[发明专利]用于确定涡轮气泵的泵转子的疲劳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定快速旋转的涡轮气泵的泵转子的疲劳的方法。

背景技术

涡轮气泵并且尤其是涡轮分子泵以每分钟10,000至100,000转的相对高的转速运转。由于高的离心力、温度影响等使气泵的泵转子遭受机械疲劳。尤其是在涡轮气泵中在泵转子和泵定子之间设有窄的间隙，以便获得尽可能高的泵输出功率。在一定的时间后，由于泵转子的疲劳导致泵转子的故障或导致在泵转子和泵定子之间的碰撞。为了避免这些，在预期的碰撞时间点以前更换泵转子。

这能够设有在时间上恒定的维护周期，预定在一定的时间或一定的运行持续时间后进行泵转子的维护或更换。

从DE 101 51 682 A1中已知一种方法，在所述方法中，从泵转子的绝对转速和温度计算出动态的维护周期。因此检测所谓的泵转子蠕变应力并且在动态的维护周期计算中考虑到该蠕变应力。研究表明，单独以这种方式在一定的运行条件下不能够足够精确地确定符合实际需要的动态的维护周期。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于确定泵转子的疲劳的方法，所述方法对于所有实际发生的运行条件尽可能接近真实地确定泵转子的疲劳。

根据本发明该目的借助本发明得以实现。

根据本发明的用于确定涡轮气泵的转子疲劳的方法设有如下步骤：

·连续地测定泵转子的转子转速(n)；

·测定所考虑的随时间变化的转速曲线的局部的转速最大值和最小值；

·将转速最大值和最小值相互关联以形成对；

·测定用于每个转速对的成对疲劳值(L)；

·将所有成对疲劳值(L)累加为总疲劳值(L_tot)。

试验表明，除了可能的蠕变应力，显著地在快速旋转的金属部件的寿命或疲劳中独立地包括所谓的周期应力。只是当附加地检测周期应力时，在确定泵转子的机械疲劳中尤其能够实际地包括在泵转子上的断裂的危险。

在应力明显低于金属材料的所谓的抗拉强度R_m的情况下，周期应力已经出现，并且在表明开始宏观塑性变形的屈服点R_e的下面，周期应力也经常出现。周期应力的原因在于，有关的材料的微观结构与周期应力加载相互作用。在屈服点的下面也能够在材料中出现微观的微塑性变形。这一方面能够在部件中局部的应力集中的地方发生，但是也能够在较软的结构区域内出现，例如在沉淀硬化的材料中。但是也能够在各个晶粒的区域内出现微观变形，所述各个晶粒在结晶学上相对于加载方向有利地定向，使得在这里能够局部地发生滑动并且因此发生塑性变形。当这个滑动凸出于部件表面时，发生微观的阶梯形成，也称之为侵入和挤出。这些形成导致局部应力过载的缺口。然后在这些地方，在进一步的周期应力过程中能够出现裂纹，所述裂纹通过周期应力进一步变大，直至在这个地方使部件变弱，使得出现部件断裂。

为了检测和估计周期应力，需要考虑泵转子的转子转速和检测转速周期的终止或结束。在本文中，转速周期可理解为如下时间间隔，在所述时间间隔开始和结束时泵转子的加速度符号变化，即泵转子加速度的随时间变化的曲线具有零交点。转速周期最好从随时间变化的加速度曲线的零交点持续至下一个零交点。或者转速周期能够理解为如下时间间隔，所述时间间隔以正加速度的起始开始并且以紧接着的负加速度的终止结束。

为了能够测定泵转子的所谓的周期应力，连续地测定泵转子的转子转速(n)。以这种方式建立随时间变化的转速曲线，为此测定相应的局部的转速最大值和转速最小值。转速最大值和转速最小值分别为转速极值，在达到所述极值后加速度的符号变化。因此在达到转速最大值后转速降低，然而在达到转速最小值后转速提高。所考虑的时间间隔能够为从最大值持续到最小值或从最小值持续到最大值的单独的周期；能够为从泵转子起动持续到泵转子停止；能够为确定的时间间隔或最大值和最小值的确定的数量。

为了考虑时间间隔，将转速最大值和最小值相互关联以形成对。为了将转速最大值和最小值相互关联用于产生最大值/最小值对能够使用不同的规则和算法。

从每个转速最大值/最小值对中测定成对疲劳值L。最后将所有成对疲劳值L累加为总疲劳值L_tot。