FR2816061A1

FR2816061A1 - Collection of data from a rotor of a dynamo-electric or gas turbine rotating machine, uses a rod, carrying three sensors, inserted into rotor shaft and connected to external processor by cable

Info

Publication number: FR2816061A1
Application number: FR0114014A
Authority: FR
Inventors: Falaki Mahmoud Adel El; Guenter Zwarg; Lutz Huebner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2002-05-03
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: DE10054369B4; FR2816061B1; DE10054369A1

Abstract

Data collector for sampling data measured on a rotor (1) carried on a shaft (2) of a rotating machine. The shaft has at its center an axial hole (4) a rod (10) is inserted into the axial hole. The rod is fitted with a three sensors (11),axially separated from each other and cable connections (12). The rod has a location in which the sensor is placed and a hole (5) extending in the axial direction to receive the cable (12). The cable connections (12) leave the shaft via a hole (5) extending radially or obliquely

Description

Dispositif pour relever des données de mesure d'un rotor d'une machine rotative
L'invention concerne le domaine des machines rotatives, par exemple des machines dynamoélectriques ou des turbines à gaz, et elle peut

être appliquée lorsqu'on réunit par construction le rotor d'une machine de ce genre à des dispositifs de mesure qui servent à relever des données de mesure, par exemple des données concernant des sollicitations physiques du rotor porté par un arbre de rotor. Device for reading measurement data from a rotor of a rotary machine
The invention relates to the field of rotary machines, for example dynamoelectric machines or gas turbines, and it can

be applied when the rotor of a machine of this type is assembled by construction to measuring devices which are used to take measurement data, for example data relating to physical stresses on the rotor carried by a rotor shaft.

Pour contrôler en service les pièces rotatives d'une machine dynamoélectrique, ainsi que pour estimer des états de fonctionnement non calculables ou pour étalonner des modèles de calcul, on a l'habitude de disposer sur le stator ou sur le rotor et/ou sur l'arbre de rotor des capteurs de mesure ou encore des transducteurs. Les signaux obtenus au moyen de capteurs de ce genre sont apportés par des lignes de mesure à un système de traitement de valeurs de mesure, des équipements télémétriques pouvant être utilisés pour transmettre les valeurs de mesure, par exemple un émetteur disposé sur l'élément rotatif, auquel est associé un récepteur disposé en un emplacement fixe. Les valeurs de mesure intéressantes peuvent être des températures, des valeurs d'allongement et des accélérations, mais aussi des tensions et des courants électriques. Pour des rotors à grande vitesse notamment, c'est-à-dire des rotors dont la vitesse de rotation est de 3000 tours par minute ou plus, il est intéressant d'enregistrer les accélérations radiales, par exemple pour des rotors à montage magnétique en cas de panne du système de régulation magnétique. To control in service the rotating parts of a dynamoelectric machine, as well as to estimate non-calculable operating states or to calibrate calculation models, we usually have on the stator or on the rotor and / or on the '' rotor shaft of measurement sensors or transducers. The signals obtained by means of sensors of this kind are supplied by measurement lines to a measurement value processing system, telemetric equipment which can be used to transmit the measurement values, for example a transmitter disposed on the rotary element. , with which is associated a receiver arranged in a fixed location. The relevant measured values can be temperatures, elongation values and accelerations, but also voltages and electric currents. For high-speed rotors in particular, that is to say rotors whose rotational speed is 3000 revolutions per minute or more, it is advantageous to record the radial accelerations, for example for rotors with magnetic mounting in failure of the magnetic regulation system.

L'invention fournit un dispositif qui permet d'accéder aisément, en matière de technique de mesure, au rotor d'une machine dynamoélectrique. A cet effet, il est prévu que l'arbre de rotor portant le rotor est pourvu en son centre d'un perçage axial, et qu'un corps porteur du genre tige est introduit dans ce perçage axial, corps qui est équipé d'au moins un capteur de mesure et d'une ligne de mesure menant au capteur de mesure. The invention provides a device which allows easy access, in terms of measurement technique, to the rotor of a dynamoelectric machine. To this end, it is provided that the rotor shaft carrying the rotor is provided in its center with an axial bore, and that a support body of the rod type is introduced into this axial bore, a body which is equipped with minus a measurement sensor and a measurement line leading to the measurement sensor.

