BRPI0706269A2 - método e dispositivo para detectar um efeito mecánico do tipo pulso sobre uma parte do sistema - Google Patents

Abstract

MéTODO E DISPOSITIVO PARA DETECTAR UM EFEITO MECáNICO DO TIPO PULSO SOBRE UMA PARTE DO SISTEMA. A presente invenção refere-se a um método e dispositivo para detectar um efeito mecânico pulsado sobre um componente de fábrica (2), de acordo com o qual um ruído operacional no componente de fábrica (2) é continuamente registrado por intermédio de um sensor (4) que é disposto sobre o componente de fábrica (2) e convertido pelo acima em um sinal medido (M) que é submetido a uma transformação matemática. De acordo com a invenção, um dispositivo deslizante é calculado pelo determinar dos quantis a partir das transformações determinadas e da função de avaliação (K(t)) que exibe a aplicação de um efeito mecânico pulsado sobre o componente de fábrica (2), é derivado do dispositivo deslizante.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO EDISPOSITIVO PARA DETECTAR UM EFEITO MECÂNICO DO TIPO PUL-SO SOBRE UMA PARTE DO SISTEMA".

A presente invenção refere-se a um método e de um dispositivopara detectar um efeito mecânico do tipo de pulso sobre parte de um sistema.

Há necessidade em uma multiplicidade de aplicações em moni-torar continuamente a correta operação de parte de um sistema por exemplode um duto ou de um recipiente na engenharia de métodos químicos ou deuma máquina de circulação de fluidos, de maneira a detectar perturbações atempo e evitar sérios danos resultantes. Uma multiplicidade de métodos paraa dita monitoração é do conhecimento da técnica precedentemente existente.

A EP O 765 466 B1 propõe, empreender a monitoração das vi-brações das pás de turbina com a assistência de microondas que são dirigi-das sobre as pás da turbina. Conclusões podem ser chegadas sobre o esta-do de vibração da turbina a partir da modulação das microondas refletidaspelas pás da turbina.

No método conhecido do documento DE 198 57 552 A1, a ruptu-ra do eixo de uma turbina é detectada pela medição das freqüências de ro-tação nas extremidades do eixo.

É proposto na DE 198 43 615 C2 realizar a diagnose do estadode um acionamento de combustão com o auxílio de uma análise do espectrode freqüência dos sinais de medição que são captados com o auxílio de umcaptador de som disposto na região de tomada de ar ou região de gás deescape.

Na DE 197 27 114 C2, uma máquina é monitorada por detectaros sinais de som suportados pela estrutura incidindo sobre a mesma/em vezdo ruído de ar. Neste método conhecido, igualmente, existe uma análise dosespectros de freqüência respectivamente determinados dos sinais de medi-ção detectados pela captador de som suportado pela estrutura.

No caso do método exposto no DE 195 45, igualmente, o espec-tro de freqüência do sinal de medição detectado por um sensor de monitora-ção, por exemplo um captador de aceleração, é analisado durante a opera-ção da máquina e comparado com um espectro de freqüência de referência.

Para poder determinar a intrusão de partes estranhas em umaturbina a gás, no US n-4 888 948 é previsto na entrada da turbina um sensorcom o auxílio do qual uma carga elétrica induzida pela presença de corposestranhos é detectada.

No método, exposto na DD 224 934 A1, para determinar umaalteração no estado de uma máquina dotada de partes rotativas, valoresmedidos de- um sinal descrevendo o estado operacional são detectados con-tinuamente e comparados com valores limiares adaptativos. Para determinarM estes valores limiares, valores quantis da probabilidade de distribuição dosvalores medidos são determinados de maneira recorrente e adaptável. Pa-râmetros para o estado da máquina são determinados a partir do número enível das instâncias de ultrapassagem dos valores limiares.

Um problema específico é representado por partes soltas quesão arrastadas pelo fluxo e colidem com a parte de sistema e que causamsomente um efeito de curto prazo, do tipo pulso que é correspondentementeproblemático para demonstrar confiabilidade.

Problemas deste tipo podem ocorrer por exemplo, no caso deturbinas a gás, as câmaras de combustão das quais são forradas com Iadri-Ihos de cerâmica para proteção contra superaquecimento. Estes Iadrilhos decerâmica são submetidos a altas cargas dinâmicas por pressões de flutua-ção alternadas ocorrendo na câmara de combustão. Pode ocorrer neste ca-so que partes dos Iadrilhos sobre os respectivos suportes se desprendam,sejam arrastadas pelo fluxo de gás de escape e colidam com a primeira car-reira de lâmina-guia da turbina a gás. Isto pode levar a dano no revestimentodas lâminas guias, e na destruição das lâminas móveis dispostas imediata-mente para trás. Outrossim, há o risco de um Iadrilho já danificado pelo des-prendimento de partes se torne completamente destacado dos suportes epossivelmente causar dano correspondentemente maciço à turbina de gás.Neste caso, a ocorrência de pequenas partes soltas ou de um Iadrilho indivi-dual indica um desprendimento total iminente de um Iadrilho ou de um núme-ro de ladrilhos, e assim o desligamento da turbina a gás a tempo e a trocados ladrilhos danificados previne danos mais extensos.

