DE102019133002B4 - Grafische differenzierung von spektralfrequenzfamilien - Google Patents

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Abstract

Computerimplementiertes Verfahren zum Verarbeiten von Maschinenschwingungsdaten zur Unterstützung beim Visualisieren von Schwingungsspektralenergiespitzen, umfassend:(a) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung, wobei die Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten zu einer ersten Messzeit, die innerhalb eines längeren Zeitraums auftrat, gemessen wurden;(b) Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, um ein Spektrum zu erzeugen;(c) Lokalisieren von Spektralspitzen in dem Spektrum;(d) Identifizieren von Fehlerfrequenzspitzen in den Spektralspitzen;(e) Empfangen von Eingabe von einer Schnittstellenvorrichtung, die von einem Benutzer betrieben wird, um eine oder mehrere Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die angezeigt werden sollen, auszuwählen; und(f) Anzeigen der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer grafischen Spektraldarstellung auf einer grafischen Anzeigevorrichtung, wobei jede der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt ist, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.

Description

  • GEBIET
  • Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Maschinenschwingungsanalyse. Insbesondere betrifft diese Erfindung Techniken zum Differenzieren zwischen Familien von Spektralfrequenzen in einer grafischen Anzeige von Spektralschwingungsenergie.
  • HINTERGRUND
  • Die Entwicklung der Fähigkeit, Maschinenzustandsspektraldaten genau zu analysieren, erfordert typischerweise viele Jahre Erfahrung, da es zahlreiche Spektralspitzen in einer grafischen Anzeige solcher Daten zu identifizieren gibt. Diese Spektralspitzen werden typischerweise innerhalb harmonischer Familien gefunden. Die Grundfrequenzen dieser harmonischen Familien sind mit der Drehung von Maschinenwellen, Lagern, Statoren, Rotoren, Zahnrädern, Pumpenflügeln und Lüfterschaufeln, um nur einige zu nennen, assoziiert. Diese mechanisch verwandten harmonischen Familien werden üblicherweise als Fehlerfrequenzen (FF) bezeichnet, da die Anwesenheit von hoher oder zunehmender Energie bei diesen Frequenzen typischerweise ein Anzeichen eines Problems ist, das sich im Innern der Maschine entwickelt. Diese Fehlerfrequenzen umfassen nicht nur mehrere Harmonische, sondern können auch Seitenbandfrequenzen (bezeichnet als Seitenbandfamilien) enthalten. Viele andere Spektralspitzen und harmonische Familien sind oft in Spektralzustandsdaten vorhanden, die nicht mit Maschinenfehlerfrequenzen im Zusammenhang stehen. Diese zusätzlichen Spitzen machen die Identifizierung von Fehlerfrequenzen schwieriger. Obwohl Algorithmen zum individuellen Identifizieren der Familien von FF-Spitzen existieren, sind die individuellen Familien oft schwer voneinander auf einer typischen grafischen Spektraldarstellung zu unterscheiden.
  • Zusätzlich zum Unterscheiden der mehreren Fehlerfrequenzen eines Spektrums ist es auch wünschenswert, Bereiche des Spektrums, die mit Spektralbandparametern assoziiert sind, hervorzuheben. Spektralbandparameter beinhalten typischerweise größere Energieregionen und sind eine alternative Möglichkeit, um einen Trend wichtiger Informationen für die Analyse darzustellen.
  • Deshalb wird ein System benötigt, das einem Maschinenzustandsanalysten ermöglicht, jede Familie von Fehlerfrequenzspitzen und/oder Spitzen, die mit Spektralbandparametern assoziiert sind, klar voneinander in einer grafischen Spektraldarstellung zu unterscheiden. US 2018 / 0 011 065 A1 offenbart ein Verfahren zur Vorhersage von Maschinenfehlern, die auf einer Analyse periodischer Informationen in einem Signal basiert. Die Analyse umfasst das Berechnen eines statistischen Maßes, das von einer Autokorrelationswellenform und Eigenschaften einer dazugehörenden Vibrationswellenform abgeleitet ist.
  • US 5 875 420 A offenbart die Auswertung einer Betriebsbedingung einer Maschine, wenn das Vibrationsspektrum der Maschine von einem akzeptablen Zustand abweicht, der durch eine Alarmschwelle definiert ist.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Zum Erfüllen der obigen und anderer Bedürfnisse implementieren hier beschriebene Ausführungsformen Verfahren zum grafischen Darstellen von Energiespitzen in einer grafischen Spektraldatendarstellung, wie z. B. unter Verwendung von Farbcodierung, verschiedenen Linienstilen und/oder Filterung, um Spektralspitzen, die mit verschiedenen Fehlerfrequenzfamilien und harmonischen Familien assoziiert sind, voneinander zu unterscheiden. Unter Verwendung dieser Ansätze kann ein Maschinenzustandsanalyst leicht jede Familie von Spitzen individuell ohne alle anderen Spektralspitzen oder in Kombinationen von Familien, die für den untersuchten Maschinenfehler relevant sind, erkennen.
