WO2018197086A1 - Anstreifdetektionsverfahren - Google Patents

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WO2018197086A1
WO2018197086A1 PCT/EP2018/055552 EP2018055552W WO2018197086A1 WO 2018197086 A1 WO2018197086 A1 WO 2018197086A1 EP 2018055552 W EP2018055552 W EP 2018055552W WO 2018197086 A1 WO2018197086 A1 WO 2018197086A1
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WO
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housing
rotor element
rotor
measured values
signal source
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/055552
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Bennauer
Sven Drees
Michael Görtz
Christian Lyko
Martin Ophey
Tobias Rühle
Andreas Stiehm
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/023—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring distance between sensor and object

Definitions

  • the present invention relates to a method for Detek- animals of a brushing, a blade of a Läuferele ⁇ ments at a surrounding the rotor member casing of a turbomachine and / or for detecting a gap dimension Zvi ⁇ rule these components, wherein the rotor element and the Ge ⁇ housing made of electrically conductive materials are made.
  • EP 1 524 411 A1 proposes applying an electrical voltage between the rotor element and the housing such that a circuit of a detection device is closed as soon as a rotor blade of the rotor element touches the housing.
  • the gap between the blades and the housing forms an electrical resistance in the circuit, the size of which tends to infinity with a large gap, decreases as the gap decreases and, in the event of a blade brushing against the housing, approaches zero.
  • a rubbing can be detected entspre ⁇ accordingly.
  • conclusions about the size of the gap dimension are possible based on the size of the detected resistance measurement value.
  • a disadvantage of the method described in this document, however, is that the measured values and correspondingly also the measurement results can be strongly distorted. In particular ⁇ by the housing and / or by the rotor element flowing ⁇ spurious interference currents and currents of similar ancillary systems that do not produced by the detection device, can greatly affect and distort measurements and measurement results.
  • the present invention provides a method of the type mentioned, comprising the
  • Leakage current I L wherein the recirculated current I R >> I L is. If it comes to a rubbing of a blade on the Ge ⁇ housing, the rotor element and the housing are short-circuited directly, which is why a significant increase in current of the leakage current I L is recorded. This increase will be in Frame of the measured value acquisition in step b) detected. Based on the size of the measured values acquired in step b)
  • the output signal can be unambiguously identified via its predetermined frequency. Accordingly, in step b) the leakage component can easily be distinguished by corresponding bandpass filtering of the acquired measured values of signals from interference sources and / or similar ancillary systems. Thus, very reliable results are achieved.
  • step a) a continuous output signal is generated ⁇ advantageous, whereby the apparatus required for imple ⁇ out the method is minimized.
  • the measured values in step b) are detected by a plurality of measuring devices, which are electrically connected to the housing at axially spaced housing positions, wherein in step c) additionally locating the position of the contacting blade based on a temporal Offset of the measured values recorded by the individual measuring devices
  • a plurality of axially interconnected rotor elements are present, which are each surrounded by a separate housing, wherein the steps a) to c) separately for each rotor element housing on Order are performed, and wherein the AC output signals, which are applied to the rotor elements of the individual rotor element housing arrangements, with respect to their predetermined frequency differ from each other.
  • the detection device preferably comprises a galvanically decoupled from the turbomachine signal source which is connected to form a circuit at two axially spaced-apart rotor element positions electrically connected to the rotor element and adapted to send an alternating ⁇ current output signal of predetermined frequency by the rotor element, and a device connected to the measuring circuit that is electrically connected to the housing and adapted to detect measuring values and to identify the minimum ⁇ to represent a secondary leakage through the housing portion of an AC output signal.
  • the signal source via capacitive coupling ⁇ elements is advantageous connected to the rotor element.
  • the measuring device is preferably connected to the housing via capacitive or touching coupling elements.
  • Figure 1 is a schematic view of a turbomachine according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic view of a turbomachine according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing measured values which are shown in FIG.
