用於測量旋轉的轉子的擴徑的方法
2023-10-29 17:02:27
用於測量旋轉的轉子的擴徑的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於測量旋轉的轉子(5)取決於轉子轉速的擴徑的方法，在該方法中，在距轉子表面的基準距離處設有第一距離傳感器(14)且與之直徑相對地設有第二距離傳感器(15)，所述距離傳感器無接觸地檢測轉子表面的距離且產生與時間相關的第一和第二電距離信號。為轉子(5)配有零標記傳感器(16)，該零標記傳感器(16)掃描安裝在轉子(5)上的零標記且產生與時間相關的零標記電信號。將與時間相關的第一和第二距離信號以及與時間相關的零標記信號提供給電分析裝置且由其處理，其中計算與轉子旋轉的每個時刻相關的旋轉角度且將與每個時刻相關的旋轉角度和同時的距離信號結合成與旋轉角度相關的距離信號，由與旋轉角度相關的距離信號計算出取決於旋轉角度和轉速的轉子(5)的擴徑。
【專利說明】用於測量旋轉的轉子的擴徑的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於測量旋轉的轉子取決於轉速的擴徑的方法，其中在距轉子表面的基準距離處設有第一距離傳感器，所述第一距離傳感器無接觸地檢測轉子表面距距離傳感器的距離。
【背景技術】
[0002]轉子在旋轉時受到離心力且因此被擴徑，即轉子的直徑增加。在最簡單的情況中，擴徑隨轉速成二次方地增加。如果希望精確地獲知轉子在其一定的使用中發生擴徑的大小，以可考慮所述擴徑，則必須在轉子旋轉時測量擴徑。目前所使用的用於確定轉子擴徑的方法僅給出關於轉子直徑的結果。但在許多情況中，也關注於單獨的轉子扇區的擴徑。
[0003]從Gu nther, P等人的Measurement of radial expans1n and tumbling mot1nof a high-speed rotor using an optical sensor system.Mechanical Systems andSignal Processing, Vol.25 (2011), 319至330頁中已知一種用於藉助於光學傳感器系統測量高速旋轉的轉子的徑向膨脹和擺動運動的方法。傳感器系統包括三個雷射都卜勒距離傳感器，所述傳感器在相同的高度上且在角位置中沿轉子周部布置，且與轉子具有一個距離且相互以120°的角距布置。為確定三個距離傳感器的精確地角度定向，在此在轉子上安裝觸發傳感器信號的光學標記，其中三個傳感器的所觸發的信號之間的相對於旋轉頻率的時間延遲用於確定傳感器的精確的角距。傳感器的電輸出信號在測量時以與轉子轉速匹配的掃描率被掃描，且取決於旋轉頻率被調節為使得在轉子迴轉時達到一定數量的測量點。對於每個掃描步驟，然後通過線性方程組的求解計算出質心和徑向擴大，最後從更大量的相續的測量點計算出被認為是柱形測量體的轉子的徑向擴大的平均值。在此不進行轉子擴徑的與旋轉角度相關的確定。
[0004]在DE101 44 643A1中描述了一種測量系統，所述測量系統帶有多個與轉子-定子系統的定子連接的且布置在轉子上的無接觸地測量的距離傳感器，其中為檢測定子和轉子之間的徑向距離設有兩對相互直徑對置的距離傳感器。為確定轉子的移動，將一對距離傳感器的測量信號反號相加。為確定轉子的徑向擴大，將所有四個距離傳感器的測量信號以正號加和。未提供用於與旋轉角度相關地檢測轉子擴徑的裝置。
【發明內容】
[0005]因此，本發明所要解決的技術問題是給出一種用於測量旋轉的轉子取決於轉子轉速的擴徑的方法，所述方法實現了不受到轉子中點移動的影響的對於單獨的轉子扇區在離心力載荷下的擴徑的判斷。
