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DD155927A1 - CAPACITIVE MEASUREMENT OF OIL TEMPERATURE DISTRIBUTION IN SLIDING BEARINGS - Google Patents

CAPACITIVE MEASUREMENT OF OIL TEMPERATURE DISTRIBUTION IN SLIDING BEARINGS Download PDF

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Publication number
DD155927A1
DD155927A1 DD80226677A DD22667780A DD155927A1 DD 155927 A1 DD155927 A1 DD 155927A1 DD 80226677 A DD80226677 A DD 80226677A DD 22667780 A DD22667780 A DD 22667780A DD 155927 A1 DD155927 A1 DD 155927A1
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
bearing shell
lower bearing
temperature distribution
oil temperature
measurement
Prior art date
Application number
DD80226677A
Other languages
German (de)
Inventor
Hans-Ullrich Balzer
Ulrich Marzok
Wilfried Jahr
Original Assignee
Balzer Hans Ullrich
Ulrich Marzok
Wilfried Jahr
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Balzer Hans Ullrich, Ulrich Marzok, Wilfried Jahr filed Critical Balzer Hans Ullrich
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Publication of DD155927A1 publication Critical patent/DD155927A1/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/12Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load
    • F16C17/24Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety
    • F16C17/243Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement characterised by features not related to the direction of the load with devices affected by abnormal or undesired positions, e.g. for preventing overheating, for safety related to temperature and heat, e.g. for preventing overheating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der beruehrungslosen Temperaturmessung in Gleitlagern von Turbinen, Pumpen, Motoren o. ae. Durch die Erfindung wird die Moeglichkeit geschaffen, die Verteilung der Oeltemperatur im Gleitlager ohne Veraenderung der hydrodynamischen Stroemungsverhaeltnisse zu bestimmen. Die Aufgabe, die durch die Erfindung geloest wird, besteht in der beruehrungslosen Temperaturmessung von sich bewegenden Fluessigkeiten. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass durch die elektrische Trennung der oberen und unteren Lagerschale das System obere Lagerschale - Welle - untere Lagerschale als veraenderlicher, temperatur- und ortsabhaengiger Kondensator aufgefasst wird und dass durch die Messung der Kapazitaet dieses Kondensators sowie der geometrischen Parameter eine Bestimmung der Oeltemperaturverteilung moeglich ist. Die moeglichen Anwendungsgebiete der Erfindung sind das Gebiet der beruehrungslosen Temperaturmessung von sich bewegenden elektrisch isolierenden Fluessigkeiten, die sich zwischen mindestens zwei gegenueberstehenden, gegeneinander feststehenden oder gegeneinander bewegenden elektrisch leitenden Koerpern befinden.The invention relates to the field of berührungslosen temperature measurement in plain bearings of turbines, pumps, motors o. Ae. The invention provides the possibility to determine the distribution of the oil temperature in the sliding bearing without changing the hydrodynamic Stroemungsverhaeltnisse. The object, which is solved by the invention, is the contactless temperature measurement of moving liquids. The essence of the invention is that by the electrical separation of the upper and lower bearing shell the system upper bearing shell - wave - lower bearing shell is interpreted as veraenderlicher, temperature and Orttsabhaengiger capacitor and that by measuring the capacity of this capacitor and the geometric parameters of a Determination of the oil temperature distribution is possible. The possible fields of application of the invention are the field of contactless temperature measurement of moving electrically insulating liquids, which are located between at least two mutually standing, mutually stationary or mutually moving electrically conductive bodies.

Description

22 66 7722 66 77

O Sgj^chr^ibung^der Erfindung f The invention of f

a) Titel der Erfindung:.a) Title of the invention :.

Kapazitive Messung der öltemperaturverteilung in GleitlagernCapacitive measurement of oil temperature distribution in plain bearings

b) Anwendungsgebiet der Erfindung:b) Field of application of the invention:

Me Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der berührungslosen Temperatur- und Wegmessung in Gleitlagern von Turbinen,Pumpen,Motoren o.a..Me invention relates to the field of non-contact temperature and displacement measurement in plain bearings of turbines, pumps, motors oa ..

c) Charakteristik der bekannten technischen lösungen:c) Characteristic of the known technical solutions:

