FI83565C - Foerfarande och anordning foer maetning av linjeringstillstaond. - Google Patents

Description

83 565

Linjaustilan mittausmenetelmä ja mittauslaitteisto Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 mukainen linjaustilan mittausmenetelmä.

Keksinnön kohteena on myös linjaustilan mittauslaittteisto.

Linjaustilalla tarkoitetaan esimerkiksi samanakselisesti asennettujen pyörivien koneiden akseleiden todellista asemaa asennuksen jälkeen ja käytön aikana. Linjauksen suoruus on tärkeä tekijä erityisesti suurten ja nopeasti pyörivien laitteiden toiminnan kannalta. Tälläisiä laitteita ovat voimalaitosten turbiini-generaattorilaitteistot, laivojen koneistot potkurilaitteineen sekä erilaiset pumppu- ja puhal-linlaitteistot. Pyörivien koneiden linjaustilan mittauksen kanssa samankaltaisia mittausongelmia syntyy putkistojen ja höyrystimien siirtymä- ja värähtelymittauksissa ja erilaisten koneiden ja paineastioiden koekuormituksen ja koeponnis-tuskokeiden aikana tapahtuvissa siirtymien mittauksessa.

Useissa tapauksissa on turbokoneiden värähtelymittausten yhteydessä todettu ongelmaksi koneiden linjaustilan valvonnan puute. Sama ongelma on myös pumppujen ja puhaltimien kohdalla, koska koneet asennetaan ja linjataan kylminä. Koneen lämpiämisen aiheuttamia siirtymiä ei yleensä voida mitata riittävän kattavasti. Kokemus on kuitenkin osoittanut, että turbokoneiden laakereiden sekä laakereiden ja pesien väliset suhteelliset siirtymät aiheuttavat merkittäviä vä-rähtelyongelmia, joiden syinä ovat yleensä laakerikuormien väärä jakautuminen eri laakereille tai labyrintti- ja muiden tiivisteiden hankaus. Jos linjaustilan muuttuminen voitaisiin mitata luotettavasti koneiden käydessä, voitaisiin linjausta korjata paremmin käyttöolosuhteita vastavaksi ja koneiden värähtelyjä ja kulumista voitaisiin pienentää.

Akselilinjan mittaukseen käytetään muunmuassa seuraavia menetelmiä: 83565 2 ENEL:in kehittämä "nestevaaka" perustuu vaaituslaitteista tuttuun periaatteeseen. Laite on tarkoitettu jatkuvaan valvontaan. Laite on monimutkainen ja hankala asentaa eikä sitä voida siirtää. Laitteella ei pystytä mittaamaan vaakasuoria liikkeitä. Toimintaperiaatteestaan johtuen se on epätarkka.

Permalign-niminen laseroptinen mittari koostuu laserista ja säteen ilmaisimesta. Laser kiinnitetään toiseen koneeseen tai laakeripukkiin ja ilmaisinkenno toiseen. Laite soveltuu kahden vierekkäin olevan laakerin jatkuvaan valvontaan, mutta sillä ei voida mitata koko turbiinilinjan tilaa. Laitteella voidaan mitata ainoastaan kahden pisteen suhteellinen siirtymä.

Julkaisussa WO 85/05443 on esitetty kahden samanakselisen koneen siirtymien mittauslaite. Tällä laitteella siirtymät mitataan kolmella mittauselimellä, jotka koostuvat valonlähteestä, heijastusprismasta ja valonilmaisimesta. Valonlähde ja -ilmaisin on kiinnitetty toiseen koneeseen ja heijastin toiseen. Siirtymät mitataan lähettämällä valonsäde prismaan, joka heijastaa sen valonlähteen vieressä olevaan ilmaisimeen. Heijastetun säteen siirtymän avulla voidaan laskea koneiden siirtymät toistensa suhteen. Menetelmän avulla voidaan mitata ainoastaan kahden koneen suhteelliset siirtymät.

US-patenttijulkaisussa 3,902,810 on esitetty laseriin perustuva mittaustapa, jolla useita samanakselisia koneita voidaan linjata asennettaessa. Tällä menetelmällä ei voida mitata siirtymiä koneiden käydessä.

Mikään markkinoilla olevista mittalaitteista ei sovellu yleisesti käytettäväksi koko turbokoneen linjaustilan valvontaan.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla useiden samanakselisten koneiden akselilinjan siirtymät voidaan mitata jatkuvasti myös koneiden käydessä.

