DE112017000950T5

DE112017000950T5 - Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung und Abnormalitäts-Diagnoseverfahren

Info

Publication number: DE112017000950T5
Application number: DE112017000950.2T
Authority: DE
Inventors: Kouma KATOU; Hideyuki Tsutsui; Masashi Kitai
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2018-11-08
Also published as: CN108700492B; CN108700492A; US20200333214A1; WO2017145687A1; US11047768B2

Abstract

Eine Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung und ein Abnormalität-Diagnoseverfahren sind vorgesehen, die Schwingungsdaten bei Beschleunigung verwenden können, um eine Diagnosegenauigkeit einer Diagnose einer Abnormalität einer Lagervorrichtung zu verbessern. Die Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung ermittelt einen Schaden an einer Lagervorrichtung basierend auf Schwingungsdaten bei Beschleunigung der Lagervorrichtung. Die Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung beinhaltet einen ersten Filter, einen zweiten Filter und eine Diagnoseeinheit. Der erste Filter ist derart konfiguriert, um eine erste Schwingungs-Wellenform, gehörend zu einem Frequenzband, von den Schwingungsdaten zu extrahieren. Der zweite Filter ist derart konfiguriert, um eine zweite Schwingungs-Wellenform, zugehörig zu einem zweiten Frequenzband höher als das erste Frequenzband, von den Schwingungsdaten zu extrahieren. Die Diagnoseeinheit ist derart konfiguriert, um festzustellen, dass ein Schaden an der Lagervorrichtung vorhanden ist, wenn ein Evaluationswert einen Bestimmungswert überschreitet, wobei der Evaluationswert durch Division einer ersten Amplitude der Schwingungs-Wellenform durch eine zweite Amplitude einer zweiten Schwingungs-Wellenform zu einer Zeit berechnet wird, zu der die erste Amplitude vorhanden ist, einen Bestimmungswert übersteigt, wobei die erste Amplitude einen Referenzwert übersteigt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung einer Lagervorrichtung und ein Verfahren zur Diagnostizierung einer Abnormalität der Lagervorrichtung.
HINTERGRUND STAND DER TECHNIK
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-185507 (PTD1) offenbart ein Kondition-Monitoring-System (CMS), welches für eine geeignete Abnormalitätsdiagnose einer Vorrichtung in einem Windturbinengenerator fähig ist. Das Kondition-Monitor-System verwendet einen effektiven Wert der Schwingungsdaten, die durch einen Beschleunigungsmesser gemessen werden, der an einem Hauptwellenlager befestigt ist, um festzustellen, ob das Hauptwellenlager beschädigt ist.
LISTE ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTDOKUMENT
PTD1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-185507
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Der effektive Wert der Schwingungsdaten ist definiert als quadratischer Mittelwert (RMS) der Amplitude einer Wellenform von Schwingungsdaten. Der effektive Wert kann ein Zielindexwert sein, der angibt, welche Amplitudengröße in einer Wellenform der Schwingungsdaten inkludiert ist.
Falls ein Schaden an der Lagervorrichtung vorliegt, können durch den Schaden bedingte Schwingungen neu auftreten, oder Schwingungen, die aufgetreten sind während des Normalbetriebs, können nicht während des abnormalen Betriebs auftreten. Wie oben beschrieben, kann die Amplitude einer Wellenform von Schwingungsdaten zwischen Normalbetrieb und während abnormalem Betrieb differieren. Die Abnormalität der Lagervorrichtung kann auf diese Weise von Schwingungsdaten unter Verwendung des effektiven Werts der Schwingungsdaten ermittelt werden.
Bei der Berechnung eines effektiven Werts wird im Allgemeinen auch die Amplitude einer Schwingung, die nicht von der Beschädigung herrührt, verwendet, wenn der quadratische Mittelwert der Amplitude in den Schwingungsdaten bei Beschleunigung berechnet wird. Die Amplitude der Schwingung, die nicht von der Beschädigung herrührt, ändert sich kaum aufgrund des Vorhandenseins oder des Fehlens des Schadens. Die Änderungen in dem effektiven Wert aufgrund des Vorhandenseins oder des Fehlens eines Schadens hängen im Allgemeinen von den Änderungen in der Amplitude von Schwingungen ab, die vom Schaden herrühren.
Falls ein Schaden an der Lagervorrichtung vorhanden ist, die bei einer geringen Geschwindigkeit dreht (beispielsweise etwa 100 UpM), wie etwa das Hauptwellenlager eines Windturbinengenerators, sind Änderungen in der Beschleunigung, die vom Schaden herrühren, oftmals klein verglichen mit einer Lagervorrichtung, die bei einer hohen Geschwindigkeit umläuft, was es schwierig macht, derartige Änderungen von den Änderungen in der Beschleunigung zu unterscheiden, die nicht vom Schaden herrühren. Somit verändert sich der effektive Wert bei Vorhandensein oder beim Fehlen eines Schadens kaum. Somit kann, wenn eine Abnormalität einer Lagervorrichtung diagnostiziert wird, die bei einer geringen Geschwindigkeit umläuft, und der effektive Wert von Schwingungsdaten bei Beschleunigung verwendet wird, eine fehlerhafte Diagnose die Folge sein.
Eine maßgebliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung zu schaffen und ein Abnormalitäts-Diagnoseverfahren, welche in der Lage sind, die Genauigkeit der Diagnose einer Abnormalität einer Lagervorrichtung zu verbessern, die Schwingungsdaten bei Beschleunigung verwendet.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung nach Maßgabe eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ermittelt den Schaden einer Lagervorrichtung basierend auf Schwingungsdaten bei Beschleunigung der Lagervorrichtung. Die Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung beinhaltet einen ersten Filter, einen zweiten Filter und eine Diagnoseeinheit. Der erste Filter ist konfiguriert, um eine erste Schwingungs-Wellenform, die zu einem ersten Frequenzband gehört, von den Schwingungsdaten zu extrahieren. Der zweite Filter ist derart konfiguriert, um eine zu einem zweiten Frequenzband höher als das erste Frequenzband gehörende zweite Schwingungs-Wellenform zu extrahieren von den Schwingungsdaten. Die Diagnoseeinheit ist derart konfiguriert, um einen Schaden an der Lagervorrichtung festzustellen, wenn ein Evaluationswert, der durch Division einer ersten Amplitude der ersten Schwingungs-Wellenform durch eine zweite Amplitude der zweiten Schwingungs-Wellenform zu einem Zeitpunkt berechnet wird, an welchem die erste Amplitude gegenwärtig ist, einen Bestimmungswert übersteigt, wobei die erste Amplitude einen Referenzwert übersteigt.