Die bekannten technischen Lösungen weisen den entschei-,denden Mangel auf,daß bei der "Messung der Öltemperatur der hydrodynamische Strömungsverlauf gestört wird und damit Meßfehler erzeugt werden.Das Einbringen von Meßsonden (Thermopaaren,Widerstandsthermoinetern o.a.) gerade in den engsten kritischen Schmierspalt ist aus diesem Grunde unzweckmäßig und wird nicht angewandt. Eine andere Möglichkeit besteht darin,über ein Ablaßventil zum Meßzeitpunkt Öl abzulassen.Das abfließende Öl gelangt unmittelbar an einen Thermofühler.Durch den Ablaß wird im Meßzeitpunkt der Druckaufbau gestört,so daß das Meßergebnis mit einem Keßfehler behaftet ist. Die genannten Meßverfahren gestatten außerdem nur eine punktförmige Messung und sind technologisch schwierig zu verwirklichen.The known technical solutions have the crucial, denden lack that is disturbed in the "measurement of the oil temperature of the hydrodynamic flow and thus Meßfehler generated. The introduction of probes (thermocouples, resistance thermometers oa) just in the narrowest critical lubrication gap is out of this Another possibility is to drain oil via a drain valve at the time of measurement. The effluent oil passes directly to a thermocouple. The pressure buildup is disturbed by the drain at the time of measurement, so that the measurement result is subject to a key error. The measurement methods mentioned also allow only a punctiform measurement and are technologically difficult to implement.

./1/ Ivanov,V.l.: Sposob zamera terrnoparani temperatury . masljanogo sloja opor skol'senija./1/ Ivanov, V.l .: Sposob zamera terrnoparani temperatury. masljanogo sloja opor skol'senija

. Vestnik Masiiiostroenija (1978)10,, Vestnik Masiiiostroenija (1978) 10,

S.31-32S.31-32

22 66 7722 66 77

d) Ziel der Erfindung:d) Aim of the invention:

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ohne Änderung ... der hydrodynamischen Strömungsverhältnisse im Schmierspalt die Messung der Öltemperaturverteilung in Gleitlagern zu ermöglichen. Damit v/erden Voraussetzungen zur Anwendung der technischen Diagnostik in Gleitlagern geschaffen· Insbesondere können damit Rückschlüsse auf die thermische Beanspruchung der Weißmetallschicht gezogen werden.The object of the invention is, without changing the hydrodynamic flow conditions in the lubrication gap to allow the measurement of the oil temperature distribution in plain bearings. Thus, the prerequisites for the application of technical diagnostics in plain bearings are created. In particular, conclusions can be drawn with regard to the thermal stress of the white metal layer.

e.) Darlegung des Wesens der Erfindung:e.) Explanation of the essence of the invention:

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst' wird, besteht in der berührungslosen Messung der Öltemperaturverteilung in Gleitlagern. Die Mangel der bisher bekannten Lösungen bestehen darin, daß nur eine punktförmige Messung der öltemperatur an einer oder an mehreren Stellen im Gleitlager bei Störung der hydrodynamischen Strömungsverhältnisse möglich v/ar. Die Messung der Öltemperaturverteilung bietet die Möglich- : keit, den Energieumsatz- im Gleitlager und die Belastung der Weißmetallschicht genauer zu untersuchen. Die Erfindung wird charakterisiert durch:The technical problem that is' solved by the invention, is the non-contact measurement of the oil temperature distribution in plain bearings. The lack of the previously known solutions are that only a punctiform measurement of the oil temperature at one or more points in the plain bearing in case of disturbance of the hydrodynamic flow conditions possible v / ar. The measurement of the oil temperature distribution offers the possibility of examining the energy conversion in the plain bearing and the load of the white metal layer in more detail. The invention is characterized by:

- die vollständige Isolation, (elektrische) der oberen und unteren Lagerschale eines Gleitlagers, wobei der Abstand zwischen oberer'und unterer Lagerschale konstant bleibt;- The complete insulation, (electrical) of the upper and lower bearing shell of a sliding bearing, the distance between upper and lower bearing shell remains constant;

- die Messung der Kapazität zwischen oberer und unterer Lagerschale, indem die obere bzw. untere Lagerschale mit je einem elektrischen Anschluß versehen werden;- The measurement of the capacity between the upper and lower bearing shell by the upper and lower bearing shell are provided with one electrical connection;

- die Messung der Lage der Welle mit zwei im Winkel versetzten Wegaufnehmern.- The measurement of the position of the shaft with two angular displacement transducers.

Damit ist zu jedem Zeitpunkt der Messung die Meßkapazität C und die Lage der Welle innerhalb der oberen bzw. unteren Lagerschale bekannt. Die Angabe der Temperatur-» • verteilung ist über ein Berechnungsverfahren möglich. •Allgemein gilt für die Kapazität C eines Plattenkondensators die Gleichung:Thus, the measuring capacity C and the position of the shaft within the upper or lower bearing shell is known at any time of the measurement. The indication of the temperature distribution is possible by means of a calculation method. • Generally, for the capacitance C of a plate capacitor, the equation:

2 2 6 6 772 2 6 6 77

Die Kapazität der oberen Lagerschale ist in Reihe ge- · schaltet mit der Kapazität der unteren Lagerschale. Dazu liegen parallel die Querkapazitäten, die an den Auflageflächen zwischen den Schalen entstehen. Zur Berechnung wird die Kapazität der oberen bzw. unteren Lagerschale in eine endliche Anzahl von Teilkapazitäten aufgeteilt. Bei integraler Berechnung für die Gesamtkapazität C ergibt sich: e>The capacity of the upper bearing shell is in series with the capacity of the lower bearing shell. Parallel thereto are the transverse capacities that arise at the bearing surfaces between the shells. For the calculation, the capacity of the upper or lower bearing shell is divided into a finite number of partial capacities. In the case of an integral calculation for the total capacity C, e>

C0 Ά C 0 Ά

SSL.SSL.

(2) ι (3)(2) ι (3)

Co'Cu __ Co'Cu __

1+CCs(f-f0)1 + CCs (ff 0 )

^ Z-df ^ Z-df

W) CQ+Cu L»W) C Q + Cu L »

Da =const, ist das Integral nicht geschlossen lösbar. Der Zusammenhang zwischen c und T ist für die jeweilige Ölsorte experimentell bestimmbar. Zur Berechnung wird ein numerisches Verfahren herangezogen. In einer Mikroprozessorverarbeitungseinheit erfolgt die Einspeicherung der Kennliniendaten £=£(T) und der Wichtungskennlinien C /C =f(e,£o). Bei der Messung werden die Meßkapazität C sowie die statischen Verschiebungen der mit den zwei im Winkel versetzten Wegaufnehmern gemessenen Werte s- und Sp und von einer Drehzahlmeßeinrichtung der Wert für CO eingespeichert. Aus den gemessenen statischen Verschiebungen werden die Abstände d. der . Teilkapazitäten errechnet und der Wert für die Exzentrizität e bestimmt.' Danach erfolgt die Wichtung der Kapazitätsanteile in Abhängigkeit von e und ΙΟ. Aus einem zunächst willkürlichen Ansatz für die Temperaturpararaeter TQ und b. wird aus:Since = const, the integral is not closed solvable. The relationship between c and T can be determined experimentally for the respective type of oil. For the calculation, a numerical method is used. In a microprocessor processing unit, the characteristic data = = ((T) and the weighting characteristics C / C = f (e, oo) are stored. During the measurement, the measured capacitance C and the static displacements of the values S and Sp measured with the two angular displacement transducers and the value for CO are stored by a rotational speed measuring device. From the measured static displacements, the distances d. the . Partial capacities calculated and determines the value for the eccentricity e. ' Thereafter, the weighting of the capacity shares takes place as a function of e and ΙΟ. From an initially arbitrary approach for the temperature parameters T Q and b. will be out:

-τ- Λ T{ =LG -τ- Λ T {= L G

4" 22 6 6 77 4 "22 6 6 77

eine Temperaturverteilung über χ. berechnet.Über die . Kennlinie £~ £(T) erfolgt die Bestimmung der zu dena temperature distribution over χ. calculated. About the. Characteristic £ ~ £ (T) is the determination of the to

--,gehörenden P- .Zusammen mit den-berechneten d. ergibt ι ι- belonging to P-. Together with the calculated d. results in ι ι

zität derof the

sich die Kapazität der unteren Lagerschale C zuthe capacity of the lower bearing shell C to

Die Kapazität der oberen Lagerschale v/ird in erster Näherung als konstant,d.h. mit konstanter Temperatur-Verteilung betrachtet.Aus der so berechneten Kapazität Cu und aus der Wichtung,in der die Kapazität CQ bestimmt wird,v/ird die Gesamtkapazität C berechnet undThe capacity of the upper bearing shell is considered as a first approximation as constant, ie with a constant temperature distribution. From the thus calculated capacity C u and from the weighting in which the capacity C Q is determined, the total capacity C is calculated and