Il 3 83565

Keksintö perustuu siihen, että viuhkaksi levitetty lasersäde kohdistetaan ilmaisinkennoon, joita voi olla useita, ja ilmaisimien signaalien perusteella määritetään kunkin ilmaisimen suhteellinen siirtymä.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on olennaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tunusmerk-kiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksintö mahdollistaa useiden samanakselisesti asennettujen koneiden akselilinjan siirtymien jatkuvan mittauksen. Lisäksi tällä menetelmällä voidaan mitata putkilinjojen ja vas-. . taavien järjestelmien siirtymiä käytön aikana. Menetelmää voidaan käyttää myös värähtelymittauksiin. Menetelmä on tarkka, ja suhteellinen siirtymä saadaan aina varmasti refe-.. . renssipisteen suhteen, tai vertaamalla viereisten antureiden mittaussignaaleja toisiinsa. Koska laserin säde osuu vähintään kahteen anturiin, niin toisen anturin tai laserin siirtyminen tai irtoaminen on helppo havaita. Tämän menetelmän avulla voidaan mitata suhteellisten siirtymien ohella mittauspisteiden absoluuttiset siirtymät. Lisäksi menetelmän soveltamiseen tarvittava laitteisto on helposti kuljetettava, helposti asennettava ja helppokäyttöinen. Laitteistoon kuuluvaan mittaustietokoneeseen voidaan kytkeä 0-10 kpl prosessisuureita (esim. turbiinin venymät, tehot, lämpötilat), jolloin linjaustilan muutoksia voidaan verrata muutoksiin prosessin tilassa.

Keksinnön mukaista mittausmenetelmää selostetaan nyt viitaten oheisiin piirustuksiin, jotka esittävät yhtä menetelmän soveltamiseen tarkoitettua laitteistoa.

4 83565

Kuvio 1 on kaaviokuva mittausyksiköstä, joista laitteisto koostuu.

Kuvio 2 on kaaviokuva laitteistosta turbiinilinjan yläpuolelta katsottuna.

Kuvio 3 on kaaviokuva laitteistosta lasereiden takaa katsottuna .

Tässä esimerkkitapauksessa mittauslaitteisto on liitetty voimalaitoksen turbiinien 18, 19 ja 20 ja generaattorin 17 väliseen akselilinjaan 16. Laserit 1 sijoitetaan kolmioja-lustoille turbiinihallin lattialle 23 liikuntasauman 22 taakse turbiineista katsottuna. Lasereista l tuleva säde 4 suunnataan turbiinien 18, 19 ja 20 ja generaattorin 17 laa-keripukeilla 15 oleviin mittausantureihin 10, 11. Mittausantureista 10, 11 voidaan lukea säteen 4 asema ja vähentämällä antureiden 10, 11 lukemat saadaan niiden välinen suhteellinen siirtymä. Vaihtoehtoisesti käyttämällä referenssianturia 21 saadaan antureiden 10, 11 siirtymä referenssiin 21 nähden ja täten voidaan eliminoida mahdollinen lasereiden 1 siirtymä.

Asentamalla mittausanturit 10, 11 jokaiseen kytkinväliin ja pitämällä yhtä anturia, joko yhtä akselilinjalla olevaa anturia tai erillistä referenssianturia 21, referenssipistee-nä, voidaan rekisteröidä turbiinien 18, 19 ja 20 suhteellinen linjaussiirtymä esim. voimalaitoksen ylösajon aikana. Tämä tapahtuu mittaamalla säteen 4 paikan keskiarvon muutos alkutilanteeseen nähden jokaiselta anturilta 10, 11.

Mittauslaitteisto koostuu kuvion 1 mukaisista yksiköistä. Helium-Neon-laser 1 lähettää punaista näkyvää valoa, jonka säde on pistemäinen ja halkaisijaltaan noin 2 mm. Tämä säde johdetaan teleskoopin 2 ja sylinterilinssin 3 läpi, jotta saadaan tasomainen viuhkasäde 4. Tämä säde 4 suunnataan yhteen tai useampaan anturiin 10, 11, jotka voivat olla esim.

