highly schematically illustrated embodiment according to FIG. 1a comprises a piezoelectric based signal generator 2, which in the operating state, a mechanical interrogation signal 21 in the form of a mechanical
  • the piezoelectric signal generator 2 is fed by the signal source 200 with a corresponding electrical or electromagnetic signal.
  • the interrogation signal 21 runs as a mechanical surface wave on the surface F of the sensor module S to the sensor 3. For example, due to a change in temperature, which has acted on the sensor module S, because, for example due to wear, the friction in a bearing assembly 1 1, 1 1 1, 1 12 has increased, to which the sensor module S is attached, the sensor module S undergoes a small change in length due to thermal expansion.
  • the sensor module S is mechanically no longer resonantly tuned to the surface wave of the interrogation signal, whereby the response signal 31 generated by the sensor 3 via the piezoelectric effect or inverse piezoelectric effect with respect to the interrogation signal 21 follows a characteristic pattern depends on the type and degree of mechanical detuning, is changed.
  • the response signal 31 is from the sensor 3 a
  • Evaluation unit 300 is supplied, with which then from the change of the response signal 31, possibly with the aid of previously
  • Abrasion characteristic can be assessed.
  • FIG. 1 b shows an exemplary embodiment of a sensor module S in which the signal generator 2 simultaneously operates as a sensor 3.
  • the interrogation signal 21 is fed wirelessly via a radio link in the form of an oscillating electromagnetic wave into an antenna T of the sensor module S and fed to the piezoelectric signal generator 2.
  • the piezoelectric signal generator 2 generates via the piezoelectric effect or the inverse piezoelectric effect, a mechanical surface wave that passes over the surface F of the sensor module S, at least partially reflected at the reflection centers RZ and is mirrored back to the signal generator 2, the signal generator now taking advantage of the piezoelectric effect or the inverse
  • piezoelectric effect as a sensor 3 operates and feeds the response signal 31 again in the antenna T, which transmits the characteristically modified response signal 31 wirelessly to an evaluation unit, in turn, the wear condition can be determined or assessed.
  • Fig. 2 shows a highly schematic representation of a known per se
  • inventive mechanical shaft bearing 1 1 1 is executed, and in the example, two sensor modules S are provided.
  • two sensor modules S are provided.
  • Sensor module S is provided in the static, non-rotating bearing saddle 1 1 1 1, while a second sensor module S in the operating state about the shaft axis A rotating shaft 1 1 12 is placed.
  • FIG. 3a finally shows an inventive axial
  • Kippsegmentlager 1 12 a turbomachine, which is here in particular a pump.
  • the tilting pad bearing 1 12 differs from the axial tilting pad bearings known from the prior art substantially in that in the tilting pad bearing 1 12 shown here on static and rotating components of the tilting pad bearing 1 12 sensor modules S are provided.
  • the axial tilting pad bearing 1 12 of FIG. 3 a comprises a carrier body 1 122 with tilting elements 1 121. On the pump shaft 1 1 12, in the
  • Carrier body 1 122 so concentrically about the pump shaft 1 1 12th
  • Tilting elements 1 121 provided segment body 1 123 of the two
  • Carrier body 1 122 opposite. Between the two carrier bodies 1 122, a track disc SP is arranged, which transmits the axial pressure load in a conventional manner to the segment body 1 123.
  • Fig. 3b shows for clarity one of the two support body 1 122 of the axial tilting pad bearing 1 12 of FIG. 3a in more detail in detail.
  • the segment bodies 1 123 are fastened by means of a fastening means B,
  • the carrier body 1 122 movably supported.
  • the sensor modules S are preferred, but not necessary, in the corresponding component
  • suitable combinations of the described embodiments includes, as well as simple developments of the invention, which also give the expert without further inventive step also informal.

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Abstract

The invention relates to a method for assessing a wear state of a module (1, 11, 111, 112) of a turbomachine, in particular a bearing arrangement (11, 111, 112) of a pump or turbine, wherein a mechanical interrogating signal (21) with a predefinable signal shape is generated by means of a signal transmitter (2) in order to determine a wear characteristic variable, and a response signal (31) which is generated from the interrogating signal (21) is detected by way of a sensor (3) which is in contact with the module (1, 11, 111, 112). According to the invention, the response signal (31) is modified depending on a variation in a physical operating variable of the module (1, 11, 111, 112) according to a characteristic pattern, the wear characteristic variable is determined from the modification of the response signal (31), and the wear state is assessed using the wear characteristic variable. Moreover, the invention relates to a module (1, 11, 111, 112) of a turbomachine having a signal transmitter (2) and a sensor (3), and to a turbomachine having a module (1, 11, 111, 112) of this type.

Description

Verfahren zur Beurteilung eines Verschleisszustandes einer Baugruppe einer Strömungsmaschine, Baugruppe, sowie Strömungsmaschine  Method for assessing a state of wear of an assembly of a turbomachine, assembly, and turbomachine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe einer Strömungsmaschine, insbesondere Lageranordnung einer Pumpe oder Turbine, eine Baugruppe einer Strömungsmaschine, sowie eine Strömungsmaschine, insbesondere Pumpe oder Turbine gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 , 1 1 , und 15. The invention relates to a method for assessing a state of wear of an assembly of a turbomachine, in particular a bearing assembly of a pump or turbine, an assembly of a turbomachine, and a turbomachine, in particular pump or turbine according to the preamble of the independent claims 1, 11, and 15.
Lager kommen überall dort zur Anwendung, wo Kräfte, die in bestimmte Richtungen wirken, kompensiert bzw. Bewegungen eines Objektes in unerwünschte Richtungen verhindert werden müssen. Bei Bearings are used wherever forces acting in certain directions have to be compensated or movements of an object in undesired directions have to be prevented. at
Strömungsmaschinen, wie Pumpen oder Turbinen, werden bei Baugruppen mit rotierenden Komponenten im Wesentlichen zwei Arten von Lagern verwendet, nämlich sogenannte Radial- und Axiallager. Die üblicherweise in Strömungsmaschinen eingesetzten Lager sind dabei, abhängig von der konkreten Anwendung, sehr häufig äusserst komplex aufgebaute Baugruppen deren Subkomponenten im Betrieb Turbomachines, such as pumps or turbines, are used in assemblies with rotating components essentially two types of bearings, namely so-called radial and thrust bearings. The bearings commonly used in turbomachines are, depending on the specific application, very often extremely complex assemblies subcomponents in operation
unterschiedlichen, mehr oder weniger starken Verschleissmechanismen ausgesetzt sind. Das trifft sowohl auf Radial- als auch auf Axiallager zu. Insbesondere, aber nicht nur, mechanische Dichtungen und deren Einzelteile sind somit Verschleissteile, die früher oder später ausfallen. Um dies möglichst zu verzögern und somit möglichst lange Standzeiten zu realisieren, bevor eine Wartung oder ein Austausch der Lager oder deren Komponenten, wie beispielweise Dichtungen, notwendig wird, sind im Stand der Technik eine ganze Reihe sehr unterschiedlicher Massnahmen bekannt, die der Fachmann an sich kennt. different, more or less strong Verschleissmechanismen are exposed. This applies to both radial and thrust bearings. In particular, but not only, mechanical seals and their individual parts are thus wearing parts that fail sooner or later. To delay this as possible and thus to realize the longest possible service life before maintenance or replacement of the bearings or their components, such as seals, is necessary, a whole series of very different measures are known in the art, the expert in itself knows.