É conhecido em princípio da WO 01/75272 A2 para o fim de mo-nitorar os ditos impactos sobre uma parte de sistema fazer uso de sensoresapropriados para detectar o impacto por intermédio de som suportado pelaestrutura desse modo produzido. Todavia, particularmente no caso de turbi-nas a gás, apresenta-se o problema aqui de que o nível normal de ruído o-peracional é tão alto que mesmo o componente de sinal gerado pelo impactode um Iadrilho inteiro sobre a lâmina guia da turbina a gás é menor que ofundo gerado pelos ruídos operacionais normais, e assim, em particular, aocorrência de partes relativamente pequenas não pode ser detectado sim-plesmente pelo monitorar as amplitudes dos sinais de som gerados pela es-trutura. Por conseguinte, é proposto na presente publicação para o fim deaperfeiçoar a relação de sinal para ruído submeter o sinal de medição cap-tado por um sensor de medição filtrar com filtro de passagem de banda oufiltro passa alto de maneira a desta maneira eliminar os sinais de som supor-tados pela estrutura produzidos na operação normal da turbina. Estas medi-das não são, todavia, suficientes para identificar confiavelmente um eventodo tipo de pulso no caso de altos ruídos de fundo que variam temporalmente.

É conhecido do WO 03/071243 A1 um método para detectar umefeito mecânico do tipo de pulso sobre uma parte de um sistema no caso doqual o sinal de som suportado pela estrutura detectado é submetido a umaconversão de Fourier de janela. Os algoritmos explanados aqui em maiordetalhe são usados para derivar de uma multiplicidade de espectros Fourierdeterminados desta maneira uma função de avaliação K que indica a ocor-rência de um efeito mecânico do tipo de pulso sobre a parte de sistema. Oalgoritmo, especificado nesta publicação, para derivar a função de avaliaçãoK habilita a detecção exata de um componente de sinal que é superpostosobre o sinal de medição ruidoso e é para ser atribuído a um efeito do tipode pulso.A etapa essencial neste algoritmo de avaliação proposto é quepara cada janela de tempo e cada uma das freqüências prescritas o desvioda magnitude A da conversão Fourier de uma magnitude média A é deter-minado. Neste caso, importância decisiva se afixa à formação da magnitudemédia Ã, uma vez que podem haver variações aleatórias em estado empartes de sistema, particularmente no caso de uma turbina, em que parte dosistema se altera de um estado operacional para outro, e o ruído operacionalo de fundo pode se elevar muito rapidamente a um nível significativamentemais alto.O início de um denominado zumbido ("hum") é uma mudança emestado deste tipo, no caso de uma turbina, por exemplo. Este é causado pe-la disposição das chamas em um espaço anular, que pode ter o resultado daM inteira câmara de combustão ser excitada para vibrações simpáticas,as mo-dalidades de vibração na direção circunferente tendo preferência, especial-mente. Estes fenômenos de ressonância podem em parte descontinuarbruscamente e igualmente reiniciarem-se bruscamente. Se uma magnitudemédia deslizante que é formada por uma simples mediação como uma mé-dia aritmética de um número de magnitudes prévias é usada como uma basepara o método exposto na WO 03/071243, com o conteúdo de WO03/071243 sendo expressamente uma parte constituinte do presente pedidode patente, verificou-se que estas flutuações de ruído podem conduzir a ati-vações errôneas. De maneira a evitar instancias da dita ativação errônea,monitoração para efeitos mecânicos do tipo pulso foi por conseguinte supri-mida na prática durante o zumbido da turbina, que é detectado pelo analisara característica de sinal.

Em outras partes de sistema, igualmente, por exemplo em umvaso de pressão de reator de uma usina geradora nuclear,ruídos operacio-nais de curta duração operacionalmente induzidos são superpostos sobre osruídos básicos contínuos são superpostos sobre os ruídos básicos contínuos(fluxo de fluido, ruído de bomba, conforme causado, por exemplo, por varia-ções permissíveis nas condições operacionais e intervenções propositais naseqüência operacional (atuação de válvulas, deslocamento de barras decontrole).Constitui o objetivo da invenção especificar um método para de-tectar um efeito mecânico do tipo de pulso sobre uma parte de sistema que éadicionalmente aperfeiçoado pela comparação com o método exposto noWO 03/071243. O objetivo da invenção é também especificar um dispositivopara a realização do método.