5-10 metrin etäisyydellä laserista 1. Matkasta johtuen li 5 83565 tarvitaan teleskooppi 2, joka pitää säteen 4 vielä 10 metrinkin päässä riittävän kapeana tasoviuhkana. Mittausanturi 10, 11 käsittää säteen 4 suunnassa ensin kiertopolarisaatio-levyn 5, helium-neon-suodattimen 6, CCD-mittauskennon 7 ja kennon tarvitseman elektroniikan 8 sekä mikrometriruuvin 9 anturin anturiosan 10, 11 korkeussäätöä varten. Anturiosasta 10 mittauskennon 7 mittaustieto siirtyy prosessoriosaan 12, joka toimii kahden anturin 10, 11 laskentaosana. Ohjelma PC-tietokoneella 14 ja prosessoriosassa 12 toimii siten, että PC:Itä 14 voidaan kysellä useiden anturien 10, 11 mittaus-tietoja keskittimen 13 kautta. Keskitin 13 sisältää jännitelähteen, josta saadaan pienjännitteet prosessoriosille 12 ja sieltä edelleen antureille 10, 11. Prosessoriosia 12 voi olla mittausjärjestelmässä esim. 5 kpl, jolloin anturien kokonaismäärä on 10 kappaletta.

Mittausanturit 10, 11 asennetaan akselin 16 laakeripukkien 15 päälle pareittain. Tällöin yhden laserin 1 viuhkamainen säde osuu aina kahden anturin 10, 11 mittauskennoon. Näin varmistetaan se, että saadaan aina anturien välinen suhteellinen siirtymä. Jos käytettäisiin kullekin anturille 10, 11 omaa laseria 1, aiheutuisi lasereiden paikan mittauksen virheistä ja mahdollisesta liikumisesta mittauksen aikana virhe suhteelliseen siirtymään. Lisäksi viuhkamaisen säteen 4 ansiosta tarvitaaan vähemmän lasereita 1. Mittausanturit 10, 11 kiinnitetään laakeripukkeihin 15 mikrometriruuvien 9 välityksellä. Mikrometriruuveilla 9 voidaan säätää laserin 1 säde 4 osumaan haluttuun kohtaan mittauskennossa 7 ennakoidun tai mitatun siirtymän mukaisesti. Laserit 1 sijoitetaan kolmijalalle liikkumattomalle alustalle, tässä tapauksessa hallin lattialle 23 liikuntasauman 22 taakse. Asennustavan ansiosta koneiston värinä ei vaikuta lasereihin 1 ja säteen 4 asema pysyy samana, minkä ansiosta voidaan mitata haluttaessa myös todelliset siirtymät.

Esimerkin mukaisen akselilinjan 16 mittaus tapahtuu seuraa-valla tavalla. Ensin mitataan kullekin anturille 10, li ver- 6 83565 tailuarvot asennuksen jälkeen turbiineiden 18, 19, 20 ja generaattorin 17 ollessa pysähdyksissä. Kunkin laakeripukin asema mitataan valitun jakotason kohdalta, yksi piste/laake-ri riittää yleensä. Nämä arvot toimivat valvonnan vertailu-arvoina. Kun mitattu piste asetetaan nollapisteeksi, ei eri lasereiden 1 paikkaa tarvitse mitata ja lasereita 1 asentaa tarkasti, koska nollakohdan sijainti ei vaikuta mittausarvoon, joka on poikkeama nollakohdasta. Suhteelliset siirtymät saadaan poikkeamina nollapisteestä. Yksi mitatuista pisteistä voidaan valita referenssipisteeksi, johon muiden siirtymiä verrataan tai vaihtoehtoisesti voidaan käyttää erillistä referenssianturia 21. Referenssianturi 21 voidaan sijoittaa haluttuun paikkaan, mutta sijoittamalla se kahden anturin 10, 11 väliin siten, että antureihin kohdistettu laserin 1 säde 4 osuu myös referenssianturin 21 kennoon 7, ei tarvita erillistä laseria 1 referenssipisteen mittausta varten. Referenssipisteen käytön ansiosta laserin siirtymä ei vaikuta suhteellisiin siirtymiin.

Kun vertailuarvot ja referenssipiste on mitattu, voidaan laitteisto käynnistää. Ylösajon aikana seurataan kaikkien pisteiden liikettä valitun referenssipisteen suhteen. Tarvittaessa voidaan pisteiden liikettä valvoa koko käyntiajan. Jos pisteiden siirtyminen on liian suurta tai mittaus osoittaa, että akselilinja 16 värähtelee tai saattaa alkaa värähdellä, on akselilinja 16 linjattava uudelleen.

Mittaustulokset voidaan tulostaa halutulla tavalla. Tavallisimmin käytetään kunkin pisteen suhteellisen siirtymän ja mitattavien prosessisignaalien näyttöä halutuin väliajoin. Näyttöön otettavat mittaukset ovat käyttäjän valittavissa, ja asteikkojen skaalaukset voidaan määritellä halutulla tavalla. Näyttö päivittyy mittauksen edetessä.

Vaihtoehtoisesti voidaan valita esimerkiksi suhteellisten siirtymien näyttö valvottavan rakenteen geometriakuvassa. Turbiineista riittää akselin, laakereiden ja kytkinten siirtymien näyttö.