  • Figure 4 is a schematic view of a turbomachine according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a turbomachine 1 according to a first embodiment of the present invention, which is designed as a gas or steam turbine.
  • the turbomachine 1 can also be a compressor, to name only one example.
  • the turbomachine 1 comprises a rotor element 4 which is rotatably mounted via bearings 2 and has rotor blades 3 and a housing 5 surrounding the rotor element 4, wherein the rotor element 4 and the housing 5 are each made of electrically conducting materials.
  • the fluid machine 1 comprises a Detektionsein- device 6, which is adapted to detect a 3 rubbing the running ⁇ blades on the housing 5 and / or to detect a gap between these components.
  • the detection device 6 comprises a galvanically isolated from the turbomachine 1 signal source 7, which is adapted to an AC output signal of predetermined To generate frequency.
  • the signal source 7 is electrically connected to the rotor element 4 at two rotor element positions spaced apart from one another in the axial direction A, in the present case via capacitive coupling elements 8 and 9.
  • the rotor element 4 can thus be connected to the AC output ⁇ from the signal source 7 be acted upon by the signal source 7 by the rotor element 4 back to the signal source 7 gelei ⁇ tet.
  • the detection device 6 further comprises a connected to the circuit measuring device 10 which is electrically connected to the housing 5, in the present case also via a capacitive coupling element 11.
  • the measuring device 10 is preferably a high-resolution current measuring ⁇ device, which with a bandpass filter 12 is equipped or connected to such.
  • the rotor element 4 is applied via the coupling member 8 with this output signal, which is routed via the coupling ⁇ element 9 back to the signal source.
  • the incoming current I R arriving at the signal source 7 corresponds to the current I s emitted by the signal source 7 minus a leakage current I L , the reverse current I R >> I L.
  • the leakage current I L is thereby of the
  • Runner element 4 is transferred to the housing 5, where it is tapped via the coupling element 11, filtered by the bandpass filter 12 with respect to the predetermined frequency f and the measuring device 10 is supplied, which detects the size of the leakage current.
  • the device 10 detected by the measuring device becomes. Accordingly, the rubbing of the rotor blade 3 on the housing 5 can be detected on the basis of the size and / or the temporal change of the measured values recorded by the measuring device 10. Alternatively or additionally are drawn based on the size of the detected measurement values back ⁇ connections to the gap between the respective compo nents ⁇ , since the leakage current I L increases without a rubbing of a moving blade 3 on the housing 5 with small clearance administratdem.
  • the light emitted from the signal source 7 AC output signal having a predetermined frequency f can be those detected by the measuring instrument 10 measurement values that are attributable to the leakage ⁇ current of the output signal easily by appropriate band-pass filtering using the band pass filter 12 of different recorded readings caused by sources of interference and / or similar ancillary systems. Accordingly, the measuring result is very verläss ⁇ Lich.
  • this old ⁇ may at the meter 10 natively also be a high-resolution resistivity meter or a high-resolution voltage meter, so ⁇ far the meter 10 is suitable for a leakage component of the light emitted from the signal source 7 Ausganssignals to capture .
  • FIG. 2 shows an alternative turbomachine 1, which differs from the embodiment illustrated in FIG. 1 in that a plurality of high-resolution measuring devices 10 are connected to the electric circuit 10 and are electrically connected to the housing 5 via coupling elements 9 at axially spaced positions.
  • FIG. 1 shows the measured values or leakage currents I L sensed by the per ⁇ assimilating measuring devices 10 over time at the moment of a brushing, from near positioned at the illustrated in Figure 2 the leftmost meter 10 blades 3 to the housing 5.
  • the rubbing leads to eruptions All of the detected by the three measuring devices 10 leakage currents, wherein the Rash in that measuring device 10, the decoupling ⁇ device 9 of the squint position in the axial direction is closest, on the time axis, both the first rash and the one with the largest amplitude. Accordingly, the location of the stripe can be localized or limited.