Com relação ao método, o dito objetivo é alcançado de acordocom a invenção com o auxílio de um método dotado dos aspectos caracte-rísticos da reivindicação 1 da patente. No caso do método para detectar umefeito mecânico do tipo de pulso sobre uma parte do sistema, um ruído ope-racional presente na parte de sistema -é detectado continuamente por umsensor disposto sobre parte do sistema, e é convertido pelo sensor em umsinal de medição que é processado com o auxílio das seguintes etapas demétodo;

a) a magnitude (Ã (fr,tj), da conversão do sinal de medição (M) édeterminada com o auxílio de parâmetros prescritos de regra de transforma-ção matemática em etapas de tempo de janelas de tempo temporalmentesucessivas;

b) o desvio da magnitude (A(fi,tj) de uma magnitude média (δ (fi,t)é determinado para cada etapa de tempo (õt) e cada um dos parâmetrosprescritos (fj);

c) uma função de avaliação (K(t)) é derivada para cada (ôt) apartir dos desvios determinados para cada um dos parâmetros prescritos (fj)

d) a função de avaliação (K(t)) é comparada com um valor limiar(K0), e a ultrapassagem do valor limiar (K0) é usada como um índice para apresença de um componente de sinal do tipo pulso indicando o efeito mecâ-nico;

e) a magnitude média (A(fj,tj) é determinada de uma maneiradeslizante em função de tempo (t) a partir de um registro de dados (A(fj,t)tendo M magnitudes (A(fi,t)) com o auxílio da relação

à (fjt) = (Qafi,t) + Qi-a(fi.t))/2

Qa e Qi-a sendo respectivamente o α e (1-a) quantis das magnitudes (A(fi,tm)respectivamente determinadas em um segmento de tempo (T), e tm=t+môt em sendo um número inteiro.

A invenção é baseada neste caso sobre a descoberta de queuma simples mediação numérica da magnitude A pode ter a conseqüênciade que uma rápida transição para o estado tendo o nível de ruído mais alto éerroneamente interpretada como um sinal rajado, isto é,um sinal resultantede um efeito do tipo pulso sobre a parte de sistema. Um sinal deste tipo éilustrado no diagrama de acordo com a figura 2. Neste diagrama, o sinal demedição M captado em uma turbina por um captador de som portado poruma estrutura é plotado contra o tempo t. É para ser visto que um zumbirque dura respectivamente cerca de 2 s é estabelecido abruptamente nosinstantes t = 4 s e t = 8 s.

A função de avaliação K(t) derivada do sinal de medição M deacordo com a figura 2 na base do WO 03/071243 A1 é ilustrada, igualmentecomo uma função de tempo, em um diagrama na figura 3. Deve ser concluí-do desta figura que a função de avaliação k(t se apresenta significativamentepelo menos durante o período de tempo do zumbido da turbina entre t = 4 se t = 6 s. Este surgimento seria então erroneamente interpretado como umsinal burst para a ocorrência de uma grande parte do sistema. Neste caso, ocálculo da função de avaliação K(t) foi baseado sobre um método de cálculointerativo aperfeiçoado no qual a magnitude média A e um desvio médioquadrático (variância) são determinados para cada freqüência fj de uma ma-neira deslizante com o auxílio das relações

à (fi, t + ôt) = k à (fj ,t) + (1-k)A(fi, t+ ôt) eVarA (fi,t+ ôt) = kvarA(fj,t) + (1 -k)(A(fj, t+Ôt) - (1 à (M))2, Ôtsendo a etapa de tempo na qual a magnitude A é respectivamente determi-nada para uma janela de tempo At. para selecionar o parâmetro k, é agoradeterminado a que grau uma magnitude A(f|,t+ ôt) sendo novamente adicio-nada ao mesmo influencia a magnitude média novamente calculada A (fj, t+ ôt). Esta abordagem corresponde a média exponencialmente ponderada, kdeterminando a taxa de adaptação. No caso de uma brusca mudança namagnitude A(fj,t) de um valor constante inicial para novo valor igualmenteconstante, haveria então uma adaptação aproximadamente exponencial danova magnitude média A para a nova magnitude correntemente presente Acom uma constante de tempo τ = ôt / (1-k). Para k = 0,999 e ôt = 3.2 ms, e-xiste uma constante de tempo τ de 3,2 s.