  • Hier beschriebene Ausführungsformen sind insbesondere anwendbar, wenn der Analyst eine computerbasierte Zustandsanalyse-Softwareanwendung verwendet, die dem Analysten nicht nur auf aktuelle Spektraldaten, sondern auch auf eine Historie von zugehörigen skalaren Parametern, die in Verbindung mit den aktuellen Spektraldaten grafisch dargestellt werden können, Zugriff gewähren. Dies ermöglicht, dass grafische Spektralschwingungsdarstellungen mit einer grafischen Trenddarstellung synchronisiert werden können.
  • Hier beschriebene Ausführungsformen sind auf ein computerimplementiertes Verfahren zum Verarbeiten von Maschinenzustandsdaten zur Unterstützung beim Visualisieren von Schwingungsspektralenergiespitzen gerichtet. Eine Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet die folgenden Schritte:
    1. (a) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung, wobei die Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten zu einer ersten Messzeit, die innerhalb eines längeren Zeitraums auftrat, gemessen wurden;
    2. (b) Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, um ein Spektrum zu erzeugen;
    3. (c) Lokalisieren von Spektralspitzen in dem Spektrum;
    4. (d) Identifizieren von einer oder mehreren harmonischen Familien von Spitzen innerhalb der Spektralspitzen;
    5. (e) Identifizieren von Fehlerfrequenzspitzen innerhalb der einen oder mehreren harmonischen Familien von Spitzen;
    6. (f) Empfangen von Eingabe von einer Schnittstellenvorrichtung, die von einem Benutzer betrieben wird, um eine oder mehrere Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen oder eine oder mehrere harmonische Familien von Spitzen, die angezeigt werden sollen, auszuwählen; und
    7. (g) Anzeigen der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen oder der einen oder mehreren harmonischen Familien von Spitzen in einer grafischen Spektraldarstellung auf einer grafischen Anzeigevorrichtung, wobei jede der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen oder der einen oder mehreren harmonischen Familien von Spitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt ist, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  • In manchen Ausführungsformen umfassen Maschinenzustandsdaten eines oder mehreres von Schwingungsdaten, aktuellen Daten und Flussdaten.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Folgendes:
    • (h) Identifizieren von Laufgeschwindigkeitsspitzen in den Spektralspitzen;
    • (i) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um eine Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen, die angezeigt werden sollen, auszuwählen; und
    • (j) Anzeigen der Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen in der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung in einer Farbe oder einem Linienstil, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  • In manchen Ausführungsformen sind die eine oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die eine oder mehreren harmonischen Familien von Spitzen und die Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen ausgewählt, um individuell oder in einer Kombination angezeigt zu werden.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Anzeigen des Spektrums mit der einen oder den mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen oder der einen oder den mehreren harmonischen Familien von Spitzen in der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Folgendes:
    • (g) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um einen Maschinentyp auszuwählen; und
    • (h) Anzeigen einer oder mehrerer Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen oder der einen oder mehreren harmonischen Familien von Spitzen, die mit dem ausgewählten Maschinentyp assoziiert sind, in der grafischen Spektraldarstellung.
