DE2318999C1 - Method and device for performance testing of rotor disks for hysteresis motors, in particular of gas centrifuges - Google Patents
Method and device for performance testing of rotor disks for hysteresis motors, in particular of gas centrifugesInfo
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leistungsprüfung von gleichartigen Läuferscheiben für Hysteresemotoren insbesondere von Ciaszentrifugen.The invention relates to a method for performance testing of similar rotor disks for hysteresis motors, in particular for centrifuges.
Die Läuferscheiben von Hysteresemotoren müssen, um das Erreichen der Nennleistung und des Nennwirkungsgrades zu gewährleisten, ganz bestimmte magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei Unstetigkeiten sowohl im Härteverfahren als auch in der Zusammensetzung des Materials der Läuferscheibe in noch unbekannter und zum Teil nicht reproduzierbarer Weise Störangen bewirken. Diese Störungen dürften bei großzügiger Auslegung und Teilbelastung eines einzelnen Motors nur geringfügig sein, bei einer industriellen Großtrennanlage mit einigen 10 s Gaszentrifugen aber muß schon aus Kostengründen der einzelne Hysteresemotor so knapp ausgelegt sein, daß er im Dauerbetrieb seine Nennleistung abgibt, und Wirkungsgradstörungen können sich derart aufaddieren, daß die gesamte Stromversorgung in Frage gestellt werden kann.The rotors of hysteresis motors must have very specific magnetic properties in order to ensure that the nominal power and efficiency are achieved, with discontinuities in both the hardening process and the composition of the rotor material causing interference in ways that are still unknown and in some cases not reproducible. These interferences are likely to be only minor if a single motor is generously designed and partially loaded, but in a large industrial separation plant with several 10 s gas centrifuges, the individual hysteresis motor must be designed so tightly that it delivers its nominal power in continuous operation for cost reasons alone, and efficiency interference can add up to such an extent that the entire power supply may be called into question.
Man hat bisher aus einer Liefercharge von Läufer-Scheiben eine bestimmte Anzahl stichprobenartig herausgegriffen und unter Betriebsbedingungen auf Leistung überprüft; die Ergebnisie der Einzelprüfungen, die pro Scheibe etwa 3 Stunden in Anspruch nehmen, lielJen mit hinlänglicher Genauigkeit Rückschlüsse auf die ungeprüften Scheiben zu.Previously, a certain number of rotor disks were randomly selected from a delivery batch and tested for performance under operating conditions; the results of the individual tests, which took about 3 hours per disk, allowed conclusions to be drawn with sufficient accuracy about the untested disks.
Allerdings war, obwohl nur Stichproben gemacht wurden, der Aufwand beträchtlich, da die Prüfung unter Betriebsbedingungen den Einbau der Läuferscheibe in eine Gaszentrifuge, das Evakuieren des Rezipienten und das Hochfahren der Zentrifuge umfaßt.However, even though only random samples were taken, the effort was considerable, since the test under operating conditions includes installing the rotor disk in a gas centrifuge, evacuating the recipient and starting up the centrifuge.
Seitdem aber ein hochfester Stahl aus Festigkeitsgründen allein für Läuferscheiben in Frage kommt, wie beispielsweise X 2 NiCo Mo 18 9 5, der zusätzlich einem Härteverfahren unterzogen wird, weisen die Läuferscheiben auch innerhalb einer Liefercharge so hohe Eigenschaftsstreuungen auf, daß man nicht umhin kann, jede einzelne Läuferscheibe· einer gesonderten Prüfung zu unterziehen.However, since a high-strength steel has been considered for strength reasons for rotor disks alone, such as X 2 NiCo Mo 18 9 5, which is also subjected to a hardening process, the rotor disks have such high property variations even within a delivery batch that it is unavoidable to subject each individual rotor disk to a separate test.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Prüfung von Läuferscheiben für Hysteresemotoren zu entwickeln, das mit geringem Aufwand an Zeit und Meßzeug eine hinlängliche Prüfung der abgegebenen Leistung zuläßt.The object of the invention is to develop a method for testing rotor disks for hysteresis motors, which allows an adequate test of the output power with little expenditure of time and measuring equipment.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei stillstehender Läuferscheibe der Durchgangsstrom durch die Statorwicklungen mit einem Sollwert verglichen wird. Es entfällt jeweils die Zeit zum Einbau in eine Prüfvorrichtung, zum Hoch- und Abfahren des Motors, sowie zum Durchlaufen eines gesonderten Prüfprogramms. Die Prüfvorrichtung muß nicht mehr dazu imstande sein, wie bisher einen Motor aus dem Stillstand hochzuziehen; es genügt ein Ablesen des Stromflusses in allen Phasen der Statorwicklung, sowie ein Vergleichen des Ablesewertes mit dem über eine gewisse zulässige Toleranzbreite gestreuten Sollwert.The problem is solved according to the invention in that, when the rotor disk is at a standstill, the current flowing through the stator windings is compared with a target value. This eliminates the time required to install it in a test device, to start up and shut down the motor, and to run through a separate test program. The test device no longer has to be able to start a motor from a standstill as before; it is sufficient to read the current flow in all phases of the stator winding and to compare the reading with the target value spread over a certain permissible tolerance range.
In einer Reihe von Laufversuchen wurde nachgewiesen, daß das erfinderische Verfahren der Stillstandsstrommessung es ermöglicht, die Reproduzierbarkeit der Zuordnung v'on charakteristischen Motordaten zum Stillstandsstrom innerhalb der Meßgenauigkeit nachzuweisen und somit die magnetischen Eigenschaften von Läuferscheiben für Hysteresemotoren zu kontrollieren. Soweit die verglichenen Läuferscheiben innerhalb vorgeschriebener und technisch üblicher Toleranzen an Form, Material und Kristallform gleichartig sind, genügt das einmalige Ermitteln des Sollwertes und ein einmaliges Aufstellen von Zuordnungskurven, um über das erfindungsgemäße Verfahren aufgenommene Wirkleistung, Wellenleistung, Kippmoment, Leistungsfaktor, Wirkungsgrad und Kompensationskapazität direkt mit jeweils hinlänglicher Genauigkeit anzugeben. Es ist darüber hinaus möglich, über eine automatisierte Prüfanlage alle genannten Werte als Prüfungsbericht selbsttätig auszudrucken, wobei an die Aufstellung der Prüfanlage keinerlei Anforderungen zu richten sind, während ein Fahrversuch wegen der hohen Drehzahlen (einige 104 U/min) völlig erschütterungsfreie, gepanzerte Prüfstände erfordert.In a series of running tests it was demonstrated that the inventive method of measuring the standstill current makes it possible to demonstrate the reproducibility of the assignment of characteristic motor data to the standstill current within the measurement accuracy and thus to check the magnetic properties of rotor disks for hysteresis motors. As long as the rotor disks being compared are of the same type within the prescribed and technically usual tolerances in terms of shape, material and crystal form, it is sufficient to determine the target value once and to set up assignment curves once in order to directly indicate the active power, shaft power, breakdown moment, power factor, efficiency and compensation capacity directly with sufficient accuracy using the method according to the invention. It is also possible to automatically print out all of the values mentioned as a test report using an automated test system, whereby no requirements are placed on the setup of the test system, whereas a driving test requires completely vibration-free, armored test benches due to the high speeds (several 10 4 rpm).
