DE2461878C3 - Einrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile der im Oberbegriff des Patentanspruchs I beschriebenen, aus der GB 1 147737 bekannten Art.

Bekannt sind sowohl tensometrische als auch kontaktlose Einrichtungen zur Messung der Schwingungsamplituden rotierender Maschinenteile.

Doch sind die tensometrischen Einrichtungen zur Messung der Schwingungsamplituden rotierender Maschinenteile mit wesentlichen Mangeln behaftet, welche mit der Notwendigkeit verbunden sind, entsprechende Geber direkt auf den rotierender. Maschi nenteilen anzuordnen und die erhaltene Information von diesen Gebern unmittelbar während der Drehung zu entnehmen. Die geringe Lebensdauer dieser Geber und deren komplizierter Ersatz, ihre hohen Anschaffungskosten sowie die Unmöglichkeit einer gleichzeitigen Kontrolle der rotierenden Teile bieten keine Möglichkeit einer breiten Verwendung derartiger Einrichtungen.

Die bekannte kontaktlose Einrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile weist die genannten Mangel nicht auf. Es ist bei ihr jedoch nicht möglich, die Schwingungsamplitude der rotierenden Teile bei einer Geschwindigkeitsänderung der Wellendrehung zu messen, da die Arbeitsweise des Verzögerungsglieds zur Verzögerung der impulse vom Ausgang des Impulsformers und der Vertikal- und Horizontalablenkblöcke von der Drehgeschwindigkeit der Welle unabhängig ist. Sogar bei geringen Abweichungen dieser Geschwindigkeit wird ein bedeutender Fehler hervorgerufen, der die Meßgenauigkeit wesentlich beeinträchtigt. Bei Geschwindigkeitsabweichungen, die im· Betrieb tatsächlich vorkommen, wird dieser Fehler so groß, daß die genannten Messungen überhaupt nicht durchführbar sind.

Als weiterer Mangel dieser bekannten Einrichtung ist die Schwierigkeit ihrer Bedienung im Betrieb zu betrachten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile zu schaffen, in der die Schaltung der einzelnen Blöcke die Möglichkeit bietet, die Schwingungen von mit veränderlicher Geschwindigkeit rotierenden Maschinenteilen zu messen.

Diese Aufgabe wird bei der Einrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Neben den geringen Abmesst·-igen, dem relativ kleinen Gewicht und der leichten Bedienung bietet die erfindungsgemäße Einrichtung die Möglichkeit, die Schwingungsamplitude unmittelbar am Leuchtschirm einer Elektronenstrahlröhre, der in Änderungseinheiten der Amplitude eingeteilt ist, zu messen, sowie diese Amplituden mit Hilfe einer üblichen Photokamera zu fixieren.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile kann immer dort verwendet werden, wo die Schwingung unabhängig von der Drehzahländerung der Welle bestimmt werden soll, besonders in Turbinen, Kompressoren bei der Messung der Schwingungsamplitude der Schaufeln derselben.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbcispicls wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile mit der Maschincnwelle,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild des Umformers zur Umformung der Impulsfrequenz in ein ihr proportionales Signal,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild des Sägczahnsignalgenerators mit steuerbarer Anstieggeschwindigkeit des Sägezahnsignals, und

Fig. 4a, b Zeitdiagrammc des Ausgangssignals des Sägezahnsignalgenerators mit steuerbarer Anstiegge-

schwindigkeit des Sägezabnsignals bei der Arbeit

a) im Verzögerungsglied;

b) in den Horizontal- und Vertikalablenkblöcken. Die Meßeinrichtung sei am Beispiel der Schaufelschwingungen einer Turbine betrachtet. Die Turbine 1 (Fig. 1) enthält einen Stator 2, der über Lager 3 mit einer Welle 4 verbunden ist. Auf der Welle 4 sind schwingende Schaufeln 5 angeordnet, die die rotierenden Teile der Turbine 1 darstellen. Auf der Welle 4 sind bezüglich den schwingenden Schaufeln 5 unbewegliche Marken 6 sowie eine Marke 7 aufgetragen. Gegenüber der Marke 7 der Welle 4 ist auf dem Statoi 2 ein Impulsgeber 8 angeordnet, welcher auf die Marke 7 der Welle 4 der Turbine 1 reagiert und als Wicklung (nicht dargestellt) mit einem Kern ausgeführt ist. Gegenüber den Marken 6, deren Zahl der Zahl der Schaufeln 5 entspricht, ist auf dem Stator 2 ein Impulsgeber 9 angeordnet, der auf die bezüglich der Schwingung der Rotationsteile unbeweglichen Marken 6 reagiert und ähnlich dem Geber 8 ausgeführt ist. Ein auf die Rotationsteile reagierender Geber 10 ist gleich allen obenerwähnten Gebern ausgeführt und auf dem Stator 2 gegenüber den Schaufeln 5 der Turbine 1 angeordnet. Der Ausgang des Gebers 8 ist mit dem Eingang eines bekannten Impulsformers 11 verbunden, der die Ausgangssignale des Gebers 8 in Impulse vorgegebener Form formt. Der Ausgang des Impulsformer 11 ist an den Eingang des Umformers 12 angeschlossen, der die Impulsfrequenz in ein ihr proportionales Signal umformt, und an den Eingang eines Horizontalablenkblocks 13. Der Ausgang des Gebers 9 ist mit dem Eingang eines Impulsformers