  • In manchen Ausführungsformen ist der Maschinentyp aus der Gruppe bestehend aus Lager, Motor, Pumpe und Getriebe ausgewählt.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Folgendes:
    • (g) Bestimmen von Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die in Schritt (e) ausgewählt sind, assoziiert ist, über den längeren Zeitraum; und
    • (h) Anzeigen der Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von ausgewählten Fehlerfrequenzspitzen assoziiert ist, in einer grafischen Trenddarstellung, die gleichzeitig mit der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung angezeigt wird, wobei die grafische Trenddarstellung den längeren Zeitraum abdeckt.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Folgendes:
    • (i) Anzeigen eines zeitbasierten Cursors an einer ersten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die der ersten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht;
    • (j) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um den zeitbasierten Cursor zu einer zweiten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die einer zweiten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht, zu bewegen;
    • (k) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus dem Speicher oder der Speichervorrichtung, die zur zweiten Messzeit gemessen wurden; und
    • (l) Wiederholen eines oder mehrerer von Schritten (b) bis (f), um die grafische Spektraldarstellung unter Verwendung der Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, die zur zweiten Messzeit gemessen wurden, zu aktualisieren.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Anzeigen von zusätzlichen Spektralspitzen, die nicht mit Fehlerfrequenzspitzen oder Laufgeschwindigkeitsspitzen im Zusammenhang stehen, in der grafischen Spektraldarstellung, wobei die zusätzlichen Spektralspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt sind, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  • Eine andere Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet die folgenden Schritte:
    1. (a) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung;
    2. (b) Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, um ein Spektrum zu erzeugen;
    3. (c) Lokalisieren von Spektralspitzen in dem Spektrum;
    4. (d) Identifizieren von Fehlerfrequenzspitzen in den Spektralspitzen;
    5. (e) Empfangen von Eingabe von einer Schnittstellenvorrichtung, die von einem Benutzer betrieben wird, um einen Maschinentyp auszuwählen;
    6. (f) Identifizieren einer oder mehrerer Gruppen der Fehlerfrequenzspitzen, die mit dem ausgewählten Maschinentyp assoziiert sind; und
    7. (g) Anzeigen der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die als mit dem ausgewählten Maschinentyp assoziiert identifiziert sind, in einer grafischen Spektraldarstellung auf einer grafischen Anzeigevorrichtung.
  • In manchen Ausführungsformen ist jede der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  • Eine andere Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet die folgenden Schritte:
    1. (a) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung, wobei die Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten zu einer ersten Messzeit, die innerhalb eines längeren Zeitraums auftrat, gemessen wurden;
    2. (b) Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, um ein Spektrum zu erzeugen;
    3. (c) Lokalisieren von Spektralspitzen in dem Spektrum;
    4. (d) Identifizieren von Fehlerfrequenzspitzen in den Spektralspitzen;
    5. (e) Empfangen von Eingabe von einer Schnittstellenvorrichtung, die von einem Benutzer betrieben wird, um eine oder mehrere Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die angezeigt werden sollen, auszuwählen;
    6. (f) Anzeigen der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer grafischen Spektraldarstellung auf einer grafischen Anzeigevorrichtung;
    7. (g) Bestimmen von Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die in Schritt (e) ausgewählt sind, assoziiert ist, über den längeren Zeitraum; und
    8. (h) Anzeigen der Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen assoziiert ist, in einer grafischen Trenddarstellung, die gleichzeitig mit der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung angezeigt wird, wobei die grafische Trenddarstellung den längeren Zeitraum abdeckt.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Folgendes:
    • (i) Anzeigen eines zeitbasierten Cursors an einer ersten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die der ersten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht;
    • (j) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um den zeitbasierten Cursor zu einer zweiten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die einer zweiten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht, zu bewegen;
    • (k) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus dem Speicher oder der Speichervorrichtung, die zur zweiten Messzeit gemessen wurden; und
    • (l) Wiederholen eines oder mehrerer von Schritten (b) bis (f), um die grafische Spektraldarstellung unter Verwendung der Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, die zur zweiten Messzeit gemessen wurden, zu aktualisieren.
  • In manchen Ausführungsformen ist jede der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  • Figurenliste
  • Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Figuren deutlich, wobei Elemente nicht maßstabsgetreu sind, um die Einzelheiten deutlicher zu zeigen, wobei gleiche Referenznummern gleiche Elemente in den mehreren Ansichten angeben und wobei:
    • 1 ein Schwingungsdatensammlungs- und -Schwingungsdatenanalysesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
    • 2 ein Verfahren zum Verarbeiten und Anzeigen von Schwingungsdaten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
    • 3 eine grafische Darstellung eines Maschinenschwingungsspektrums, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt ist, darstellt;
    • 4 eine grafische Spektraldarstellung von individuellen Schwingungsspitzen, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt ist, darstellt; und
    • 5, 6 und 7 grafische Spektral- und Trenddarstellungen von Maschinenschwingungsdaten, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt sind, darstellen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Definitionen:
    1. a. Harmonische Familie von Spitzen - eine Gruppe von harmonischen Spitzen innerhalb eines Spektrums, wobei jede Spitze durch eine Frequenz und Amplitude definiert ist, mindestens eine Spitze umfasst, sodass die erste harmonische Spitze als die Grundspitze bezeichnet wird und ganzzahlige Vielfache der Grundspitzenfrequenz als Harmonische der Grundspitze bezeichnet werden.
    2. b. Seitenbandfamilie von Spitzen - eine Gruppe von Spitzen innerhalb eines Spektrums, wo Frequenzen dieser Spitzen eine Trägerfrequenz und gleichmäßig beabstandete Differenzfrequenzen auf beiden Seiten der Trägerfrequenz beinhalten.