  • FIG. 4 shows a turbomachine 1 according to a third embodiment of the present invention, which differs from the embodiment shown in Figure 1 in that two axially interconnected rotor ⁇ elements 4 are provided, which are each surrounded by a corre sponding ⁇ housing 5.
  • the operation of the Detek- tion device 6 also corresponds to the operation described with reference to Figure 1, except that the two signal sources generate 7 AC output signals differing ⁇ cher predetermined frequencies fi and f 2, so that by appropriate frequency filtering the measured values detected by the measuring instruments 10 can be assigned to the respective output signals. Accordingly, can easily be ⁇ agree, has in which the two housing occurred 5 a rubbing.
  • each of the detection devices 6 shown in FIG. 4 can also have a plurality of measuring devices 10, as illustrated in FIG.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Anstreifens einer Laufschaufel (3) eines Läuferelements (4) an einem das Läuferelement (4) umgebenden Gehäuse (5) einer Strömungsmaschine (1) und/oder zum Erfassen eines Spaltmaßes zwischen diesen Komponenten, wobei das Läuferelement (4) und das Gehäuse (5) aus stromleitenden Materialien hergestellt sind, umfassend die Schritte: a) Beaufschlagen des Läuferele- ments (4) mit zumindest einem von einer galvanisch von der Strömungsmaschine entkoppelten Signalquelle (7) erzeugten, eine vorbestimmte Frequenz aufweisenden Wechselstrom-Aus- gangssignal derart, dass das Ausgangssignal von der Signal- quelle (7) durch das Läuferelement (4) zurück zur Signal- quelle (7) geleitet wird; b) Erfassen von Messwerten, die einen über das Gehäuse (5) abgeleiteten Leckageanteil des zumindest einen Wechselstrom-Ausgangssignals repräsentieren, unter Verwendung eines mit der Signalquelle (7) sowie dem Ge- häuse (5) elektrisch verbundenen Messgerätes (10), wobei die den Leckageanteil repräsentierenden Messwerte über die vorbe- stimmte Frequenz identifiziert werden; und c) Detektieren eines Anstreifens einer Laufschaufel (3)an dem Gehäuse (5) und/oder Erfassen eines Spaltmaßes zwischen diesen Komponen- ten auf Basis der Größe und/oder der zeitlichen Änderung der erfassten Messwerte.

Description

Anstreifdetektions erfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detek- tieren eines Anstreifens einer Laufschaufel eines Läuferele¬ ments an einem das Läuferelement umgebenden Gehäuse einer Strömungsmaschine und/oder zum Erfassen eines Spaltmaßes zwi¬ schen diesen Komponenten, wobei das Läuferelement und das Ge¬ häuse aus stromleitenden Materialien hergestellt sind.
Das Anstreifen von Laufschaufeln eines Läuferelements an einem das Läuferelement umgebenden Gehäuse führt bei Strö¬ mungsmaschinen, beispielsweise bei Gas- oder Dampfturbinen, zu Performanceeinbußen, erhöhten Schwingungen und/oder
Maschinenschäden. Vor diesem Hintergrund ist man bestrebt, ein solches Anstreifen während des Betriebs der Strömungs¬ maschine frühzeitig zu detektieren. Auch zu große Spaltmaße zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse sind im Hinblick auf Leistungseinbußen nicht wünschenswert.