[0006]所述技術問題通過一種用於測量旋轉的轉子的取決於轉子轉速的擴徑的方法解決。在根據本發明的方法中，在距轉子表面的基準距離處設有第一距離傳感器，所述距離傳感器無接觸地與時間相關地檢測轉子表面距距離傳感器的距離且產生與時間相關的第一電距離信號。此外，為轉子配有零標記傳感器，所述零標記傳感器與時間相關地掃描安裝在轉子上的零標記且產生與時間相關的零標記電信號。將與時間相關的第一距離信號和與時間相關的零標記信號提供到電分析裝置且由其處理，方式是從零標記信號計算與轉速和轉子旋轉的每個時刻相關的旋轉角度，且將每個與時刻相關的旋轉角度和同時的距離信號結合成與旋轉角度相關的距離信號且由此計算出取決於旋轉角度和轉速的轉子擴徑。
[0007]距離信號的旋轉角度相關性能夠實現對於每個通過與零點相關的旋轉角度所確定的、由測量檢測到的轉子表面軌跡的點確定由離心力導致的取決於轉速的轉子擴徑。
[0008]但在轉子旋轉時可能產生轉子振動，所述轉子振動疊加在由距離傳感器所產生的距離信號上，所述轉子振動可以是通過不平衡或衝擊所導致的一階振動。此外，通過例如通過滑動軸承的轉子支承的影響可能出現振動，所述振動的頻率小於或大於一階振動的頻率。此外，轉子圍繞其振動的轉子中點可能在不同的轉速下移動。轉子通常以垂直軸線支承在滑動軸承內，且可因此側向運動，且在不同的轉速下具有不同的穩定點。所述影響和尤其是取決於轉速的轉子軸線移動疊加在所測量的距離信號上，且因此影響測量結果的精度。
[0009]為去除轉子中點移動的幹擾影響，根據本發明的建議，在轉子的背離第一距離傳感器的一側上與第一距離傳感器直徑相對地在基準距離上布置第二距離傳感器，所述第二距離傳感器無接觸地與時間相關地檢測轉子表面距所述第二距離傳感器的距離且產生與時間相關的第二電距離信號，將所述第二電距離信號提供給電分析裝置且由其處理。
[0010]如果將對置的距離傳感器的第一和第二距離信號相加，則因此去除了所有幹擾的轉子振動和移動，因為轉子在兩個距離傳感器的一個的方向上所進行的運動被另一個距離傳感器以相同的程度從所述轉子去除。但兩個距離傳感器的距離信號的簡單相加的缺點是對於轉子擴徑的判斷分別僅可相對於直徑而言，因為從第一和第二距離傳感器的加和不可確定擴徑的哪些份額來自例如旋轉角度0°且擴徑的哪些份額來自例如旋轉角度180°。但在此有利是消除了所有被測量所檢測的轉子振動，即使其頻率大於一階振動頻率。未消除轉子表面的局部改變，而是與對置的表面相加地給出。
[0011]為獲得無轉子中點移動的對於與轉子扇區相關的擴徑的判斷，根據本發明的第一建議，將在對應於轉子的0°旋轉角度的第一時刻Ttl檢測的第一距離傳感器的第一距離信號與在轉子轉過半圈之後在時刻T18tl檢測的第一距離傳感器的第二距離信號相加為第一信號和，且將在第一時刻Ttl檢測的第二距離傳感器的第一距離信號與在時刻T18tl檢測的第二距離傳感器的第二距離信號相加為第二信號和，然後將第二信號和從第一信號和中減去，且通過將求減獲得的差信號除以4而形成信號修正值。
[0012]在以此方式獲得的信號修正值中消除一階振動的影響，其頻率小於一階振動的振動可通過求平均值已事先消除。也可將在信號和中雙倍存在的、傳感器基準距離的差通過與確定基準距離的參考測量相關聯而去除。
[0013]所獲得的信號修正值對應於轉子的旋轉軸線在測量轉速下的移動，且可從在同一測量中確定的距離傳感器的與旋轉角度相關的距離信號中減去。在距離信號中所包含的一階幹擾振動通過隨後的濾波去除。因此，以僅一個距離傳感器的距離信號實現了對於轉子擴徑的與旋轉角度相關的判斷。另外的傳感器的距離信號僅對於轉子軸線移動的確定和描述此移動的信號修正值是必需的。