Zur Aufnahme radialer Kräfte sind neben den Radiallagern, die im aller einfachsten Fall einfach aus einem Lagersattel und einer darin rotierbaren Welle bestehen können, wobei die Welle häufig, aber nicht notwendig, noch mit einer Wellendichtung zum Beispiel gegen eine äussere Atmosphäre abgedichtet sein kann, zur Aufnahme axialer Kräfte häufig auch sogenannte axiale Kippsegmentlager zum Einsatz, deren Aufbau aus dem Stand der Technik seit langem wohlbekannt ist. Das allgemeine Konstruktionsprinzip sieht dabei vor, dass in einem axialen Kippsegmentlager mehrere To accommodate radial forces are in addition to the radial bearings, which in the simplest case can simply consist of a bearing saddle and a rotatable shaft, the shaft often, but not necessary, can still be sealed with a shaft seal, for example, against an external atmosphere to Recording axial forces often also so-called axial Kippsegmentlager used, the structure of the prior art has long been well known. The general design principle provides that several in one axial Kippsegmentlager
Lagersegmente in Form einer ringförmigen Gruppierung auf einem meist metallischen Trägerkörper um eine Lagerachse angeordnet sind und im Betriebszustand mit einem zirkulierenden Fluid als Schmiermittel geflutet werden. Die Lagersegmente als solche bestehen, in Abhängigkeit von der Anwendung, aus einem Metall, Kunststoff etc. und haben oft die Form eines trapezförmigen Quaders, auf dessen dem Trägerkörper zugewandter Seite sich ein Kippelement befindet, auf welchem das Lagersegment gelagert ist. Auf der dem Trägerkörper abgewandten Seite der Lagersegmente befindet sich eine Spurscheibe, mit welcher die axialen Kräfte der Welle auf das Lager übertragen werden, wodurch entsprechende Drucklasten auf die  Bearing segments are arranged in the form of an annular array on a mostly metallic carrier body about a bearing axis and are flooded in the operating state with a circulating fluid as a lubricant. The bearing segments as such consist, depending on the application, of a metal, plastic, etc. and often have the shape of a trapezoidal cuboid, on whose side facing the carrier body there is a tilting element on which the bearing segment is mounted. On the side facing away from the carrier body of the bearing segments is a track disc, with which the axial forces of the shaft are transmitted to the bearing, whereby corresponding pressure loads on the
Lagersegmente wirken. Dieses Konstruktionsprinzip wird später anhand der Fig. 3a und Fig. 3b noch genauer erläutert werden.  Bearing segments act. This construction principle will be explained in more detail later with reference to FIGS. 3a and 3b.
Beginnt sich die Spurscheibe zu drehen, kommt es zwischen der Spurscheibe und den Lagersegmenten zur Scherung des Fluids und die Spurscheibe gleitet über die Lagersegmente hinweg. Die Ausbildung eines keilförmigen hydrodynamischen Schmiermittelfilms, der wesentlicher Bestandteil im Betrieb der axialen Lagerordnung ist, führt zu einem Kippen jedes Lagersegmentes, da diese auf einem Kippelement getragen werden. Besonders kritische Betriebsbereiche für die axialen Kippsegmentlager sind die Anlauf- und Stopphase, beispielsweise bei Pumpen, da hierbei teilweise sehr hohe axiale Kräfte wirken. In diesen Phasen hat sich der hydrodynamische When the track disc begins to rotate, the fluid shears between the track disc and the bearing segments and the track disc slides over the bearing segments. The formation of a wedge-shaped hydrodynamic lubricant film, which is an essential component in the operation of the axial bearing assembly, leads to a tilting of each bearing segment, since they are supported on a tilting element. Particularly critical operating ranges for the axial tilting pad bearings are the start-up and stopping phases, for example in the case of pumps, since in some cases very high axial forces act here. In these phases, the hydrodynamic
Schmiermittelfilm noch nicht vollständig ausgebildet, sodass sich Spurscheibe und Lagersegment direkt, ohne wesentliche hydrodynamische Schmierung berühren und es zum Verschleiss kommt. Im Allgemeinen sind die Lagersegmente lose und diskret in Bezug auf den Trägerkörper montiert, um Fehlausrichtungen zu vermeiden und das Kippen der Lagersegmente, was durch die Ausbildung des hydrodynamischen Schmiermittelfilms bewirkt wird, der drehenden Welle anzupassen. Die lose Montierung ist hierbei prinzipiell dadurch beschränkt, dass die Lagersegmente innerhalb der Anordnung zu halten sind, wenn die Welle sich nicht dreht, also beispielsweise dadurch, das die Lagersegmente durch ein flexibles Netz miteinander verbunden sind oder mittels eines Befestigungsmittels in einer Nut am Trägerkörper befestigt sind. Lubricant film not yet fully formed, so that the disc and bearing segment directly, without significant hydrodynamic lubrication touch and it comes to wear. In general, the bearing segments are loosely and discreetly mounted with respect to the carrier body to avoid misalignment and to adapt the tilting of the bearing segments, which is caused by the formation of the hydrodynamic lubricant film, to the rotating shaft. The loose mount is in principle limited by the fact that the bearing segments are to be held within the assembly when the shaft is not rotating, so for example by the bearing segments are connected to each other by a flexible network or fastened by means of a fastener in a groove on the support body are.
In Abhängigkeit von der Einsatzumgebung werden dabei teilweise Fluide mit einer niedrigen Viskosität eingesetzt, beispielsweise ein wasserbasiertes Schmiermittel beziehungsweise ein Öl-Gemisch. In diesem Fall ist der Verschleiss der Lagersegmente kein stetiger Prozess, sondern es kommt bei hohen Drucklasten oft innerhalb von Sekunden zur Beschädigung oder Zerstörung der Lagersegmente. Dabei sind solche Lager, genau wie die Radiallager, natürlich zusätzlich immer auch stetigem Verschleiss ausgesetzt, der auch ohne plötzliche katastrophale Einwirkungen schliesslich dazu führt, dass das Lager oder Teile davon repariert oder ausgetauscht werden müssen. Zusammengefasst kann somit festgestellt werden, dass insbesondere die rotierenden Komponenten, oder solche Komponenten, die mit rotierenden Teilen in Kontakt sind, Verschleissteile sind, die früher oder später ausfallen. Damit ein solcher Ausfall nicht völlig überraschend auftritt und so eventuell noch schlimmere Schäden an weiteren Komponenten der entsprechenden Maschine verursacht werden, ist es wichtig bereits vor dem endgültigen Ausfall eines solchen Verschleissteils Informationen über den Depending on the environment of use, in some cases fluids with a low viscosity are used, for example a water-based lubricant or an oil mixture. In this case, the wear of the bearing segments is not a continuous process, but it comes at high pressure loads often within seconds to damage or destruction of the bearing segments. Such bearings, as well as the radial bearings, of course, are always subject to constant wear and tear, which, without sudden catastrophic effects, ultimately leads to the bearing or parts thereof having to be repaired or replaced. In summary, it can thus be stated that, in particular, the rotating components, or those components which are in contact with rotating parts, are wear parts which sooner or later fail. In order for such a failure does not occur completely surprising and thus possibly even worse damage to other components of the corresponding machine caused, it is important even before the final failure of such Verschleissteils information about the
Verschleisszustand einer entsprechenden Baugruppe zu erhalten, so dass der Verschleisszustand bereits lange vor dem endgültigen Ausfall der Baugruppe zuverlässig beurteilt werden kann und eventuell präventive Massnahmen ergriffen werden können. To obtain wear state of a corresponding assembly, so that the wear condition can be reliably assessed long before the final failure of the assembly and possibly preventive measures can be taken.
Bisher sind aus dem Stand der Technik nur sehr unzureichende Methoden bekannt um den Verschleisszustand von Baugruppen von So far, only very inadequate methods are known from the prior art for the state of wear of assemblies of
Strömungsmaschinen, zum Beispiel von Lagern oder Lagerdichtungen oder Lagerwellen von Pumpen oder Turbinen, oder auch von axialen Turbomachines, for example, bearings or bearing seals or bearing shafts of pumps or turbines, or axial
Kippsegmentlagern im Betriebszustand zu überwachen und zu beurteilen.  To monitor and assess Kippsegmentlagern in the operating condition.