Die EP 1 524 411 AI schlägt in diesem Zusammenhang vor, zwischen dem Läuferelement und dem Gehäuse eine elektrische Spannung derart anzulegen, dass ein Stromkreis einer Detekti- onseinrichtung geschlossen wird, sobald eine Laufschaufel des Läuferelementes das Gehäuse berührt. Der Spalt zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse bildet in dem Stromkreis einen elektrischen Widerstand, dessen Größe bei großem Spaltmaß gegen unendlich geht, bei kleiner werdendem Spaltmaß abnimmt und im Falle eines Anstreifens einer Laufschaufel am Gehäuse gegen Null geht. Durch Messen des Widerstands kann entspre¬ chend ein Anstreifen detektiert werden. Auch sind basierend auf der Größe des erfassten Widerstandsmesswertes Rück¬ schlüsse auf die Größe des Spaltmaßes möglich. Ein Nachteil des in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahrens besteht allerdings darin, dass die Messwerte und entsprechend auch die Messergebnisse stark verfälscht werden können. Insbeson¬ dere durch das Gehäuse und/oder durch das Läuferelement flie¬ ßende Störströme und Ströme ähnlicher Nebensysteme, die nicht von der Detektionseinrichtung erzeugt werden, können Messungen und Messergebnisse stark beeinträchtigen und verfälschen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art mit höherer Verlässlichkeit zu schaf¬ fen .
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, umfassend die
Schritte: a) Beaufschlagen des Läuferelements mit zumindest einem von einer galvanisch von der Strömungsmaschine entkoppelten Signalquelle erzeugten, eine vorbestimmte Frequenz aufweisenden Wechselstrom-Ausgangssignal derart, dass das Ausgangssignal von der Signalquelle durch das Läuferelement zurück zur Signalquelle geleitet wird; b) Erfassen von Mess¬ werten, die einen über das Gehäuse abgeleiteten Leckageanteil des zumindest einen Wechselstrom-Ausgangssignals repräsentie¬ ren, unter Verwendung eines mit der Signalquelle sowie dem Gehäuse elektrisch verbundenen Messgerätes, wobei die den Leckageanteil repräsentierenden Messwerte über die vorbe¬ stimmte Frequenz identifiziert werden; und c) Detektieren eines Anstreifens einer Laufschaufei an dem Gehäuse und/oder Erfassen eines Spaltmaßes zwischen diesen Komponenten auf Basis der Größe und/oder der zeitlichen Änderung der erfass- ten Messwerte.
Wird also das Läuferelement mit einem Wechselstrom-Ausgangs¬ signal in Form eines Wechselstroms Is vorbestimmter Frequenz beaufschlagt, der von der Signalquelle erzeugt wird, so fließt dieser Strom durch das Läuferelement zurück zur Sig¬ nalquelle. Der an der Signalquelle ankommende rückgeflossene Strom IR entspricht dabei dem Strom Is abzüglich eines
Leckagestroms IL, wobei der rückgeflossene Strom IR >> IL ist. Kommt es zu einem Anstreifen einer Laufschaufel an dem Ge¬ häuse, so werden das Läuferelement und das Gehäuse direkt kurzgeschlossen, weshalb ein signifikanter Stromanstieg des Leckagestroms IL zu verzeichnen ist. Dieser Anstieg wird im Rahmen der Messwerteerfassung in Schritt b) erfasst. Auf Basis der Größe der in Schritt b) erfassten Messwerte
und/oder der zeitlichen Änderung der erfassten Messwerte kann dann ein Anstreifen einer Laufschaufel an dem Gehäuse detek- tiert werden. Alternativ oder zusätzlich können basierend auf der Größe der erfassten Messwerte auch Rückschlüsse auf das Spaltmaß zwischen den entsprechenden Komponenten gezogen werden. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Ausgangssignal über seine vorbe- stimmte Frequenz eindeutig identifizierbar ist. Entsprechend lässt sich in Schritt b) der Leckageanteil problemlos durch entsprechende Bandpassfilterung der erfassten Messwerte von Signalen von Störquellen und/oder ähnlicher Nebensysteme unterscheiden. Somit werden sehr zuverlässige Ergebnisse er- zielt.