mit der Meßkapazität C verglichen.Stimmen die berechnete und die gemessene Kapazität nicht überein,so müssen die Temperaturparameter TQ und b- solange variiert v/erden,bis der Fehler kleiner als oist.Falls der Fehler kleiner als 6 ist,stellen die berechneten T. die Temperaturvertei-lung in der unteren Lagerschale dar.Die Öltemperatur in der oberen Lagerschale v/ird als konstant angesehen und ist in einem numerischen Berechnungsverfahren aus Gleichung (2) bestimmbar. Das Wesen der Erfindung besteht also darin, daß durch die elektrische Trennung der oberen und unteren Lagerschale das System obere Lagerschale - Welle - untere Lagerschale als veränderlicher,temperatur- und ortsabhängiger Kondensator aufgefaßt v/ird und daß durch Messung der Kapazität dieses Kondensators sowie der geometrischen Parameter eine Berechnung der £\-Werte und damit der T.-Werte bzw. der Öltemperaturverteilung möglich ist. .If the calculated and measured capacitance do not match, then the temperature parameters T Q and b- must be varied until the error is less than o. If the error is less than 6 , the calculated T the temperature distribution in the lower bearing shell is. The oil temperature in the upper bearing shell is considered constant and can be determined in a numerical calculation method from equation (2). The essence of the invention consists in the fact that by the electrical separation of the upper and lower bearing shell system upper bearing shell - wave - lower bearing shell as a variable, temperature and location-dependent capacitor v / ird and that by measuring the capacitance of this capacitor and the geometric Parameter is a calculation of the £ \ values and thus the T. values or the oil temperature distribution is possible. ,

f) Ausführungsbeispiel:f) embodiment:

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Abbildungen 1,2 und 3 angegeben.Die Abbildung 1 zeigt den Aufbau des modifizierten Gleitlagers.Die Abbildung 2 zeigt die Zufüh- -.rung der notv/endigen Meßgrößen in die Kikroprozessorverarbeitungseinheit.Abbildung 3 zeigt eine mögliche Verarbeitung in Form'eines Flußbildes zur Bestimmung der Öl temperaturverte ilung in der TvEPV.An embodiment is shown in Figures 1, 2 and 3. Figure 1 shows the structure of the modified journal bearing. Figure 2 shows the feeding of the required measured quantities to the microprocessor processing unit. Figure 3 shows a possible processing in form 'A flow chart for the determination of the oil temperature distribution in the TvEPV.

Claims (7)

1. Die obere und untere Lagerschale eines Gleitlagers vollständig voneinander elektrisch isoliert sind.1. The upper and lower bearing shell of a plain bearing are completely isolated from each other electrically. 2. Der Abstand zwischen oberer und unterer Lagerschale " konstant ist.2. The distance between the upper and lower bearing shell "is constant. 2 6 6 7 72 6 6 7 7 ErfindunrsanspruchErfindunrsanspruch Kapazitive Ivies sung der Ölteinperaturverteilung in Gleit-lagern ist dadurch gekennzeichnet,daß:Capacitive dimensioning of the oil temperature distribution in sliding bearings is characterized in that: 3· Die obere und untere Lagerschale mit De einem elektrischen Anschluß versehen sind.3 · The upper and lower bearing shells are provided with an electrical connection. 4. Die Kapazität zwischen oberer und unterer Lagerschale geinessen wird. .4. The capacity between upper and lower bearing shell is measured. , 5. Die Messung der Lage der Welle bezüglich der Lagerschale durch zwei im Winkel angeordnete Wegaufnehmer erfolgt.5. The measurement of the position of the shaft with respect to the bearing shell by two angular displacement sensor is carried out. 6. Die zwischen oberer unt unterer Lagerschale gemessene Kapazität und die Keßsignale für die Lage der F/elle innerhalb der Lagerschale nach der im Ausführungsbeispiel Abbildung 2 angegebenen Weise miteinander verknüpft v/erden. - .6. Connect the capacitance measured between the upper and lower bearing shells and the Keßsignale for the position of the F / elle within the bearing shell according to the manner indicated in the embodiment of Figure 2 with each other. -. 7. Die Temperaturverteilung nach der im Ausführungsbeispiel Abbildung 3 angegebenen Art und Weise auf elektronischem Wege berechnet wird.7. The temperature distribution is calculated by the manner given in the embodiment of Figure 3 way by electronic means. Hierzu ..xj Seiten ZeichnungenFor this ..xj pages drawings
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614803A1 (en) * 1996-04-15 1997-10-16 Walter Nuetzelberger System for monitoring bearing temperatures of IC engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614803A1 (en) * 1996-04-15 1997-10-16 Walter Nuetzelberger System for monitoring bearing temperatures of IC engine
DE19614803C2 (en) * 1996-04-15 2000-09-28 Man B & W Diesel As Device for monitoring the temperature on a bearing

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