So ist es zum Beispiel bei Dichtungen von Radiallagern bekannt, eine For example, it is known for seals of radial bearings, a
Leckströmung an der Dichtung zu beobachten, die einen gewissen Einblick in den Verschleisszustand der Dichtung bzw. des entsprechenden Lagers geben kann. Oftmals ist es aber auch gar nicht möglich die Leckströmung während des Betriebes der Maschine zu beobachten bzw. die Informationen die man durch Beobachtung der Leckströmung erhält sind zu vage und unbestimmt um zuverlässige Informationen über den Verschleisszustand der entsprechenden Komponenten zu erhalten. Auch ist es prinzipiell bekannt, sowohl bei radialen als auch bei axialenTo observe leakage flow at the seal, which can give some insight into the state of wear of the seal or the corresponding bearing. Often it is not possible to observe the leakage flow during operation of the machine or the information obtained by observing the leakage flow are too vague and indefinite to obtain reliable information about the state of wear of the corresponding components. It is also known in principle, both in radial and axial
Lagern beispielweise die Temperatur beteiligter Bauteilkomponenten oder von Lagerfluiden, wie z.B. die Temperatur von Öl zu überwachen, das im For example, store the temperature of involved component components or bearing fluids, such as, e.g. to monitor the temperature of oil in the
Betriebszustand mit den auf Verschleiss zu überwachenden Teilen in Operating condition with the parts to be monitored for wear in
Berührung kommt. Dies kann beispielweise mit Thermoelementen oder mit elektrischen Widerstandsthermometern einigermassen zuverlässig erfolgen und erlaubt prinzipiell eine gute Überwachung und Beurteilung eines Touch comes. This can be done with thermocouples or with electrical resistance thermometers reasonably reliable and allows in principle a good monitoring and assessment of a
Verschleisszustands der interessierenden Baugruppe. Allerdings eignen sich diese Methoden in der Regel nur für Labor- und Testzwecke, da die Wear state of the module of interest. However, these methods are usually suitable only for laboratory and test purposes, as the
Temperatursensoren umständlich, häufig an sehr unzugänglichen Stellen platziert werden müssen. Darüber hinaus müssen die von solchen Temperature sensors cumbersome, often need to be placed in very inaccessible places. In addition, those of such
Temperatursensoren erzeugten Messsignale über elektrische Leitungen mit entsprechenden Mess- und Auswerteinstrumenten verbunden werden, so dass sich der Einsatz vorgenannter Temperatursensor für den Einsatz unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen in der Fläche in den meisten Fällen verbietet, wie dem Fachmann unmittelbar klar ist. Temperature sensors generated measurement signals are connected via electrical lines with appropriate measuring and Auswerteinstrumenten, so that the use of the aforementioned temperature sensor for use under normal operating conditions in the area prohibits in most cases, as the skilled person is immediately clear.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein zuverlässiges Verfahren zur The object of the invention is therefore to provide a reliable method for
Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe einer Assessment of a wear condition of an assembly of a
Strömungsmaschine bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet und sich insbesondere auch für den Einsatz unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen in der Fläche bzw. im Feld, also auch ausserhalb des Labors für den alltäglichen Betrieb eignet. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung eine entsprechend modifizierte Baugruppe einer Strömungsmaschine vorzuschlagen, sowie eine To provide turbomachine, which avoids the problems known from the prior art and is particularly suitable for use under ordinary operating conditions in the field or in the field, including outside the laboratory for everyday use. Moreover, it is an object of the invention to propose a correspondingly modified assembly of a turbomachine, as well as a
Strömungsmaschine, insbesondere Pumpe oder Turbine, mit einer solchen modifizierten Baugruppe. Insbesondere soll durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt werden, so dass auch unter extremen Betriebsbedingungen, wie z.B. bei einer Pumpe, die tief unter dem Turbomachine, in particular pump or turbine, with such a modified assembly. In particular, the invention is intended to provide a method and apparatus such that even under extreme operating conditions, such as e.g. at a pump that is deep below the
Meeresspiegel installiert ist, eine zuverlässige Überwachung des Sea level is installed, reliable monitoring of the
Verschleisszustands möglich ist. Wear condition is possible.
Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 , 1 1 , und 15 gekennzeichnet. The objects of the invention which solve this object are characterized by the features of the independent claims 1, 11, and 15.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte The dependent claims relate to particularly advantageous
Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe einer Strömungsmaschine, insbesondere Lageranordnung einer Pumpe oder Turbine, wobei zur Ermittlung einer Verschleisskenngrosse mittels eines Signalgebers ein mechanisches Abfragesignal mit einer vorgebbaren Signalform erzeugt wird, und mit einem mit der Baugruppe in Kontakt stehenden Sensor ein aus dem Abfragesignal generiertes Embodiments of the invention. The invention relates to a method for assessing a state of wear of an assembly of a turbomachine, in particular bearing arrangement of a pump or turbine, wherein for determining a Verschleisskenngrosse by means of a signal generator, a mechanical interrogation signal is generated with a predetermined waveform, and with a standing in contact with the module sensor generated from the query signal
Antwortsignal detektiert wird. Erfindungsgemäss wird das Antwortsignal in Abhängigkeit von einer Variation einer physikalischen Betriebsgrösse der Baugruppe nach einem charakteristischen Muster verändert, aus der Response signal is detected. According to the invention, the response signal is changed according to a variation of a physical operating variable of the assembly according to a characteristic pattern, from
Veränderung des Antwortsignals wird die Verschleisskenngrosse bestimmt, und der Verschleisszustand wird unter Verwendung der Change of the response signal, the Verschleisskenngrosse is determined, and the state of wear is determined using the
Verschleisskenngrosse beurteilt. Rated wear rating.
Erfindungsgemäss wird somit der Verschleisszustand der Baugruppe nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. mit einem konventionellen Temperatursensor, wie einem Thermoelement oder einem Thus, according to the invention, the state of wear of the assembly is not reduced, as known in the art, e.g. with a conventional temperature sensor, such as a thermocouple or a
Widerstandsthermometer beurteilt. Es kommt vielmehr ein Signalgeber zum Einsatz, der ein mechanisches Abfragesignal erzeugt aus dem ein  Resistance thermometer assessed. Rather, a signal generator is used, which generates a mechanical interrogation signal from the one
Antwortsignal generiert wird, wobei das Antwortsignal in Abhängigkeit vom Verschleisszustand der Baugruppe in charakteristischer Weise verändert wird. Das Antwortsignal wird sodann vom Sensor detektiert, so dass schliesslich aus der charakteristischen Musterveränderung, die das Antwortsignal im Vergleich zum Abfragesignal aufweist, die Verschleisskenngrosse bestimmbar ist und so der Verschleisszustand der Baugruppe bzw. seiner Komponenten oder Subkomponenten beurteilt werden kann. Spezielle Beispiele von erfindungsgemäss eingesetzten Sensoren sind dem Fachmann auch unter dem Begriff SAW-Sensor (Surface Acoustic Wave Sensor) oder auch unter der deutschsprachigen Abkürzung OFW-Sensor (Oberflächenwellen Sensor) an sich bekannt. Solche Sensoren sind bevorzugt auf Basis eines piezoelektrischen oder piezoresistiven Materials hergestellt, das, wie dem Fachmann hinreichend bekannt ist, bei Einwirkung von mechanischen Belastungen, wie z.B. Dehnung, Stauchung, Druck, Kraft, Drehmoment usw. aufgrund seiner speziellen kristallinen Struktur Response signal is generated, wherein the response signal is changed in response to the state of wear of the assembly in a characteristic manner. The response signal is then detected by the sensor, so that finally from the characteristic pattern change, which has the response signal compared to the interrogation signal, the Verschleisskenngrosse can be determined and so the state of wear of the module or its components or sub-components can be assessed. Specific examples of sensors used according to the invention are also known per se to the person skilled in the art under the term SAW sensor (surface acoustic wave sensor) or also under the German-language abbreviation SAW sensor (surface wave sensor). Such sensors are preferably made on the basis of a piezoelectric or piezoresistive material, which, as is well known to the skilled person, when exposed to mechanical stresses, such as elongation, compression, pressure, force, torque, etc. due to its special crystalline structure
entsprechende elektrische Signale erzeugen kann. Das heisst, eine can generate corresponding electrical signals. That means one
mechanische Spannung, der beispielsweise ein piezoelektrischer Kristall unterworfen wird, ändert dessen elektrische Polarisation bzw. mechanical stress, which is subjected to a piezoelectric crystal, for example, changes its electrical polarization or
Ladungsverschiebung. Umgekehrt verursacht ein an den Kristall angelegtes elektrisches Feld in ihm eine mechanische Verzerrung bzw. Auslenkung.  Load shifting. Conversely, an electric field applied to the crystal causes a mechanical distortion in it.
