DD293422A5 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE CAUSE OF CONTAMINATION IN SLIDING BEARINGS - Google Patents
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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}Method and arrangement for the cause detection of Abstreiferscheinungen in plain bearings are used in turbines, pumps, electric motors and internal combustion engines. The method is based on the task of determining the cause of Anstreiferscheinungen slide bearings in the sound emission as a diagnostic parameter and to form after diagnosis of the frequency analysis a diagnosis. The arrangement is based on the object to realize the method. Verfahrengemaesz the sound emission at the sliding bearing is detected by a sound emission sensor by known methods, converted into an electrical signal and fed to a filtering and Verstaerkung. From the filtered signal, a sound emission parameter is formed, which is fed to a frequency-selective monitoring unit, which is controlled by the rotational frequency of the shaft. The sound emission parameter used may be the RMS value, the envelope or the pulse density of the sound emission. From the comparison of the amplitudes, a characteristic number can be determined which can be assigned to different causes of friction within certain value ranges. It is also essential to the invention that the sound emission parameter operates with an integration time constant which should correspond to the duration of a maximum of one hundred and one shaft revolution. According to the invention, the object is achieved by providing at the output of the processing unit for forming the sound emission parameter a frequency-selective monitoring unit whose outputs are connected to an evaluation logic. Bearings; Anstreiferscheinungen; Bearings diagnosis; Reibungszustaende; Acoustic emission; Turbomachinery; Pump diagnosis}
Description
gebildet wird, die innerhalb bestimmter Wertebereiche den Reibungsursachen zugeordnet wird.is formed, which is assigned to the causes of friction within certain ranges of values.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeitkonstante gebildet wird, die der Dauer von maximal einer Vio-Wellenumdrehung entspricht.2. The method according to claim 1, characterized in that the acoustic emission parameter is formed with an integration time constant corresponding to the duration of a maximum of one Vio shaft revolution.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Schallemissionsparameter der Effektivwert, die Hüllkurve oder die Impulsdichte der Schallemission verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the effective value, the envelope or the pulse density of the acoustic emission is used as a sound emission parameter.
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.4. The method according to claim ^, characterized in that the diagnostic code dir cn the quotient of the amplitudes A of the rotational frequency and double-rotational frequency component of the acoustic emission parameter is formed.
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.5. The method according to claim 1, characterized in that the diagnosis code is formed from the RMS value or the signal power of the single, double and one and a half times the rotational frequency components of the acoustic emission parameter.
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.6. Arrangement for determining the cause of ghosting in sliding bearings, wherein a sleeve disposed on the acoustic emission sensor is connected to the input of a filter and amplifier whose output is connected to a processing unit for forming the Schallemissionsparameters, characterized in that at the output of the processing unit for forming the Schallemissionsparameters a frequency-selective monitoring unit is located, which is controlled by a speed sensor and whose outputs are connected to an evaluation logic.
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Verfahren und Anordnung zur Ursachenerkennung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern finden Anwendung bei Gleitlagerungen, insbesondere von Turbinen, Pumpen, Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen.Method and arrangement for the cause detection of scuffing in slide bearings are used in sliding bearings, especially of turbines, pumps, electric motors and internal combustion engines.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
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.Rotors of large turbomachinery and pumps are all guided by sliding bearings in the housing. Electric motors and internal combustion engines of high performance have plain bearings. For special sealing tasks between rotor and housing also sliding pairings, z. B. mechanical seals, used. These bearings have large loads and are operated at high speeds. That is why they decisively determine the reliability of the units. The monitoring of such bearings is therefore given the greatest attention.