Conforme a ser concluído da figura 3, mesmo um algoritmo deavaliação aperfeiçoado desta maneira não é suscetível se adaptar idealmen-te a rápidas mudanças no ruído operacional, isto é, de determinar com sufi-ciente precisão a respectiva magnitude média valida A (fi,t). e o desvio-padrão A (fj,t) do mesmo, do ruído operacional no caso de rápidas altera-ções. Certamente, é possível em princípio adaptar a magnitude média A (fi,t)mais rapidamente a situação operacional alternada por reduzir a constantede tempo τ, isto é, dizer para reduzir o parâmetro K. Todavia, isto apresentaa desvantagem de que um sinal de rajada superposto não poder mais sergravado com sensibilidade suficiente. Para poder distinguir sinais de rajadatais como são causados pela percussão de partes soltas destes ruídos defundo superpostos da máquina, é necessário determinar uma média sobre aqual nenhum sinal de rajada é superposto, ou para o qual um sinal de rajadapossivelmente superposto de qualquer modo tem uma influência neglegívelsobre a magnitude média A(fj,t) devido a uma constante de tempo muitogrande.

O segundo objetivo mencionado é alcançado de acordo com ainvenção com o auxílio de um dispositivo tendo as características da reivin-dicação 6 da patente, as vantagens do qual correspondem as vantagensespecificadas em relação à reivindicação 1 da patente.

Refinamentos vantajosos do método e do dispositivo são especi-ficadas nas respectivas reivindicações subordinadas.

Referência é feita ao desenho para a finalidade de explanaçãoadicional da invenção de acordo com o desenho:

a figura 1 mostra uma modalidade típica de um dispositivo deacordo com invenção, em um diagrama esquemático;

a figura 2 mostra um diagrama em que o ruído operacional (sinalde medição M) de uma turbina que é detectado por um captador de mediçãoé plotado contra o tempo t;a figura 3 mostra um diagrama no qual a função de avaliação Ké derivada do sinal de medição M da figura 2 de acordo com um algoritmode avaliação representado em WO 03/071243 plotado contra o tempo;

a figura 4 mostra um diagrama simplificado no qual o sinal demedição M é plotado contra o tempo t com resolução temporal mais elevada;

a figura 5 mostra um diagrama em que a magnitude A do espec-tro de freqüência determinado a partir do sinal de medição M de transforma-ção rápida de Fourier é plotada contra o tempo t para uma freqüência pres-crita fi ;

a figura 6 mostra um diagrama em que a média de tempo desli-zante  das magnitudes A do espectro é igualmente plotada contra o tempo tpara uma freqüência prescrita ή;

a figura 7 mostra um diagrama no qual a função de avaliação Kderivada do sinal de medição da figura 2 com o auxílio de um método deacordo com a invenção é graficamente representada contra o tempo t;

a figura 8 mostra um diagrama no qual é graficamente represen-tado contra o tempo t um sinal de medição M captado em uma turbina e so-bre o qual é superposto em rafada causado por um impacto; e

a figura 9 mostra um diagrama em que a função de avaliação Kdeterminada a partir deste sinal de medição é igualmente graficamente re-presentada contra o tempo.

De acordo com a figura 1, é disposta sobre uma parte do siste-ma 2, por exemplo, uma turbina a gás,uma pluralidade de captadors ou sen-sores de medição 4, particularmente captores de aceleração piezelétricos,que detectam continuamente em um número de canais de medição o ruídooperacional presente na parte de sistema 2 e se propagando na forma desom portado pela estrutura. Os sensores 4 respectivamente convertem ossinais de som gerados pela estrutura em um sinal de medição elétrico que éamplificado em um pré-amplificador 6 e è retransmitido para um conversoranalógico/digital 8 que é conectado com uma memória digital 10. O sinal demedição amplificado M respectivamente presente é assim digitalizado, ar-mazenado temporariamente e retransmitido para processamento adicionalpara uma unidade aritmética 12 na qual o algoritmo de avaliação de acordocom a invenção é implementado.

A unidade aritmética 12 inclui para cada canal de medição umprocessador para rápido cálculo de uma transformação dos dados retransmi-tidos pelo conversor analógico/digital, assim como uma memória anular paraarmazenar um número L das transformações determinadas pela transforma-ção. Esta transformação pode ser, por exemplo, uma transformação Fourierde janela rápida FFT. Qualquer operação matemática com a qual é possívelrepresentar esta função matemática com o auxílio de um conjunto completode funções base ortogonais deve ser entendido como uma transformação dadita função (o sinal de medição M(t) no significado da presente invenção.

Conforme é o caso com a transformação Fourier - estas funções-base orto-gonais podem ser formadas pela função exponencial e",wt. Todavia, é tam-bém em princípio usar outras funções periódicas como sistema de base or-togonal. Estas transformações são usadas para calcular transformadas dis-cretas com o auxílio de um conjunto predeterminado de parâmetros discre-tos. No caso de transformação Fourier, estas são freqüências permanente-mente prescritas Fi = \Λ/ϊ/2π que são selecionadas de acordo com a respecti-va parte de sistema, conforme e explanado em maior detalhe para uma tur-bina, por exemplo, no documento WO 03/071243.

Para cada canal de medição, um algoritmo implementado naunidade aritmética 12 e explanado em maior detalhe abaixo emprega astransformações discretas determinadas na unidade aritmética 12 para de-terminar uma função de avaliação K(t) dependente do tempo t que é compa-rada em um dispositivo comparador 14 com um valor limiar prescrito K0.

Uma ultrapassagem do valor limiar K0 (limiar de alarme) serve como um índi-ce para a presença de um componente de sinal do tipo pulso causado porum efeito mecânico transitório, e gera um correspondente sinal de disparo S.

O sinal de gatilho S é alimentado a um gravador transiente 16 no qual osdados medidos (sinais de medição Ms) durante uma faixa de tempo de 10 s,por exemplo, são gravados e retransmitidos para um computador de avalia-ção 18 para que o último possa ser usado para realizar uma subseqüenteanálise.

A figura 2 mostra o sinal de medição M respectivamente detec-tado por um sensor 4 em uma turbina por um período de tempo de aproxi-madamente 10 s. É claramente para ser visto que a turbina principia a zum-bir abruptamente nos instantes t = 4 s e t = 6 s.

A figura 4 utiliza um desenho esquemático para explanar a pri-meira etapa da modalidade de procedimento implementada na unidade arit-mética 12 (figura 1). O sinal de medição M digitalizado com uma freqüênciade operação (tipicamente 80 a 100 kHz, intervalo de tempo associado DTaproximadamente de 0,01 - 0,0125 ms. (representado ampliado na figura) (eilustrado de maneira analógica na figura por razões de clareza) é respecti-1,1 vãmente armazenado por uma faixa de tempo TS (tipicamente 10 s), em uma, e atualizado de acordo com a freqüência de operação. Em uma janela detempo At dentro desta faixa de tempo TS, o sinal de medição digitalizado Mé submetido a uma rápida transformação Fourier discreta. Subseqüentemen-te, a janela de tempo At é atualizada deslocada por uma etapa de tempo 5t,e uma transformação Fourier é reexecutada em uma janela de tempo At damesma duração. Na modalidade típica, At = 25.6 ms e ôt = 3,2 ms. Destamaneira, magnitudes subordinadas a tempo A(f,,t) são determinadas paracada janela de tempo At e para um número finito de freqüências discretas f,.

Na figura 5, o perfil temporal da magnitude A para uma freqüên-cia prescrita f, é ilustrado. Pode ser concluído desta figura que a magnitudeA varia com o tempo para esta freqüência prescrita f,. O intervalo de tempoplotado na figura é a etapa de tempo ôt na qual a rápida transformação deFourier é atualizada. De acordo com a invenção, o valor associado da mag-nitude A (fj,fj), onde t,· = t0 + j 6t, j sendo um numero natural, é determinadopara uma multiplicidade N de freqüências prescritas fj ou faixas de freqüên-cia e em etapas de tempo temporariamente sucessivas ôt para temporal-mente superpor janelas de tempo At.

Uma magnitude média à (fj,t) é a seguir formada a partir dosvalores da magnitude A (fi,t). Esta magnitude média A (fi,t) é uma magnitudetemporalmente deslizante que é determinada de uma maneira deslizante emetapas de tempo ôt em função do tempo t de um registro de dados A(fj,t),montado a partir de M magnitudes A (Mm) de um segmento de tempo T, como auxílio da relação

Ã(Um) = (Q«(fi,t) + Qi-a(fi,t)/2

na qual Qa e Qi-a são os α e (1- a) quantis das magnitudes A(Um) relativa-mente determinados em um segmento de tempo T, onde tm = t + môt e m éum número inteiro. Para este fim, as magnitudes A(fj,tm) associadas com es-te segmento de tempo T, dispostas a título de exemplo simetricamente emrelação ao instante t (mantendo-se neste caso que —< m < e M éimpar), respectivamente formando o registro de dados A (fi,t) atribuído aoinstante t são classificados em uma seqüência pelo valor da magnitude. O αe (1- α) quantil é então aquele valor da magnitude que está localizado naposição α ou (1- a) quantil é então aquele valor da magnitude que está loca-lizado na posição aM ou (1- a)M da seqüência. Na prática, valores estãoestabelecidos entre 0,7 < α < 0,8, de preferência α = 0,75 para a. Uma mag-nitude média à (fj,t) obtida com o auxílio deste método de cálculo é ilustradana figura 6.

Os quantis α e (1- a), Qa e Qi-a respectivamente, são agora u-sados para calcular um desvio médio s(fj,t) das magnitudes A (fi,t) pelo utili-zar a relação

<formula>formula see original document page 12</formula>

q-ι-α sendo o (1-a) quantil da distribuição Gaussiana normalizada ou distribui-ção normal.

