WO2014174097A1 - Verfahren zur beurteilung eines verschleisszustandes einer baugruppe einer strömungsmaschine, baugruppe, sowie strömungsmaschine - Google Patents

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signal
assembly
sensor
bearing
wear
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PCT/EP2014/058498
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Frank May
Simon Gassmann
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Sulzer Pumpen Ag
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    • F16C17/06—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for axial load only with tiltably-supported segments, e.g. Michell bearings
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2233/00—Monitoring 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

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe (1, 11, 111, 112) einer Strömungsmaschine, insbesondere Lageranordnung (11, 111, 112) 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, 11, 111, 112) in Kontakt stehenden Sensor (3) ein aus dem Abfragesignal (21) generiertes Antwortsignal (31) detektiert wird. Erfindungsgemäss wird das Antwortsignal (31) in Abhängigkeit von einer Variation einer physikalischen Betriebsgrösse der Baugruppe (1, 11, 11, 112) nach einem charakteristischen Muster verändert, aus der Veränderung des Antwortsignals (31) wird die Verschleisskenngrösse bestimmt, und der Verschleisszustand wird unter Verwendung der Verschleisskenngrösse beurteilt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Baugruppe (1, 11, 111, 112) einer Strömungsmaschine mit einem Signalgeber (2) und einem Sensor (3), sowie eine Strömungsmaschine mit einer solchen Baugruppe (1, 11, 111, 112).