In Schritt a) wird vorteilhaft ein kontinuierliches Ausgangs¬ signal erzeugt, wodurch der apparative Aufwand zur Durchfüh¬ rung des Verfahrens minimiert wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die Messwerte in Schritt b) über mehrere Messgeräte erfasst, die an in axialer Richtung voneinander beabstandeten Gehäusepositionen elektrisch mit dem Gehäuse verbunden sind, wobei in Schritt c) zusätzlich eine Ortung der Position der berührenden Laufschaufel basierend auf einem zeitlichen Versatz der von den einzelnen Messgeräten erfassten Messwerte
und/oder basierend auf einer Größendifferenz der von den einzelnen Messgeräten erfassten Messwerte erfolgt. Entsprechend kann also nicht nur detektiert werden, ob ein Anstreifen stattfindet, sondern auch wo das Anstreifen stattfindet. Dank dieser Zusatzinformation können Wartungsarbeiten stark verkürzt werden. Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung sind mehrere axial miteinander verbundene Läuferelemente vorhanden, die jeweils von einem eigenen Gehäuse umgeben sind, wobei die Schritte a) bis c) separat für jede Läuferelement-Gehäuse-An- Ordnung durchgeführt werden, und wobei sich die Wechselstrom- Ausgangssignale, mit denen die Läuferelemente der einzelnen Läuferelement-Gehäuse-Anordnungen beaufschlagt werden, hinsichtlich ihrer vorbestimmten Frequenz voneinander unter- scheiden. Entsprechend kann ohne weiteres unter Einsatz einer frequenzselektiven Auswertung festgestellt werden, in welcher bzw. welchen der Läuferelement-Gehäuse-Anordnungen ein Anstreifen stattgefunden hat. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorlie¬ gende Erfindung ferner eine Strömungsmaschine mit einem Lauf¬ schaufeln aufweisenden Läuferelement, einem das Läuferelement umgebenden Gehäuse, wobei das Läuferelement und das Gehäuse aus stromleitenden Materialien hergestellt sind, und einer Detektionseinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Die Detektionseinrichtung umfasst bevorzugt eine galvanisch von der Strömungsmaschine entkoppelte Signalquelle, die unter Bildung eines Stromkreises an zwei axial voneinander beab- standeten Läuferelementpositionen elektrisch an das Läuferelement angeschlossen und dazu ausgelegt ist, ein Wechsel¬ strom-Ausgangssignal vorbestimmter Frequenz durch das Läuferelement zu senden, und ein an den Stromkreis angeschlossenes Messgerät, das elektrisch mit dem Gehäuse verbunden und dazu ausgelegt ist, Messwerte zu erfassen und zu identifizieren, die einen über das Gehäuse abgeleiteten Leckageanteil des zu¬ mindest einen Wechselstrom-Ausgangssignals repräsentieren. Vorteilhaft ist die Signalquelle über kapazitive Kopplungs¬ elemente an das Läuferelement angeschlossen.
Das Messgerät ist bevorzugt über kapazitive oder berührende Kopplungselemente an das Gehäuse angeschlossen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsfor- men erfindungsgemäßer Verfahren und Strömungsmaschinen unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich. Darin ist
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Strömungsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer Strömungsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 ein Diagramm, das Messwerte zeigt, die mit in Figur
2 dargestellten Messgeräten erfasst wurden; und
Figur 4 eine schematische Ansicht einer Strömungsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gleiche Bezugsziffern bezeichnen nachfolgend gleiche oder gleichartige Bauteile bzw. Komponenten.