[0014]根據本發明的另外的建議，可在轉子的軸向方向上遠離第一距離傳感器的轉子位置(從此位置已知轉子表面形狀和擴徑)中在距轉子的基準距離中設有第二距離傳感器，所述第二距離傳感器無接觸地與時間相關地檢測轉子表面距第二距離傳感器的距離且產生與時間相關的第二電距離信號，將所述第二電距離信號提供到電分析裝置且由此電分析裝置處理以用於修正由第一距離傳感器檢測到的第一距離信號，方式是在從第二距離信號減去已知的擴徑和轉子表面形狀之後將其中剩餘的幹擾振動從第一距離傳感器的第一距離信號中去除。在此方法中關鍵的是轉子振動在兩個距離傳感器上相互並非不同。
[0015]根據本發明，其頻率小於一階振動頻率的振動可通過轉子多次迴轉測量距離信號且然後求平均值來消除。有利的是信號處理的部分在修正值計算前執行。一階幹擾振動被從距離信號中濾除。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]本發明在下文中根據在附圖中圖示的實施例詳細解釋。各圖為:
[0017]圖1示出了用於測量旋轉的轉子的擴徑的設備的示意性圖示，和
[0018]圖2示出了測量布置的示意性圖示。
【具體實施方式】
[0019]圖1示出了適合於高速離心機且適合於測量旋轉的轉子的擴徑的設備。該設備包括柱形保護容器1，所述保護容器I在測量運行時接收且包圍旋轉的轉子。保護容器I以覆蓋件2可封閉，在所述覆蓋件2的處在保護容器I外的上側上設有帶有軸4的變速器3。軸4穿過覆蓋件2且在覆蓋件2的下側上具有用於固定待測量的轉子5的凸緣。軸4的驅動通過電動馬達6實現，所述電動馬達6通過帶傳動7與變速器3連接。覆蓋件2安裝在液壓提升單元9的臂8上，通過所述液壓提升單元9可將覆蓋件2從保護容器I抬升且安放在保護容器I上。在布置在提升單元9的機架上的殼體10內安置了提升單元9的液壓控制部。封閉的保護容器I可通過真空泵11抽真空，以避免傳動損失和容器內部空間的過高發熱。電控單元12用於控制電動馬達6、提升單元9和真空泵11。
[0020]為測量轉子5的擴徑，在覆蓋件2上以與轉子表面的小距離直徑對置地安置兩個進行無接觸測量的距離傳感器14、15。此外，在覆蓋件2上在軸4的暴露部分旁設有掃描軸4上的零標記的零點傳感器16。零標記的掃描也涉及轉子5，因為轉子5藉助於凸緣與軸4固定地連接。距離傳感器14、15和零點傳感器16通過未圖示的導線連接在分析裝置17上，所述分析裝置17包含以分析程序編程的計算機。距離傳感器14、15產生取決於轉子表面的距離的模擬電壓，所述模擬電壓進入分析裝置17後轉換為數字距離信號。也將零點傳感器的電壓信號數位化。
[0021]為測量轉子5的擴徑，通過提升單元9將覆蓋件2安放在保護容器I上。轉子5和布置在其周部上的距離傳感器14、15因此到達保護容器I的內部空間內，使得現在通過控制單元12的控制可執行測量運行。在測量運行中，由電動馬達6通過變速器3和軸5驅動轉子5，且以不同的轉速使之旋轉。
[0022]在測量開始時在低轉速下執行多個參考運行，所述參考運行用於確定兩個距離傳感器14、15的基準距離。然後，為測量擴徑將轉子5加速到更高很多的轉速且在轉速恆定時同時檢測距離傳感器14、15的距離信號和零標記傳感器16的零標記信號，且將其提供到分析裝置17且由分析裝置17對其進行與時間相關的處理。分析裝置17藉助於零標記信號計算距離信號的旋轉角度相關性且執行從通過多個轉子旋轉測量的距離信號中求平均值。通過此求平均值消除了其頻率小於一階頻率的振動。
[0023]分析裝置17現在具有兩個距離傳感器14、15的每個的與角度相關的、平均的距離信號。每個距離傳感器14或15的距離信號包含測量的與旋轉角度相關的取決於轉子5的擴徑的距離，所述距離與轉速且也與旋轉角度相關，但通過轉子每次在恆定轉速下的旋轉是可重複的。距離信號此外包含與轉速相關的基準距離。