Eine Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung nach Maßgabe eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ermittelt den Schaden einer Lagervorrichtung basierend auf Vibrationsdaten bei der Beschleunigung der Lagervorrichtung. Die Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung beinhaltet einen Filter und eine Diagnoseeinheit. Der Filter ist derart konfiguriert, um eine Schwingungs-Wellenform gehörend zu einem vorbestimmten Frequenzband von den Schwingungsdaten zu extrahieren. Die Diagnoseeinheit ist konfiguriert, um zu diagnostizieren, ob ein Schaden an der Lagervorrichtung vorhanden ist, wenn ein Evaluationswert, berechnet durch Division einer ersten Amplitude der Schwingungs-Wellenform durch eine zweite Amplitude einer Schwingungs-Wellenform nach einem Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode ab einer Zeit, an welcher die erste Amplitude auftrat, einen Bestimmungswert übersteigt, wobei die erste Amplitude einen Referenzwert übersteigt.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Nach Maßgabe des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Evaluationswert, berechnet durch Division der ersten Amplitude nicht kleiner als der Referenzwert bei einem geringen Frequenzband durch die zweite Amplitude bei einem hohen Frequenzband bei einer Zeit, an welcher die erste Amplitude erfolgt ist, für die Diagnose einer Abnormalität der Lagervorrichtung verwendet, was eine Abnormalitätsdiagnose ermöglicht, die auf einer Differenz in der Frequenzkomponente abstellt, die in den Schwingungsdaten zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betrieb inkludiert ist. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit der Diagnose einer Abnormalität der Lagervorrichtung.
Nach Maßgabe des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der Wert, berechnet durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude einer Vibrations-Wellenform nach einem Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode ab der Zeit, an welcher die erste Amplitude erfolgt ist, als der Evaluationswert bei der Diagnose einer Abnormalität der Lagervorrichtung verwendet, was eine Abnormalitätsdiagnose ermöglicht, die auf einer Differenz in der zeitlichen Wellenform-Gestalt einer Schwingung während Normalbetrieb und während Abnormalbetrieb ermöglicht. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit der Diagnose einer Abnormalität der Lagervorrichtung.
Figurenliste

1 zeigt schematisch den Aufbau eines Windturbinengenerators.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens einer Abnormalitätsdiagnose, die durch eine Datenverarbeitungsanlage durchgeführt wird.
3 zeigt ein Beispiel von Änderungen im effektiven Wert von Vibrationsdaten.
4 zeigt einen Gesamtaufbau eines Hauptwellenlagers während Normalbetrieb.
5 zeigt einen Gesamtaufbau des Hauptwellenlagers während eines abnormalen Betriebs.
6 zeigt ein schematisches Diagramm (a) der Wellenformen von Schwingungsdaten während Normalbetrieb und ein schematisches Diagramm (b) der Resultate einer kurzzeitigen Fourier-Transformation.
7 zeigt ein schematisches Diagramm (a) der Wellenformen von Schwingungsdaten und ein schematisches Diagramm (b) zur Darstellung der Resultate einer kurzzeitigen Fourier-Transformation während eines abnormalen Betriebs.
8 zeigt ein Wellenformdiagramm (a) von Vibrationsdaten, die während des Normalbetriebs gemessen wurden, und die Resultate (b) einer kurzzeitigen Fourier-Transformation, die an den Schwingungsdaten durchgeführt wurde.
9 zeigt ein Wellenformdiagramm (a) von Vibrationsdaten, die während des abnormalen Betriebs gemessen wurden und die Resultate (b) einer kurzzeitigen Fourier-Transformation, die an diesen Schwingungsdaten vorgenommen wurden,
10 ist ein funktionales Blockdiagramm zur Darstellung einer funktionalen Konfiguration einer Datenverarbeitungsanlage, die eine Abnormalitätsdiagnose durchführt.
11 zeigt eine erste Schwingungs-Wellenform und eine zweite Schwingungs-Wellenform während Normalbetrieb.
12 zeigt eine erste Schwingungs-Wellenform und eine zweite Schwingungs-Wellenform während eines abnormalen Betriebs.
13 zeigt Änderungen in der Mittelung eines Werts, der durch Division einer ersten Amplitude durch eine zweite Amplitude erhalten wird.
14 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens einer Subroutine zur Berechnung eines Evaluierungswerts, welches im Ausführungsbeispiel 1 verwendet wurde.
15 zeigt Änderungen in der gegenwärtigen Frequenz, in welcher ein Wert, welcher durch Division einer ersten Amplitude durch eine zweite Amplitude erhalten wird, einen Schwellwert überschreitet.
16 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens (S1 der 2) einer Subroutine für Berechnung eines Evaluationswerts V, verwendet im Ausführungsbeispiel 2.
17 zeigt die Resultate eines signifikanten Test, der an den entsprechenden Evaluationswerten eines Vergleichsbeispiels, Beispiel 1, und Beispiel 2 gemäß dem t-Test durchgeführt wurde.
18 zeigt ein funktionales Blockdiagramm zur Darstellung einer funktionalen Konfiguration einer Datenverarbeitungsanlage, die eine Abnormalitätsdiagnose durchführt.
19 zeigt eine Schwingungs-Wellenform (500 bis 5.000 Hz) während Normalbetrieb.
20 zeigt einen Teil der Schwingungs-Wellenform gemäß 19 in einer vergrößerten Darstellung.
21 zeigt eine Schwingungs-Wellenform (500 bis 5.000 Hz) während eines abnormalen Betriebs.
22 zeigt einen Teil der Schwingungs-Wellenform, gemäß 21 in einer vergrößerten Darstellung.
23 zeigt Änderungen in der Anzahl der Zeiten, in welcher ein Wert, erhalten durch Teilung der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude unter einen Schwellwert fällt.
24 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens einer Subroutine zur Berechnung eines Evaluationswerts, verwendet in Ausführungsbeispiel 3.
25 zeigt Änderungen in der gegenwärtigen Frequenz, in welcher der Wert, der durch Division einer ersten Amplitude durch eine zweite Amplitude erhalten wird, unter den Schwellwert fällt.
26 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens einer Subroutine zur Berechnung eines Evaluationswerts, verwendet im Ausführungsbeispiel 4.
27 zeigt die Resultate eines signifikanten Tests, der anhand der entsprechenden Evaluationswerte eines Vergleichsbeispiels, Ausführungsbeispiel 3, und Ausführungsbeispiel 4 gemäß dem t-Test durchgeführt wurde.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden identische oder entsprechende Teile durch identische Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung hierzu wird nicht wiederholt.
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt schematisch einen Aufbau eines Windturbinengenerators 1. Gemäß 1 beinhaltet der Windturbinengenerator 1 eine Hauptwelle 10, ein Lager 20 für die Hauptwelle, Flügel 30, ein Übersetzungsgetriebe 40, einen Stromgenerator 50, einen Beschleunigungsmesser 70 und eine Datenverarbeitungsanlage 80. Das Hauptwellenlager 20, das Übersetzungsgetriebe 40, der Stromgenerator 50, der Beschleunigungsmesser 70 und die Datenverarbeitungsanlage 80 sind in einem Gehäuse 90 untergebracht, welches durch einen Turm 100 abgestützt ist.