Figur 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die als Gas- oder Dampfturbine ausgebildet ist. Alternativ kann es sich bei der Strömungsmaschine 1 aber auch um einen Verdichter handeln, um nur ein Beispiel zu nennen. Die Strömungsmaschine 1 umfasst ein über Lagerungen 2 drehbar gelagertes, Laufschaufeln 3 aufweisendes Läuferelement 4 und ein das Läuferelement 4 um- gebendes Gehäuse 5, wobei das Läuferelement 4 und das Gehäuse 5 jeweils aus stromleitenden Materialien hergestellt sind. Ferner umfasst die Strömungsmaschine 1 eine Detektionsein- richtung 6, die dazu ausgelegt ist, ein Anstreifen der Lauf¬ schaufeln 3 an dem Gehäuse 5 zu detektieren und/oder ein Spaltmaß zwischen diesen Komponenten zu erfassen. Genauer gesagt umfasst die Detektionseinrichtung 6 eine galvanisch von der Strömungsmaschine 1 entkoppelte Signalquelle 7, die dazu ausgelegt ist, ein Wechselstrom-Ausgangssignal vorbestimmter Frequenz zu erzeugen. Die Signalquelle 7 ist unter Bildung eines Stromkreises an zwei in axialer Richtung A voneinander beabstandeten Läuferelementpositionen elektrisch an das Läuferelement 4 angeschlossen, vorliegend über kapazitive Kopp- lungselemente 8 und 9. Entsprechend kann das Läuferelement 4 von der Signalquelle 7 derart mit dem Wechselstrom-Ausgangs¬ signal beaufschlagt werden, dass dieses von der Signalquelle 7 durch das Läuferelement 4 zurück zur Signalquelle 7 gelei¬ tet wird. Die Detektionseinrichtung 6 umfasst ferner ein an den Stromkreis angeschlossenes Messgerät 10, das elektrisch mit dem Gehäuse 5 verbunden ist, vorliegend ebenfalls über ein kapazitives Kopplungselement 11. Bei dem Messgerät 10 handelt es sich bevorzugt um ein hoch auflösendes Strommess¬ gerät, das mit einem Bandpassfilter 12 ausgestattet oder mit einem solchen verbunden ist.
Wird nun von der Signalquelle 7 ein Wechselstrom-Ausgangssig¬ nal Is mit einer konstanten vorbestimmten Frequenz f erzeugt, so wird das Läuferelement 4 über das Kopplungselement 8 mit diesem Ausgangssignal beaufschlagt, das über das Kopplungs¬ element 9 zurück zur Signalquelle 7 geleitet wird. Der an der Signalquelle 7 ankommende rückgeflossene Strom IR entspricht dabei dem von der Signalquelle 7 ausgesendeten Strom Is abzüglich eines Leckagestroms IL, wobei der rückgeflossene Strom IR >> IL ist. Der Leckagestrom IL wird dabei von dem
Läuferelement 4 auf das Gehäuse 5 übertragen, wo er über das Kopplungselement 11 abgegriffen, von dem Bandpassfilter 12 hinsichtlich der vorbestimmten Frequenz f gefiltert und dem Messgerät 10 zugeführt wird, der die Größe des Leckagestroms erfasst.
Kommt es nun zu einem Anstreifen einer Laufschaufel 3 am Ge¬ häuse 5, so werden das Läuferelement 4 und das Gehäuse 5 di¬ rekt kurz geschlossen, weshalb ein signifikanter Stromanstieg des Leckagestroms IL zu verzeichnen ist, der von dem Messge- rät 10 erfasst wird. Entsprechend lässt sich das Anstreifen der Laufschaufei 3 am Gehäuse 5 auf Basis der Größe und/oder der zeitlichen Änderung der von dem Messgerät 10 erfassten Messwerte detektieren. Alternativ oder zusätzlich können basierend auf der Größe der erfassten Messwerte auch Rück¬ schlüsse auf das Spaltmaß zwischen den entsprechenden Kompo¬ nenten gezogen werden, da der Leckagestrom IL auch ohne ein Anstreifen einer Laufschaufel 3 am Gehäuse 5 mit geringer werdendem Spaltmaß zunimmt. Dank der Tatsache, dass das von der Signalquelle 7 ausgesendete Wechselstrom-Ausgangssignal eine vorbestimmte Frequenz f aufweist, lassen sich diejenigen von dem Messgerät 10 erfassten Messwerte, die den Leckage¬ strom des Ausgangssignals zuzuordnen sind, problemlos durch entsprechende Bandpassfilterung unter Einsatz des Bandpassfilters 12 von anderen erfassten Messwerten unterscheiden, die von Störquellen und/oder ähnlichen Nebensystemen verursacht werden. Entsprechend ist das Messergebnis sehr verläss¬ lich.