14 verbunden, der die Ausgangssignale des Gebers 9 in In pulse einer vorgegebenen Form umwandelt. Der Ausgang des Impulsformers 14 ist an den Eingang eines \ erzögerungsglieds 15 angeschlossen, das die Impulst vom Ausgang des Impulsformers 14 verzögert. Der Ausgang des Verzögerungsglieds 15 ist an den Eingang eines Vertikalablenkblocks 16 angeschlossen. Der Ausgang des Gebers 10 ist an den Eingang eines ImpuHformers 17 angeschlossen, der die Ausgangssignale des Gebers 10 in Impulse einer vorgegebenen Form umwandelt. Der Impulsformer 17 ist über einen bekannten Umformer 18, der die Impulse der vorgegebenen Form in kurze Signale umwandelt, mit dem Modulator M einer Elektronenstrahlröhre 19 verbunden. Der Ausgang des Umformers 12 ist über eine Schiene 20 an die Steuereingänge der Blöcke 13,

15 und 16 angeschlossen, während die Ausgänge der Blöcke 13 und 16 an die horizontalen bzw. vertikalen Ablenkplatten A und ß der Elektronenstrahlröhre 19 angeschlossen sind. Der Eingang des Umformers 12 kann sowohl mit dem Ausgang des Impulsformers 14 als auch mit dem Ausgang des Impulsformers 17 verbunden werden. Der Speiseblock 21 ist mit den Impulsformern 11, £4 und 17, mit den Blöcken 13, 15 und 16 und den Umformern 12, 18 sowie mit der Elektronenstrahlröhre 19 verbunden.

Der Impulsfrequenzumformer 12 (Fig. 2) ist nach der bekannten Schaltung eines Univibrators ausgeführt, der Transistoren 22, 23, Widerstände 24, 25, 26 sowie einen Kondensator 27 enthält und durch eine Diode 28 mit einem Integrationsglied verbunden, das aus einem Ladekondensator 29 und einem Widerstand 30 besteht.

Der Horizontalablenkblock 13, das Verzögerungsglied 15 sowie der Vertikalablenkblock 16 sind nach der bekannten Schaltung eines Sägezahnsignalgene-

rators mit steuerbarer Anstieggeschwindigkeit des Sagczahnsignals (Fig. 3) ausgeführt.

Dieser Generator besteht aus einem Stromgenerator mit Transistoren 31, 32 und einem Widerstand 33 sowie aus einem Kondensator 34 mit einem Trans^;-stor35, der im Schalt- oder Schlüsselbetrieb arbeitet. Mit der Basis des Transistors 32 ist eine Schiene 36 verbunden, die an positivem Potential liegt; mit der Basis des Transistors 35 ist eine Schiene 37 verbunden, während an den Emitter des Transistors 35 eine Schiene 38 angeschlossen ist. Außerdem ist am Ausgang des Blocks 15 ein doppeltes Differenzierglied angeordnet (nicht dargestellt).

Fig. 4 zeigt die Zeitdiagramme des Ausgangssignals (der Spannung) dieses Sägezahnsignalgenerators mit steuerbarer Anstieggeschwindigkeit des Sägezahnsignals für den Betrieb:

a) im Verzögerungsglied 15

b) im Horizontalablenkblock 13 und im Vertikalablenkblock 16.

In diesen Diagrammen ist auf der Abszisse die Zeit (ι) und auf der Ordinate die Spannung ( V) angegeben.

Die Einrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile arbeitet folgendermaßen:

Bei der Drehung der Welle 4 (Fig. 1) der Turbine 1 erzeugt der Geber 8 im Durchgangsmoment der Marke 7 an diesem Geber einen elektrischen Impuls, der an den Eingang des Impulsformers 11 gelangt Der dort gebildete Einheitsimpuls gelangt an den Eingang des Horizontalablenkblocks 13, von dessen Ausgang ein Sägezahnsignal an die horizontalen Ablenkplatten A der Elektronenstrahlröhre 19 geführt wird, wobei dieses Signal die horizontale Zeile am Leuchtschirm der Elektronenstrahlröhre 19 bestimmt.