Este método de cálculo (método quantil) pode por conseguinteser usado para calcular a média e desvio de um registro de dados sem levarem conta os valores que estão localizados fora das faixas definidas por α e(1- a), Isto significa que magnitudes substancialmente mais altas tais comopodem ocorrer de uma maneira adicionalmente amplificada a partir de umsinal burst superposto não são levadas em conta, e assim também não po-dem corromper o resultado. Este método pode ser usado em conjunção coma mesma qualidade do resultado de cálculo para selecionar um segmento detempo substancialmente mais curto, por exemplo um registro de dados A(M)compreendendo os valores M = 100 da magnitude A(fi,tj) e tendo uma exten-são de T = 320 ms para o segmento de tempo para uma etapa de tempo ÒX =3,2 ms. Conseqüentemente, a magnitude média A (fj,t) é adaptada para rá-pidas alterações no fundamento operacional de forma que estas são incapa-zes de levar à corrupção dos espectros normalizados ou se apresentaremcomo displays na monitoração. É possível no caso de uma modalidade deprocedimento deste tipo para a colisão de partes soltas ser detectada mes-mo durante o zumbir de uma turbina a gás, isto é, quando vibrações simpáti-cas na câmara de combustão são origem a ruídos de fundo substancialmen-te mais altos muito bruscamente, por exemplo, com uma constante de tempode aproximadamente 0,5 s em associação com um aumento de amplitudepor um fator de 5 e maior. A magnitude média calculada existente A (M) e odesvio médio s(fj,t) podem agora ser usados em uma etapa de computaçãoadicional para determinar na base do método quantil uma magnitude médiaaperfeiçoada Aopt (fj,t) pelo eliminar do registro de dados respectivamentepresente A (M) aquelas magnitudes A(fi,tm) que são significativamente maio-res que a magnitude média previamente calculada A (fi,t). Na prática, com-provou-se ser vantajoso neste caso ao calcular a média eliminar aquelasmagnitudes A (fi,tm) que são maiores que Ã(fi(t) + 3s (M). Com o registro dedados completo A (fj,t) um cálculo renovado de média é então realizado como auxílio de um quantil δ ou (1- δ). Caso em que

δ = α (M-Me)M

se aplica e Me é o número das magnitudes A(Mm) que são maiores queà (fj,t) + 3s (fi,t). Como uma alternativa a isto, é também possível e matema-ticamente idêntico determinar quantil o α e (1 - a) mais uma vez com o auxí-lio de um registro de dados reduzido por estas magnitudes A(fj,tm). Com oauxílio destes quantis δ e (1- δ), ou dos quantis α e (1 - a) obtidos com oregistro de dados reduzido,uma média aperfeiçoada A opt (W) ou um desviode média aperfeiçoado Sopc (M) é a seguir calculado de acordo com a fórmu-la acima mencionada.

Com o auxílio das magnitudes médias A (M) ou A opt (M) e dodesvio médio s(fi,t) ou Sopt( W), um desvio normalizado D(W) da magnitudeA da magnitude média à é a seguir calculado pra cada freqüência de acordocom a seguinte equação:

D(Um) = (A(Um)-Aifil t))/s(fi, t) ou

D(fj, tm) = (A(fj, tm) - Ã opt(fi, t)) / sopt(fi, t).

As magnitudes A(fj,tm) de M espectros são avaliadas de maneiraa determinar a magnitude média A (fj,t) válida no instante t e o desvio médios(fi,t) válido neste instante t. Em outras palavras, ambas a magnitude médiaà (fj,t) ou A opt (fi,t) e o desvio médio s(fi,t) ou Sopt(fi,t) são constantementeatualizados com o auxílio de transformações M. Esta atualização é realizadaem etapas de tempo ôt. O registro de dados A(t + ôt) formando a base docálculo da nova magnitude média A (f,, t + ôt) ou A opt (fj,t+ ôt) e do novodesvio médio s(fj, t + ôt) ou Sopt(fi,t+ ôt) é formado neste caso por deletar aprimeira (a mais velha) magnitude e adicionar a magnitude mais recente. Nocaso de um segmento de tempo T simetricamente disposto em relação aoinstante t, estas são as magnitudes

<formula>formula see original document page 14</formula>

Em um refinamento vantajoso, o desvio normalizado D(t,fj) é adi-cionalmente mediado em uma faixa de freqüência ím, f,- L+1 ...fj+L, circun-dando a freqüência f, e consistindo de 2L+1 freqüências, e um desvio médionormalizado D (t, f,) é determinado pela equação

<formula>formula see original document page 14</formula>

Esta etapa de computação adicional conduz a uma redução nonível e amplitude de flutuação de desvio normalizado nas faixas em que so-mente sinais de ruído de fundo estão presentes. Os componentes de sinalúteis não são marcadamente variados ela mediação na faixa de freqüência,uma vez que eles ocorrem de uma maneira concentrada em torno de linhasde freqüência vizinhas. Esta medida resulta uma vez mais em um aperfeiço-amento na relação de sinal/fundo por 10 a 15 dB adicionais. Um aperfeiçoa-mento adicional na relação de sinal/fundo é realizado quando um valor limiarD0 é adicionalmente introduzido, e um desvio normalizado Ds (fi,t) é deter-minado com o auxílio da relação Ds = D0 para

< D0 e ds = d para d > D0.