Es sollte klar sein, dass es sich bei dem Messgerät 10 alter¬ nativ auch um ein hoch auflösendes Widerstandsmessgerät oder um ein hoch auflösendes Spannungsmessgerät handeln kann, so¬ weit das Messgerät 10 dazu geeignet ist, einen Leckageanteil des von der Signalquelle 7 ausgesendeten Ausganssignals zu erfassen .
Figur 2 zeigt eine alternative Strömungsmaschine 1, die sich dahingehend von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform unterscheidet, dass mehrere hochauflösende Messgeräte 10 an den Stromkreis 10 angeschlossen und über Kopplungselemente 9 an axial auseinander liegenden Positionen mit dem Gehäuse 5 elektrisch verbunden sind.
Der Vorteil der Verwendung mehrerer Messgeräte 10 wird unter Bezugnahme auf Figur 3 deutlich. Diese zeigt die von den je¬ weiligen Messgeräten 10 erfassten Messwerte bzw. Leckageströme IL über die Zeit im Augenblick eines Anstreifens von nahe an dem in Figur 2 ganz links dargestellten Messgerät 10 positionierten Laufschaufeln 3 an dem Gehäuse 5. Das Anstreifen führt zu Ausschlägen bei sämtlichen der von den drei Messgeräten 10 erfassten Leckagestromverläufen, wobei der Ausschlag bei demjenigen Messgerät 10, dessen Entkopplungs¬ gerät 9 der Anstreifposition in axialer Richtung am nächsten ist, auf der Zeitachse sowohl der erste Ausschlag als auch derjenige mit der größten Amplitude ist. Entsprechend lässt sich der Ort des Anstreifens lokalisieren bzw. eingrenzen. Die Verwendung hochauflösender Messgeräte 10 ist vorliegend von großer Bedeutung, da die Amplitudendifferenz ebenso wie der zeitliche Versatz ohne solche hochauflösenden Messgeräte 10 nicht erfassbar wäre. Es sollte klar sein, dass die Genau- igkeit der Lokalisierung mit der Anzahl der in axialer Richtung an das Gehäuse 5 angeschlossenen Messgeräte 10 zunimmt.
Figur 4 zeigt eine Strömungsmaschine 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich dahingehend von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform unterscheidet, dass zwei axial miteinander verbundene Läufer¬ elemente 4 vorgesehen sind, die jeweils von einem entspre¬ chenden Gehäuse 5 umgeben sind. Die Funktionsweise der Detek- tionseinrichtung 6 entspricht ebenfalls der unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebenen Funktionsweise, nur dass die beiden Signalquellen 7 Wechselstrom-Ausgangssignale unterschiedli¬ cher vorbestimmter Frequenzen f i und f2 erzeugen, so dass durch entsprechende Frequenzfilterung die von den Messgeräten 10 erfassten Messwerte den jeweiligen Ausgangssignalen zugeordnet werden können. Entsprechend lässt sich problemlos be¬ stimmen, in welchem der beiden Gehäuse 5 ein Anstreifen stattgefunden hat. Es sollte klar sein, dass jede der in Figur 4 dargestellten Detektionseinrichtungen 6 auch mehrere Messgeräte 10 aufweisen kann, wie es in Figur 2 dargestellt ist .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Detektieren eines Anstreifens einer Lauf- schaufei (3) eines Läuferelements (4) an einem das Läufer¬ element (4) umgebenden Gehäuse (5) einer Strömungsmaschine (1) und/oder zum Erfassen eines Spaltmaßes zwischen diesen Komponenten,
wobei das Läuferelement (4) und das Gehäuse (5) aus strom- leitenden Materialien hergestellt sind,
umfassend die Schritte:
a) Beaufschlagen des Läuferelements (4) mit zumindest einem von einer galvanisch von der Strömungsmaschine entkoppelten Signalquelle (7) erzeugten, eine vorbestimmte Frequenz auf- weisenden Wechselstrom-Ausgangssignal derart, dass das Aus¬ gangssignal von der Signalquelle (7) durch das Läuferele¬ ment (4) zurück zur Signalquelle (7) geleitet wird;