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß für Messungen an verschiedenen Läuferscheiben jeweils derselbe Stator verwendet ist. Gegenüber anderen Lösungen, z. B. dem Vermessen zusammengehöriger Gesamtmotoren, weist das Vermessen mit jeweils dem gleichen Stator das Eliminieren eines relativ großen Toleranzfeldes auf, das sich der erfindungsgemäß gemessenen Wellenleistung aufmultipliziert. Im übrigen ist es durch die Ausgestaltung der Erfindung möglich, ein Prüfgerät zu entwickeln, das bereits am Herstellungsort der Läuferscheiben seine Anwendung findet und somit Schadlieferungen verhindert. Dieser Umstand ist insbesondere dort von Bedeutung, wo, wie z. B. Dei der Fertigung von Gaszemrifugen, besonders hohe Stückzahlen anstehen.In a further embodiment of the invention, it is proposed that the same stator is used for measurements on different rotor disks. Compared to other solutions, e.g. measuring entire motors that belong together, measuring with the same stator eliminates a relatively large tolerance field that is multiplied by the shaft power measured according to the invention. Furthermore, the embodiment of the invention makes it possible to develop a test device that is already used at the place where the rotor disks are manufactured, thus preventing defective deliveries. This circumstance is particularly important where, for example, in the manufacture of gas centrifuges, particularly high quantities are involved.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der zu messende Strom die für den Nennbetrieb des Stators vorgesehene Spannung und Frequenz aufweist. Durch diese Ausgestaltung werden die Prüfungsvoraussetzungen dem Nennbetrieb angenähert, wodurch die durch weitere Zuordnungen von Meß- und Nennwert entstehenden Toleranzen vermieden werden.A further embodiment of the invention is that the current to be measured has the voltage and frequency intended for the nominal operation of the stator. This embodiment brings the test requirements closer to nominal operation, thereby avoiding the tolerances that arise from further assignments of measured and nominal values.
Eine zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, -iaß als Sollwert der Durchgangsstrom bei einer stillstehenden Läuferscheibe verwendet wird, deren in an sich bekannter Weise im Fahrversuch geprüfte Leistung den Anforderungen genügt. Hierbei ist es möglieh, stichprobenartig den Sollwert zu überwachen, bzw. ohne Ändern des an sich bekannten Fahrversuchs rasch anwendbare Sollwerte zu ermitteln, ohne daß hierzu theoretische Zusammenhänge in Betracht gezogen werden müßten. &iacgr;&ogr;An additional embodiment of the invention provides that the through-current is used as the setpoint value for a stationary rotor disk whose performance, tested in a known manner in a driving test, meets the requirements. In this case, it is possible to monitor the setpoint value on a random basis or to quickly determine applicable setpoint values without changing the known driving test and without having to take theoretical relationships into account.
Die Aufgabenstellung erstreckt sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Prüfungsverfahrens, die möglichst einfach und billig ausgeführt sein soll.The task also extends to a device for carrying out the testing method according to the invention, which should be as simple and inexpensive as possible.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser weiteren Aufgäbe besteht darin, daß die Vorrichtung mindestens einen Stator und ein zentrierendes Distanzstück aufweist, dessen Oberseite zur zentrischen Aufnahme einer Läuferscheibe ausgebildet ist. Das zentrierende Distanzstück besteht aus einem Material, dessen elektrische und magnetische Eigenschaften denen des Mediums gleichen, das den Luftspalt zwischen Stator und Läuferscheibe im Betrieb ausfüllt; im Anwendungsfall der Gaszentrifugen beziehen sich die Eigenschaften auf Hochvakuum. Die Dicke des Distanzstücks muß hierbei genau der Höhe des Luftspalts entsprechen. Das gesonderte Distanzstück kann bei Abnutzung oder Beschädigung ausgetauscht werden, während der Meßstator beibehalten wird. In diesem Falle kann eine vorher vermessene Läuferscheibe zum Eichen der verschiedenen Distanzstücke verwendet werden.The solution to this further problem according to the invention consists in the device having at least one stator and a centering spacer, the top of which is designed to centrally accommodate a rotor disk. The centering spacer consists of a material whose electrical and magnetic properties are the same as those of the medium that fills the air gap between the stator and rotor disk during operation; in the case of gas centrifuges, the properties relate to high vacuum. The thickness of the spacer must correspond exactly to the height of the air gap. The separate spacer can be replaced if it is worn or damaged, while the measuring stator is retained. In this case, a previously measured rotor disk can be used to calibrate the various spacers.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung besteht darin, daß als Stator der eines zur Läuferscheibe gehörigen Hysteresemotors verwendet wird. Hierbei ist eine bestmögliche Reproduzierbarkeit des Meßergebnisses gewährleistet; darüber hinaus besteht die Möglichkeit, unter der Menge der in Serie hergestellten Statoren mehrere genau gleichartige auszuwählen, die zur Herstellung mehrerer genau gleichartiger Prüfvorrichtungen dienen. Es entfällt somit das aufwendige Anfertigen eigener, möglichst gleichartiger Prüfungsstatoren; gleichartige Prüfungsstatoren aber ermöglichen einmalige Sollwertversuche, die für alle Prüfungsstatoren gültig sind.One design of the device is that the stator used is that of a hysteresis motor belonging to the rotor disk. This ensures the best possible reproducibility of the measurement result; in addition, it is possible to select several stators that are exactly the same from the number of stators produced in series, which are used to produce several exactly the same test devices. This eliminates the need for the time-consuming production of your own test stators that are as similar as possible; however, similar test stators enable one-off setpoint tests that are valid for all test stators.
In Fig. 1 ist das Motordrehmoment bei Nenndrehzahl über dem Stillstandsstrom aufgetragen; oberhalb und unterhalb der Kurve ist die Grenze der Zuordnungstoleranzen aufgetragen. Es ist hierbei ersichtlich, daß jedem Wert des Stillstandsstroms I51 eindeutig ein Drehmoment M zugeordnet ist. Durch eine Pendelung ist das Massenträgheitsmoment von Rotor und Läuferscheibe genau festgelegt; über die Beschleunigung beim Hochfahren kann daher durch Drehzahl- und Zeitmessung das Drehmoment im Bereich der Nenndrehzahl bestimmt werden. Nach Ausbau der hierzu verwendeten Läuferscheibe wird deren Stillstandsstrom nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen. Die Messung findet bei 280 V Statorspannung una 1040 Hz Frequenz statt; die Kompensation im Stern beträgt &eegr; AC ..&pgr; «&eegr; In Fig. 1 the motor torque at rated speed is plotted against the standstill current; the limit of the allocation tolerances is plotted above and below the curve. It is clear that each value of the standstill current I 51 is clearly assigned to a torque M. The moment of inertia of the rotor and rotor disk is precisely determined by an oscillation; the acceleration during start-up can therefore be used to determine the torque in the range of the rated speed by measuring speed and time. After removing the rotor disk used for this purpose, its standstill current is measured using the method described above. The measurement is carried out at 280 V stator voltage and 1040 Hz frequency; the compensation in the star is η AC ..π «η
Analog zu dem in F i g. 1 dargestellten Diagramm sind durch Messung, bzw. Umrechnung auch Diagramme für Betriebsstrom, Wirkungsgrad usw. erstellbar.Analogous to the diagram shown in Fig. 1, diagrams for operating current, efficiency, etc. can also be created by measuring or converting.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt; in der Gehäusescheibe 1 einer Gaszentrifuge ist der Stator 2 angeordnet und vergossen. Dieses Zentrifugenteil dient als Meßstator, dem ein Distanzstück 3 zentrierend aufgesetzt ist. Auf das Distanzstück 3 ist das Prüfstück 4 zentrisch und planparaHel aufgesetzt. Der vcm Generator 5 zum Stator 2 fließende Strom wird an der Meßstelle 6 abgelesen.Fig. 2 shows a device according to the invention; the stator 2 is arranged and cast in the housing disk 1 of a gas centrifuge. This centrifuge part serves as a measuring stator, on which a spacer 3 is placed in a centering manner. The test piece 4 is placed centrally and plane-parallel to the spacer 3. The current flowing from the generator 5 to the stator 2 is read at the measuring point 6.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
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- 1974-04-09 NO NO741311A patent/NO741311L/en unknown
- 1974-04-11 IT IT50356/74A patent/IT1205880B/en active
- 1974-04-12 FR FR7412932A patent/FR2624619A1/en not_active Withdrawn
- 1974-04-14 GB GB14353/74A patent/GB1605317A/en not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NICHTS ERMITTELT * |
Cited By (2)
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| CN104198935A (en) * | 2014-06-30 | 2014-12-10 | 北京航天控制仪器研究所 | Dynamic pressure motor parameter monitoring system and monitoring method |
| CN104198935B (en) * | 2014-06-30 | 2017-11-07 | 北京航天控制仪器研究所 | A kind of dynamic pressure parameter of electric machine monitoring system and the method for monitoring |
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| GB1605317A (en) | 1989-07-19 |
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