    3. c. Fehlerfrequenzfamilie von Spitzen - Eine oder mehrere Spektralspitze(n), deren assoziierte Frequenzen mechanisch verwandten Fehlern entsprechen. Fehlerfrequenzfamilie von Spitzen ist eine harmonische Familie von Spitzen, in der die Grundfrequenz mit mechanischen Eigenschaften, wie z. B. Drehung von Maschinenwellen, Lagerfrequenzen, Getriebeparametern, Pumpenflügeln und Lüfterschaufeln, assoziiert ist. Jede harmonische Familienspitze, die eine Fehlerfrequenzfamilie von Spitzen definiert, kann auch eine Trägerfrequenz für eine Seitenbandfamilie von Spitzen sein.
    4. d. Laufgeschwindigkeitsspitzen - Eine spezielle Untermenge einer harmonischen Familie von Spitzen, in der die Grundspitze den gleichen Frequenzwert wie die Laufgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) der analysierten Welle hat.
    5. e. Spektralbandparameter (Analyseparameter) - Einzelner skalarer Wert, der als die „Energie“ des durch das Spektralband definierten Frequenzbereichs berechnet wird. Das Spektralband wird im Allgemeinen über einen Bereich von Frequenzen berechnet (zum Beispiel von 3x bis 8x der Drehzahl (RPM) oder 90 Hz bis 240 Hz). Änderungen im Trend des Spektralbandparameters können potenzielle Fehler, die mit dem Parameterwert assoziiert sind, angeben.
    6. f. Fehlerfrequenzfamilienparameter - Einzelner skalarer Wert, der durch Berechnen der „Gesamtenergie“ berechnet wird, die aus allen Spitzen produziert wird, die innerhalb einer Fehlerfrequenzfamilie von Spitzen gefunden werden.
    7. g. Familie - ein allgemeiner Begriff, der die Frequenzen, die mit einer Gruppe von Spektralspitzen assoziiert sind, betrifft.
    8. h. Familie von Spitzen - ein allgemeiner Begriff, der die Frequenz und Amplitude, die mit einer Gruppe von Spektralspitzen assoziiert sind, betrifft.
    9. i. Parameter - ein einzelner skalarer Wert, der für den Status oder Zustand von analysierter Ausrüstung repräsentativ ist.
  • Wie in 1 dargestellt, beinhaltet ein Maschinenzustandsmess- und Maschinenzustandsanalysesystem 10 Sensoren, wie z. B. Schwingungssensoren 16, die an einer Maschine 12 befestigt sind. In anderen Ausführungsformen können andere Maschinenzustände als Schwingung erfasst werden, wie z. B. aktueller oder Fluss. 2 stellt einen Prozess 100, der unter Verwendung des Systems 10 von 1 durchgeführt wird, zum Sammeln und Analysieren von Schwingungsdaten und Anzeigen der Daten in einer grafischen Spektralschwingungsdarstellung auf eine Weise dar, die einem Maschinenschwingungsanalysten ermöglicht, jede Familie von Fehlerfrequenzspitzen klar voneinander zu differenzieren. Die Maschine 12 beinhaltet mindestens eine rotierende Komponente 14, wie z. B. eine Welle, die durch Lager B1, B2 und B3 gestützt wird. In einer Ausführungsform sind die Schwingungssensoren 16 in vertikalen, horizontalen und axialen Positionen an jedem Lagerort auf der Maschine 12 platziert. Die Schwingungssensoren 16 erzeugen für die Schwingung der Maschine 12 repräsentative Schwingungssignale, die Schwingungskomponenten, die mit den Lagern B1, B2 und B3 assoziiert sind, beinhalten. Die Schwingungssignale werden durch einen oder mehrere Schwingungsdatensammler, wie z. B. einen tragbaren Schwingungsanalysator 18 oder ein kontinuierliches Online-Schwingungsüberwachungssystem 20, empfangen, konditioniert und in digitale und skalare Zeitwellenformdaten umgewandelt (Schritt 102 in 2). Die Schwingungsdatensammler 18 und 20 beinhalten Signalkonditionierungsschaltung und Analog-Digital-Umwandlungsschaltung zum Konditionieren der Schwingungssignale von den Sensoren 16 und zum Erzeugen der digitalen Zeitwellenformschwingungsdaten auf Grundlage davon.