b) Erfassen von Messwerten, die einen über das Gehäuse (5) abgeleiteten Leckageanteil des zumindest einen Wechsel- strom-Ausgangssignals repräsentieren, unter Verwendung eines mit der Signalquelle (7) sowie dem Gehäuse (5) elekt¬ risch verbundenen Messgerätes (10), wobei die den Leckage¬ anteil repräsentierenden Messwerte über die vorbestimmte Frequenz identifiziert werden; und
c) Detektieren eines Anstreifens einer Laufschaufei (3) an dem Gehäuse (5) und/oder Erfassen eines Spaltmaßes zwischen diesen Komponenten auf Basis der Größe und/oder der zeitlichen Änderung der erfassten Messwerte.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt a) ein kontinuierliches Ausgangssignal erzeugt wird .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Messwerte in Schritt b) über mehrere hochauflösende Messgeräte (10) erfasst werden, die an in axialer Richtung voneinander beabstandeten Gehäusepositionen elektrisch mit dem Gehäuse (5) verbunden sind, und
dass in Schritt c) zusätzlich eine Ortung der Position der berührenden Laufschaufel (3) basierend auf einem zeitlichen Versatz der von den einzelnen Messgeräten (10) erfassten Messwerte und/oder basierend auf einer Größendifferenz der von den einzelnen Messgeräten (10) erfassten Messwerte erfolgt .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere axial miteinander verbundene Läuferelemente
(4) vorhanden sind, die jeweils von einem eigenen Gehäuse
(5) umgeben sind, und
dass die Schritte a) bis c) separat für jede Läuferelement Gehäuse-Anordnung durchgeführt werden, wobei sich die Wech selstrom-Ausgangssignale, mit denen die Läuferelemente (4) der einzelnen Läuferelement-Gehäuse-Anordnungen beaufschlagt werden, hinsichtlich ihrer vorbestimmten Frequenz voneinander unterscheiden.
5. Strömungsmaschine (1) mit einem Laufschaufeln (3)
aufweisenden Läuferelement (4), einem das Läuferelement (4) umgebenden Gehäuse (5) ,
wobei das Läuferelement (4) und das Gehäuse (5) aus strom¬ leitenden Materialien hergestellt sind, und einer Detekti- onseinrichtung (6), die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
6. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Detektionseinrichtung (6) eine galvanisch von der Strömungsmaschine (1) entkoppelte Signalquelle (7), die unter Bildung eines Stromkreises an zwei axial voneinander beab- standeten Läuferelementpositionen elektrisch an das Läuferelement (4) angeschlossen und dazu ausgelegt ist, ein Wech¬ selstrom-Ausgangssignal vorbestimmter Frequenz durch das Läuferelement (4) zu senden, und ein an den Stromkreis an- geschlossenes Messgerät (10) aufweist, das elektrisch mit dem Gehäuse (5) verbunden und dazu ausgelegt ist, Messwerte zu erfassen und zu identifizieren, die einen über das Gehäuse (5) abgeleiteten Leckageanteil des zumindest einen Wechselstrom-AusgangsSignals repräsentieren .
7. Strömungsmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signalquelle (7) über kapazitive Kopplungselemente (8, 9) an das Läuferelement (4) angeschlossen ist.
8. Strömungsmaschine nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Messgerät (10) über kapazitive oder berührende Kopp¬ lungselemente (11) an das Gehäuse (5) angeschlossen ist.
PCT/EP2018/055552 2017-04-28 2018-03-07 Anstreifdetektionsverfahren WO2018197086A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017207240.7A DE102017207240A1 (de) 2017-04-28 2017-04-28 Anstreifdetektionsverfahren
DE102017207240.7 2017-04-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018197086A1 true WO2018197086A1 (de) 2018-11-01

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ID=61801884

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