Die Hauptwelle 10 ist mit der Eingangswelle des Übersetzungsgetriebes 40 in Gehäuse 90 verbunden. Die Hauptwelle 10 ist durch das Hauptwellenlager 20 drehbar gelagert. Die Hauptwelle 10 überträgt ein durch die Flügel 30 erzeugtes Drehmoment aufgrund Windeinflusses auf die Eingangswelle des Übersetzungsgetriebes 40. Die Flügel 30 sind an der Spitze der Hauptwelle 10 vorgesehen und wandeln Windkraft in ein Drehmoment, welches auf die Hauptwelle 10 übertragen wird.
Das Hauptwellenlager 20 beinhaltet ein Wälzlager, beispielsweise ein sich selbst ausrichtendes Rollenlager, ein konisches Rollenlager, ein zylindrisches Wälzlager, oder ein Kugellager. Ein solches Lager kann ein einzelreihiges oder mehrreihiges Lager sein.
Der Beschleunigungsmesser 70 ist im Hauptwellenlager 20 der Hauptwelle angeordnet und misst die in dem Hauptwellenlager 20 erzeugten Schwingungen.
Das Übersetzungsgetriebe 40 ist zwischen der Hauptwelle 10 und dem Stromgenerator 50 angeordnet und erhöht die Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle 10 und gibt die erhöhte Drehgeschwindigkeit auf den Stromgenerator 50. In einem Ausführungsbeispiel ist das Übersetzungsgetriebe 40 ein Übersetzungsgetriebemechanismus, der beispielsweise ein Planetengetriebe, eine Zwischenwelle, und eine Hochgeschwindigkeitswelle beinhaltet. Eine Anzahl von Lagern, die die Wellen drehbar lagern, sind auch innerhalb des Übersetzungsgetriebes 40 vorgesehen, was nicht dargestellt ist. Der Stromgenerator 50 ist mit der Ausgangswelle des Übersetzungsgetriebes 50 verbunden, dreht mit der vom Übersetzungsgetriebe 40 erhaltenen Drehkraft und erzeugt Strom. Der Stromgenerator 50 beinhaltet beispielsweise einen Induktionsstromgenerator. Ein Lager, das den Rotor drehbar lagert, ist ebenfalls innerhalb des Stromgenerators 50 vorgesehen.
Die Datenverarbeitungsanlage 80 ist innerhalb des Gehäuses 90 vorgesehen und nimmt die Schwingungsdaten des Hauptwellenlagers 20 auf, die durch den Beschleunigungsmesser 70 gemessen werden. Die Datenverarbeitungsanlage 80 verwendet die Schwingungsdaten, die vom Beschleunigungsmesser 70 erhalten werden, um eine Abnormalitätsdiagnose durchzuführen, um zu bestimmen, ob ein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorliegt. Der Beschleunigungsmesser 70 und die Datenverarbeitungsanlage 80 sind über Kabeln, die nicht dargestellt sind, verbunden und konfiguriert, um eine Datenkommunikation zu bewerkstelligen. Der Beschleunigungsmeser 70 und die Datenverarbeitungsanlage 80 können mit einander durch drahtlose Kommunikation kommunizieren. Die Datenverarbeitungsanlage 18 ist äquivalent zur Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die Datenverarbeitungsanlage 80 diagnostiziert, ob ein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorliegt, basierend auf den vom Beschleunigungsmesser 70 erhaltenen Vibrationsdaten. 2 ist eine Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrens einer Abnormalitätsdiagnose, die durch die Datenverarbeitungsanlage 80 durchgeführt wird. Wie aus 2 hervorgeht, berechnet im Schritt S1(im Folgenden wird der Schritt nur auf S bezogen) die Datenverarbeitungsanlage 80 einen Evaluationswert V für die Diagnose, ob ein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorhanden ist, basierend auf den vom Beschleunigungsmesser 70 erhaltenen Schwingungsdaten und geht dann weiter im Verfahren auf S2. Bei S2 bestimmt die Datenverarbeitungsanlage 80, ob der Evaluationswert V ein abnormaler Wert ist. Falls der Evaluationswert V nicht größer als ein Bestimmungswert V_d(NO in S2 Nein) ist, bestimmt die Datenverarbeitungsanlage 80, dass der Evaluationswert V ein normaler Wert ist und beendet das Verfahren. Falls der Evaluationswert V größer als der Bestimmungswert V_d (JA in S2) ist, bestimmt die Datenverarbeitungsanlage 80, dass der Evaluationswert V ein abnormaler Wert ist und informiert den Benutzer, dass im Hauptwellenlager 20 in S3 eine Abnormalität vorhanden ist. Nichteinschränkende Beispiele der Informationsweise beinhalten ein auditäres Verfahren und ein visuelles Verfahren, wie etwa eine Stimme, eine Aufleuchtung einer Lampe und eine Transmission einer Botschaft. Der Bestimmungswert V_d kann geeignet durch eine aktuelles machinelles Experiment oder durch Simulation bestimmt werden.
Wenn eine Abnormalität im Hauptlager 20 vorliegt, kann die Amplitude einer durch die Abnormalität bedingten Schwingung in Form von Schwingungsdaten aufgezeichnet werden. Es ist allgemein bekannt, einen effektiven Wert als einen Evaluationswert V für die Unterscheidung der Schwingungsdaten während Normalbetriebs von den Schwingungsdaten während Abnormalbetriebs durch Fokusierung auf eine Differenz in der Größe der Verstärkung der Wellenform einer solchen Schwingungsinformation zu unterscheiden. Der effektive Wert ist bestimmt als der quadratische Mittelwert der Amplitude in der Wellenform der Schwingungsdaten. Der effektive Wert kann ein Index-Wert sein, der als ein Kriterium zur Bestimmung dient, welche Größe der Amplitude in der Wellenform der Schwingungsdaten beinhaltet ist.
3 zeigt ein Beispiel von Änderungen im fiktiven Wert der Vibrationsdaten. Gemäß 3 ist bis zu einer Zeit TR₁ ein abnormaler Zustand, in welchem ein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorliegt. Das Hauptwellenlager 20 wird zwischen der Zeit TR₁ und TR₂ ersetzt und demgemäß befindet sich das Hauptwellenlager 20 in einem normalen Zustand bei und nach der Zeit TR₂. Gemäß 3 ist der Bereich, welchem der fiktive Wert an und vor der Zeit TR₁ verteilt ist, im Wesentlichen derselbe wie der Bereich, in welchem der fiktive Wert bei und nach der Zeit TR₂ verteilt ist. Dies macht es schwierig, eine klare Unterscheidung zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betrieb vorzunehmen.