Un dispositif conçu suivant l'invention convient principalement pour mesurer, en cas d'utilisation de capteurs d'accélération comme capteurs de mesure, des accélérations du rotor. On peut disposer plusieurs capteurs de mesure de ce genre, répartis sur la longueur axiale du rotor. L'utilisation d'un corps porteur pour les capteurs de mesure permet un positionnement précis des capteurs en direction axiale. Par la disposition au centre de l'arbre de rotor, les sollicitations et les déplacements du rotor dans l'espace sont déterminés dans des conditions réelles ; seules sont mesurées les accélérations effectivement intéressantes, agissant dans l'axe passant par le centre de gravité du rotor, ce qui veut dire que le signal de mesure n'est que peu faussé. A device designed according to the invention is mainly suitable for measuring, when using acceleration sensors as measurement sensors, accelerations of the rotor. It is possible to have several such measurement sensors distributed over the axial length of the rotor. The use of a support body for the measurement sensors allows precise positioning of the sensors in the axial direction. By the arrangement in the center of the rotor shaft, the stresses and the displacements of the rotor in space are determined under real conditions; only the actually interesting accelerations are measured, acting in the axis passing through the center of gravity of the rotor, which means that the measurement signal is only slightly distorted.

Un autre avantage est que, comme les forces centrifuges sont faibles, seules de faibles accélérations statiques agissent sur les capteurs de mesure. Another advantage is that, since the centrifugal forces are low, only small static accelerations act on the measurement sensors.

Le corps porteur du genre tige prévu pour recevoir et positionner les capteurs de mesure peut au besoin être déposé d'une manière simple une fois les tâches de mesure accomplies, et réutilisé. The rod-like carrier body intended to receive and position the measurement sensors can, if necessary, be removed in a simple manner once the measurement tasks have been completed, and reused.

Le corps porteur est opportunément pourvu d'un ou plusieurs évidements du genre poches ou chambres pour recevoir les capteurs de mesure, et d'au moins une rainure s'étendant en direction axiale pour recevoir les lignes de mesure. Ces lignes de mesure ne sont elles aussi exposées qu'à de faibles accélérations, ce qui veut dire qu'elles ne sont que faiblement sollicitées mécaniquement, et elles sont en outre protégées des champs magnétiques et électriques. The carrier body is conveniently provided with one or more recesses of the pocket or chamber type to receive the measurement sensors, and at least one groove extending in the axial direction to receive the measurement lines. These measurement lines are also only exposed to low accelerations, which means that they are only slightly mechanically stressed, and they are also protected from magnetic and electric fields.

Au moyen des lignes de mesure, les signaux produits par les capteurs de mesure peuvent être apportés à un poste émetteur, disposé sur la surface de l'arbre de rotor et tournant avec l'arbre de rotor, d'un équipement télémétrique. By means of the measurement lines, the signals produced by the measurement sensors can be brought to a transmitting station, disposed on the surface of the rotor shaft and rotating with the rotor shaft, of telemetric equipment.

Les lignes de mesure sortent opportunément du perçage axial de l'arbre de rotor par un perçage s'étendant radialement dans l'arbre de rotor. L'immobilisation des lignes de mesure dans ce perçage (dans la région The measurement lines conveniently exit from the axial bore of the rotor shaft by a bore extending radially into the rotor shaft. The immobilization of the measurement lines in this drilling (in the region

duquel les lignes de mesure sont soumises à des forces centrifuges assez grandes) peut s'effectuer par le fait que le perçage s'étendant radialement est pourvu de renfoncements s'étendant en direction circonférentielle, et que les lignes de mesure sont immobilisées dans le perçage s'étendant radialement au moyen d'une masse de scellement durcissable. Une immobilisation de ce genre des lignes de mesure est résistante à la force centrifuge et permet de poser les lignes aussi bien de l'intérieur vers l'extérieur qu'à l'inverse. Comme les lignes de mesure sont immobilisées par l'intermédiaire du cramponnage de la masse de scellement durcie sur la paroi du perçage, un faible diamètre de perçage suffit pour une pose rapide et fiable des lignes. from which the measurement lines are subjected to fairly large centrifugal forces) can be achieved by the fact that the radially extending bore is provided with recesses extending in the circumferential direction, and that the measurement lines are immobilized in the bore extending radially by means of a hardenable sealing mass. An immobilization of this kind of measurement lines is resistant to centrifugal force and makes it possible to lay the lines both from the inside to the outside and vice versa. As the measuring lines are immobilized by clamping the hardened sealing compound on the wall of the bore, a small bore diameter is sufficient for rapid and reliable laying of the lines.

Comme composition de scellement, on peut opportunément envisager une composition à deux composants, à réglage élastique et résistance à la température, sur la base d'une résine de polyuréthane. Pour limiter la profondeur de pénétration de cette masse de scellement dans le perçage radial ou encore dans le perçage axial qui s'y raccorde, on peut installer un bouchon constitué d'une masse d'étanchéité pouvant s'expanser et durcissable. As a sealing composition, it is expedient to envisage a composition with two components, with elastic adjustment and resistance to temperature, on the basis of a polyurethane resin. To limit the penetration depth of this sealing mass in the radial bore or in the axial bore which is connected thereto, it is possible to install a plug consisting of a sealing mass which can expand and harden.

Afin de pouvoir retirer le corps porteur du genre tige de l'arbre de rotor, il est recommandé d'intercaler dans la ligne de mesure un connecteur à fiche amovible. L'une des parties d'un connecteur à fiche de ce genre peut alors être éventuellement immobilisée dans le perçage axial, et l'autre partie sur le corps porteur. In order to be able to remove the rod-like carrier from the rotor shaft, it is recommended to insert a connector with a removable plug in the measurement line. One of the parts of a plug connector of this kind can then possibly be immobilized in the axial bore, and the other part on the carrier body.

Outre des capteurs d'accélération, on peut aussi disposer des capteurs de température, par exemple pour contrôler des moyens de refroidissement. Le corps porteur peut aussi recevoir dans sa ou ses rainures des lignes de mesure qui mènent à des capteurs de mesure disposés sur la surface du rotor, par exemple des capteurs extensométriques. In addition to acceleration sensors, it is also possible to have temperature sensors, for example for controlling cooling means. The support body can also receive in its groove or grooves measurement lines which lead to measurement sensors arranged on the surface of the rotor, for example strain sensors.

Un exemple de réalisation du dispositif suivant l'invention est représenté sur les figures 1 à 6, parmi lesquelles : la figure 1 est une représentation de principe concernant l'association d'un corps porteur, équipé de capteurs de mesure, à l'arbre de rotor d'une machine dynamoélectrique, la figure 2 représente un corps porteur avec des capteurs de mesure associés, la figure 3 représente en détail l'association d'un capteur de mesure au corps porteur, An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in FIGS. 1 to 6, among which: FIG. 1 is a representation of the principle concerning the association of a carrier body, equipped with measurement sensors, with the shaft of the rotor of a dynamoelectric machine, FIG. 2 represents a carrier body with associated measurement sensors, FIG. 3 represents in detail the association of a measurement sensor with the carrier body,

les figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale du corps porteur avec le capteur de mesure associé et les lignes de mesure associées, et la figure 6 représente comment les lignes de mesure sont dirigées hors du perçage axial par un perçage s'étendant radialement. FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of the carrier body with the associated measurement sensor and the associated measurement lines, and FIG. 6 represents how the measurement lines are directed out of the axial bore by a bore extending radially .

La figure 1 représente un rotor 1 d'une machine dynamo- électrique, qui est doté d'un arbre 2 étagé et d'un corps 3 de rotor. Un perçage 4 axial réalisé sous forme de perçage borgne est ménagé dans l'arbre 2, perçage qui s'étend depuis une extrémité de l'arbre jusque dans la région de l'autre extrémité. Un deuxième perçage 5, s'étendant radialement, est ménagé dans l'arbre à l'extrémité du perçage borgne. FIG. 1 represents a rotor 1 of a dynamo-electric machine, which has a stepped shaft 2 and a rotor body 3. An axial bore 4 made in the form of a blind bore is formed in the shaft 2, a bore which extends from one end of the shaft to the region of the other end. A second bore 5, extending radially, is formed in the shaft at the end of the blind bore.

Un corps 10 porteur du genre tige est introduit dans le perçage 4 axial, corps qui est équipé de trois capteurs 11 de mesure dans la région de la partie 3 centrale de rotor. Des lignes 12 de mesure non représentées en détail ici s'étendent le long du corps porteur, lignes qui, à une extrémité du corps porteur, sont dirigées vers l'extérieur sur la surface de l'arbre de rotor, en passant par le perçage 5 s'étendant en oblique. A rod-like body 10 is introduced into the axial bore 4, a body which is equipped with three sensors 11 for measuring in the region of the central part 3 of the rotor. Measuring lines 12 not shown in detail here extend along the carrier body, lines which, at one end of the carrier body, are directed outward on the surface of the rotor shaft, passing through the bore 5 extending obliquely.

Suivant la figure 2, le corps 10 porteur du genre tige est pourvu à son extrémité de gauche d'un perçage 18 taraudé, afin de pouvoir l'immobiliser à l'extrémité correspondante de l'arbre de rotor. De plus, des évidements 13 du genre poches sont prévus sur le corps porteur, dans lesquels sont disposés les capteurs 11 de mesure. Les lignes 12 de mesure s'étendant le long du corps porteur mènent à une connexion 14 à fiche, à partir de laquelle des lignes 15 de mesure s'étendent plus loin. According to Figure 2, the body 10 of the rod type is provided at its left end with a threaded bore 18, so as to be able to immobilize it at the corresponding end of the rotor shaft. In addition, pocket-like recesses 13 are provided on the carrier body, in which the measurement sensors 11 are arranged. The measurement lines 12 extending along the carrier body lead to a plug connection 14, from which measurement lines 15 extend further.

Suivant la figure 3, un capteur 11 de mesure est immobilisé dans un évidement 13 du genre poche du corps 10 porteur au moyen d'une vis 16. Suivant la figure 4, le capteur 11 de mesure est disposé centralement par rapport à l'axe du corps 10 porteur. According to FIG. 3, a measurement sensor 11 is immobilized in a pocket-like recess 13 of the carrier body 10 by means of a screw 16. According to FIG. 4, the measurement sensor 11 is arranged centrally with respect to the axis of the carrier body.

Suivant les figures 4 et 5, le corps 10 porteur du genre tige est en outre pourvu de deux rainures 17 s'étendant en direction axiale, dans lesquelles des lignes 12 de mesure sont posées ou peuvent être posées. Une nervure 18 reste présente entre les deux rainures. According to Figures 4 and 5, the body 10 of the rod type is further provided with two grooves 17 extending in the axial direction, in which the measurement lines 12 are laid or can be laid. A rib 18 remains present between the two grooves.

La figure 6 représente un arbre 20 de rotor, dans lequel le perçage 21 s'étendant axialement est réalisé traversant. Il est en outre prévu un perçage 22 s'étendant en oblique, qui débouche dans le perçage 21 s'étendant axialement. Le perçage s'étendant en oblique est pourvu, dans la FIG. 6 represents a rotor shaft 20, in which the bore 21 extending axially is made through. There is further provided a hole 22 extending obliquely, which opens into the bore 21 extending axially. The obliquely extending hole is provided, in the

région voisine de la surface de l'arbre, de rainures 23 s'étendant annulairement, qui peuvent avoir une forme de section rectangu ! aire, triangulaire ou semi-circulaire. Ces rainures, ou un taraudage disposé sur une longueur correspondante, servent à l'ancrage d'une composition d'étanchéité durcissable, au moyen de laquelle doivent être immobilisées des lignes 24 de mesure s'étendant en hélice dans le perçage. Afin que la masse de scellement à introduire ne s'écoule pas dans le perçage 21 axial, il est prévu à la transition entre le perçage 21 axial et le perçage 22 s'étendant en oblique un bouchon 25 constitué d'une composition d'étanchéité pouvant s'expanser. region close to the surface of the tree, grooves 23 extending annularly, which may have a shape of rectangular section! area, triangular or semi-circular. These grooves, or a thread arranged over a corresponding length, serve for anchoring a curable sealing composition, by means of which must be fixed measurement lines 24 extending helically in the bore. So that the sealing mass to be introduced does not flow into the axial bore 21, a stopper 25 made of a sealing composition is provided at the transition between the axial bore 21 and the bore 22 extending obliquely. that can expand.

Claims

CLAIMS 1. Device for reading measurement data from a rotor (1) carried by a rotor shaft (2) of a rotary machine, characterized in that the rotor shaft (2) is provided in its center with '' an axial bore (4), and a rod-like body (10) is introduced into the axial bore, which body is equipped with at least one measurement sensor (11) and one measurement line (12) leading to the measurement sensor.

2. Device according to claim 1, characterized in that the body (10) carrying the rod type is provided with a recess (13) for receiving the measurement sensor (11) and at least one groove (17) s extending in axial direction to receive the measurement line (12).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the body (10) carrying the rod type is equipped with at least three sensors (11) measuring arranged at an axial distance from each other.

4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the measurement lines (12,24) leave the rotor shaft by a bore (5,22) extending radially or obliquely.

5. Device according to claim 4, characterized in that the axial bore (4) is produced in the form of blind bore, and in that the bore (5) extending radially or obliquely is disposed at the end of the bore axial.

6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the bore (22) extending radially or obliquely is provided with recesses (23) extending in the circumferential direction, and in that the lines (24) of measures are immobilized in the bore extending radially or obliquely by means of a curable sealing composition.