[0024]此外，距離信號可能包含影響測量的幹擾部分，所述幹擾部分由於在轉子旋轉時可能形成的轉子振動導致。此外，振動圍繞其進行的、轉子的中點可能在不同的轉速下不同地移動。在滑動軸承中支承的其上固定了轉子5的軸4的旋轉軸線也可能在不同的轉速下具有不同地移動的穩定位置。
[0025]通過在如下描述中的對於兩個對置地布置的距離傳感器14、15與角度相關的平均的距離信號的處理，可消除一階幹擾振動和影響測量結果的轉子中點的移動。
[0026]圖2解釋了測量情況。實線解釋了在轉速Ii1時的轉子5的表面，此時轉子5圍繞中點M1旋轉。在轉速Ii1時，距離傳感器14測量了距離且轉速傳感器15測量了距離Iv在轉速Wn1改變為n2時，轉子5的中點轉移到另外的穩定點M2且轉子5經歷了對應於虛線52的擴徑。距離傳感器14測量距離a2且轉速傳感器15測量了距離b2。
[0027]對於測量，僅在兩個距離傳感器14、15的連接軸線中的轉子移動部分是相關的。OR表示了轉子移動的相關的行程。轉子因此向著距離傳感器15移動行程OR且從距離傳感器14移開此行程0R。
[0028]兩個在轉速n2下測量的信號a2減b2的求減得到了雙倍的行程2*0R。但這不導致可用的結果。距離傳感器14檢測了在轉子位置0°的轉子擴徑，距離傳感器15檢測了在轉子位置180°的轉子擴徑。這兩個擴徑值原則上不同。求減僅可使得差是多餘的。
[0029]由此原因，根據本發明首先時刻Ttl的距離傳感器14的距離信號與時刻T18tl的距離傳感器14的距離信號相加，此時轉子進一步轉過半圈。通過相加，信號和包含由距離傳感器14測量的在位置0°的擴徑和在位置180°的擴徑。通過信號和中的相加雙倍地包含旋轉軸線的移動0R。同樣適合於傳感器的基準距離，也雙倍包含所述基準距離。通過相加有利地消除了一階振動。
[0030]相同的計算以距離傳感器15的時刻Ttl和時刻T18tl的距離信號進行。信號和在此原則上包含相同的信號份額。但在此旋轉軸線的移動OR不同，但所述移動OR在此以相反的符號也同樣雙倍地存在。此外，距離傳感器15具有另外的基準距離，所述基準距離在信號和中現在雙倍地存在。
[0031]現在，兩個距離傳感器14和15的距離信號的信號和相互相減。以此消除了與角度相關的轉子擴徑。
[0032]但旋轉軸線的移動OR在差異值中四倍地存在。此外傳感器基準距離的差在差值中雙倍地存在。但後者與轉速無關且可隨後通過參考傳感器基準距離的確定的參考值被消除。
[0033]然後將此計算的結果除以4。因而獲得用於在測量轉速n2下的轉子的移動OR的與轉速相關的修正值，且從距離傳感器的以此轉速所確定的所有與旋轉角度相關的測量信號中減去該修正值。然後，通過濾波去除仍包含在距離傳感器的測量信號中的一階振動。
[0034]因此，根據本發明的方法實現了通過由僅一個距離傳感器所測量的距離信號對於轉子的擴徑的與旋轉角度相關的判斷。第二距離傳感器僅用於確定旋轉軸線的移動OR和計算修正值。在計算出的與角度相關的距離信號中僅剩餘其頻率高於一階頻率的轉子振動，所述轉子振動不由轉子表面或轉子的擴徑導致。因此，必須認識到此振動不出現，或僅以弱到可忽略的程度出現。
【權利要求】