7 83565

Edellä kuvatun lisäksi keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla on muitakin suoritusmuotoja. Siirtymän sijasta laitteistolla on mahdollisuus mitata myös värähtelysignaalia indikoimalla säteen hetkellinen asema anturissa. Tallentamalla siirtymä- ja värähtelytiedot ylös- tai alasajon sekä normaalin käytön aikana niitä voidaan verrata samanaikaisesti tallennettuihin prosessitietoihin. Turbiinien ja gene-raattoreiden akselilinjojen mittauksen lisäksi laitteisto sopii pumppujen ja puhaltimien linjausten sekä putkistojen ja höyrystimien siirtymä- ja värähtelymittauksiin ja koneiden ja paineastioiden koekuormitus- ja koeponnistusten siirtymä ja värähtelymittauksiin.

Yksi mielenkiintoinen sovellutuskohde on laivojen ja veneiden potkuriakseleiden linjaus, esim. pitkien nopeasti pyörivien ja sellaisten pienihalkaisijaisisten akselien akseli-linjojen mittaus, joissa siirtyy suuri teho. Näissä tapauksissa akselilinjalle voidaan asentaa useita antureita, ja kun laserin säde levitetään sopivaksi leveäksi viuhkaksi, saadaan yhden laserin säde osumaan useisiin antureihin, jolloin laserin viuhkamaisen säteen leveyssuuntaisesta suoruudesta johtuen saadaan antureiden suhteelliset siirtymät tarkasti mitatuksi, koska säde on jokaisen anturin kohdalla samalla tasolla.

Claims (9)

1. Linjaustilan mittausmenetelmä, jossa linjaustilan muutos ilmaistaan laserin (1) säteen (4) paikan muuttumisena linjalle kiinnitetyssä anturissa (10, 11) tunnettu siitä, että - ainakin yhden laserin (1) säde muutetaan kapeaksi tasomaiseksi viuhkaksi (4) optisilla laitteilla (2, 3), - tämä säde (4) kohdistetaan ainakin kahteen vierekkäiseen mittausanturiin (10, 11) siten, että säde (4) osuu ainakin kahden anturin (10, 11) mittauskennoon (7) samanaikaisesti, - laserin (l) säteen (4) paikka mittauskennossa (7) määritetään mittauksen alkaessa ja tämä arvo asetetaan kullekin anturille (10, 11) nollakohdaksi, ja - mittauksen aikana kunkin anturin (10, 11) siirtymää verrataan tähän nollakohtaan jolloin saadaan kullekin anturille (10, 11) vertailukelpoinen suhteellisen siirtymän arvo.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että antureiden (10, 11) mittausarvo viedään, mahdollisesti välivaiheiden kautta, keskittimeen (13), jolla tahditetaan mittaustiedon siirtyminen antureilta (10, 11. tietokoneeseen (14) siten, että kunkin anturin (10, 11) mittausarvo voidaan lukea vuorotellen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että yksi antureista (10, 11) valitaan re-ferenssianturiksi, jonka mittaamaan arvoon muiden antureiden (10, 11) arvoja verrataan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että referenssianturi (21) on erillinen anturi, joka on asennettu mittauslinjan ulkopuolelle. li 9 83565

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että jokaisen laserin (1) viuhkamainen säde (4) kohdistetaan kahteen mittausanturiin (10, 11), joiden mittaustieto viedään keskittimeen (13) ja edelleen tietokoneeseen (14) jokaiselta anturiparilta vuorotellen.

6. Linjaustilan mittauslaite, joka käsittää ainakin yhden laserin (1) ja mittauskennosovitelman, tunnettu siitä, että -laser (1) käsittää teleskoopin (2) ja linssin (3), joilla laserin (1) säde voidaan muuttaa tasomaiseksi viuhkaksi (4), ja - mittauskennosovitelma käsittää ainakin kaksi mittausanturia (10, 11), joihin laserin (1) viuhkamainen säde (4) on kohdistettavissa samanaikaisesti.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen mittauslaite, tunnettu keskittimestä (13), jonka kautta tietokone (14) voi lukea kunkin anturin (10, 11) mittausarvon vuorotellen.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen mittauslaite, tunnettu mittauslinjan ulkopuolelle sijoitetusta referens-sianturista (21), jonka mittausarvoon muiden antureiden (10, 11) mittausarvoja verrataan.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että anturit (10, 11) on asennettu pareit-tan siten, että jokaiseen anturipariin (10, 11) osuu yhden laserin säde. ίο 83565