Während einer vollen Umdrehung der Weile 4 kommen sämtliche Marken 6 am Geber 9 vorbei, der auf jede Marke 6 mit einem elektrischen Impuls reagiert. Diese Impulse gelangen über den Impulsformer 14 an den Eingang des Verzögerungsglieds 15, von dessen Ausgang die verzögerten Impulse an den Eingang des Vertikalablenkblocks 16 geführt werden. Vom Ausgang des Blocks 16 werden die Sägezahnimpulse, welche jeder Marke 6 entsprechen, an die Vertikalablenkplatten B der Elektronenstrahlröhre 19 geführt, wobei jedes Sägezahnsignal eine vertikale Zeile bildet. Auf diese Weise entsteht auf dem Leuchtschirm der Elektronenstrahlröhre 19 ein Raster, der aus senkrechten Zeilen besteht, deren Zahl der Zahl der Marken 6 und damit der Zahl der Turbincnschaufeln 5 entspricht.

Im Durchgangsnioment der schwingenden Schaufein 5 am Geber 10 erzeugt dieser Impulse, die über den Impulsformer 17 und den Impulsumformer 18 an den Modulator M der Elektronenstrahlröhre 19 geführt werden. Auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre 19 erscheinen dabei leuchtende Punkte, deren Zahl gleich der Zahl der Schaufeln 5 ist. Durch entsprechende Wahl der Verzögerung des Verzögerungsglieds 15 werden diese Leuchtpunkte auf die entsprechenden vertikalen Zeilen gebracht. Bei fehlender Schwingung erscheinen diese Punkte an den gleichen Stellen der entsprechenden Zeilen nach jeder Umdrehung der Welle 4, da die Arbeitsweise der Vertikal- und Horizontalablenkung von den Durchgangsmomenten arr Marken 7 und 6 bestimmt werden. Sobald eine Schwingung der Schaufeln 5 entsteht, erscheinen die Leuchtpunktc nach jeder

Umdrehung der Welle 4 an verschiedenen Stellen der entsprechenden Zeile, wodurch leuchtende Linien entstehen, deren Länge der Schwingungsamplitude der entsprechenden Schaufel 5 proportional ist.

Bei Änderung der Drehzahl der Welle 4 ändert sich auch die Frequenz der Impulse, die an den Eingang des Impulsumformers 12 gelangen. Dabei werden vom Kollektor des Transistors 23 (Fig. 2) die nach der Dauer und Amplitude genormten Impulse über die Diode 28 dem Eingang des Integrationsglieds zugeführt, wodurch auf der Schiene 20 eine Spannung entsteht, die der Impulsfrequenz, d.h. also auch der Drehzahl der Welle 4 (Fig. 1) proportional ist.

Mit einer Änderung dieser Spannung, welche durch die Schiene 20 (Fig. 3) zur Basis des Transistors 31 der Blöcke 13,15 und 16 gelangt, wird auch der Ladestrom des Kondensators 34 proportional geändert, was durch eine tiefe Rückkopplung des Stromgenerators mit den Transistoren 31 und 32 dank stufenartiger umschaltung der letzteren und der hinfuhrung des Widerstandes 33 in den Emitterkreis des Transistors 31 gewährleistet wird.

Auf diese Weise wird der Ladestrom des Kondensators 34 und folglich auch die Änderungsgeschwindigkeit seiner Spannung durch Drehzahl der Welle 4 (Fig. 1) proportional.

Dabei gelangen über die Schiene 37 dauernd Impulse zur Basis des Transistors 35, die den Marken 6 und 7 entsprechen. Sobald diese Impure nnkommen. öffnet der Transistor 35 und entlädt den Kondensator 34. wodurch auf der Schiene 38 ein Sagezahnsignal entsteht.

Gelangt der Impuls der Basis des Transistors 35 (Fig. 3) bevor sich die Potentiale des Kollektors und der Basis des Transistors 32 ausgleichen, so wird die Dauer des Sägczahnsignals auf der Schiene 38 durch die Periode der ankommenden Signale (Fig. 4b) bestimmt.

Falls der Impuls nach dem Potentialausgleich des Kollektors und der Basis des Transistors 32 zur Basis des Transistors 35 (Fig. 3) gelangt, wird die Dauer des Sägczahnsignals durch die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 34 und den Wert des positiven Potentials auf der Schiene 36 des Transistors 32 (Fig. 4a) bestimmt. Die Betriebszustände des Horizontalablenkblocks 13 sind dadurch gekennzeichnet, daß an seinem Ausgang (auf der Schiene 38) Signale entstehen, wie sie auf Fig. 4 dargestellt sind. Hier ist die Amplitude des Sägezahnsignals direkt proportional der Geschwindigkeit der Spannungsänderung am Kondensator 34 (Fig. 3) und der Periode der ankommenden Impulse. Wie bereit·? erwähnt wurde, ist die Geschwindigkeit der Spannungsänderung dieser Periode umgekehrt proportional. Infolgedessen hängt

i> die Amplitude des Sägczahnsignals nicht von einer Drehzahländerung der Welle 4 (Fig. I) pro Zeiteinheit ab, wobei die Weite der Horizontalablenkung unverändert bleibt.

Die Betriebszustände des Verzögerungsglied:! 15

_'o sind dadurch gekennzeichnet, daß an seinem Ausgang (auf der Schiene 38, Fig. 3) Signale entstehen, wie sie in Fig. 4a dargestellt sind. Hierbei ist die Dauer des Sägczahnsignals umgekehrt proportional zur Steuerspannung auf der Schiene 20 (Fig. 1) und folg-

r> lieh auch zur Drehzahl der Welle 4. während die Verzögerungsdaucr gleich der Dauer des Sägezahnsignals ist. Die verzögerten Impulse gelangen vom Ausgang dos Verzögerungsglicds 15 an den Eingang des Vertikalahfcnkblocks 16. welcher analog dem oben bc-

Id schriebcncn Horizontalablcnkblock 13 funktioniert und welcher die Unabhängigkeit der Amplitude des Sägezahnsignals von einer Drehzahländerung der Welle 4 pro Zeiteinheit und demnach auch die Stabilität der Vertikalablenkung gewährleistet.

j. Auf diese Weise wird auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre ein stabiles Bild aufrechterhalten, das dank der Synchronisierung der Ablenkungen mit der Drehzahländerung der Welle 4 die Möglichkeit bietet, das jeweilige Maß der Schwingung richtig und fchler-

JIi los zu beurteilen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Einrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude rotierender Maschinenteile, mit einem auf dem Maschinenstator gegenüber einer ersten Marke auf der Maschinenwelle angeordneten ersten Impulsgeber, der auf dieser Maschinenwellenmarke reagiert, und dessen Ausgang über eine Reihenschaltung aus einem ersten Impulsformer ι ο und einem Horizontalablenkblock mit den Horizontalablenkplatten einer Elektronenstrahlröhre elektrisch verbunden ist, mit einem gegenüber weiteren Marken, die sich in der gleichen Ebene mit den zu untersuchenden Rotationsteilen befinden, falls letztere nicht schwingen, und deren Anzahl der Zahl dieser Rotationsteile entspricht, angeordneten zweiten Impulsgeber, der auf diese weiteren Marken reagiert, und dessen Ausgang über eine Reihenschaltung aus einem zweiten Impulsformer, einem Verzögerungsglied und einem Vertikalabienkblock mit den Vertikalablenkpiatten der Elektronenstrahlröhre elektrisch verbunden ist, und mit einem gegenüber den Rotationsteilen angeordneten und deren Schwingungen erfassenden dritten Impulsgeber, dessen Ausgang über einen dritten Impulsformer mit dem Modulator der Elektronenstrahlröhre elektrisch verbunden ist, auf deren Schirm ein Raster erzeugbar ist, welcher aus vertikalen Spalten besteht, deren Zahl jo gleich der Zahl der Rotationsteile ist, wobei der Modulator ?ui jeder Zeile einen hellen Punkt erzeugt, der durch den Durchgangsmoment des entsprechenden Rotationsteils am dritten Impulsgeber bestimmt ist, und der sich beim Schwingen in ₍-, eine Linie verwandelt, deren ^änge der Schwingungsamplitude des entsprechenden Rotationsteils proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen Umformer (12) zur Umformung der Impulsfrequenz in eine ihr proportionale Spannung enthält, dessen Eingang mit dem Ausgangeines der Impulsformer (11,14) verbunden ist, und daß das Verzögerungsglied (15), der Horizontalablenkblock (13) und der Vertikalablenkblock (16) als Generatoren eines 4-, Sägezahnsignals mit steuerbarer Anstiegsgeschwindigkeit des Sägezahnsignals ausgeführt sind, die die Anstieggeschwindigkeit des Sägezahnsignals steuernde Eingänge aufweisen, die mit dem Ausgang des Umformers (12) verbunden -_Λ sind.