1.一種用於測量旋轉的轉子(5)的取決於轉子轉速的擴徑的方法，其中在距轉子表面的基準距離處設有第一距離傳感器(14)，所述第一距離傳感器無接觸地與時間相關地檢測轉子表面距第一距離傳感器(14)的距離且產生與時間相關的第一電距離信號，為所述轉子(5)配有零標記傳感器(16)，所述零標記傳感器與時間相關地掃描安裝在所述轉子(5)上的零標記且產生與時間相關的零標記電信號，其中，將與時間相關的第一距離信號和與時間相關的零標記信號提供給電分析裝置(17)且由該電分析裝置處理，方式是從所述零標記信號計算與轉速和轉子旋轉的每個時刻相關的旋轉角度，且將每個與時刻相關的旋轉角度和同時的距離信號結合成與旋轉角度相關的距離信號且由此計算出取決於旋轉角度和轉速的轉子(5)的擴徑，其中，在轉子(5)的背離第一距離傳感器(14)的一側(5)上與所述第一距離傳感器(14)直徑相對地在距轉子(5)的基準距離上設有第二距離傳感器(15)，所述第二距離傳感器無接觸地與時間相關地檢測轉子表面距所述第二距離傳感器(15)的距離且產生與時間相關的第二電距離信號，將所述第二電距離信號提供給電分析裝置(17)且由該電分析裝置處理，且將在對應於轉子的0°旋轉角度的第一時刻Ttl檢測到的第一距離傳感器(14)的第一距離信號與在轉子轉過半圈之後在時刻T18tl檢測到的第一距離傳感器(14)的第二距離信號相加為第一信號和，且將在第一時刻Ttl檢測到的第二距離傳感器(15)的第一距離信號與在時刻T18tl檢測的第二距離傳感器(15)的第二距離信號相加為第二信號和，從第一信號和中減去第二信號和，且通過將所獲得的差信號除以4而形成信號修正值，且從所述信號修正值中減去同一測量中確定的與旋轉角度相關的距離傳感器(14或15)的距離信號。
2.一種用於測量旋轉的轉子(5)的取決於轉子轉速的擴徑的方法，其中在距轉子表面的基準距離處設有第一距離傳感器(14)，所述第一距離傳感器無接觸地與時間相關地檢測轉子表面距第一距離傳感器(14)的距離且產生與時間相關的第一電距離信號，為所述轉子(5)配有零標記傳感器(16)，所述零標記傳感器與時間相關地掃描安裝在所述轉子(5)上的零標記且產生與時間相關的零標記電信號，其中，將與時間相關的第一距離信號和與時間相關的零標記信號提供給電分析裝置(17)且由該電分析裝置處理，方式是從零標記信號計算與轉速和轉子旋轉的每個時刻相關的旋轉角度，且將每個與時刻相關的旋轉角度和同時的距離信號結合成與旋轉角度相關的距離信號且由此計算出取決於旋轉角度和轉速的轉子(5)的擴徑，其中，在轉子(5)的軸向方向上遠離所述第一距離傳感器(14)的、由其可知擴徑和轉子表面形狀的轉子位置中，在距轉子(5)的基準距離處設有第二距離傳感器，所述第二距離傳感器無接觸地與時間相關地檢測轉子表面距第二距離傳感器的距離且產生與時間相關的第二電距離信號，將所述第二電距離信號提供到電分析裝置且由此電分析裝置處理以用於修正由第一距離傳感器(14)檢測到的第一距離信號，方式是在從第二距離信號中減去已知的擴徑和轉子表面形狀之後將其中剩餘的幹擾振動從第一距離傳感器的第一距離信號中去除。
3.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，通過轉子多次旋轉測量距離信號且然後形成平均值消除其頻率小於一階頻率的振動。
4.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，在較低的轉速下由多個參考運行形成平均值用於確定距離傳感器的基準距離。
5.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，通過濾波從距離信號消除一階幹擾振動。
【文檔編號】G01P3/44GK104515492SQ201410498333
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】M.哈特奈傑爾, K.特魯肯米勒 申請人:申克羅泰克有限責任公司