Aufgrund dieser Eigenschaften eigenen sich piezoelektrische Materialien bei geeigneter Eichung auch indirekt zur Temperaturmessung bzw. zur Due to these properties, piezoelectric materials are also suitable for temperature measurement or for a suitable calibration
Bestimmung von Temperaturänderungen. Ein enormer Vorteil solcher SAW Sensoren, die aus piezoelektrischen Materialien aufgebaut sind, liegt unter anderem darin, dass sie verhältnismässig klein ausgeführt werden können, oft in Dimensionen von wenigen Millimetern oder gar noch kleiner. Da der piezoelektrische Effekt letztlich auf Polarisationsphänomene im Kristallgitter zurückzuführen ist, kann ein solches Sensormodul unter Aufwendung minimaler elektrischer Energie betrieben und ausgelesen werden, da der wesentliche Effekt, nämlich die Änderung der Polarisation oder Determination of temperature changes. An enormous advantage of such SAW sensors, which are constructed of piezoelectric materials, is, inter alia, that they can be made relatively small, often in dimensions of a few millimeters or even smaller. Since the piezoelectric effect is ultimately due to polarization phenomena in the crystal lattice, such a sensor module can be operated and read out with the application of minimal electrical energy, since the main effect, namely the change in polarization or
Ladungsverschiebung im Kristall durch Anlegen einer mechanischen Charge shift in the crystal by applying a mechanical
Spannung bzw. die Dehnungsphänomene des Kristallgitters beim Anlegen eines äusseren elektrischen Feldes fast völlig stromlos vonstatten gehen und somit fast keine elektrische Energie verbrauchen. Stress or the expansion phenomena of the crystal lattice when creating an external electric field almost completely de-energized take place and thus consume almost no electrical energy.
Daher ist es möglich, solche Sensormodule sowohl drahtlos mittels einer elektromagnetischen Welle über eine geeignete Antenne anzusteuern und zu Betreiben und als auch wieder drahtlos über eine Antenne auszulesen. Das hat den enormen Vorteil, dass solche Sensoren nicht zwingend verdrahtet werden müssen und somit sogar völlig problemlos auch in rotierende Therefore, it is possible to control such sensor modules both wirelessly by means of an electromagnetic wave via a suitable antenna and to operate and read again wirelessly via an antenna. This has the enormous advantage that such sensors do not necessarily have to be wired and thus even completely problem-free even in rotating
Komponenten eingebaut werden können. Selbstverständlich können die Sensormodule in speziellen Fällen auch verdrahtet werden. Dabei sind solche Sensormodule gleichzeitig robust, extrem langlebig und kaum fehleranfällig und zudem zu sehr günstigen Preisen von einer Vielzahl von Herstellern direkt kommerziell verfügbar. Components can be installed. Of course, the sensor modules can also be wired in special cases. At the same time, such sensor modules are robust, extremely durable and hardly prone to error, and are also commercially available at very favorable prices from a large number of manufacturers.
Zur Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe einer To evaluate a state of wear of an assembly of a
Strömungsmaschine, insbesondere zur Beurteilung des Verschleisszustandes einer Lageranordnung bzw. zur Beurteilung des Verschleisszustandes von Komponenten oder Subkomponenten, wie unter anderem von Dichtungen an Lageranordnungen, hat sich die Überwachung der Temperatur bzw. die zeitliche Veränderung der Temperatur im Betriebszustand als besonders zuverlässige und einfach zu handhabende Messgrösse herausgestellt. Turbomachine, in particular for assessing the state of wear of a bearing assembly or for assessing the state of wear of components or subcomponents, such as, inter alia, seals on bearing assemblies, the monitoring of the temperature or the temporal change in temperature in the operating state has to be particularly reliable and easy to handle Measured variable exposed.
Weitere prominente Vertreter von Baugruppenkomponenten, die durch die Erfindung selbstverständlich auch abgedeckt sind, sind z.B. Other prominent representatives of assembly components, which of course are also covered by the invention, are e.g.
Gleitringdichtungen, Dichtspalte und andere dem Fachmann bekannte Komponenten oder Subkomponenten, die Verschleiss gefährdet sind und daher überwacht werden müssen Mechanical seals, sealing gaps and other components or subcomponents known to those skilled in the art which are at risk of wear and therefore must be monitored
Wird nämlich die Temperatur, bevorzugt in Abhängigkeit von der Zeit an geeigneten Stellen in der Baugruppe überwacht, können zum einen sich langsam entwickelnde Schädigungen, beispielweise an einem Lager oder an einer Dichtung des Lagers oder an einer anderen Komponente oder Namely, if the temperature, preferably monitored as a function of time at appropriate locations in the assembly, on the one hand slowly developing damage, for example, on a bearing or on a seal of the bearing or other component or
Subkomponente des Lagers sehr frühzeitig erkannt und überwacht werden. Werden solche Temperaturverläufe geeignet auf die relevanten Kenngrössen geeicht, kann beispielweise sehr frühzeitig eine Reparatur oder ein Ersatz des Lagers vorgenommen werden, bevor die entsprechende Komponente endgültig versagt. Aber auch sehr spontane, eventuell katastrophale Subcomponent of the camp are detected and monitored very early. If such temperature profiles are suitably calibrated to the relevant parameters, for example, a repair or replacement of the bearing can be carried out very early, before the corresponding component finally fails. But also very spontaneous, possibly catastrophic
Schädigungen können praktisch unmittelbar in ihrem Entstehen detektiert werden, so dass eine entsprechende Maschine beispielsweise sofort abgeschaltet oder in ihrer Leistung reduziert werden kann, bevor schlimmere und zusätzliche Schäden an der entsprechende Maschine auftreten können. Dabei versteht der Fachmann ohne weiteres, dass sich durch automatisches Auslesen der verwendeten Sensoreinheiten die Überwachung insbesondere auch leicht automatisieren lässt, so dass z.B. eine entsprechende Meldung ausgelöst werden kann, wenn eine Wartung oder Reparatur notwendig ist oder im schlimmsten Fall kann natürlich auch eine Notabschaltung oder dergleichen automatisch initiiert werden. Damage can be detected almost immediately in its occurrence, so that a corresponding machine, for example, immediately shut down or can be reduced in their performance before worse and more damage to the corresponding machine can occur. In this case, the skilled person readily understands that automatic readout of the sensor units used, the monitoring can be automated especially easily, so that, for example, a corresponding message can be triggered when maintenance or repair is necessary or in the worst case, of course, an emergency shutdown or to be initiated automatically.
Dabei ist es problemlos möglich, durch Platzierung einer Mehrzahl von It is easily possible by placing a plurality of
Sensoreinheiten an verschiedenen Orten an oder in der Baugruppe auch verschiedene Komponenten oder Subkomponenten der Baugruppe Sensor units at different locations on or in the assembly also different components or subcomponents of the assembly
gleichzeitig und unabhängig voneinander zu überwachen, wodurch sich ein eventuell auftretender Fehler bzw. besorgniserregendes Verschleissereignis auch sehr zuverlässig lokalisieren lässt, so dass letztlich auch die Wartungsund Reparaturkosten deutlich gesenkt werden können, weil der Ort des Fehlers oder Verschleissereignisses z.B. automatisch durch eine simultaneously and independently of each other, whereby a possibly occurring error or alarming Verschleissereignis can also be located very reliable, so that ultimately the maintenance and repair costs can be significantly reduced, because the location of the fault or wear event, for example. automatically by one
entsprechende programmgesteuerte Maschine ermittelt und einem determined program-controlled machine and a
Wartungsteam mitgeteilt werden kann und sogar der Ausmass des Fehlers oder des Verschleisses dem Wartungsteam mitgeteilt werden kann, so dass sofort die richtigen und notwendigen Massnahmen, ohne unnötigen Zeitverlust für die Fehlersuche, ergriffen werden können. Somit können auch Baugruppen, die an sehr unzugänglichen Stellen in der Maschine untergebracht sind, oder Maschinen, die an sehr unzugänglichen Stellen installiert sind, z.B. tief unter der Meeresoberfläche, bequem, eventuell mit der entsprechenden Netzwerktechnik, sogar online von einem zentralen Wartungszentrum überwacht werden. Bei einem für die Praxis besonders wichtigen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Verfahrens sind der Signalgeber und der Sensor in einem Sensormodul integriert, wodurch der gesamte Raum, den der  Maintenance team, and even the extent of the fault or wear and tear can be communicated to the maintenance team, so that the right and necessary measures can be taken immediately, without wasting time on troubleshooting. Thus, assemblies placed in very inaccessible places in the machine or machines installed in very inaccessible places, e.g. deep under the sea surface, comfortably, possibly with the appropriate network technology, even online monitored by a central maintenance center. In an embodiment of a method according to the invention which is particularly important in practice, the signal transmitter and the sensor are integrated in a sensor module, as a result of which the entire space occupied by the sensor
Signalgeber und der Sensor gemeinsam einnehmen besonders gut minimiert werden kann, so dass das gesamte Sensormodul besonders platzsparend und auch sehr einfach an der zu überwachenden Baugruppe installiert werden kann. Signaling device and the sensor together occupy particularly good can be minimized, so that the entire sensor module is particularly space-saving and also very easy to install on the module to be monitored.
Auch ist es möglich, dass der Signalgeber zusätzlich, d.h. gleichzeitig auch als Sensor zur Detektion des Antwortsignals verwendet wird, was eine weitere Miniaturisierung des Sensormoduls erlaubt. Ein spezielles It is also possible that the signal generator additionally, i. at the same time also used as a sensor for detecting the response signal, which allows a further miniaturization of the sensor module. A special one
Ausführungsbeispiel eines solchen Sensormoduls wird weiter unten noch ausführlich anhand der Fig. 1 b beschrieben.  Embodiment of such a sensor module will be described below in more detail with reference to FIG. 1 b.
Wie bereits erwähnt wird dabei das Abfragesignal dem Signalgeber besonders bevorzugt drahtlos von einer geeigneten Signalquelle z.B. über Funk auf einer geeigneten Trägerfrequenz übermittelt wird, wobei natürlich auch das Antwortsignal entsprechend drahtlos an eine Auswerteeinheit zur Auswertung und Ermittlung des Verschleisszustandes übermittelt werden kann. As already mentioned, the interrogation signal is particularly preferably transmitted to the signal generator wirelessly from a suitable signal source, e.g. transmitted by radio on a suitable carrier frequency, of course, the response signal can be transmitted according wirelessly to an evaluation unit for evaluation and determination of the wear condition.
Wie bereits ausführlich weiter oben beschrieben sind der Signalgeber und / oder der Sensor und / oder das Sensormodul zumindest teilweise aus einem geeigneten piezoelektrischen oder piezoresistiven Material, insbesondere aus einen piezoelektrischen oder piezoresistiven Einkristall gefertigt. As already described in detail above, the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor module are made at least partially from a suitable piezoelectric or piezoresistive material, in particular from a piezoelectric or piezoresistive single crystal.
Dabei kann die physikalische Betriebsgrösse, die mit dem Sensormodul überwacht wird und aus der schliesslich die Verschleisskenngrösse abgeleitet wird, aus der sich der Verschleisszustand erkennen lässt, jede geeignete physikalische Grösse sein, die mit dem Verschleisszustand in In this case, the physical operating variable, which is monitored by the sensor module and from which finally the wear characteristic variable is derived, from which the wear state can be detected, can be any suitable physical variable that corresponds to the wear state in
Zusammenhang steht, insbesondere ein Druck, eine Kraft, ein Drehmoment, eine Drehzahl, ein Fluss eines fluiden Mediums, ganz besonders bevorzugt eine Temperatur und / oder eine räumliche oder zeitliche Verteilung dieser Grössen sein. In particular, there is a pressure, a force, a torque, a rotational speed, a flow of a fluid medium, very particularly preferably a temperature and / or a spatial or temporal distribution of these quantities.
Insbesondere, aber nicht nur dann, wenn es sich bei der zu beobachtenden Baugruppe um eine Komponente oder eine Subkomponente eines Lagers handelt, kann der Signalgeber und / oder der Sensor und / oder das Sensormodul besonders vorteilhaft in einer rotierenden Komponente oder Subkomponente der Baugruppe und / oder an einer stationären Komponente oder Subkomponente der Baugruppe vorgesehen werden. In particular, but not only, if the module to be monitored is a component or a sub-component of a bearing, the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor can be used Sensor module are particularly advantageously provided in a rotating component or sub-component of the module and / or on a stationary component or sub-component of the module.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich dabei grundsätzlich zur Beurteilung des Verschleisszustandes einer jeglichen Baugruppe einer Strömungsmaschine, wird aber in der Praxis ganz besonders vorteilhaft zur Beurteilung eines Verschleisszustands einer Lageranordnung einer The inventive method is basically suitable for assessing the state of wear of any assembly of a turbomachine, but is in practice very particularly advantageous for assessing a wear condition of a bearing assembly of a
Strömungsmaschine verwendet, wobei die Lageranordnung besonders bevorzugt ein mechanisches Wellenlager umfassend eine in einem Turbomachine used, wherein the bearing assembly particularly preferably a mechanical shaft bearing comprising a in a
stationären Lagersattel angeordnete rotierbare Welle ist, oder aber auch ein axiales Kippsegmentlager umfassend ein in einem Trägerkörper stationary bearing saddle arranged rotatable shaft is, or else an axial Kippsegmentlager comprising a in a carrier body
angeordnetes Kippelement mit einer Mehrzahl von Segmentkörpern sein kann. arranged tilting element may be with a plurality of segmental bodies.
Bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Beurteilung des Verschleisszustandes bei einer Lageranordnung umfassend eine Preferably, the inventive method for assessing the state of wear in a bearing assembly comprising a
Gleitringdichtung und ein axiales Kippsegmentlager mit einem in einem Trägerkörper angeordneten Lagersegment, insbesondere umfassend ein Kippelement mit einem Segmentkörper, verwendet.  Mechanical seal and an axial Kippsegmentlager with a arranged in a carrier body bearing segment, in particular comprising a tilting element with a segment body used.
Bei derartigen Anordnungen umfassend eine Gleitringdichtung und ein axiales Kippsegmentlager können eventuell Temperaturspitzen auftreten, die praktisch unmittelbar in ihrem Entstehen detektiert werden, so dass eine entsprechende Maschine beispielsweise sofort abgeschaltet oder in ihrer Leistung reduziert werden kann, bevor schlimmere und gegebenenfalls zusätzliche Schäden an der entsprechenden Maschine auftreten können. Derartige Temperaturspitzen treten beispielsweise bei Verwendung von Wälzlagern üblicherweise nicht auf. With such arrangements comprising a mechanical seal and an axial tilting pad bearing temperature peaks may occur, which are detected almost immediately in their emergence, so that a corresponding machine, for example, immediately shut down or can be reduced in their performance before worse and possibly additional damage to the corresponding machine may occur. Such temperature peaks usually do not occur, for example when using rolling bearings.
Wie ebenfalls bereits erwähnt kann die Überwachung und Beurteilung des Verschleisszustands auch ganz oder teilweise automatisiert werden, so dass die Strömungsmaschine unter Verwendung des Antwortsignals entsprechend gesteuert und / oder geregelt sein kann. As already mentioned, the monitoring and evaluation of the state of wear can also be fully or partially automated, so that the turbomachine can be controlled and / or regulated in accordance with the response signal.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Baugruppe einer The present invention further relates to an assembly of a
Strömungsmaschine, insbesondere eine Lageranordnung einer Pumpe oder einer Turbine, mit welcher Baugruppe sich das Verfahren der Erfindung durchführen lässt. Dabei ist zur Ermittlung einer Verschleisskenngrösse an der Baugruppe ein Signalgeber zur Erzeugung eines mechanisches Turbomachine, in particular a bearing assembly of a pump or a turbine, with which assembly can perform the method of the invention. In this case, to determine a Verschleisskenngrösse on the module, a signal generator for generating a mechanical
Abfragesignals, sowie ein mit der Baugruppe in Kontakt stehender Sensor zur Detektion eines aus dem Abfragesignal generierten Antwortsignals Interrogation signal, and a standing in contact with the module sensor for detecting a response signal generated from the interrogation signal
vorgesehen, so dass aus einer Veränderung des Antwortsignals eine provided so that a change of the response signal
Verschleisskenngrösse bestimmbar ist, und der Verschleisszustands unter Verwendung der Verschleisskenngrösse beurteilbar ist. Abrasion characteristic is determinable, and the state of wear can be assessed using the Verschleisskenngrösse.
Bevorzugt, aber nicht notwendig, ist bei einer erfindungsgemässen Baugruppe der Signalgeber und / oder der Sensor und / oder das Sensormodul in einem rotierenden und / oder an einer stationären Subkomponente der Baugruppe vorgesehen ist, wobei in der Praxis die Baugruppe häufig eine Preferably, but not necessary, in an assembly according to the invention, the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor module is provided in a rotating and / or stationary subcomponent of the assembly, wherein in practice the assembly often has a
Lageranordnung in Form eines mechanischen Wellenlagers umfassend eine in einem stationären Lagersattel angeordnete rotierbare Welle ist, wobei der Signalgeber und / oder der Sensor und / oder das Sensormodul Bearing arrangement in the form of a mechanical shaft bearing comprising a arranged in a stationary bearing saddle rotatable shaft, wherein the signal generator and / or the sensor and / or the sensor module
beispielsweise an der rotierbaren Welle und / oder an einer Lagerkomponente des stationären Lagersattel vorgesehen ist. is provided for example on the rotatable shaft and / or on a bearing component of the stationary bearing saddle.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Baugruppe eine Lageranordnung in Form eines axialen Kippsegmentlagers umfassend ein in einem Trägerkörper angeordnetes Lagersegment, wobei der Signalgeber und / oder der Sensor und / oder das Sensormodul am Trägerkörper und / oder am Kippelement und / oder an einem Segmentkörper des Kippelements vorgesehen ist. In another preferred exemplary embodiment, the assembly is a bearing arrangement in the form of an axial tilting pad bearing comprising a bearing segment arranged in a carrier body, wherein the signal transmitter and / or the sensor and / or the sensor module on the carrier body and / or on the tilting element and / or on a segment body of Tilting element is provided.
Bevorzugt umfasst die Baugruppe eine Lageranordnung mit einer Preferably, the assembly comprises a bearing assembly with a
Gleitringdichtung und einem axialen Kippsegmentlager mit einem in einem Trägerkörper angeordneten Lagersegment, wobei das Lagersegment insbesondere ein Kippelement mit einem Segmentkörper umfasst. Mechanical seal and an axial tilting pad bearing with one in one Carrier body arranged bearing segment, wherein the bearing segment in particular comprises a tilting element with a segment body.
Ausserdem betrifft die Erfindung auch eine Strömungsmaschine, Moreover, the invention also relates to a turbomachine,
insbesondere eine Pumpe oder eine Turbine mit einer Baugruppe gemäss der vorliegenden Erfindung, so dass der Verschleisszustand einer Baugruppe der Strömungsmaschine gemäss einem Verfahren der Erfindung insbesondere im Betriebszustand beurteilt werden kann. in particular a pump or a turbine with an assembly according to the present invention, so that the state of wear of an assembly of the turbomachine can be assessed according to a method of the invention, in particular in the operating state.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: Fig. 1 a ein einfaches schematisches Ausführungsbeispiel eines In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Shown schematically are: FIG. 1 a a simple schematic embodiment of a
Sensormoduls zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;  Sensor module for carrying out the method according to the invention;
Fig. 1 b ein Ausführungsbeispiel eines drahtlos gekoppelten Fig. 1b an embodiment of a wireless coupled
Sensormoduls; Fig. 2 ein erfindungsgemässes mechanisches Wellenlager;  Sensor module; FIG. 2 shows a mechanical shaft bearing according to the invention; FIG.
Fig. 3a ein erfindungsgemässes axiales Kippsegmentlager; FIG. 3a shows an axial tilting pad bearing according to the invention; FIG.
Fig. 3b einen Trägerkörper des Kippsegmentlagers der Fig. 3a. FIG. 3b shows a carrier body of the tilting pad bearing of FIG. 3a.
Anhand der Fig. 1 a und Fig. 1 b soll zur Illustrierung des Funktionsprinzips eines für die Erfindung geeigneten Sensormoduls je ein einfaches With reference to FIGS. 1 a and 1 b, a simple one is intended to illustrate the functional principle of a sensor module suitable for the invention
schematisches Ausführungsbeispiel eines Sensormoduls kurz erläutert werden. Schematic embodiment of a sensor module will be explained briefly.
Sensormodule gemäss Fig. 1 a bzw. Fig. 1 b zur Durchführung eines Sensor modules according to FIG. 1 a and FIG. 1 b for carrying out a
erfindungsgemässen Verfahrens sind als solches aus dem Stand der Technik, beispielweise unter dem Stichwort SAW-Sensoren (Surface Acoustic Wave Sensor) oder auch unter der deutschsprachigen Bezeichnung OFW-Sensoren (Oberflächenwellen Sensoren) an sich bekannt und als solches auch nicht unmittelbar Gegenstand der vorliegenden Erfindung. inventive method are as such from the prior art, for example, under the keyword SAW sensors (Surface Acoustic Wave Sensor) or under the German name SAW sensors (Surface wave sensors) known per se and as such not directly the subject of the present invention.
Das Sensormodul S gemäss dem sehr einfachen und stark schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 a umfasst einen auf piezoelektrischer Basis arbeitenden Signalgeber 2, der im Betriebszustand ein mechanisches Abfragesignal 21 in Form einer mechanischen The sensor module S according to the very simple and highly schematically illustrated embodiment according to FIG. 1a comprises a piezoelectric based signal generator 2, which in the operating state, a mechanical interrogation signal 21 in the form of a mechanical
Oberflächenwelle mit einer vorgebbaren Signalform auf dem Sensormodul S erzeugt. Der piezoelektrische Signalgeber 2 wird dabei von der Signalquelle 200 mit einem entsprechenden elektrischen bzw. elektromagnetischen Signal gespeist. Das Abfragesignal 21 läuft als mechanische Oberflächenwelle auf der Oberfläche F des Sensormoduls S zum Sensor 3. Beispielsweise aufgrund einer Temperaturänderung, die auf das Sensormodul S eingewirkt hat, weil sich beispielweise aufgrund von Verschleiss die Reibung in einer Lageranordnung 1 1 , 1 1 1 , 1 12 erhöht hat, an dem das Sensormodul S angebracht ist, erfährt das Sensormodul S eine kleine Längenänderung aufgrund thermischer Dehnung. Das führt dazu, dass das Sensormodul S mechanisch nicht mehr resonant auf die Oberflächenwelle des Abfragesignals abgestimmt ist, wodurch das über den piezoelektrischen Effekt bzw. inversen piezoelektrischen Effekt durch den Sensor 3 erzeugte Antwortsignal 31 in Bezug auf das Abfragesignal 21 nach einem charakteristischen Muster, das von der Art und dem Grad der mechanischen Verstimmung abhängt, verändert wird. Das Antwortsignal 31 wird vom Sensor 3 einer Surface wave generated with a predetermined waveform on the sensor module S. The piezoelectric signal generator 2 is fed by the signal source 200 with a corresponding electrical or electromagnetic signal. The interrogation signal 21 runs as a mechanical surface wave on the surface F of the sensor module S to the sensor 3. For example, due to a change in temperature, which has acted on the sensor module S, because, for example due to wear, the friction in a bearing assembly 1 1, 1 1 1, 1 12 has increased, to which the sensor module S is attached, the sensor module S undergoes a small change in length due to thermal expansion. As a result, the sensor module S is mechanically no longer resonantly tuned to the surface wave of the interrogation signal, whereby the response signal 31 generated by the sensor 3 via the piezoelectric effect or inverse piezoelectric effect with respect to the interrogation signal 21 follows a characteristic pattern depends on the type and degree of mechanical detuning, is changed. The response signal 31 is from the sensor 3 a
Auswerteeinheit 300 zugeführt, mit welcher dann aus der Veränderung des Antwortsignals 31 , eventuell unter Zuhilfenahme von vorgängig Evaluation unit 300 is supplied, with which then from the change of the response signal 31, possibly with the aid of previously
durchgeführten Eichmessungen, eine Verschleisskenngrösse bestimmt werden kann, und der Verschleisszustands unter Verwendung der carried out calibration measurements, a Verschleisskenngrösse can be determined, and the state of wear using the
Verschleisskenngrösse beurteilt werden kann. Abrasion characteristic can be assessed.
Fig. 1 b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sensormoduls S, bei welchem der Signalgeber 2 gleichzeitig als Sensor 3 arbeitet. Beim Beispiel der Fig. 1 b wird das Abfragesignal 21 drahtlos über eine Funkverbindung in Form einer oszillierenden elektromagnetischen Welle in eine Antenne T des Sensormoduls S eingespeist und dem piezoelektrischen Signalgeber 2 zugeführt. Der piezoelektrische Signalgeber 2 erzeugt über den piezoelektrischen Effekt bzw. den inversen piezoelektrischen Effekt eine mechanische Oberflächenwelle, die über die Oberfläche F des Sensormoduls S läuft, zumindest teilweise an den Reflektionszentren RZ reflektiert wird und so zurück zum Signalgeber 2 gespiegelt wird, wobei der Signalgeber 2 jetzt unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts bzw. des inversen 1 b shows an exemplary embodiment of a sensor module S in which the signal generator 2 simultaneously operates as a sensor 3. In the example of FIG. 1 b, the interrogation signal 21 is fed wirelessly via a radio link in the form of an oscillating electromagnetic wave into an antenna T of the sensor module S and fed to the piezoelectric signal generator 2. The piezoelectric signal generator 2 generates via the piezoelectric effect or the inverse piezoelectric effect, a mechanical surface wave that passes over the surface F of the sensor module S, at least partially reflected at the reflection centers RZ and is mirrored back to the signal generator 2, the signal generator now taking advantage of the piezoelectric effect or the inverse
piezoelektrischen Effekts als Sensor 3 arbeitet und das Antwortsignal 31 wieder in die Antenne T einspeist, die das in charakteristischer Weise veränderte Antwortsignal 31 drahtlos einer Auswerteeinheit übermittelt, in der wiederum der Verschleisszustand ermittelt bzw. beurteilt werden kann. piezoelectric effect as a sensor 3 operates and feeds the response signal 31 again in the antenna T, which transmits the characteristically modified response signal 31 wirelessly to an evaluation unit, in turn, the wear condition can be determined or assessed.
Die zuvor nur grob skizzierte prinzipiell Funktionsweise von SAW- bzw. OFW- Sensoren ist dem Fachmann in all seinen verschiedenen Varianten The principle of operation of SAW or SAW sensors, which was only sketched above, is the expert in all its different variants
wohlbekannt und kann auch in der einschlägigen Fachliteratur noch detaillierter nachgelesen werden. well-known and can also be read in more detail in the relevant literature.
Fig. 2 zeigt in stark schematischer Darstellung eine an sich bekannte Fig. 2 shows a highly schematic representation of a known per se
Baugruppe 1 als Lageranordnung 1 1 , die hier in Form eines Assembly 1 as a bearing assembly 1 1, here in the form of a
erfindungsgemässen mechanischen Wellenlagers 1 1 1 ausgeführt ist, und in der beispielhaft zwei Sensormodule S vorgesehen sind. Eines der inventive mechanical shaft bearing 1 1 1 is executed, and in the example, two sensor modules S are provided. One of the
Sensormodule S ist dabei im statischen, nicht rotierenden Lagersattel 1 1 1 1 vorgesehen, während ein zweites Sensormodul S in der im Betriebszustand um die Wellenachse A rotierenden Welle 1 1 12 platziert ist. Durch die Sensor module S is provided in the static, non-rotating bearing saddle 1 1 1 1, while a second sensor module S in the operating state about the shaft axis A rotating shaft 1 1 12 is placed. By the
Verwendung von zwei oder gar mehr Sensormodulen S gemäss Fig. 2, die an verschiedenen Orten der Baugruppe 1 , bevorzugt gleichzeitig in rotierenden und in nicht rotierenden Komponenten vorgesehen sind, ist, wie oben bereits im Detail beschrieben, unter anderem eine besonders zuverlässige Use of two or even more sensor modules S according to FIG. 2, which are provided at different locations of the assembly 1, preferably simultaneously in rotating and non-rotating components, is, as described above in detail, inter alia a particularly reliable
Bestimmung des Verschleisszustandes möglich und auch der Ort der auftretenden Verschleissphänomene zuverlässig und rechtzeitig detektierbar. Die Fig. 3a zeigt schliesslich ein erfindungsgemässes axiales Determination of the wear condition possible and also the location of the occurring wear phenomena reliable and timely detectable. Fig. 3a finally shows an inventive axial
Kippsegmentlager 1 12 einer Strömungsmaschine, die hier im Speziellen eine Pumpe ist. Das Kippsegmentlager 1 12 unterscheidet sich von den aus dem Stand der Technik bekannten axialen Kippsegmentlagern im Wesentlichen dadurch, dass bei dem hier dargestellten Kippsegmentlager 1 12 an statischen und rotierenden Komponenten des Kippsegmentlagers 1 12 Sensormodule S vorgesehen sind. Kippsegmentlager 1 12 a turbomachine, which is here in particular a pump. The tilting pad bearing 1 12 differs from the axial tilting pad bearings known from the prior art substantially in that in the tilting pad bearing 1 12 shown here on static and rotating components of the tilting pad bearing 1 12 sensor modules S are provided.
Das axiale Kippsegmentlager 1 12 der Fig. 3a umfasst einen Trägerkörper 1 122 mit Kippelementen 1 121 . An der Pumpenwelle 1 1 12, die im The axial tilting pad bearing 1 12 of FIG. 3 a comprises a carrier body 1 122 with tilting elements 1 121. On the pump shaft 1 1 12, in the
Betriebszustand um die Wellenachse A rotiert, sind insgesamt zwei Operating state rotated about the shaft axis A, are a total of two
Trägerkörper 1 122 derart konzentrisch um die Pumpenwelle 1 1 12 Carrier body 1 122 so concentrically about the pump shaft 1 1 12th
angeordnet, dass sich die Kippelemente 1 121 bzw. die auf den arranged that the tilting elements 1 121 and on the
Kippelementen 1 121 vorgesehenen Segmentkörper 1 123 der beiden Tilting elements 1 121 provided segment body 1 123 of the two
Trägerkörper 1 122 gegenüberliegen. Zwischen den beiden Trägerkörpern 1 122 ist eine Spurscheibe SP angeordnet, welche die axiale Drucklast in an sich bekannter Weise auf die Segmentkörper 1 123 überträgt. Carrier body 1 122 opposite. Between the two carrier bodies 1 122, a track disc SP is arranged, which transmits the axial pressure load in a conventional manner to the segment body 1 123.
Fig. 3b zeigt zur Verdeutlichung einen der beiden Trägerkörper 1 122 des axialen Kippsegmentlagers 1 12 gemäss Fig. 3a etwas genauer im Detail. Die Segmentkörper 1 123 werden mittels eines Befestigungsmittels B, Fig. 3b shows for clarity one of the two support body 1 122 of the axial tilting pad bearing 1 12 of FIG. 3a in more detail in detail. The segment bodies 1 123 are fastened by means of a fastening means B,
beispielsweise mittels einer Schraubenmutter, die den Segmentkörper 1 123 in einer Nut N an einem äusseren Rand des Segmentkörpers 1 123 hält, am Trägerkörper 1 122 beweglich gehaltert. For example, by means of a nut which holds the segment body 1 123 in a groove N at an outer edge of the segment body 1 123, the carrier body 1 122 movably supported.
Gemäss der vorliegenden Erfindung sind bei dem speziellen According to the present invention are in the special
Ausführungsbeispiel der Fig. 3a bzw. Fig. 3b mehrere Sensormodule S vorgesehen, die, wie gut zu erkennen ist, sowohl an der im Betriebszustand rotierenden Pumpenwelle 1 1 12, als auch an der Spurscheibe SP und im vorliegenden Beispiel sogar zusätzlich noch an drei Segmentkörpern 1 123 im gleichen Abstand vorgesehen sind, so dass auftretende Embodiment of Fig. 3a and Fig. 3b, a plurality of sensor modules S provided, which, as can be seen, both on the rotating in the operating state pump shaft 1 1 12, and on the wheel disc SP and in the present example even in addition to three segment bodies 1 123 are provided at the same distance, so that occurring
Verschleissphänomene optimal und rechtzeitig feststellbar und auch im Kippsegmentlager 1 12 lokalisierbar sind. Die Sensormodule S sind dabei bevorzugt, aber nicht notwendig, in die entsprechende Komponente Wear phenomena optimal and timely detectable and also in the Tilting pad bearings 1 12 are localized. The sensor modules S are preferred, but not necessary, in the corresponding component
eingearbeitet, z.B. in einer entsprechenden Aussparung vorgesehen oder z.B. auch in das Material der Komponente mit eingegossen, so dass die incorporated, e.g. provided in a corresponding recess or e.g. also poured into the material of the component, so that the
Sensormodule S das Zusammenwirken der beteiligten Komponenten im Betriebszustand nicht behindern. Sensor modules S do not interfere with the interaction of the components involved in the operating state.
Es versteht sich, dass alle im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung nur beispielhaft bzw. exemplarisch zu verstehen sind und die Erfindung insbesondere, aber nicht nur, alle It is understood that all embodiments of the invention described in the context of this application are to be understood by way of example only and by way of example and that the invention is particularly, but not exclusively, all
geeigneten Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst, sowie einfache Weiterbildungen der Erfindung, die sich dem Fachmann ohne weiteres erfinderisches Zutun ebenfalls zwanglos ergeben. suitable combinations of the described embodiments includes, as well as simple developments of the invention, which also give the expert without further inventive step also informal.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Verfahren zur Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe (1 , 1 1 , 1 1 1 , 1 12) einer Strömungsmaschine, insbesondere Lageranordnung (1 1 , 1 1 1 , 1 12) einer Pumpe oder Turbine, wobei zur Ermittlung einer Verschleisskenngrösse mittels eines Signalgebers (2) ein mechanisches Abfragesignal (21 ) mit einer vorgebbaren Signalform erzeugt wird, und mit einem mit der Baugruppe (1 , 1 1 , 1 1 1 , 1 12) in Kontakt stehenden Sensor (3) ein aus dem Abfragesignal (21 ) generiertes Antwortsignal (31 ) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Antwortsignal (31 ) in Abhängigkeit von einer Variation einer physikalischen Betriebsgrösse der Baugruppe (1 , 1 1 , 1 1 1 , 1 12) nach einem charakteristischen Muster verändert wird, aus der Veränderung des Antwortsignals (31 ) die Method for assessing a wear condition of an assembly (1, 1 1, 1 1 1, 1 12) of a turbomachine, in particular a bearing arrangement (1 1, 1 1 1, 1 12) of a pump or turbine, wherein a wear parameter is determined by means of a signal transmitter ( 2) a mechanical interrogation signal (21) is generated with a predeterminable signal form, and a response signal generated from the interrogation signal (21) with a sensor (3) in contact with the module (1, 1 1, 1 1 1, 1 12). (31) is detected, characterized in that the response signal (31) is changed according to a characteristic pattern depending on a variation of a physical operating variable of the assembly (1, 1 1, 1 1 1, 1 12), from the change in the response signal (31) the
Verschleisskenngrösse bestimmt wird, und der Verschleisszustands unter Verwendung der Verschleisskenngrösse beurteilt wird. Wear parameter is determined, and the state of wear is assessed using the wear parameter.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Signalgeber (2) und der Sensor (3) in einem Sensormodul (S) integriert werden. Method according to claim 1, wherein the signal transmitter (2) and the sensor (3) are integrated in a sensor module (S).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Method according to one of the preceding claims, wherein the
Signalgeber Signal transmitter
(2) zusätzlich als Sensor (2) additionally as a sensor
(3) zur Detektion des Antwortsignals verwendet wird. (3) is used to detect the response signal.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Abfragesignal (21 ) dem Signalgeber (2) drahtlos von einer Signalquelle (200) übermittelt wird und / oder wobei das Antwortsignal (31 ) drahtlos an eine Auswerteeinheit (300) übermittelt wird. Query signal (21) to the signal transmitter (2) wirelessly from a signal source (200) is transmitted and / or the response signal (31) is transmitted wirelessly to an evaluation unit (300).
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Signalgeber (2) und / oder der Sensor (3) und / oder das Sensormodul (S) ein piezoelektrisches Material, insbesondere einen piezoelektrischen Einkristall umfassen. Signal generator (2) and / or the sensor (3) and / or the sensor module (S) comprise a piezoelectric material, in particular a piezoelectric single crystal.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
physikalische Betriebsgrösse eine Temperatur, ein Druck, eine Kraft, ein Drehmoment, eine Drehzahl, ein Fluss eines fluiden Mediums und / oder eine räumliche oder zeitliche Verteilung dieser Grössen ist. physical operating variable is a temperature, a pressure, a force, a torque, a speed, a flow of a fluid medium and / or a spatial or temporal distribution of these variables.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Signalgeber (2) und / oder der Sensor (3) und / oder das Sensormodul (S) in einer rotierenden Subkomponente der Baugruppe und / oder an einer stationären Subkomponente der Baugruppe (1 , 1 1 , 1 1 1 , 1 12) vorgesehen wird. Signal generator (2) and / or the sensor (3) and / or the sensor module (S) is provided in a rotating subcomponent of the assembly and / or on a stationary subcomponent of the assembly (1, 1 1, 1 1 1, 1 12). .
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Lageranordnung (1 1 ) ein mechanisches Wellenlager (1 1 1 ) umfassend eine in einem stationären Lagersattel (1 1 1 1 ) angeordnete rotierbare Welle (1 1 12) ist. Bearing arrangement (1 1) is a mechanical shaft bearing (1 1 1) comprising a rotatable shaft (1 1 12) arranged in a stationary bearing saddle (1 1 1 1).
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Lageranordnung (1 1 ) ein axiales Kippsegmentlager (1 12) umfassend ein in einem Trägerkörper (1 122) angeordnetes Kippelement (1 121 ) mit Segmentkörper (1 123) ist. Bearing arrangement (1 1) is an axial tilting segment bearing (1 12) comprising a tilting element (1 121) with a segment body (1 123) arranged in a support body (1 122).
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Strömungsmaschine (1 ) unter Verwendung des Antwortsignals (31 ) gesteuert und / oder geregelt wird. Turbomachine (1) is controlled and / or regulated using the response signal (31).
1 1 . Baugruppe einer Strömungsmaschine, insbesondere Lageranordnung (1 1 , 1 1 1 , 1 12) einer Pumpe oder Turbine, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer Verschleisskenngrösse an der Baugruppe ein 1 1 . Assembly of a turbomachine, in particular bearing arrangement (1 1, 1 1 1, 1 12) of a pump or turbine, for carrying out a method according to one of claims 1 to 10, characterized in that to determine a wear parameter on the assembly
Signalgeber (2) zur Erzeugung eines mechanisches Abfragesignals (21 ) vorgesehen ist, und ein mit der Baugruppe in Kontakt stehender Sensor (3) zur Detektion eines aus dem Abfragesignal (21 ) generierten Signal generator (2) is provided for generating a mechanical interrogation signal (21), and a sensor (3) in contact with the assembly is provided for detecting a signal generated from the interrogation signal (21).
Antwortsignals vorgesehen ist, so dass aus einer Veränderung des Response signal is provided, so that a change in the
Antwortsignals (31 ) eine Verschleisskenngrösse bestimmbar ist, und der Verschleisszustands unter Verwendung der Verschleisskenngrösse beurteilbar ist. Response signal (31) a wear parameter can be determined, and the state of wear can be assessed using the wear parameter.
12. Baugruppe nach Anspruch 1 1 , wobei der Signalgeber (2) und / oder der Sensor (3) und / oder das Sensormodul (S) in einem rotierenden und / oder an einer stationären Subkomponente der Baugruppe vorgesehen ist. 12. Assembly according to claim 1 1, wherein the signal generator (2) and / or the sensor (3) and / or the sensor module (S) is provided in a rotating and / or on a stationary subcomponent of the assembly.
13. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12, wobei die Baugruppe eine Lageranordnung (1 1 ) in Form eines mechanischen Wellenlagers (1 1 1 ) umfassend eine in einem stationären Lagersattel (1 1 1 1 ) 13. Assembly according to one of claims 1 1 or 12, wherein the assembly comprises a bearing arrangement (1 1) in the form of a mechanical shaft bearing (1 1 1) in a stationary bearing saddle (1 1 1 1).
angeordnete rotierbare Welle (1 1 12) ist, wobei der Signalgeber (2) und / oder der Sensor (3) und / oder das Sensormodul (S) an der rotierbaren Welle (1 1 12) und / oder an einer Lagerkomponente des stationären Lagersattel (1 1 1 1 ) vorgesehen ist. arranged rotatable shaft (1 1 12), wherein the signal generator (2) and / or the sensor (3) and / or the sensor module (S) on the rotatable shaft (1 1 12) and / or on a bearing component of the stationary bearing saddle (1 1 1 1) is provided.
14. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die Baugruppe eine Lageranordnung (1 1 ) in Form eines axialen Kippsegmentlagers (1 12) umfassend ein in einem Trägerkörper (1 122) angeordnetes Lagersegment (1 121 ) ist, wobei der Signalgeber (2) und / oder der Sensor (3) und / oder das Sensormodul (S) am Trägerkörper (1 122) und / oder am Kippelement (1 121 ) und / oder an einem Segmentkörper (1 123) des Kippelements (1 121 ) vorgesehen ist. 14. Assembly according to one of claims 1 1 to 13, wherein the assembly is a bearing arrangement (1 1) in the form of an axial tilting segment bearing (1 12) comprising a bearing segment (1 121) arranged in a support body (1 122), wherein the signal generator (2) and/or the sensor (3) and/or the sensor module (S) on the support body (1 122) and/or on the tilting element (1 121) and/or on a segment body (1 123) of the tilting element (1 121) is provided.
15. Strömungsmaschine, insbesondere Pumpe oder Turbine mit einer15. Turbomachine, in particular a pump or turbine with a
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10. Assembly according to one of claims 1 1 to 14 for carrying out a method according to one of claims 1 to 10.
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