Bei der Berechnung des effektiven Werts wird die Amplitude einer Schwingung, die nicht schadensbedingt ist, ebenfalls verwendet, wenn der durchschnittliche Quadratmittelwert der Amplitude in den Schwingungsdaten bei der Beschleunigung berechnet wird. Die Amplitude der Schwingung, die nicht schadensbedingt verursacht ist, ändert sich kaum aufgrund des Vorhandenseins oder Fehlens eines Schadens. Die Änderungen in dem effektiven Wert aufgrund des Vorhandenseins oder des Nicht-Vorhandenseins eines Schadens hängt zumeist von den Änderungen in der Amplitude der Schwingung ab, die schadensbedingt verursacht ist.
Falls bei der Lagerungsvorrichtung ein Schaden bei einer geringen Geschwindigkeit (beispielsweise etwa 100 UpM) auftritt, wie es im Falle eines Hauptwellenlagers 20 der Windturbinengenerator 1 der Fall ist, sind die Änderungen in der Beschleunigung, die vom Schaden herrühren, oftmals kleiner als diejenigen der Lagervorrichtung, die bei einer hohen Geschwindigkeit dreht, was es schwierig macht, derartige Änderungen von Änderungen in der Beschleunigung zu unterscheiden, die nicht schadensbedingt sind. Infolge dessen, wie in 3 dargestellt ist, ändert sich der effektive Wert kaum aufgrund eines vorhandenen oder nicht vorhandenen Schadens. Dies kann zu einer Fehldiagnose führen, falls eine Abnormalität der Lagervorrichtung, die bei geringer Geschwindigkeit dreht, diagnositiziert wird bei Verwendung des effektiven Werts der Schwingungsdaten bei Beschleunigung.
Unter Beachtung der obigen Ausführungen fokusiert das Ausführungsbeispiel 1 auf eine Differenz in der Frequenzkomponente während Normalbetrieb und während eines abnormalen Betriebs, welches in der Schwingung beinhaltet ist, die durch die Kollision eines Wälzelements mit einem Käfig, einem Lagerring (einem inneren oder äußeren Laufring) oder dergleichen verursacht ist.
Bezugnehmend auf die 4 und 5 erfolgt eine Beschreibung warum die Frequenzkomponente, die in einer Schwingung beinhaltet ist, die durch die Kollision des Wälzelements mit dem Käfig, den Lagerring oder dergleichen erzeugt ist, zwischen Normalbetrieb und zwischen abnormalem Betrieb differiert. 4 zeigt eine Gesamtkonfiguration des Hauptwellenlagers 20 während Normalbetrieb. Gemäß 4 (a) beinhaltet ein Hauptwellenlager 20 einen inneren Laufring 22, einen äußeren Laufring 24, einen Käfig 26 und eine Anzahl von Wälzelementen 28.
Gemäß 4 (a) dreht die Hauptwelle 10 in der durch Pfeil D angegebenen Richtung. Wie aus 4 (a) hervorgeht, ist die Hauptwelle 10 einer radialen Belastung in Richtung eines Pfeils N senkrecht zur Drehachse der Hauptwelle ausgesetzt. Ein Pfeil G gibt die Richtung der Schwerkraft an. Ein Punkt PA auf der inneren Umfangsfläche des äußeren Rings 24 ist vertikal unmittelbar oberhalb der Drehachse der Hauptwelle 10 angeordnet. Ein Punkt PB auf der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 24 ist an einer Stelle angeordnet, die von der Position des Punkts PA um 90° in Richtung der Drehung D gedreht ist. Ein Punkt PC auf der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 24 ist vertikal unmittelbar unterhalb der Drehachse der Hauptwelle angeordnet.
Der innere Laufring 22 ist auf der Hauptwelle angeordnet und befestigt und dreht in Richtung des Pfeils D zusammen mit der Hauptwelle 10. Der äußere Laufring 24 ist auswärts relativ zum inneren Laufring 22 vorgesehen.
Eine Anzahl von Taschen Pkt zur Halterung der Wälzelemente 28 sind in gleichen Abständen im Käfig 26 angeordnet. Der Käfig 26 ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des innernen Laufrings 22 und der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 24 angeordnet, wobei die Wälzelemente 28 in Taschen Pkt gehalten sind. Wenn die Wälzelemente 28 längs der äußeren Umfangsfläche des inneren Laufrings 22 mit Drehung der inneren Lauffläche 22 drehen, dreht der Käfig zwischen der äußeren Umfangsfläche der inneren Lauffläche 22 und der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 24 zusammen mit den Wälzelementen 28. Die Wälzelemente 28 drehen zwischen dem inneren Laufring 22 und dem äußeren Laufring 24 in Richtung der Drehung D, wobei sie in den Taschen Pkt des Käfigs 26 gehalten sind. Wie aus den 4 (b) und (c) hervorgeht, ist ein Abstand (Abstand der Taschen Pkt) zwischen Wälzelement 28 und Tasche Pkt des Käfigs 26 vorgesehen, in welcher das Wälzelement 28 gehalten ist und das Wälzelement 28 in der Tasche Pkt drehen kann. Das Wälzelement 28 ist normalerweise mit einem Schmiermittel angeordnet, um eine reduzierte Reibung zwischen Tasche Pkt des Käfigs 26, der inneren und der äußeren Lauffläche 22, 24 zu erzeugen.
Das Wälzelemente 28 bewegt sich in die Richtung gegenüber der Drehrichtung D innerhalb der Tasche Pkt aufgrund der Schwerkraft während der Bewegung von Punk PC zum Punkt PA, um in Kontakt mit dem Käfig 26 zu gelangen und wird nach oben zum Punkt PA durch den Käfig 26 gestoßen. Das Wälzelement 28 bewegt sich somit in die Richtung gegenüberliegend der Drehrichtung D innerhalb der Tasche Pkt, wenn das Wälzelement 28 durch den Punkt PA gelangt (siehe 4 (b)).
Nach Passieren des Punktes PA bewegt sich das Wälzelement 28 im Zustand gemäß 4 (b) innerhalb der Tasche Pkt unter der Schwerkraft bevor es durch den Punkt PB gelangt und kollidiert direkt mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen (siehe 4 (c)). Wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert, erfolgt eine Vibration.
5 zeigt einen Gesamtaufbau des Hauptwellenlagers 20 während abnormalem Betrieb. In 5 (a) ergibt sich ein Schaden I am Punkt PC und darum herum aufgrund des Verschleißes, bedingt durch das Wälzelement 28. Der Punkt PC, der vertikal unmittelbar unterhalb der Drehachse der Hauptwälle 10 angeordnet ist, nimmt augenscheinlich eine hohe radiale Last auf, wenn das Wälzelement 28 den Punkt PC durchläuft, verglichen mit jeder anderen Lokation auf der inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 24. Der Punkt PC unterliegt einer hohen Last jedes Mal, wenn das Wälzelement 28 den Punkt PC passiert und demzufolge ist es wahrscheinlich, dass der Punkt PC beschädigt werden kann.