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).However, operational practice shows that especially minor, starting changes in the storage due to wear (wear, fatigue), overuse (imbalance), irregularities in the lubrication (temperature, amount, pollution), thermal effects on the geometric position is in the Generally multi-supported rotors are still insufficiently diagnosed (Sturm, Uhlemann: Diagnosis of sliding pairings by acoustic emission analysis, Maschinenbautechnik, Berlin 34 [1985] 3, pp. 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 denFriction state changes of hydrodynamic liquid friction in mixed friction can be detected without delay with the aid of acoustic emission analysis. Known methods and arrangement for determining the state machine elements (DD-PS 248036) and detection method for particles in the lubrication gap of plain bearings (DD-PS 280263). These methods use the pulse density as a diagnostic parameter and require the setting of a discriminator level to separate interfering and useful signals. By analysis in the time, frequency and probability range, the frequency and amplitude of periodic changes in the pulse density as a measure of the
Schädigungszustand ermittelt werden. Das Ergebnis der Signalanalyse ist jedoch vom eingestellten DiskriminatorpegelDamage state can be determined. The result of the signal analysis, however, is the set discriminator level
abhängig, so daß quantitativ falsche Aussagen entstehen. Als weiterer Nachteil erweist sich der hohe apparative und zeitlichedependent, so that quantitatively wrong statements arise. Another disadvantage is the high equipment and time
Aufwand für Analyse und Bewertung.Expenditure for analysis and evaluation.
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.Hitachi's method uses the shape of the envelope of the acoustic emission signal over a sound emission event (EP 0209862) or the periodicity of the envelope (EP 0028081) for determining the causes of the noise emission, which can not be concluded from the causes of the friction.
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.A determination of the causes of scuffing in plain bearings, i. the determination of the direct contact between the shaft and bearing shell is not possible with the known methods and arrangements.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, die Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern verzögerungsfrei zu erkennen, um die betreffende Maschine rechtzeitig außer Betrieb zu nehmen.The aim of the invention is to detect the causes of ghosting in bearings without delay to take the machine in question out of service in a timely manner.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
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 bildenThe method is based on the task to determine the cause of Anstreiferscheinungen in plain bearings, the noise emission as a diagnostic parameter and to form a code after the frequency analysis
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 According to the invention, the sound emission on the slide bearing is detected by a sound emission sensor by means of known methods, converted into an electrical signal, fed to a filtering and amplification. From the filtered signal, a sound emission parameter is formed, which is fed to a frequency-selective monitoring unit, which is controlled by the rotational frequency of the shaft. As a sound emission parameter, the RMS value, the envelope or the pulse density of the acoustic emission can be used. From the comparison of the amplitude A, a diagnosis characteristic number can be determined, which can be assigned to different causes of friction within certain value ranges. The diagnostic index is calculated from the amplitudes A of the single, double and one and a half times the rotational frequency components of the sound emission parameter in the mold
mit fn Drehfrequenz der Rotorwellewith f n rotational frequency of the rotor shaft
ermittelt. Auf den eineinhalbfachen drehfrequenten Anteil des Schallemissionsparameters kann verzichtet werden, falls bekannt ist, daß Anstreiferscheinungen vorliegen.determined. On the one and a half times the rate of rotation of the acoustic emission parameter can be dispensed with, if it is known that grazing incidents exist.
Erfindungswßsentlich ist außerdem, daß der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeitkonstante arbeitet, die derIt is also pertinent to the invention that the acoustic emission parameter works with an integration time constant which is the
Dauer von maximal 7io Wellenumdrehung entsprechen sollte.Duration should correspond to a maximum of 7io shaft rotation.
Der Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, dae erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren.The arrangement is based on the object, dae inventive method to realize.
DieAufgabe ist nach der Anordnung dadurch gelöst, daß bei der am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung desThe task is solved according to the arrangement in that at the output of the processing unit to form the
Schallemissionsparameters eine frequenzselektive Überwachungseinheit liegt, deren Ausgänge mit einer BewertungslogikSchallemissionsparameters a frequency-selective monitoring unit is the outputs with an evaluation logic
verbunden sind.are connected.
Die praktische Realisierung kann sowohl mit analogen als auch mit digitalen Baugruppen erfolgen.The practical realization can be done with analog as well as with digital modules.
Erfindungsgemäß wird folgende technische Fortschrittlichkeit erreicht:According to the invention the following technical progressiveness is achieved:
1. Möglichkeit der verzögerungsfreien vollautomatischen Ermittlung der Ursachen für Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, z.B. Lagerverkantung, Schmierstoffmangel, Unwucht.1. Possibility of delay-free fully automatic determination of the causes of grazing in slide bearings, e.g. Bearing warping, lubricant shortage, imbalance.
