DD293017A5

DD293017A5 - Verfahren zur digitalen verarbeitung von signalkenngroessen

Info

Publication number: DD293017A5
Application number: DD33889590A
Authority: DD
Inventors: Adolf Sturm; Rudolf Foerster; Sven Billhardt
Original assignee: Th Zittau,De
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1991-08-14
Also published as: DE4107575A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Signalkenngroeszen zur Waelzlagerdiagnose nach der * Erfindungsgemaesz werden die Effektiv- und Spitzenwerte der Lager-Schwingbeschleunigung vorzugsweise jeweils innerhalb kurzer Meszzeiten mehrfach unmittelbar aufeinanderfolgend erfaszt, daraus ein arithmetisch gemittelter Effektivwert und ein arithmetisch gemittelter Spitzenwert gebildet und diese zur Waelzlager-Diagnosekennzahl K(t) weiterverarbeitet. Stochastische Stoerungen werden dadurch unterdrueckt und die zeitlichen Trendverlaeufe der Signalkenngroeszen und der daraus gebildeten Waelzlager-Diagnosekennzahl K(t) sind wesentlich ausgeglichener. Damit sind Restfunktionsdauerprognosen auf der Grundlage von Regressionsanalysen und Trendextrapolationen moeglich.{Verfahren zur digitalen Erfassung von Signalkenngroeszen; Diagnosekennzahl; Signalverlauf; Signalverarbeitung; Schwingbeschleunigung; Trendverlauf; Waelzlagerdiagnose}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Signalkenngrößen findet Anwendung zur Bewertung von Wellen- und Lagerschwingungen von Großaggregaten, z. B. Dampfturbinen, Wasserkraftmaschinen, Verdichtern, Pumpen, insbesondere zur Wälzlagerdiagnose von Rotationsmaschinen nach der K(t)-Methode.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Signalkenngrößen, z. B. Effektiv- und Spitzenwerte und daraus gebildete Kennzahlen werden aufgrund ihrer einfachen meßtechnischen Erfassung und Bewertung gern und oft zur Schadensdiagnose verwendet. Für ein Schwingungssignal x(t) gilt als Effektivwert

(1)

; ; ^s ( t ) d t

bzw. x - Ii ^ >'±r'- (2)

mit N Anzahl der diskreten Funktionswerte x, in der Meßzeit T und als Spitzenwert meist die positive Maximalamplitude χ = max. x(t) (3)

innerhalb der Meßzeit T.

Das Schwingungssignal am Lagerbock einer Rotationsmaschine wird für die Dauer der Meßwertaufnahme als stationär angenommen. Diese Annahme ist zulässig, solange die Betriebs-und Umgebungsbedingungen konstant sind (DE 3314005). Die Betriebspraxis zeigt aber, daß diese Voraussetzung in der Regel nicht erfüllt ist. Störungsursachen sind vielgestaltig und in ihrem zeitlichen Auftreten stochastisch. In Wälzlagern können z.B. Abriebpartikel überrollt werden und dadurch kurzzeitig extreme Schwingungsamplituden verursachen. Ebenso können Störungen aus der Meßkette auftreten. Bei Verwendung konventioneller Analog-Meßtechnik negiert der Mensch mehr oder weniger unbewußt solche „Ausrutscher" am Analoganzeigeinstrument durch Wiederholungsmessungen und anschließende arithmetische Mittelung der abgelesenen Werte.

Digitalmeßtechnik dagegen registriert kompromißlos allein der Meßzeit T auftretende Ereignisse.

Es liegt offensichtlich im Vorurteil der Fachwelt begründet, daß dieser prinzipielle Unterschied in der Meßwerterfassung bei der Entwicklung der digitalen Meßtechnik nicht beachtet wurde.

Nach dem bekannten Stand der Technik ist es Tatsache, daß eine Restfunktionsdauerprognose erschwert wird, da K(t) stark schwankt und bei jedem Lager unterschiedlich verläuft (linear, progressiv usw.). Dazu Näheres in:

Hippmann, N.: Betriebsdiagnosesysteme am Beispiel der Lagerdiagnose rotierender Maschinen des 500-MW-Kraftwerkblockes, Dissertation B, TH Zittau 1988.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die regellosen Schwankungen in den zeitlichen Trendverläufen von Signalkenngrößen und der daraus gebildeten Wälzlager-Diagnosekennzahl K(t) zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Schwingungsdiagnoseverfahren nach DE-PS 3314005 bildet den Effektivwert durch Kurzzeitmittelung entspr. Gl. (2) und als Spitzenwert die.in der Meßzeit T auftretende Maximalamplitude entsprechend Gl. (3).