Wenn eine Beschädigung I stattfindet, haften Fremdteile S, wie etwa ein Abschälteilchen oder Abriebpulver an der inneren Lauffläche 22, äußeren Lauffläche 24, Käfig 26 und Wälzelement 28 an (siehe 5 (b)). Das Abschälteilchen wird verursacht durch die inneren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 24 am Punkt PC und darum herum, welches durch das Wälzelement 28 weggesprengt wird, wenn beispielsweise der Schaden I stattfindet. Das Verschleißpulver ist bedingt, wenn das Wälzelement 28 durch die Schadensstelle I läuft. Wenn das Wälzelement 28 den Punkt PA passiert und mit dem Käfig 26, der inneren Lauffläche 22 oder der äußeren Lauffläche 24 im oben beschriebenen Status kollidiert, sind häufig Fremdteilchen S zwischen dem Wälzelement 28 und dem Käfig 26 der inneren Lauffläche 22 oder der äußeren Lauffläche 24 vorhanden (siehe 5 (c)). Fremdteilchen S verringern den Stoß, der verursacht wird, wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, innerer Lauffläche 22, äußeren Lauffläche 24 oder dergleichen kollidiert. Die Frequenzkomponente, die in der Schwingung inkludiert ist, welche im Hauptwellenlager 20 erzeugt wird, wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, der inneren Lauffläche 24, der äußeren Lauffläche 22 oder dergleichen kollidiert, ist geringer während des abnormalen Betriebs als während des normalen Betriebs.
Wie die Frequenzkomponente, die in der generierten Schwingung enthalten ist, zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betrieb differiert, wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22 oder dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert, wird im Folgenden anhand der 6 und 7 beschrieben. 6 zeigt ein schematisches Diagramm (a) der Wellenform der Schwingungsdaten während des Normalbetriebs und ein schematisches Diagramm (b) der Ergebnisse einer kurzzeitigen Fourier-Transformierung. 7 zeigt ein schematisches Diagramm (a) der Wellenform der Schwingungsdaten während abnormalem Betrieb und schematisches Diagramm (b) der Ergebnisse einer kurzzeitigen Fourier-Transformation. In der kurzzeitigen Fourier-Transformation werden die Schwingungsdaten bei vorbestimmten Zeitintervallen geteilt und einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) unterworfen.
Gemäß 6 (a) kollidiert das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, der inneren Lauffläche 22, äußeren Lauffläche 24, oder dergleichen an jedem der Zeitpunkte TN₁ bis TN₃. Bezug nehmend auf 7 (a) kollidiert das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, der inneren Lauffläche 22, der äußeren Lauffläche 24 oder dergleichen bei jeder der Zeiten TD₁ bis TD₃.
Wie aus 6 (b) hervorgeht, überschreiten die Frequenzkomponenten an den Zeiten TN₁ bis TN₃ eine Frequenz F_th. Im Kontrast hierzu gemäß 7 (b) fallen die Frequenzkomponenten an den Zeiten TD₁ bis TD₃ unterhalb der Frequenz F_th. Wie oben hervorgeht, kann die Frequenzkomponente, die in der Schwingung vorhanden ist, die erzeugt wird, wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, der inneren Lauffläche 22, der äußeren Lauffläche 24 oder dergleichen kollidiert, klar zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betrieb unterschieden werden.
Wie die Frequenzkomponente, die in den Schwingungsdaten inkludiert sind, die tatsächlich gemessen werden zwischen Normalbetrieb und dem abnormalen Betrieb differieren, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt ein Wellenformdiagramm (a) der Schwingungsdaten, die während des Normalbetriebs gemessen werden und die Resultate (b) einer kurzzeitigen Fourier-Transformation, die an den Schwingungsdaten vorgenommen wird. 9 zeigt ein Wellenformdiagramm (a) der Schwingungsdaten, die während des abnormalen Betriebs gemessen wurden, und die Ergebnisse (b) einer kurzzeitigen Fourier-Transformation, die für die Schwingungsdaten durchgeführt wurde. Jede der 8 (b) und 9 (b) zeigt die Ergebnisse einer schnelle Fourier-Transformation (FFT), die bei einer 40-minütigen Schwingungen mit Intervallen von 0,1 Sekunden vorgenommen wurde.
In den 8 (b) und 9 (b) repräsentiert die horizontale Achse eine Zeit und die vertikale Achse eine Frequenzkomponente. In den 8 (b) und 9 (b) sind die Frequenzkomponenten, deren Spektraldichte größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, geplottet, um das Frequenzband für die Feststellung einer Abnormalitätsdiagnose zu extrahieren. Die Spektraldichte ist äquivalent der Intensität eines Signals, entsprechend einer jeden Frequenzkomponente in einem Spektrum, das das Resultat der FFT ist. Da die Frequenzkomponente, deren Spektraldichte nicht größer als der Schwellwert ist, unwahrscheinlich als die Frequenzkomponente der Schwingung betrachtet werden kann, die durch die Kollision des Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, äußeren Laufring 24 oder dergleichen verursacht ist, ist diese in den 8 (b) und 9 (b) nicht aufgezeichnet.
Der Vergleich zwischen den 8 (b) und 9 (b) zeigt, dass zu Zeiten, an denen die Frequenzkomponente, in den Schwingungsdaten inkludiert ist, 5.000 Hz oder mehr überschreitet mehr während Normalbetriebs (8 (b)) als während des abnormalen Betriebs (9 (b)) sind, und derartige Zeiten existieren kaum während des abnormalen Betriebs. In Kontrast hierzu ist eine Frequenzkomponente von nicht größer als 5.000 Hz in den meisten Zeiten während des Normalbetriebs sowie während des abnormalen Betriebs inkludiert. In anderen Worten, das Verhältnis der Frequenzkomponenten, die 5.000 HZ überschreiten, ist dramatisch geringer als das Verhältnis der Frequenzkomponenten von nicht größer als 5.000 Hz während des abnormalen Betriebs. Als ein Resultat der beträchtlichen Abnahme in den Frequenzkomponenten, die 5.000 Hz während des abnormalen Betriebs überschreiten, ist ein Wert (Amplitudenverhältnis), welcher durch Teilung des Verhältnisses der Frequenzkomponente von nicht größer als 5.000 Hz durch das Verhältnis der Frequenzkomponenten, die 5.000 Hz in den Schwingungsdaten übersteigen, größer während des abnormalen Betriebs als während des normalen Betriebs.
Im Ausführungsbeispiel 1 gemäß obiger Betrachtung werden eine erste Schwingungs-Wellenform von 500 bis 5.000 Hz und eine zweite Schwingung-Wellenform von 5.000 bis 10.000 Hz von den Schwingungsdaten extrahiert. Dann wird ein Durchschnittswert, der durch Teilung der ersten Amplitude, die einen Referenzwert an der ersten Schwingungs-Wellenform (500 - 5.000 Hz) überschreitet, durch die zweite Amplitude der zweiten Schwingungs-Wellenform (5.000 - 10.000 Hz) zu einer Zeit, in welcher die erste Amplitude aufgetreten ist, erhalten wird als ein Evaluationswert für die Abnormalitätsdiagnose verwendet. Die Verwendung des Werts, berechnet durch Teilung der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude an einer Zeit bei der Gegenwart der ersten Amplitude als der Evaluationswert erlaubt eine Abnormalitätsdiagnose zur Fokusierung auf eine Differenz in der Frequenzkomponente, die in den Schwingungsdaten zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betrieb inkludiert sind. Dies verbessert die Genauigkeit der Diagnose einer Abnormalität des Hauptwellenlagers 20.