2. Eineindeutige Zustandserkennung und Anzeige durch Anwendung einer einfach zu bildenden Diagnosekennzahl aus den Amplituden der Frequenzkomponenten des Schallemissionsparameters.2. One-to-one state recognition and display by applying an easy-to-form diagnosis code from the amplitudes of the frequency components of the acoustic emission parameter.
3. Geringer apparativer Aufwand der automatischen Überwachungsanlage bei einfacher Bedienungsführung.3. Low equipment cost of the automatic monitoring system with simple operation.
4. Universelle Anwendbarkeit an einer großen Anzahl gleitgelagerter Maschinen zur Fertigungskontrolle, Montagekontrolle und Betriebsüberwachung.4. Universal applicability to a large number of slide-mounted machines for production control, assembly control and operation monitoring.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert: In den Zeichnungen zeigenThe invention is explained below with reference to two embodiments: In the drawings show
Fig. 1: Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei SchmiermittelmangelFig. 1: frequency spectrum of the short-term effective value of the noise emission in the absence of lubricant
Fig.2: Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei RotorunwuchtFig.2: Frequency spectrum of the short-term effective value of the sound emission at Rotorunwucht
Fig.3: Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei LagerverkantungFIG. 3: Frequency spectrum of the short-term effective value of the sound emission during bearing warping
Fig. 4: Ausführungsbeispiel der Anordnung.Fig. 4: embodiment of the arrangement.
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.The high-frequency sound emission generated in a sliding bearing when the rotor shaft is rubbed against the bearing shell is picked up by a noise emission sensor mounted on the bearing housing and converted into an electrical signal, separated from low-frequency interference components in a high-pass filter, amplified in an amplifier and subsequently amplified in a short-term rms measuring instrument Short-term effective value of the sound emission processed.
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).The time course of the short-term effective value of the acoustic emission has in the case of lubricant deficiency or rotor imbalance in the case of a rubbing of the rotor shaft on the bearing shell overshoots at intervals of one shaft revolution. In the frequency spectrum, the rotational frequency dominates with its harmonics (FIGS. 1 and 2). In the case of bearing warping, two increases in the friction intensity occur within one shaft revolution in the event of the rotor shaft rubbing against the bearing shell due to residual imbalance. In the frequency spectrum, therefore, the double rotational frequency dominates (FIG. 3).
Zwei frequenzselektive Überwachungseinheiten erfassen die Amplituden der drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Komponenten, die in einer Bewertungslogik zur DiagnosekennzahlTwo frequency-selective monitoring units detect the amplitudes of the rotational frequency and double-rotational frequency components, which are evaluated in the diagnostic code evaluation logic
mit fn Drehfrequenz der Wellewith f n rotation frequency of the shaft
verknüpft werden. Innerhalb bestimmter Wertebereiche läßt sich eine eineindeutige Zuordnung zu Reibungsursachen treffen:be linked. Within certain ranges of values, an unambiguous assignment to causes of friction can be made:
<DB1 Lagerverkantung<D B1 bearing warping
DB'2."DB'3 SchmierstoffmangelD B ' 2. "D B ' 3 Lack of lubricant
> Ds.4 Rotorunwucht> D s . 4 rotor imbalance
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.The recorded in the acoustic emission sensor 1 sound emission signal of the sliding bearing is in a bandpass filter 2 (lower limit frequency 10OkHz, 200 kHz upper limit frequency) filtered and amplified in the amplifier 3 by 40 dB. In the RMS 4, the RMS value is determined for the amplifier output with an integral time constant corresponding to the duration of Vio shaft revolution. From the Effektiw / ertverlauf the amplitudes of three frequency components are determined in the bandpass filter 5. The adjustment of the center frequencies takes place via a control unit 8, at whose input a speed pulse sequence (one pulse per revolution) is present. In the evaluation logic 6, the diagnosis code is formed and, as a result of its classification into defined value ranges, the occurrence of the causes of seizure is signaled.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |