SE466622B - Anordning foer att maeta foeraendringar i massa genom resonansfrekvensdetektering - Google Patents

Description

466 2 62 2 utan att riskera ett haveri. Normalt bestäms tiderna mellan inplanerade driftstopp empiriskt eller eventuellt beräknas tiderna utifrån antagen slitagehastighet för kritiska detal- jer. Men även dessa inplanerade driftstopp är kostsamma, speciellt då planeringen grundas pà osäkra uppgifter. Diag- nostiska metoder med vilka slitagehastigheten kontinuerligt kan övervakas för kritiska detaljer i en process är därför av stort värde.

I kraftanläggningar där haverier eller driftstillestànd är mycket kostsamma sitter många slitageutsatta, vitala kompo- nenter i en miljö för vilken tillförlitliga givare eller mätanordningar för mätning under drift saknas.

Speciellt saknas givare för övervakning av slitaget hos kom- ponenter vilka är anordnade i rökgasströmmen i kraftanlägg- ningar baserade pà förbränningsprocesser. Dessa komponenter utsätts för stoftbemängda rökgaser av hög temperatur, hög strömningshastighet och i vissa fall också förhöjt tryck.

Dessutom innehåller ofta rökgaserna korrosiva ämnen. Slita- get är här stort och mycket svårt att förutsäga då även smà störningar av rökgasströmmen eller förändringar i dess sam- mansättning kan medföra stora förändringar i slitagebilden.

Därför är anordningar, tillämpbara för diagnostiska mät- ningar, med vilka slitagehastigheten kontinuerligt kan övervakas för kritiska detaljer ett ovärderligt hjälpmedel.

Att förändringar i massa påverkar en kropps egenfrekvens är känt och tillämpat för mätning bland annat genom den svenska patentskriften SE 413 672, i vilken en i en givardel infäst stâlfjäder sätts i svängning genom excitering och sväng- ningens egenskaper uppmätes för att bestämma olika fysika- liska storheter, excitering och uppmätning av svängningen göres på optisk väg. Denna metod är dock inte tillämplig för att bestämma slitagehastigheten hos komponenter eller väggar utsatta för strömmande rökgaser. Dels klarar den ej miljön, med den höga temperaturen och stoftet, dels kan ej 466 622 3 förändringarna i massa hos stâlfjädern sättas i relation till slitagehastigheten hos den aktuella komponenten.

UPPFINNINGEN Förändringar i massa övervakas genom att bestämma föränd- ringar i en svängande kropps egenfrekvens. För denna över- vakning användes en mätanordning som enligt uppfinningen innefattar en givardel i form av ett svängande membran, en detektordel för registrering och analys av givarens sväng- ningsfrekvens och ett organ för excitering av givaren, varvid givardelen är anordnad att bringas i svängning och förändringar i givardelens egenfrekvens användes som värde pà förändringen i massa. Givaren är utförd i form av ett membran, innefattande en infästningsdel och en kropp med tjockare gods, förbundna med en tunnväggig sektion och enligt uppfinningen är givaren företrädesvist utförd i samma material som den komponent för vilken man vill mäta föränd- ringen i massa, exempelvis utryckt som slitagehastigheten.

Kroppen utsätts för slitage under samma förhållanden som den komponent för vilken man vill bestämma slitagehastigheten och är anordnad så att den pà ett likvärdigt sätt utsätts för påverkan från aktuellt medium. Dessutom är en tempera- tursensor anordnad pá givardelen för att kompensera för temperaturens inverkan.

Givaren har en egenfrekvens som bestäms av materialet, dess geometriska utformning, den tunnväggiga förbindningsdelens längd och godstjocklek, massan hos den kropp med tjockt gods som utsätts för mediet samt givarens temperatur. Efterhand som kroppens massa minskar, till följd av slitage, ökar egenfrekvensen vid en viss temperatur. För att kompensera för egenfrekvensens temperaturberoende kalibreras givaren över aktuellt temperaturomrâde innan den användes.

Vid mätning exciteras givaren så att den börjar svänga, var- vid dess egenfrekvens registreras, med lämplig detektor, och bestäms med frekvensanalysutrustning. Skillnaden i egenfrek- 466 622 4 vens mellan tvà mätningar, med korrektion för eventuella avvikelser i temperatur, utgör ett màtt pà viktminskningen.

Fördelas viktminskningen över den kända, för aktuellt medium exponerade, arean erhålls ett mått pá det genomsnittliga slitaget över den aktuella ytan. Detektorn kan vara en tràd- töjningsgivare av högtemperatur typ eller en mikrofon och m* ansluts till en frekvensanalysator.

Utöver givare och detektor, med nödvändig analysutrustning, innefattar anordningen enligt uppfinningen ett organ för excitering av givaren. Dessutom kompletteras anordningen med En temperaturs BHSOI' .

Givaren exciteras lämpligen medelst knackning, vilket utfö- res med en kolv som slås an mot givaren. Kolvens anslag mot givaren åstadkommes av en slaganordning anordnad i anslut- ning till kolven. Exempelvis elektromagnetiskt styrd. Natur- ligtvis kan givaren även exciteras pà andra sätt exempelvis genom ljudvág eller annan stötvàg utsänd mot givaren.

Används en anordning enligt uppfinningen för att mäta slita- gehastigheten hos en vägg, exempelvis i en kanal eller ett kärl ingående i en anläggnings processsystem, utföres giva- ren enligt uppfinningen företrädesvis i samma material som väggen i övrigt samt anordnas med den yta som exponeras för i processsystemet befintligt medium i plan med och med en profil överensstämmande med väggens begränsningsyta.

Anordningen kan också användas då man vill studera slitaget pá exempelvis en profil eller annan i processvägarna anord- nad komponent, exempelvis för att simulera slitaget pá i en turbin eller kompressor ingående ledskenor. Kroppen utformas då med en profil lik den komponent man önskar simulera och anordnas i rökgasströmmen motsvararande den aktuella kompo- nentens strömningssituation. Här måste man beakta att pro- filen utformas sà att borteroderat material ej àterdeponeras på profilen och stör mätningen. 466 622 5 Detta medför att givaren till utformning och materialval kan anpassas till just den aktuella situationen. För att anpassa anordningens känslighet varieras sedan den tunnväggiga för- bindningsdelens längd och godstjocklek. Genom dessa anpass- ningsmöjligheter kan anordningen appliceras i de flesta mät- situationer inne i processens kanaler och kärl.

Anordningen är ej tryckbärande varför den byggs in. För att ej erhålla tryckdifferenser över anordningen, speciellt ej över givardelen, vilka orsakar spänningstillstànd som kan störa mätningen, anordnas organ för att trycket ska vara väsentligen detsamma runt givardelen. Detta är av speciell vikt vid mätningar i trycksatta processer som exempelvis förbränning i trycksatt virvelbädd, Pressurized Fluidized Bed Combustion, PFBC.

Dà kostnaden för framtagning och kalibrering av givare samt annan nödvändig utrustning är relativt begränsad är det möj- ligt att installera ett stort antal mätanordningar i en anläggning och att datorisera insamling och bearbetning av mätdata samt eventuell larmfunktion. Mätdata kan presenteras som exempelvis viktminskning, slitagedjup eller slitagehas- tighet.

En anordning enligt uppfinningen är speciellt attraktiv för diagnostiska mätningar i processystem då den är enkel att tillverka och anpassa till olika situationer. Den är enkel att handha och kan lätt integreras i ett automatiskt, konti- nuerligt system för övervakning av slitagesituationen i en anläggnings processystem. Dessutom är kostnaderna för i anordningen ingående komponenter relativt låg, speciellt i relation till de kostnader som är förknippade med drifts- stopp och haverier.

FIGURER Figur 1 ger en starkt schematisk bild av anordningen och visar de tre ingående delfunktionerna, givaren - det sväng- 466 622 6 ande membranet-, detektorn och exicteringsorganet. Figur 2 visar en mätanordning enligt uppfinningen, med nödvändig kringutrustning, inbyggd i en vägg och omsluten av tryckbä- rande konstruktion. Figur 3-5 visar olika utförande av den ff- membranformade givardelen.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen avser en anordning för att mäta förändringar i massa, exempelvis uppkomna genom slitage. Slitaget uppstår till följd av påverkan från i ett kärl eller en kanal inne- slutet medium. Mediet, som kan vara flytande eller gasfor- migt, är ofta uppblandat med fast partikulärt material och orsakar slitage, till följd av erosion, korrosion eller deposition.

Förändringen i massa mäts enligt uppfinningen, visad starkt förenklad i figur 1. Genom att bestämma förändringar i en svängande kropps egenfrekvens med en anordning innefattande en givardel 11 i form av ett svängande membran, en detektor- del 12 för registrering och analys av givarens svängnings- frekvens samt ett organ 13 för excitering av givardelen 11.

Uppfinningen, inbyggd i en vägg 10, exempelvis väggen 10 till ett i ett processystem ingående kärl eller kanal, visas i figur 2. Givardelen ll innefattar en tunnväggig förbind- ning 14 mellan en infästningsdel 15 och en kropp 16 med tjockare gods, Kroppen 16 utsätts för det i kärlet befint- liga mediet. Givardelen 11 är företrädesvis utförd i samma material som kärlväggen 10 och den på kroppen 16 exponerade ytan har samma profil som väggen 10 och är anordnad med sin begränsningsyta sammanfallande med väggens 10 begränsnings- yta.

Vid mätning exciteras givardelen 11 medelst knackning, genom att en kolv 17 bringas att slå an mot givardelen 11 som sätts i svängning. Kolven slås an medelst en slaganordning 18, exempelvis elektromagnetiskt styrd, lämpligen àterförs 466 622 7 kolven till utgångsläge efter anslaget med en àterförings- anordning 19, exempelvis en returfjäder. Alternativt kan gi- vardelen ll exciteras med en ljudvâg eller annan stötvàg som utsändes mot givardelen 11. Svängningsfrekvensen registreras med en sensor, exempelvis en tràdtöjningsgivare 20, anordnad på den tunnväggiga förbindningen 14, alternativt med en mik- rofon 21, och analyseras i en frekvensanalysutrustning 22, för fastställande av givarens egenfrekvens. För att kompen- sera för inverkan från eventuella temperaturvariationer fastställes temperaturen hos givardelen 11 med lämplig, ej visad, temperatursensor, termoelement, motstándstermometer, pyrometer etc. Givardelen 11 har före installationen kalib- rerats över hela det aktuella temperaturomràdet.

Förbindningens 14 tunna vägg är ej tryckbärande varför an- ordningen, åtminstone vid trycksatta processer, måste byggas in med en tryckbärande kapsling 23, exempelvis en platta.

För att inte tryckskillnader och därmed sammanhängande spän- ningstillstánd över givardelen 11 ska störa mätningen anord- nas organ 25 för att trycket ska vara detsamma i rummet 24/ ' som bildas mellan_givardelen 11 och den tryckbärande plattan 23, som i kärlet. Lämpligen utjämnas trycket genom att ett utjämningsrör 25 anordnas mellan rummet 24 och kärlet. Är mediet uppblandat med fasta partiklar förses lämpligen utjämningsröret 25 med ett filter 26 för att utestänga partiklarna fràn rummet 24.

Anordningen kan med lätthet och till låg kostnad anpassas till olika slitagesituationer vilket illustreras med figu- rerna 3-5. Figur 3 visar den enklaste utformningen av givar- delen ll, avsedd att användas vid mätningar av slitaget på släta ytor. I figur 4 har begränsningsytan pà kroppen 16 givits en krökt profil för att överensstämma med begräns- ningsytan i exempelvis en rörformig kanal. Figur 5 visar hur kroppen 16 kan utformas för att simulera slitaget pà en i det strömmande mediet befintlig komponent, exempelvis en ledskena till en turbin.

Claims (2)

466 622 8 Anordningen kan med fördel användas för diagnostisk övervak- ning i processystem för inplanering av underhåll men även vid utveckling av komponenter, ingående i processsystem, där effekter av såväl konstruktiva förändringar som ändringar i materialval kan utvärderas. PATENTKRAV

1. Anordning för att i kanaler eller kärl, innehållande fly- tande eller gasformigt medium, mäta förändringar i massa, till följd av erosion, korrosion eller deposition, på väg- gar (10) eller andra för mediet utsatta komponenter, inne- fattande en givardel (11), en detektordel (12) och ett or- gan (l3) för excitering av givardelen, varvid givardelen är anordnad att bringas i svängning och förändringar i givardelens resonansfrekvens användes som värde pà föränd- ringen i massa och att på nämnda givardel (11) en tempera- turgivare är anordnad för att särskilja påverkan på reso- nansfrekvensen till följd av förändringar i massa från inverkan av temperaturvariationer, k ä n n e t e c k n a d a v, att givardelen innefattar en tunnväggig sektion (14) som förbinder en infästningsdel (15) med en kropp (16), att kroppen har väsentligt större godstjocklek än den tunnväggiga sektionen, att kroppen är utformad med en profil och utförd i ett material väsent- ligen lika den komponent som övervakas, att kroppen är anordnad i kanalen eller kärlet så att mediet påverkar dess massa, varvid resonansfrekvensen hos givardelen (11) ändras, under väsentligen samma förhållanden som för den komponent som övervakas samt att mätanordningens mätkäns- lighet är bestämd genom avpassning av längd och godstjock- lek hos den tunnväggiga sektionen .

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att den i givardelen (ll) ingående kroppen (16) är anordnad som en del i kanalens respektive kärlets vägg (10), och anordnad så att kroppens yttre profil är i plan W 466 622 9 med och sammanfallande med väggens begränsningsyta. .Anordning enligt patentkrav 1 eller patentkrav 2, k ä n - n e t e c k n a d a v, att detektordelen (12) är anordnad att registrera förändringar hos nämnda givardels (11) svängningsegenskaper medelst en trádtöjningsgivare (20). . Anordning enligt patentkrav 1 eller patentkrav 2, k ä n - n e t e c k n a d a v, att detektordelen (12) är anordnad att registrera förändringar hos nämnda givardels (11) svängningsegenskaper medelst en mikrofon (21). . Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n - n e t e c k n a d a v, att organet (13) för excitering av givardelen (ll) är en kolv (17) anordnad för att bringa givardelen i svängning genom knackning. . Anordning enligt något av patentkrav 1, patentkrav 2, patentkrav 3 eller patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d a v, att organet (13) för excitering av givardelen (ll). är en ljudkälla . . Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n - n e te c k n a d a v, att en tryckbärande kapsling (23), exempelvis en platta, är anordnad kring givardelen (ll) och att ett organ (25) är anordnat för att åstadkomma tryckutjämning mellan kanalen respektive kärlet och ett utrymme (24) som bildas mellan givardelen och den tryck- bärande kapslingen . . Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n - n e t e c k n a d a v, att mediet är en stofthaltig rök- gas fràn en förbränningsanläggning, speciellt stofthaltig rökgas från en anläggning för förbränning i virvelbädd.