10 ist ein funktionales Blockdiagramm zur Darstellung der funktionalen Konfiguration der Datenverarbeitungsanlage 80, die eine Abnormalität diagnostiziert. Wie in 10 dargestellt ist, beinhaltet die Datenverarbeitungsanlage 80 einen ersten Filter 81, einen zweiten Filter 82 und eine Diagnoseeinheit 83. Der erste Filter 81 und der zweite Filter 82 nehmen Eingänge der Schwingungsdaten auf, die durch den Beschleunigungsmesser 70 gemessen wurden. Der erste Filter 81 und der zweite Filter 82 können Schwingungsdaten vom Beschleunigungsmesser 70 in realer Zeit aufnehmen oder können die in einem nicht dargestellten Speicher gespeicherten Schwingungsdaten aus dem Speicher auslesen.
Zuerst extrahiert der Filter 81 eine erste Schwingungs-Wellenform Wvl von 500 bis 5.000 Hz der Schwingungsdaten und gibt diesen zur Diagnoseeinheit 83. Der erste Filter 81 beinhaltet beispielsweise einen Bandpass-Filter.
Der zweite Filter 82 extrahiert eine zweite Schwingungs-Wellenform Wv2 von 5.000 bis 10.000 Hz aus Schwingungsdaten und gibt diese zur Diagnoseeinheit 83. Der zweite Filter 82 beinhaltet beispielsweise einen Bandpass-Filter.
Die Diagnoseeinheit 83 beinhaltet einen Computer, wie etwa wie eine zentrale Datenverarbeitungseinheit (ZPU), und einen volatilen Speicher und einen nicht-volatilen Speicher für die Speicherung von Daten, die für eine Abnormalitätsdiagnose erforderlich sind. Die Diagnoseeinheit 83 empfängt die erste Schwingungs-Wellenform Wvl und die zweite Schwingungs-Wellenform Wv2 und führt eine Abnormalitätsdiagnose zur Bestimmung durch, ob ein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorhanden ist. Bei der Bestimmung, ob eine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 vorhanden ist, steuert die Diagnoseeinheit 83 eine Meldeeinheit 84, um dem Nutzer mitzuteilen, dass eine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 vorhanden ist.
Bei der Abnormalitätsdiagnose extrahiert die Diagnoseeinheit 83 eine erste Amplitude, die einen Referenzwert E an der ersten Schwingungs-Wellenform Wvl (500 bis 5.000 Hz) überseigt. Der Grund, warum die Amplitude, die den Referenzwert E übersteigt, von der ersten Schwingungs-Wellenform Wvl gemäß obiger Beschreibung extrahiert ist, ist der, dass eine Zeit, an der das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 und dergleichen kollidiert, identifiziert wird. Die Änderungen in der Beschleunigung, die erzeugt werden, wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert, erscheinen relativ groß an der Wellenform der Schwingungsdaten während des Stoßes der Kollision. Somit kann die Extraktion der Amplitude, die den Referenzwert E von der ersten Schwingungswellenform Wvl übersteigt eine Zeit identifizieren, zu der das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert ist.
Die Frequenzkomponente, die in der Schwingung beinhaltet ist, die erzeugt wird, wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert, differiert maßgeblich abhängig davon ob Fremdteilchen S zwischen dem Wälzelement 28 und dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen existieren (siehe 4 (c) und 5 (c)). Somit kann die Identifizierung eine Zeit, an der das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert, die Amplitude extrahieren, die von einer Abnormalität der Schwingungsdaten herrührt. Infolge dessen kann die Amplitude, die gering irrelevant zur Kollision des Wälzelements 28 mit dem Käfig 26, der inneren Laufringe 22, der äußeren Laufringe 24 oder dergleichen ist, aus der Berechnung eines Evaluationswerts exkludiert werden.
Der Referenzwert E bei der Extraktion der ersten Amplitude ist gewünschtermaßen ein Wert, der kaum durch die Amplitude überschritten ist, die irrelevant zur Kollision des Wälzelemente 28 mit dem Käfig 26, der inneren Lauffläche 22, äußeren Lauffläche 24 oder dergleichen generiert wird. Der Referenzwert E kann geeignet durch ein maschinelles Experiment oder eine Simulation bestimmt werden, welcher auf beispielsweise etwa fünf Mal dem effektiven Wert der ersten Schwingungswellenform Wvl gesetzt werden kann.
11 zeigt die erste Schwingungswellenform Wvl und die zweite Schwingungswellenform Wv2 während Normalbetriebs. Die erste in 11(a) dargestellte Schwingungswellenform Wvl ist eine Wellenform, die von den in 8(a) dargestellten Schwingungsdaten durch den ersten Filter 81 der 10 extrahiert wurde. Die zweite Schwingungswellenform Wv2, die in 11(b) dargestellt ist, ist eine Wellenform, die von den Schwingungsdaten gemäß 8(a) durch den zweiten Filter 82 der 10 extrahiert wurde.
Wie aus 11(a) hervorgeht, tritt eine erste Amplitude PA_k zur Zeit T_k (k=1-N) während Normalbetriebs auf, die den Referenzwert E übersteigt. Wie aus 11(b) hervorgeht, wird eine zweite Amplitude PB_k, generiert zur Zeit T_k, an der zweiten Wellenform Wv2 extrahiert. Bei der Abnormalitätsdiagnose im Ausführungsbeispiel 1 wird ein Mittelwert als Evaluationswert für die Bestimmung der Abnormalität verwendet, der durch Division der ersten Amplitude PA_k durch die zweite Amplitude PB_k erhalten wird.
12 zeigt die erste Schwingungswellenform Wvl und die zweite Schwingungswellenform Wv2 während abnormalen Betriebs. Die erste Schwingungswellenform Wvl gemäß 12(a) ist eine Wellenform, die von den Schwingungsdaten aus 9(a) durch den ersten Filter 81 der 10 extrahiert wurde. Die zweite Schwingungswellenform Wv2 gemäß 12(b) ist eine Wellenform, die aus den Schwingungsdaten gemäß 9(a) durch den zweiten Filter 82 der 10 extrahiert wurde. Ferner sind in 12 die erste Amplitude PA_k und die zweite Amplitude PB_k extrahiert und ein Durchschnittswert wird als ein Evaluationswert wie in 11 durch Division der ersten Amplitude PA_k durch die zweite Amplitude PB_k ermittelt.