Description

Verfahren zur Beurteilung eines Verschleisszustandes einer Baugruppe einer Strömungsmaschine, Baugruppe, sowie Strömungsmaschine
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.
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
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
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.
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
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
Lagersegmente wirken. Dieses Konstruktionsprinzip wird später anhand der Fig. 3a und Fig. 3b noch genauer erläutert werden.
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
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.
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
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.
Bisher sind aus dem Stand der Technik nur sehr unzureichende Methoden bekannt um den Verschleisszustand von Baugruppen von
Strömungsmaschinen, zum Beispiel von Lagern oder Lagerdichtungen oder Lagerwellen von Pumpen oder Turbinen, oder auch von axialen
Kippsegmentlagern im Betriebszustand zu überwachen und zu beurteilen.
So ist es zum Beispiel bei Dichtungen von Radiallagern bekannt, eine
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 axialen
Lagern beispielweise die Temperatur beteiligter Bauteilkomponenten oder von Lagerfluiden, wie z.B. die Temperatur von Öl zu überwachen, das im
Betriebszustand mit den auf Verschleiss zu überwachenden Teilen in
Berührung kommt. Dies kann beispielweise mit Thermoelementen oder mit elektrischen Widerstandsthermometern einigermassen zuverlässig erfolgen und erlaubt prinzipiell eine gute Überwachung und Beurteilung eines
Verschleisszustands der interessierenden Baugruppe. Allerdings eignen sich diese Methoden in der Regel nur für Labor- und Testzwecke, da die
Temperatursensoren umständlich, häufig an sehr unzugänglichen Stellen platziert werden müssen. Darüber hinaus müssen die von solchen
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.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein zuverlässiges Verfahren zur
Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe einer
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
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
Meeresspiegel installiert ist, eine zuverlässige Überwachung des
Verschleisszustands möglich ist.
Die diese Aufgabe lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 , 1 1 , und 15 gekennzeichnet.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte
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
Antwortsignal detektiert wird. Erfindungsgemäss wird das Antwortsignal in Abhängigkeit von einer Variation einer physikalischen Betriebsgrösse der Baugruppe nach einem charakteristischen Muster verändert, aus der
Veränderung des Antwortsignals wird die Verschleisskenngrosse bestimmt, und der Verschleisszustand wird unter Verwendung der
Verschleisskenngrosse beurteilt.
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
Widerstandsthermometer beurteilt. Es kommt vielmehr ein Signalgeber zum Einsatz, der ein mechanisches Abfragesignal erzeugt aus dem ein
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
entsprechende elektrische Signale erzeugen kann. Das heisst, eine
mechanische Spannung, der beispielsweise ein piezoelektrischer Kristall unterworfen wird, ändert dessen elektrische Polarisation bzw.
Ladungsverschiebung. Umgekehrt verursacht ein an den Kristall angelegtes elektrisches Feld in ihm eine mechanische Verzerrung bzw. Auslenkung.
Aufgrund dieser Eigenschaften eigenen sich piezoelektrische Materialien bei geeigneter Eichung auch indirekt zur Temperaturmessung bzw. zur
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
Ladungsverschiebung im Kristall durch Anlegen einer mechanischen
Spannung bzw. die Dehnungsphänomene des Kristallgitters beim Anlegen eines äusseren elektrischen Feldes fast völlig stromlos vonstatten gehen und somit fast keine elektrische Energie verbrauchen.
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
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.
Zur Beurteilung eines Verschleisszustands einer Baugruppe einer
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.
Weitere prominente Vertreter von Baugruppenkomponenten, die durch die Erfindung selbstverständlich auch abgedeckt sind, sind z.B.
Gleitringdichtungen, Dichtspalte und andere dem Fachmann bekannte Komponenten oder Subkomponenten, die Verschleiss gefährdet sind und daher überwacht werden müssen
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
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
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.
Dabei ist es problemlos möglich, durch Platzierung einer Mehrzahl von
Sensoreinheiten an verschiedenen Orten an oder in der Baugruppe auch verschiedene Komponenten oder Subkomponenten der Baugruppe
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
entsprechende programmgesteuerte Maschine ermittelt und einem
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
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.
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
Ausführungsbeispiel eines solchen Sensormoduls wird weiter unten noch ausführlich anhand der Fig. 1 b beschrieben.
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.
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.
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
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.
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.
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
Strömungsmaschine verwendet, wobei die Lageranordnung besonders bevorzugt ein mechanisches Wellenlager umfassend eine in einem
stationären Lagersattel angeordnete rotierbare Welle ist, oder aber auch ein axiales Kippsegmentlager umfassend ein in einem Trägerkörper
angeordnetes Kippelement mit einer Mehrzahl von Segmentkörpern sein kann.
Bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Beurteilung des Verschleisszustandes bei einer Lageranordnung umfassend eine
Gleitringdichtung und ein axiales Kippsegmentlager mit einem in einem Trägerkörper angeordneten Lagersegment, insbesondere umfassend ein Kippelement mit einem Segmentkörper, verwendet.
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.
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.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Baugruppe einer
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
Abfragesignals, sowie ein mit der Baugruppe in Kontakt stehender Sensor zur Detektion eines aus dem Abfragesignal generierten Antwortsignals
vorgesehen, so dass aus einer Veränderung des Antwortsignals eine
Verschleisskenngrösse bestimmbar ist, und der Verschleisszustands unter Verwendung der Verschleisskenngrösse beurteilbar ist.
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
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
beispielsweise an der rotierbaren Welle und / oder an einer Lagerkomponente des stationären Lagersattel vorgesehen ist.
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.
Bevorzugt umfasst die Baugruppe eine Lageranordnung mit einer
Gleitringdichtung und einem axialen Kippsegmentlager mit einem in einem Trägerkörper angeordneten Lagersegment, wobei das Lagersegment insbesondere ein Kippelement mit einem Segmentkörper umfasst.
Ausserdem betrifft die Erfindung auch eine Strömungsmaschine,
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.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: Fig. 1 a ein einfaches schematisches Ausführungsbeispiel eines
Sensormoduls zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 1 b ein Ausführungsbeispiel eines drahtlos gekoppelten
Sensormoduls; Fig. 2 ein erfindungsgemässes mechanisches Wellenlager;
Fig. 3a ein erfindungsgemässes axiales Kippsegmentlager;
Fig. 3b einen Trägerkörper des Kippsegmentlagers der 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
schematisches Ausführungsbeispiel eines Sensormoduls kurz erläutert werden.
Sensormodule gemäss Fig. 1 a bzw. Fig. 1 b zur Durchführung eines
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.
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
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
Auswerteeinheit 300 zugeführt, mit welcher dann aus der Veränderung des Antwortsignals 31 , eventuell unter Zuhilfenahme von vorgängig
durchgeführten Eichmessungen, eine Verschleisskenngrösse bestimmt werden kann, und der Verschleisszustands unter Verwendung der
Verschleisskenngrösse beurteilt werden kann.
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
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.
Die zuvor nur grob skizzierte prinzipiell Funktionsweise von SAW- bzw. OFW- Sensoren ist dem Fachmann in all seinen verschiedenen Varianten
wohlbekannt und kann auch in der einschlägigen Fachliteratur noch detaillierter nachgelesen werden.
Fig. 2 zeigt in stark schematischer Darstellung eine an sich bekannte
Baugruppe 1 als Lageranordnung 1 1 , die hier in Form eines
erfindungsgemässen mechanischen Wellenlagers 1 1 1 ausgeführt ist, und in der beispielhaft zwei Sensormodule S vorgesehen sind. Eines der
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
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
Bestimmung des Verschleisszustandes möglich und auch der Ort der auftretenden Verschleissphänomene zuverlässig und rechtzeitig detektierbar. Die Fig. 3a zeigt schliesslich ein erfindungsgemässes axiales
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.
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
Betriebszustand um die Wellenachse A rotiert, sind insgesamt zwei
Trägerkörper 1 122 derart konzentrisch um die Pumpenwelle 1 1 12
angeordnet, dass sich die Kippelemente 1 121 bzw. die auf den
Kippelementen 1 121 vorgesehenen Segmentkörper 1 123 der beiden
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.
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,
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.
Gemäss der vorliegenden Erfindung sind bei dem speziellen
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
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
eingearbeitet, z.B. in einer entsprechenden Aussparung vorgesehen oder z.B. auch in das Material der Komponente mit eingegossen, so dass die
Sensormodule S das Zusammenwirken der beteiligten Komponenten im Betriebszustand nicht behindern.
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
geeigneten Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele umfasst, sowie einfache Weiterbildungen der Erfindung, die sich dem Fachmann ohne weiteres erfinderisches Zutun ebenfalls zwanglos ergeben.

Claims

Patentansprüche
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
Verschleisskenngrösse bestimmt wird, und der Verschleisszustands unter Verwendung der Verschleisskenngrösse beurteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Signalgeber (2) und der Sensor (3) in einem Sensormodul (S) integriert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der
Signalgeber
(2) zusätzlich als Sensor
(3) zur Detektion des Antwortsignals verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
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.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der
Signalgeber (2) und / oder der Sensor (3) und / oder das Sensormodul (S) ein piezoelektrisches Material, insbesondere einen piezoelektrischen Einkristall umfassen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
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.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der
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.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
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.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Lageranordnung (1 1 ) ein axiales Kippsegmentlager (1 12) umfassend ein in einem Trägerkörper (1 122) angeordnetes Kippelement (1 121 ) mit Segmentkörper (1 123) ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Strömungsmaschine (1 ) unter Verwendung des Antwortsignals (31 ) gesteuert und / oder geregelt wird.
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
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
Antwortsignals vorgesehen ist, so dass aus einer Veränderung des
Antwortsignals (31 ) eine Verschleisskenngrösse bestimmbar ist, und der Verschleisszustands unter Verwendung der Verschleisskenngrösse beurteilbar ist.
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.
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 )
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.
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.
15. Strömungsmaschine, insbesondere Pumpe oder Turbine mit einer
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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