Os desvios normalizados D(M)1 D(f,t) ou Ds (fi,t) determinadosdesta maneira são elevados ao quadrado e somadores através de todas asfreqüências discretas fn:

<formula>formula see original document page 15</formula>

ou

<formula>formula see original document page 15</formula>

Uma função de avaliação K(t) é a seguir derivada desta somaS(t) pelo extrair a raiz:

<formula>formula see original document page 15</formula>

A última serve como um indicador para a ocorrência de um im-pacto. Como uma alternativa a isto, é também possível para a função de a-valiação ser formada a diferença entre a raiz da soma S(t) e um meio detempo deslizante da presente raiz

<formula>formula see original document page 15</formula>

e para a mesma servir como característica para a ocorrência de um impacto.Se K(f ou K(t) ultrapassar um valor limiar K0 (limiar de alarme), que estáentre 1,5 e 2 para turbinas a gás, isto constitui uma indicação para o impactode uma parte solta.

A função de avaliação K(t) obtida desta maneira e com o auxíliodo desvio normalizado médio D s do sinal de medição M da figura 2 é ilus-trado na figura 7. Pode agora ser claramente visto que o zumbir da turbinanão influencia a função de avaliação K(t).

Não obstante, permanece possível com o auxílio do método in-ventivo detectar confiavelmente a percussão ou colisão de uma parte de sis-tema solta. A figura 8 mostra um sinal de medição real M(t) obtido sobre umaturbina e sobre o qual é superposto em um instante t = 3,9 s um burst que écausado por um impacto e não pode ser identificado diretamente no sinal demedição Μ.

A figura 9 ilustra com uma escala de tempo ampliada a funçãode avaliação K derivada do sinal de medição da figura 8. É para ser visto dafigura que o evento (estouro) se verificando é tornado perceptível por umclaro aumento na função de avaliação K.Listagem de Referência

2 Parte de sistema 4 Sensor 6 Pré-amplificador 8 Multiplexador- 10 Conversor analógico/digital 12 Unidade aritmética 14 Dispositivo comparador 16 GravadorTransiente 18 Computador de Avaliação M Sinal de Medição K Função de Avaliação t Tempo At Janela de tempo At Etapa de tempo A fi Magnitude Freqüência à Magnitude média A Registro de Dados TS Faixa de Tempo DT Intervalo de Tempo T Segmentodetempo

Claims (12)

1. Método para detectar um efeito mecânico do tipo pulso sobreuma parte de sistema (2), no caso do qual um ruído operacional presente naparte de sistema (2) é detectado continuamente por um sensor (4) dispostosobre a parte de sistema (2), e é convertido pelo dito sensor em um sinal demedição (M)1 caracterizado pelas seguintes etapas do método:a) a magnitude (A(fj, t,)) da transformação do sinal de medição(M) é determinada com o auxílio de parâmetros prescritos (f,) de uma regrade transformação matemática em janelas de tempo (At) que são temporal-mente sucessivas em etapas de tempo (ôt);b) o desvio da magnitude (A(fi,tj)) de uma magnitude média(Ã (fj,t)> é determinado para cada etapa de tempo (ôt) e cada um dos parâ-metros prescritos (f,);c) uma função de avaliação(K(t)) é derivada para cada etapa detempo (ôt) a partir dos desvios determinados para cada um dos parâmetrosprescritos (f,);d) a função de avaliação (K(t)) é comparada com um valor limiar(Ko), e a ultrapassagem do valor limiar (K0) é usada como um índice para apresença de um componente de sinal do tipo pulso indicando o efeito mecânico,caracterizado pelo fato de quee) a magnitude média (Ã(fj, tj)) é determinada em uma funçãodeslizante como uma função de tempo t de um registro de dados (A (fi,t))tendo M magnitudes A(fj, tm) com o auxílio da relaçãoÃ(fj,t) = (Qa(fi,t) + Qi-<x(fi,t))/2Qa e Qj-a sendo respectivamente os α e (1- a) quantis das magnitudes A(fj,tm) respectivamente determinados em um segmento de tempo (T), e tm = t +môt e m sendo um número inteiro.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o segmentode tempo (T) é disposto simetricamente em relação ao instante t.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que umamagnitude média aperfeiçoada (Aopt(fi,t)) é calculada a partir da magnitudemédia (A (fj.t)), pelo fato de determinar os quantis destas magnitudes (A(fj, t))que ultrapassam a magnitude média (A) por um valor de diferença prescritosão eliminadas do registro de dados.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, em que, paracada um dos parâmetros prescritos (f,·) um desvio médio (s(f„t)) das magnitu-des (A(fi,tj)) da magnitude média (Ã(fj,t)) é determinado para uma pluralida-de de janelas de tempo sucessivas (At) com o auxílio da relação<formula>formula see original document page 18</formula>q1-a sendo o (1- a) quantil da distribuição normal normalizada, e o desvionormalizado das magnitudes da magnitude média (A (fi,t)) sendo determina-do com o auxílio do mesmo e sendo usado para calcular a função de avalia-ção (K(t)).

5. Método de acordo com a reivindicação 4, em conjunção com areivindicação 3, em que o valor de diferença prescrito é um múltiplo triplicadodo desvio médio (s).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 e 5, em que, para cada janela de tempo (At), a soma dos quadrados de cadadesvio normalizado é formada sobre cada um dos parâmetros prescritos dosquais a função de avaliação (K) é derivada.

7. Método de acordo conflima das reivindicações precedentes,em que regra de transformação matemática é uma transformação de Fourierjanelada, e os parâmetros são freqüências (f,) do espectro de freqüência dosinal de medição (M).

8. Dispositivo para detectar um efeito mecânico do tipo pulsosobre uma parte de sistema (2), tendo pelo menos um sensor (4) dispostosobre a parte de sistema (2) para continuamente detectar e medir um ruídooperacional presente sobre a parte de sistema (2), e tendo um conversorA/D (10) conectado a jusante do sensor (4), para digitalizar os sinais de me-dição (M) detectados pelo sensor (4) e para retransmitir os sinais de medi-ção digitalizados para uma unidade aritmética (12) para realizar as seguintesetapas computacionais:a) a magnitude (A(fj,tj)) da transformação do sinal de medição(M) é determinada com o auxílio de parâmetros prescritos (f,) de uma regrade transformação matemática em janelas de tempo (At) que são temporal-mente sucessivas em etapas de tempo (ôt);b) o desvio da magnitude (A(fj,tj)) de uma magnitude média(Ã(fi,t)) é determinado para cada etapa de tempo (ôt), e apra cada um dosparâmetros prescritos (f,);c) uma função de avaliação (K(t)) é derivada para cada etapa detempo (Ôt) a partir dos desvios determinados para cada um dos parâmetrosprescritos (fi); d) a função de avaliação (K(t)) é comparada com um valor limiar-1,1 (Ko), e a ultrapassagem do valor limiar (K0) é usada como um índice para apresença de um componente de sinal do tipo pulso indicando o efeito mecânico;caracterizado pelo fato de quee) a magnitude média (Ã(fi,tj)) é determinada de uma maneiradeslizante em função de tempo t de um registro de dados (A (t)) tendo Mmagnitudes A(tm) com o auxílio da relaçãoà (fj,t)) = (Qa(fi,t) + Qi-a(fi,t))/2Qa e Qi-a sendo respectivamente os α e (1-a) quantis das magni-tudes A(fi,tn) respectivamente determinados em um segmento de tempo (T)1com tn = t + môt e m sendo um número inteiro.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, em que o seg-mento de tempo (T) é disposto simetricamente em relação ao instante (t).

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8 ou 9, tendo umalgoritmo, implementado na unidade aritmética (12), para calcular uma mag-nitude média aperfeiçoada (ÃOpt(W)) a partir da magnitude média A(fj,t)),pelo fato de determinar os quantis daquelas magnitudes (A(fj,tm) que ultra-passam a magnitude média (Ã(fj,t)) por um valor de diferença prescrito sãoeliminados do registro de dados (A(t)).

11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 8 a 10,em que, na unidade aritmética (12), para cada um dos parâmetros prescritos(fj) o desvio médio (s(f„t)) das magnitudes (A(^tj)) da magnitude média (Ã(fj,t)) é determinado por uma pluralidade de janelas de tempo seqüenciais (At)com o auxílio da relação<formula>formula see original document page 20</formula>q1.a sendo o (1-oc) quantil da distribuição normal normalizada, e o desvionormalizado das magnitudes da magnitude média (A (fj.t)), sendo determi-nado com o auxílio do mesmo e sendo usado para calcular a função de ava-liação (K(t)).

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, em conjunçãocom a reivindicação 10, em que o valor de diferença prescrito é um múltiplotríplice do desvio médio (s).