DD293422A5 - Verfahren und anordnung zur ursachenerkennung von anstreiferscheinungen in gleitlagern - Google Patents

Verfahren und anordnung zur ursachenerkennung von anstreiferscheinungen in gleitlagern Download PDF

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Abstract

Verfahren und Anordnung zur Ursachenerkennung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern finden Anwendung bei Turbinen, Pumpen, Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen. Dem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern die Schallemission als Diagnoseparameter zu ermitteln und nach erfolgter Frequenzanalyse eine Diagnosekennzahl zu bilden. Der Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zu realisieren. Verfahrensgemaesz wird die Schallemission am Gleitlager von einem Schallemissionssensor mittels bekannter Verfahren erfaszt, in ein elektrisches Signal gewandelt und einer Filterung und Verstaerkung zugefuehrt. Aus dem gefilterten Signal wird ein Schallemissionsparameter gebildet, der einer frequenzselektiven UEberwachungseinheit zugeleitet wird, die von der Drehfrequenz der Welle gesteuert wird. Als Schallemissionsparameter kann der Effektivwert, die Huellkurve oder die Impulsdichte der Schallemission verwendet werden. Aus dem Vergleich der Amplituden kann eine Kennzahl bestimmt werden, die innerhalb bestimmter Wertebereiche unterschiedlichen Reibungsursachen zuzuordnen sind. Erfindungswesentlich ist auszerdem, dasz der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeitkonstante arbeitet, die der Dauer von maximal einer 110 Wellenumdrehung entsprechen sollte. Anordnungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzselektive UEberwachungseinheit liegt, deren Ausgaenge mit einer Bewertungslogik verbunden sind.{Nachweisverfahren; Gleitlager; Anstreiferscheinungen; Gleitlagerdiagnose; Reibungszustaende; Schallemission; Turbomaschinen; Pumpendiagnose}

Description

gebildet wird, die innerhalb bestimmter Wertebereiche den Reibungsursachen zugeordnet wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeitkonstante gebildet wird, die der Dauer von maximal einer Vio-Wellenumdrehung entspricht.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Schallemissionsparameter der Effektivwert, die Hüllkurve oder die Impulsdichte der Schallemission verwendet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch ^gekennzeichnet dadurch, daß die Diagnosekennzahl dir cn den Quotienten aus den Amplituden A des drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Anteils des Schallemissionsparameters gebildet wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Diagnosekennzahl aus dem Effektivwert oder der Signalleistung der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters gebildet wird.
6. Anordnung zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, wobei ein am Gleitlager angeordneter Schallemissionssensor mit dem Eingang eines Filters und Verstärkers verbunden ist, dessen Ausgang an einer Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters angeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzselektive Überwachungseinheit liegt, die von einem Drehzahlgeber gesteuert wird und deren Ausgänge mit einer Bewertungslogik verbunden sind.
Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Verfahren und Anordnung zur Ursachenerkennung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern finden Anwendung bei Gleitlagerungen, insbesondere von Turbinen, Pumpen, Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Rotoren großer Turbomaschinen und Pumpen werden ausnahmslos durch Gleitlager im Gehäuse geführt. Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen großer Leistung besitzen Gleitlager. Für spezielle Abdichtungsaufgaben zwischen Rotor und Gehäuse werden ebenfalls Gleitpaarungen, z. B. Gleitringdichtungen, eingesetzt. Diese Lagerungen haben große Belastungen aufzunehmen und werden bei hohen Drehzahlen betrieben. Sie bestimmen deshalb maßgeblich die Zuverlässigkeit der Aggregate. Der Überwachung solcher Gleitlager wird deshalb größte Aufmerksamkeit geschenkt.
Die betriebliche Praxis zeigt aber, daß vor allem geringfügige, beginnende Veränderungen in der Lagerung infolge Abnutzung (Verschleiß, Ermüdung), Überbeanspruchung (Unwucht), Unregelmäßigkeiten in der Schmierung (Temperatur, Menge, Verschmutzung), thermische Einwirkungen auf die geometrische Lage dar in der Regel mehrfach abgestützten Rotoren noch immer unzureichend diagnostiziert werden (Sturm, Uhlemann: Diagnostik an Gleitpaarungen durch Schallemissionsanalyse. Maschinenbautechnik, Berlin 34 [1985] 3, S. 129-132).
Reibungszustandsänderungen von hydrodynamischer Flüssigkeitsreibung in Mischreibung können mit Hilfe der Schallemissionsanalyse verzögerungsfrei erfaßt werden. Bekannt sind Verfahren und Anordnung zur Maschinenelementezustandsbestimmung (DD-PS 248036) sowie Nachweisverfahren für Partikel im Schmierspalt von Gleitlagern (DD-PS 280263). Diese Verfahren verwenden die Impulsdichte als Diagnoseparameter und erfordern die Einstellung eines Diskriminatorpegels zur Trennung von Stör- und Nutzsignalen. Durch Analyse im Zeit-, Frequenz- und Wahrscheinlichkeitsbereich sollen Frequenz und Amplitude periodischer Veränderungen der Impulsdichte als Maß für den
Schädigungszustand ermittelt werden. Das Ergebnis der Signalanalyse ist jedoch vom eingestellten Diskriminatorpegel
abhängig, so daß quantitativ falsche Aussagen entstehen. Als weiterer Nachteil erweist sich der hohe apparative und zeitliche
Aufwand für Analyse und Bewertung.
Verfahren der Fa. Hitachi verwenden die Form der Einhüllenden des Schallemissionssignals über einem Schallemissionsereignis (EP 0209862) bzw. die Periodizität der Einhüllenden (EP 0028081) zur Bestimmung der Schallemissionsursachen, wobei auf die Reibungsursachen nicht, geschlußfolgert werden kann.
Eine Bestimmung der Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, d.h. der Ermittlung des direkten Kontaktes zwischen Welle und Lagerschale, ist mit den bekannten Verfahren und Anordnungen nicht möglich.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern verzögerungsfrei zu erkennen, um die betreffende Maschine rechtzeitig außer Betrieb zu nehmen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Dem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern die Schallemission als Diagnoseparameter zu ermitteln und nach erfolgter Frequenzanalyse eine Kennzahl zu bilden
Erfindungsgemäß wird die Schallemission am Gleitlager von einem Schallemissionssensor mittels bekannter Verfahren erfaßt, in ein elektrisches Signal gewandelt, einer Filterung und Verstärkung zugeführt. Aus dem gefilterten Signal wird ein Schallemissionsparameter gebildet, der einer frequenzselektiven Überwachungseinheit zugeleitet wird, die von der Drehfrequenz der Welle gesteuert wird. Als Schallemissionsparameter kann der Effektivwert, die Hüllkurve oder die Impulsdichte der Schallemission verwendet werden. Aus dem Vergleich der Amplitudon A kann eine Diagnosekennzahl bestimmt werden, die innerhalb bestimmter Wertebereiche unterschiedlichen Reibungsursachen zuzuordnen ist. Die Diagnosekennzahl wird aus den Amplituden A der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters in der Form
mit fn Drehfrequenz der Rotorwelle
ermittelt. Auf den eineinhalbfachen drehfrequenten Anteil des Schallemissionsparameters kann verzichtet werden, falls bekannt ist, daß Anstreiferscheinungen vorliegen.
Erfindungswßsentlich ist außerdem, daß der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeitkonstante arbeitet, die der
Dauer von maximal 7io Wellenumdrehung entsprechen sollte.
Der Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, dae erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren.
DieAufgabe ist nach der Anordnung dadurch gelöst, daß bei der am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des
Schallemissionsparameters eine frequenzselektive Überwachungseinheit liegt, deren Ausgänge mit einer Bewertungslogik
verbunden sind.
Die praktische Realisierung kann sowohl mit analogen als auch mit digitalen Baugruppen erfolgen.
Erfindungsgemäß wird folgende technische Fortschrittlichkeit erreicht:
1. Möglichkeit der verzögerungsfreien vollautomatischen Ermittlung der Ursachen für Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, z.B. Lagerverkantung, Schmierstoffmangel, Unwucht.
2. Eineindeutige Zustandserkennung und Anzeige durch Anwendung einer einfach zu bildenden Diagnosekennzahl aus den Amplituden der Frequenzkomponenten des Schallemissionsparameters.
3. Geringer apparativer Aufwand der automatischen Überwachungsanlage bei einfacher Bedienungsführung.
4. Universelle Anwendbarkeit an einer großen Anzahl gleitgelagerter Maschinen zur Fertigungskontrolle, Montagekontrolle und Betriebsüberwachung.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert: In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1: Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Schmiermittelmangel
Fig.2: Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Rotorunwucht
Fig.3: Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Lagerverkantung
Fig. 4: Ausführungsbeispiel der Anordnung.
Beispiel 1
Die in einem Gleitlager bei Anstreiferscheinungen der Rotorwelle an der Lagerschale entstehende hochfrequente Schallemission wird von einem Schallemissionssensor, der am Lagergehäuse befestigt ist, aufgenommen und in ein elektrisches Signal gewandelt, in einem Hochpaßfilter von niederfrequenten Störanteilen getrennt, in einem Verstärker verstärkt und anschließend in einem Kurzzeiteffektivwertmesserzum Kurzzeiteffektivwert der Schallemission verarbeitet.
Der Zeitverlauf des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission weist bei Schmierstoffmangel oder Rotorunwucht im Falle eines Anstreifens der Rotorwelle an der Lagerschale Überhöhungen In Abständen von einer Wellenumdrehung auf. Im Frequenzspektrum dominiert die Drehfrequenz mit ihren Harmonischen (Fig. 1 und 2). Bei Lagerverkantung entstehen innerhalb einer Wellenumdrehung im Falle eines Anstreifens der Rotorwelle an der Lagerschale infolge Restunwucht zwei Erhöhungen der Reibungsintensität. Im Frequenzspektrum dominiert deshalb die doppelte Drehfrequenz (Fig. 3).
Zwei frequenzselektive Überwachungseinheiten erfassen die Amplituden der drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Komponenten, die in einer Bewertungslogik zur Diagnosekennzahl
mit fn Drehfrequenz der Welle
verknüpft werden. Innerhalb bestimmter Wertebereiche läßt sich eine eineindeutige Zuordnung zu Reibungsursachen treffen:
Diagnosekennzahl Dr- Reibungsursache
<DB1 Lagerverkantung
DB'2."DB'3 Schmierstoffmangel
> Ds.4 Rotorunwucht
Beispiel 2
Das im Schallemissionssensor 1 aufgenommene Schallemissionssignal des Gleitlagers wird in einem Bandpaßfilter 2 (untere Grenzfrequenz 10OkHz, obere Grenzfrequonz 200 kHz) gefiltert und im Verstärker 3 um 40 dB verstärkt. Im Effektivwertmesser 4 wird für das Verstärkerausgangssignal der Effektivwert mit einer Integrationszeitkonstante, die der Dauer von Vio-Wellenumdrehung entspricht, bestimmt. Aus dem Effektiw/ertverlauf werden im Bandpaßfilter 5 die Amplituden von drei Frequenzanteilen bestimmt. Die Einstellung der Mittenfrequ?rizen erfolgt über eine Steuereinheit 8, an deren Eingang eine Drehzahlimpulsfolge (ein Impuls pro Umdrehung) anliegt. In der Bewertungslogik 6 wird die Diagnosekennzahl gebildet und infolge ihrer Einordnung in festgelegte Wertebereiche die auftretenen Anstreifursachen signalisiert.

Claims (1)

1. Verfahren zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, bei dem die Schallemission am Gleitlager erfaßt, in ein elektrisches Signal gewandelt, einer Filterung und Verstärkung zugeführt und anschließend zu einem Schallemissionsparameter verarbeitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter einer frequenzselektiven Uberwachungseinheit zugeführt wird, die von der Drehfrequenz der Welle gesteuert wird, und in der eine Diagnosekennzahl in Form eines Differenzenquotienten aus den Amplituden A der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenien Anteile des Schallemissionsparameters in der Form
D = Af - Af
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