Wiederholungsmessungen (mehr als 10 unmittelbar aufeinanderfolgende Einzelmessungen) im Labor und an Maschinenausrüstungen mit diesem Gerät weisen aus, daß der Variationskoeffizient

v=—-100% (4)

1 N

mit σ= . Σ (χ;-χ)² (5)

1 ^N

und X=Y .E χ, (6)

X₁ diskreter Funktionswert zum Zeitpunkt t, bei einer Meßzeit von 0,5s für den

- Effektivwert bis 10% und für den

- Spitzenwert bis 70% betragen kann.

Zeitliche Trendverläufe des Effektiv- oder Spitzenwertes bzw. der daraus gebildeten Wälzlager-Diagnosekennzahl

X(O) * ^K(t>

^K(t>- x(t)**(t) ⁽⁷⁾

mit x(0) und x(0) Effektiv- und Spitzenwert im Ausgangszustand x(t) und x(t) Effektiv- und Spitzenwert im Augenblickszustand können deshalb großen Schwankungen unterliegen.

Diagnoseaussagen sind mit solchen Meßergebnissen nur eingeschränkt nutzbar und Restfunktionsdauerprognosen auf der Grundlage von Regressionsanalysen und Trendextrapolationen ausgeschlossen. Die praktische Anwendung dieser einfachen

und daher beliebten Diagnosealgorithmen ist damit stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Signalkenngrößen, die stochastische Störungen des Signals unterdrücken, mittels digitaler Meßtechnik zu gewinnen und dadurch zeitliche Trendverläufe der Signalkenngrößen und daraus gebildeter Kennzahlen auszugleichen, so daß die bekannten Nachteile der bisherigen Verfahrensweise beseitigt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Effektiv- und Spitzenwerte der Lager-Schwingbeschleunigung vorzugsweise jeweils innerhalb kurzer Meßzeiten (aber mindestens über eine Umdrehung des Wälzlagerkäfigs) mehrfach unmittelbar aufeinanderfolgend erfaßt, daraus ein arithmetisch gemittelter Effektivwert und ein arithmetisch gemittelter Spitzenwert gebildet und diese zur Wälzlager-Diagnosekennzahl K (t) weiterverarbeitet werden.

Damit sind die Einflüsse auf die Meßergebnisse eleminiert und Restfunktionsdauerprognosen auf der Grundlage von

Regressionsanalysen und Trendextrapolationen möglich.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert:

Die Effektiv- und Spitzenwerte der Lager-Schwingbeschleunigung werden mit dem Schwingungsdiagnoseverfahren nach DE-PS 3314005 nach Gl. (2) und (3) innerhalb der Meßzeit = 0,5s insgesamt 15mal unmittelbar aufeinanderfolgend erfaßt. Anschließend werden daraus die arithmetischen Mittelwerte gebildet:

15

Die Wälzlager-Diagnosekennzahl K (t) ergibt sich dann analog Gl. (7) zu -i^TTT «(0)»S(0)

wobei die individuellen Ausgangswerte x(0) und x(0) nach dem gleichen Prinzip zu bestimmen sind. Fig. 1 zeigt, welche Unterschiede durch Mehrfachmessung und arithmetische Mittelung der Effektiv- und Spitzenwerte gegenüber der bisherigen Verfahrensweise resultieren. Die zeitlichen Trendverläufe des Spitzenwertes und der Wälzlager-Diagnosekennzahl sind bei sonst gleichen Grundtendenzen wesentlich ausgeglichener.

Claims

Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Signalkenngrößen, insbesondere für die Wälzlagerdiagnose nach der K(t)-Methode, gekennzeichnet dadurch, daß die Effektiv- und Spitzenwerte der Lager-Schwingbeschleunigung vorzugsweise jeweils innerhalb kurzer Meßzeiten mehrfach unmittelbar aufeinanderfolgend erfaßt, daraus ein arithmetisch gemittelter Effektivwert und ein arithmetisch gemittelter Spitzenwert gebildet und diese zur Wälzlager-Diagnosekennzahl K( t) weiterverarbeitet werden.

Hierzu 1 Seite Zeichnung