13 zeigt Änderungen in dem Durchschnittswert, der durch Division der ersten Amplitude PA_k durch die zweite Amplitude PB_k erhalten wird. In 13 herrscht bis zu einer Zeit TR₁₁ ein abnormaler Zustand, in welchem ein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorliegt. Das Hauptwellenlager 20 wird während dem Zeitpunkt TR₁₁ und einem Zeitpunkt TR₁₂ ausgetauscht und demzufolge befindet sich das Hauptwellenlager 20 nach dem Zeitpunkt TR₁₂ in einem normalen Betriebszustand. Beispielsweise kann eine klare Unterscheidung vorgenommen werden zwischen während Normalbetrieb und während Abnormalbetrieb durch Ermittlung des Falls, in welchem der Evaluationswert V den Bestimmungswert V_d als den abnormalen Betriebszustand überschreitet und dem Fall, in welchem der Evaluationswert V nicht größer als der Bestimmungswert V_d als der Normalbetrieb ist, wobei ein Wert R_d ein Bestimmungswert V_d ist. Dies resultiert in einer verbesserten Genauigkeit der Abnormalitätsdiagnose als im Falle des Vergleichsbeispiels.
14 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens (S1 in 2) einer Subroutine zur Berechnung des Evaluationswerts V, der im Ausführungsbeispiel 1 verwendet wird. Wie aus 14 hervorgeht, extrahiert die Datenverarbeitungsanlage 80 eine erste Amplitude PA_k (k=1-N) aus einer ersten Schwingungswellenform Wvl (500 bis 5000 Hz) in S11, die den Referenzwert E übersteigt, und geht dann verfahrensmäßig zu S12. Die Datenverarbeitungsanlage 80 extrahiert eine zweite Amplitude PB_k zu einer Zeit T_k, an welcher die erste Amplitude PA_k erfolgt ist, aus der zweiten Schwingungswellenform Wv2 (5000 bis 10000 Hz) in S12 und geht dann zu S13. Die Datenverarbeitungsanlage 80 berechnet einen Wert R_k = PA_k/PB_K (k = 1 bis N), erzielt durch Division der ersten Amplitude PA_k durch die zweite Amplitude PB_k in S13 und geht dann zu Schritt 14. Die Datenverarbeitungsanlage 80 berechnet ein durchschnittliches R_ave des Verhältnisses R_k als Evaluationswert V im Schritt S14 und kehrt dann das Verfahren zurück zu einer Hauptroutine zur Ausführung einer Abnormalitätsdiagnosegemäß 2. Falls der Evaluationswert V größer als der Bestimmungswert V_d ist, macht die Datenverarbeitungsanlage 80 den Benutzer darauf aufmerksam, dass eine Abnormalität vorliegt.
Im Ausführungsbeispiel 1 gemäß obiger Beschreibung wird der Durchschnittswert als Evaluationswert V bei der Diagnose einer Abnormalität des Hauptwellenlagers 20 verwendet, der durch Division der ersten Amplitude PA_k nicht kleiner als der Referenzwert E bei 500 bis 5000 Hz durch die zweite Amplitude PB_k bei 5000 bis 10000 Hz zu einem Zeitpunkt erhalten wird, bei welchem die erste Amplitude PA_k erfolgt. Dies führt zu einem beträchtlich größeren Evaluationswert V während abnormalen Betriebs, bei welchem kaum irgendeine zweite Amplitude PB_k in den Schwingungsdaten gefunden wird, was in einer verbesserten Genauigkeit der Diagnose der Abnormalität des Hauptwellenlagers 20 resultiert.
[Ausführungsbeispiel 2]
Ausführungsbeispiel 1 hat den Fall beschrieben, bei dem ein Durchschnittswert als der Evaluationswert für die Bestimmung verwendet wird, ob eine Abnormalität vorhanden ist, welcher durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude gewonnen wird. Der Evaluationswert für die Bestimmung, ob eine Abnormalität vorliegt, kann irgendein Wert sein, der berechnet wurde durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude zu dem Zeitpunkt, zu dem die erste Amplitude aufgetreten ist. Ausführungsbeispiel 2 beschreibt den Fall, bei welchem eine vorhandene Frequenz, in welcher der Wert, der durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude erhalten wird, einen Schwellwert übersteigt, als der Evaluationswert für die Bestimmung einer Abnormalität verwendet wird.
Ausführungsbeispiel 2 differiert von Ausführungsbeispiel 1 dahingehend, dass eine vorhandene Frequenz, in welcher der Wert, der durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude erhalten wird, den Schwellwert übersteigt, als der Evaluationswert für die Bestimmung verwendet wird, ob eine Abnormalität vorliegt. 13 und 14 des Ausführungsbeispiels 1 sind jeweils durch die 15 und 16 im Ausführungsbeispiel 2 ersetzt. Die anderen Komponenten sind ähnlich denjenigen des Ausführungsbeispiels 1, was nicht in wiederholter Weise beschrieben wird.
15 zeigt Änderungen der vorhandenen Frequenz, in welcher der Wert, der durch Division der ersten Amplitude PA_k und durch die zweite Amplitude PB_k erhalten wird, einen Schwellwert übersteigt. In 15 ist bis zum Zeitpunkt TR₂₁ ein Zustand, in welchem eine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 vorliegt. Das Hauptwellenlager wird zwischen dem Zeitpunkt TR₂₁ und einem Zeitpunkt TR₂₂ ersetzt und demzufolge befindet sich an und nach dem Zeitpunkt TR₂₂ das Hauptwellenlager im Normalbetrieb. Wie aus 15 hervorgeht, kann eine klare Unterscheidung zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betriebszustand erfolgen, indem beispielsweise der Fall bestimmt wird, in welchem der Evaluationswert V den Bestimmungswert V_d als den abnormalen Betrieb überschreitet, und der Fall, in welchem der Evaluationswert V nicht größer als der Bestimmungswert V_d für den Normalbetrieb ist, wo ein Wert F_d ein Bestimmungswert V_d ist. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit einer Abnormalitätsdiagnose als im Vergleichsbeispiel.
16 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrens (S1 der 2) der Subroutine zur Berechnung eines Evaluationswerts V, welcher im Ausführungsbeispiel 2 verwendet wird. Gemäß 16 extrahiert die Datenverarbeitungsanlage 80 eine erste Amplitude PA_k (k=1-N), welche den Referenzwert E aus einer ersten Schwingungswellenform Wvl (500 bis 5000 Hz) in S11 übersteigt, und geht dann verfahrensmäßig zu S12. Die Datenverarbeitungsanlage 80 extrahiert eine zweite Amplitude PB_k zu einem Zeitpunkt T_k, an welcher die erste Amplitude PA_k aus einer zweiten Schwingungswellenform Wv2 (5000 bis 10000 Hz) in S12 erfolgt, und geht dann verfahrensmäßig zu S13. Die Datenverarbeitungsanlage 80 berechnet ein Verhältnis R_k = PA_k/PB_k (k=1-N), erhalten durch Division der ersten Amplitude PA_k durch die zweite Amplitude PB_k in S13 und geht dann verfahrensmäßig zu S24. Die Datenverarbeitungsanlage 80 berechnet eine Anzahl von Zeitpunkten L, in welchen das Verhältnis R_k (k=1-N) einen Schwellwert R_th im Verfahrensschritt S24 überschreitet und geht dann verfahrensmäßig zu S25. Die Datenverarbeitungsanlage 80 berechnet eine vorhandene Frequenz F=L/N als einen Evaluationswert V in S25 und geht dann verfahrensmäßig zur Hauptroutine zur Verarbeitung einer Abnormalitätsdiagnose gemäß 2 zurück. Falls der Evaluationswert V größer als der Bestimmungswert V_d ist, informiert die Datenverarbeitungsanlage 80 den Benutzer, dass eine Abnormalität vorliegt. Der Schwellwert R_th kann geeignet durch Simulation oder durch eine aktuelle maschinelle Durchführung ermittelt werden.