  • Die Schwingungszeitwellenformdaten werden bevorzugt auf eine Schwingungsdatenbank 22 zur Langzeitspeicherung heruntergeladen. Die Daten in der Datenbank 22 sind zur Analyse durch Softwareroutinen, die auf einem Schwingungsanalysecomputer 24 ausgeführt werden, verfügbar (Schritt 104). Alternativ sind die Schwingungszeitwellenformdaten in Datenspeichervorrichtungen in dem tragbaren Schwingungsanalysator 18 oder dem kontinuierlichen Online-Schwingungsüberwachungssystem 20 gespeichert. In bevorzugten Ausführungsformen beinhaltet das System 10 eine Benutzerschnittstelle 28, wie z. B. einen Touchscreen, die einem Benutzer ermöglicht, Messergebnisse zu betrachten, bestimmte Messparameter auszuwählen und andere Eingaben wie hier beschrieben bereitzustellen.
  • In verschiedenen Ausführungsformen ermöglicht ein Prozessor in dem tragbaren Schwingungsanalysator 18 oder in dem kontinuierlichen Online-Schwingungsüberwachungssystem 20 oder in dem Schwingungsanalysecomputer 24 die Durchführung von Schritten 106 bis 122 in dem Verfahren von 2. In Schritt 106 wird eine schnelle Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) an einer ausgewählten Schwingungszeitwellenform durchgeführt, um ein Schwingungsspektrum zu erzeugen (Schritt 106). 3 stellt ein Beispiel einer grafischen Darstellung eines Schwingungsspektrums 36 dar. Amplitudenspitzen in dem Schwingungsspektrum werden unter Verwendung eines Spitzenlagealgorithmus (peak location algorithm) identifiziert, wie z. B. beschrieben in US-Patentveröffentlichung Nummer US2018 0 011 065 A1 (Schritt 108).
  • Da die genaue Berechnung von den meisten Schwingungsmessparametern von einer genauen Drehgeschwindigkeit abhängig ist, wird die Drehgeschwindigkeit der Maschine 12 zuerst überprüft und gegebenenfalls eingestellt (Schritt 110), bevor verschiedene Schwingungsmessparameter berechnet werden (Schritt 112). Ein Drehgeschwindigkeitsalgorithmus kann verwendet werden, um die Rotationsgeschwindigkeit der Maschine 12 genau zu bestimmen, wie z. B. beschrieben in US 2019/0310280 A1 . Beispiele von Schwingungsmessparametern, die berechnet werden können, beinhalten Spektralbänder für Vielfache von Drehgeschwindigkeit, Schlitz-Passfrequenzen (Slot Pass Frequency) und synchrone und nicht-synchrone Spektralbänder.
  • In Abhängigkeit des Typs von Maschine 12, der analysiert wird, werden die geeigneten Fehlerfrequenz-(FF)-Spitzen aus den zuvor bestimmten Spektralspitzen identifiziert (d. h. Lager-FF-Spitzen für Wälzlager, Motor-FF-Spitzen für einen Elektromotor usw.) (Schritt 114). Zum Beispiel können die Fehlerfrequenzen für Wälzlager die Überrollfrequenz des Innenrings (Ball Pass Frequency of the Inner race, BPFI), Überrollfrequenz des Außenrings (Ball Pass Frequency of the Outer race, BPFO), Wälzkörperspinfrequenz (Ball Spin Frequency, BSF) und Käfigrotationsfrequenz (Fundamental Train Frequency, FTF) beinhalten. Ein Beispiel einer grafischen Spektraldarstellung 30, die BPFI-, BPFO- und BSF-Spitzen beinhaltet, die in verschiedenen Linienstilen angezeigt sind, ist in 4 gezeigt. In alternativen Ausführungsformen sind BPFI-, BPFO- und BSF-Spitzen in verschiedenen Farben angezeigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, die in 5-7 dargestellt ist, wird der gewünschte Inhalt der grafischen Spektraldarstellung 30, der angezeigt werden soll, unter Verwendung eines Satzes von Kontrollkästchen 26, die an der Benutzerschnittstelle 28 bereitgestellt sind, ausgewählt und gefiltert (Schritt 116). Dies ermöglicht Auswählen der möglichen anzuzeigenden FF-Familien von Spitzen und Auswählen, ob die Drehgeschwindigkeitsspitzen und/oder vollständigen Spektren ebenfalls grafisch dargestellt werden sollten. Auf diese Weise kann der Analyst eine geeignete Kombination von Spektralspitzen auswählen, die in der grafischen Darstellung beinhaltet sein sollen, in Abhängigkeit des Typs von Maschinenfehler, den der Analyst versucht, zu identifizieren.
  • Nach der Auswahl der anzuzeigenden FF-Familien wird die grafische Spektraldarstellung 30 erzeugt (Schritt 120), für die weitere Beispiele in 5-7 gezeigt sind. Die grafische Spektraldarstellung 30 in 5 zeigt ein Beispiel, in dem alle Lager-FF-Spitzen ausgewählt sind, wobei jede Familie von Spitzen in einem anderen Linienstil dargestellt ist. 6 zeigt nur die BPFI-Spitzen, die alle in einem Linienstil grafisch dargestellt sind. 7 zeigt alle Lager-FF-Spitzen (in verschiedenen gestrichelten und gepunkteten Linienstilen), die auf der grafischen Darstellung des vollständigen Spektrums (durchgehende Linie) überlagert sind, wodurch dem Analysten ermöglicht wird, zu erkennen, wie das Gesamtspektrum relativ zu den Lager-FF-Spitzen aussieht. In alternativen Ausführungsformen sind die verschiedenen Typen von Spitzen in verschiedenen Farben angezeigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform hat jede Familie von FF-Spektralspitzen einen zugehörigen Satz von skalaren Parametern, der im Laufe der Zeit auf einer grafischen Trenddarstellung auf der Benutzerschnittstelle 28 grafisch dargestellt werden kann (d. h. Gesamtenergie für die BPFI-, BPFO-, BSF-Lager-FF-Familien von Spitzen) (Schritt 118). Zur besseren Übersicht stimmt der Linienstil jeder Familie von Spitzen in der grafischen Spektraldarstellung 30 mit dem Linienstil der entsprechenden Trenddaten in der grafischen Trenddarstellung 32 überein. Beispiele von grafischen Trenddarstellungen 32 sind in 5-7 gezeigt. In manchen Ausführungsformen hat die grafische Trenddarstellung 32 verschiedene Linienstile, um die zugehörigen Lager-FF-Energieparameter im Laufe der Zeit und die nicht-synchrone und gesamte Energie, die im Laufe der Zeit grafisch dargestellt ist, zu zeigen. Diese Trendlinien sind bevorzugt grafisch auf einer gemeinsamen vertikalen Achse dargestellt, sodass die relative Amplitude der Parameter von dem Analysten bewertet werden kann. Dies gibt dem Analysten einen guten Gesamtüberblick der Entwicklung der Lagerleistung und Entwicklung von Fehlern im Laufe der Zeit. Die Drehgeschwindigkeit, die eine wichtige Eigenschaft der Maschine ist, kann auch im Laufe der Zeit auf einer alternativen vertikalen Achse grafisch dargestellt werden. In manchen Ausführungsformen sind die verschiedenen Typen von Spitzen in verschiedenen Farben angezeigt.
  • Die grafische Trenddarstellung 32 beinhaltet bevorzugt einen vertikalen zeitbasierten Cursor 34, der mit der grafischen Spektraldarstellung 30 synchronisiert ist. Wenn der Zeitleistencursor 34 nach links oder rechts auf der Zeitachse bewegt wird (Schritt 122), wird die grafische Spektraldarstellung 30 auf Grundlage von Schwingungsdaten aktualisiert, die zu der Zeit, die durch die Cursorposition angegeben ist, gesammelt werden (Schritt 120), wodurch dem Analysten ermöglicht wird, zu erkennen, wie sich die grafische Spektraldarstellung 30 im Laufe der Zeit verändert hat.
  • Es gibt Situationen, in denen harmonische Familien und individuelle Schwingungsspitzen nicht mit der Maschinendrehgeschwindigkeit oder den Fehlerfrequenzen der Maschine, die analysiert wird, übereinstimmen. Das Erscheinungsbild dieser unerklärten Frequenzen in einer grafischen Spektraldarstellung kann das Ergebnis von Schwingung von nahegelegenen Maschinen sein. Manche Ausführungsformen ermöglichen einem Analysten, Spitzen von Interesse mit einer Farbe oder einem Linienstil hervorzuheben, um diese von Maschinendrehgeschwindigkeit oder FF-Spitzen zu differenzieren. Ein Analyst wird vielleicht auch durch ein Spektrum scannen und die verschiedenen harmonischen Familien finden wollen. Die Fähigkeit, diese harmonischen Familien unter Verwendung von Farbe/Linienstilen hervorzuheben, stellt ein nützliches Bild für den Analysten bereit.
  • Die vorhergehende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen für diese Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarte Form zu beschränken. Offensichtliche Modifikationen oder Variationen sind angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsformen sind in dem Bestreben ausgewählt und beschrieben, die besten Veranschaulichungen der Grundsätze der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung bereitzustellen und einem Durchschnittsfachmann dadurch zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die bestimmte vorgesehene Verwendung geeignet sind, zu nutzen. Alle derartigen Modifikationen und Variationen liegen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung, wie bestimmt durch die angehängten Ansprüche, wenn sie in Übereinstimmung mit dem Umfang, den sie fair, rechtlich und gerecht beanspruchen, interpretiert werden.

Claims (25)

  1. Computerimplementiertes Verfahren zum Verarbeiten von Maschinenschwingungsdaten zur Unterstützung beim Visualisieren von Schwingungsspektralenergiespitzen, umfassend: (a) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung, wobei die Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten zu einer ersten Messzeit, die innerhalb eines längeren Zeitraums auftrat, gemessen wurden; (b) Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, um ein Spektrum zu erzeugen; (c) Lokalisieren von Spektralspitzen in dem Spektrum; (d) Identifizieren von Fehlerfrequenzspitzen in den Spektralspitzen; (e) Empfangen von Eingabe von einer Schnittstellenvorrichtung, die von einem Benutzer betrieben wird, um eine oder mehrere Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die angezeigt werden sollen, auszuwählen; und (f) Anzeigen der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer grafischen Spektraldarstellung auf einer grafischen Anzeigevorrichtung, wobei jede der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt ist, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bestimmen der Laufgeschwindigkeit der Maschine vor Schritt (d).
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: Schritt (d) Identifizieren von Laufgeschwindigkeitsspitzen in den Fehlerfrequenzspitzen beinhaltet; Schritt (e) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um eine Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen, die angezeigt werden soll, auszuwählen, beinhaltet; und Schritt (f) Anzeigen der Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen in der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung in einer Farbe oder einem Linienstil, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet, beinhaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die eine oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen und die Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen ausgewählt sind, um individuell oder in einer Kombination angezeigt zu werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Anzeigen des Spektrums mit der einen oder den mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: (g) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um einen Maschinentyp auszuwählen; und (h) Anzeigen einer oder mehrerer Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die mit dem ausgewählten Maschinentyp assoziiert sind, in der grafischen Spektraldarstellung.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Maschinentyp aus der Gruppe bestehend aus Lager, Motor, Pumpe und Getriebe ausgewählt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: (g) Bestimmen von Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die in Schritt (e) ausgewählt sind, assoziiert ist, über den längeren Zeitraum; und (h) Anzeigen der Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von ausgewählten Fehlerfrequenzspitzen assoziiert ist, in einer grafischen Trenddarstellung, die gleichzeitig mit der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung angezeigt wird, wobei die grafische Trenddarstellung den längeren Zeitraum abdeckt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: (i) Anzeigen eines zeitbasierten Cursors an einer ersten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die der ersten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht; (j) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um den zeitbasierten Cursor zu einer zweiten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die einer zweiten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht, zu bewegen; (k) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus dem Speicher oder der Speichervorrichtung, die zur zweiten Messzeit gemessen wurden; und (1) Wiederholen eines oder mehrerer von Schritten (b) bis (f), um die grafische Spektraldarstellung unter Verwendung der Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, die zur zweiten Messungszeit gemessen wurden, zu aktualisieren.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: (g) Bestimmen von Energie, die mit einem oder mehreren Spektralbandparametern assoziiert ist, über den längeren Zeitraum; und (h) Anzeigen der Energie, die mit dem einen oder den mehreren Spektralbandparametern assoziiert ist, in einer grafischen Trenddarstellung, die gleichzeitig mit der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung angezeigt wird, wobei die grafische Trenddarstellung den längeren Zeitraum abdeckt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Anzeigen von zusätzlichen Spektralspitzen, die nicht mit Fehlerfrequenzspitzen oder Laufgeschwindigkeitsspitzen im Zusammenhang stehen, in der grafischen Spektraldarstellung, wobei die zusätzlichen Spektralspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt sind, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  12. Computerimplementiertes Verfahren zum Verarbeiten von Maschinenzustandsdaten zur Unterstützung beim Visualisieren von Spektralenergiespitzen, umfassend: (a) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung; (b) Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, um ein Spektrum zu erzeugen; (c) Lokalisieren von Spektralspitzen in dem Spektrum; (d) Identifizieren von Fehlerfrequenzspitzen in den Spektralspitzen; (e) Empfangen von Eingabe von einer Schnittstellenvorrichtung, die von einem Benutzer betrieben wird, um einen Maschinentyp auszuwählen; (f) Identifizieren einer oder mehrerer Gruppen der Fehlerfrequenzspitzen, die mit dem ausgewählten Maschinentyp assoziiert sind; und (g) Anzeigen der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die als mit dem ausgewählten Maschinentyp assoziiert identifiziert sind, in einer grafischen Spektraldarstellung auf einer grafischen Anzeigevorrichtung.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei jede der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt ist, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei: Schritt (d) Identifizieren von Laufgeschwindigkeitsspitzen in den Spektralspitzen beinhaltet; Schritt (e) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um eine Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen, die angezeigt werden soll, auszuwählen, beinhaltet; und Schritt (g) Anzeigen der Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen in der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung in einer Farbe oder einem Linienstil, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet, beinhaltet.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Anzeigen des Spektrums mit der einen oder den mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Maschinentyp aus der Gruppe bestehend aus Lager, Motor, Pumpe und Getriebe ausgewählt ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Anzeigen von zusätzlichen Spektralspitzen, die nicht mit Fehlerfrequenzspitzen oder Laufgeschwindigkeitsspitzen im Zusammenhang stehen, in der grafischen Spektraldarstellung, wobei die zusätzlichen Spektralspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt sind, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  18. Computerimplementiertes Verfahren zum Verarbeiten von Maschinenzustandsdaten zur Unterstützung beim Visualisieren von Spektralenergiespitzen, umfassend: (a) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus einem Speicher oder einer Speichervorrichtung, wobei die Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten zu einer ersten Messzeit, die innerhalb eines längeren Zeitraums auftrat, gemessen wurden; (b) Durchführen einer schnellen Fourier-Transformation an den Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, um ein Spektrum zu erzeugen; (c) Lokalisieren von Spektralspitzen in dem Spektrum; (d) Identifizieren von Fehlerfrequenzspitzen in den Spektralspitzen; (e) Empfangen von Eingabe von einer Schnittstellenvorrichtung, die von einem Benutzer betrieben wird, um eine oder mehrere Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die angezeigt werden sollen, auszuwählen; (f) Anzeigen der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer grafischen Spektraldarstellung auf einer grafischen Anzeigevorrichtung; (g) Bestimmen von Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen, die in Schritt (e) ausgewählt sind, assoziiert ist, über den längeren Zeitraum; und (h) Anzeigen der Energie, die mit jeder der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen assoziiert ist, in einer grafischen Trenddarstellung, die gleichzeitig mit der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung angezeigt wird, wobei die grafische Trenddarstellung den längeren Zeitraum abdeckt.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: (i) Anzeigen eines zeitbasierten Cursors an einer ersten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die der ersten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht; (j) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um den zeitbasierten Cursor zu einer zweiten Position auf der grafischen Trenddarstellung, die einer zweiten Messzeit innerhalb des längeren Zeitraums entspricht, zu bewegen; (k) Zugreifen auf Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten aus dem Speicher oder der Speichervorrichtung, die zur zweiten Messzeit gemessen wurden; und (1) Wiederholen eines oder mehrerer von Schritten (b) bis (f), um die grafische Spektraldarstellung unter Verwendung der Zeitwellenform-Maschinenzustandsdaten, die zur zweiten Messzeit gemessen wurden, zu aktualisieren.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei jede der einen oder mehreren Gruppen von Fehlerfrequenzspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt ist, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei: Schritt (d) Identifizieren von Laufgeschwindigkeitsspitzen in den Spektralspitzen beinhaltet; Schritt (e) Empfangen von Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung, die von dem Benutzer betrieben wird, um eine Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen, die angezeigt werden soll, auszuwählen, beinhaltet; und Schritt (f) Anzeigen der Gruppe von Laufgeschwindigkeitsspitzen in der grafischen Spektraldarstellung auf der grafischen Anzeigevorrichtung in einer Farbe oder einem Linienstil, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet, beinhaltet.
  22. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend Anzeigen von zusätzlichen Spektralspitzen, die nicht mit Fehlerfrequenzspitzen oder Laufgeschwindigkeitsspitzen im Zusammenhang stehen, in der grafischen Spektraldarstellung, wobei die zusätzlichen Spektralspitzen in einer Farbe oder einem Linienstil angezeigt sind, die/der sich von Farben oder Linienstilen, in denen andere Spektralspitzen angezeigt sind, unterscheidet.
  23. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maschinenzustandsdaten eines oder mehreres von Schwingungsdaten, aktuellen Daten und Flussdaten umfassen.
  24. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Maschinenzustandsdaten eines oder mehreres von Schwingungsdaten, aktuellen Daten und Flussdaten umfassen.
  25. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Maschinenzustandsdaten eines oder mehreres von Schwingungsdaten, aktuellen Daten und Flussdaten umfassen.
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