Im Ausführungsbeispiel 2 gemäß obiger Beschreibung wird eine vorhandene Frequenz F, in welcher ein Wert, der durch Division der ersten Amplitude PA_k nicht kleiner als der Referenzwert E bei 500 bis 5000 Hz durch die zweite Amplitude PB_k bei 5000 bis 10000 Hz zu einem Zeitpunkt ermittelt wird, an dem die erste Amplitude PA_k aufgetreten ist, größer als der Schwellwert R_th, als Evaluationswert V bei der Diagnose einer Abnormalität des Hauptwellenlagers 20 verwendet wird. Dies führt zu einem beträchtlich größeren Evaluationswert V während abnormalen Betriebs, in welchem kaum irgendeine zweite Amplitude PB_k in den Schwingungsdaten gefunden wird. Infolgedessen kann auch das Ausführungsbeispiel 2 die Diagnose einer Abnormalität des Hauptwellenlagers 20 verbessern.
17 zeigt die Resultate eines signifikanten Tests, welcher anhand der jeweiligen Evaluationswerte des Vergleichsbeispiels, des Ausführungsbeispiels 1 und des Ausführungsbeispiels 2 gemäß dem t-Test vorgenommen wurde. Der t-Test ist ein Testverfahren zur Bestimmung, ob eine signifikante Differenz zwischen einem Durchschnitt einer Probengruppe und einem Durchschnitt einer weiteren Probengruppe vorhanden ist. Gemäß 17 wurde bezüglich des Vorhandenseins einer signifikanten Differenz zwischen einem Durchschnittswert des Evaluationswerts, wenn ein Schaden bei einem Hauptwellenlager 20 auftritt, und einem durchschnittlichen Evaluationswert, wenn kein Schaden am Hauptwellenlager 20 auftritt, bestimmt. Die Probengröße einer jeden Gruppe beträgt 21. Ein t-Wert ist ein Grenzwert zur Bestimmung, ob eine signifikante Differenz gefunden wird, bei 2.021. Eine signifikante Differenz ist ermittelt, wenn das Ergebnis des t-Tests 2.021 überschreitet.
Wie in 17 dargestellt ist, gibt es keine signifikante Differenz im Vergleichsbeispiel, weil das Resultat des t-Tests 0.274 beträgt, was kleiner als der t-Wert ist. Im Gegensatz hierzu ergibt sich eine signifikante Differenz in den Ausführungsbeispielen 1 und 2, da die Ergebnisse des t-Tests 9.86 und 11.3 sind, also Werte, die den t-Wert übersteigen.
Die Ergebnisse des signifikanten Tests ergeben, dass mehr wahrscheinlich eine Differenz entsteht zwischen dem Evaluationswert, wenn keine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 vorhanden ist, und dem Evaluationswert, wenn eine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 in den Beispielen 1 und 2 vorhanden ist als im Vergleichsbeispiel, in welchem der effektive Wert als der Evaluationswert verwendet wird. Somit ist das Vorhandensein einer Abnormalität wahrscheinlicher in der Erscheinung bei Änderung im Evaluationswert in den Beispielen 1 und 2 als im Vergleichsbeispiel. Die Ausführungsbeispiele 1 und 2 können somit eine verbesserte Genauigkeit der Abnormalitätsdiagnose im Vergleich zum Vergleichsbeispiel geben.
[Ausführungsbeispiel 3]
Im Ausführungsbeispiel 3 wird eine Schwingungswellenform von 500 bis 5000 Hz extrahiert aus Schwingungsdaten und ein Wert (Amplitudenverhältnis), der durch Division einer ersten Amplitude, die einen Referenzwert an der Schwingungswellenform durch eine zweite Amplitude nach einem Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode von einem Zeitpunkt, an welchem die erste Amplitude erfolgt ist, unter einen Schwellwert gefallen ist, als ein Evaluationswert für Abnormalitätsdiagnose verwendet. Die Verwendung des Werts, der von dem Wert berechnet wird, der durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude nach einem Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode von der Zeit, zu welcher die erste Amplitude erfolgt ist, als den Evaluationswert ermöglicht eine Abnormalitätsdiagnose, die auf eine Differenz in der zeitlichen Wellenformgestalt einer Schwingung zwischen normalem Betrieb und während abnormalem Betrieb fokussiert ist. Dies resultiert in einer verbesserten Genauigkeit der Diagnose einer Abnormalität des Hauptwellenlagers 20.
18 zeigt eine funktionales Blockdiagramm zur Darstellung der funktionalen Konfiguration einer Datenverarbeitungsanlage 80C, die eine Abnormalität diagnostiziert. Wie aus 18 hervorgeht, beinhaltet die Datenverarbeitungsanlage 80C einen Filter 81C, eine Diagnoseeinheit 83C und eine Meldeeinheit 84C. Der Filter 81C nimmt einen Eingang einer durch den Beschleunigungsmesser 70C gemessenen Schwingungsangabe auf. Der Filter 81C kann Schwingungsdaten von einem Beschleunigungsmesser 70C in Realzeit empfangen oder kann die in einem (nicht dargestellten) Speicher gespeicherten Schwingungsdaten aus dem Speicher lesen.
Der Filter 81C extrahiert eine Schwingungswellenform Wv von 500 bis 5000 Hz aus Schwingungsdaten und gibt diese zur Diagnoseeinheit 83C. Der Filter 81C beinhaltet beispielsweise einen Bandpassfilter.
Die Diagnoseeinheit 83C beinhaltet einen Computer, wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen volatilen Speicher und einen nicht-volatilen Speicher zur Speicherung von Daten, die für die Abnormalitätsdiagnose erforderlich sind. Die Diagnoseeinheit 83C empfängt eine Wellenform Wv und diagnostiziert, ob am Hauptwellenlager 20 ein Schaden vorhanden ist. Wenn bestimmt wird, dass am Hauptwellenlager 20 ein Schaden vorliegt, steuert die Diagnoseeinheit 83C eine Meldeeinheit 84C für die Angabe an den Nutzer, dass im Hauptwellenlager 20 eine Abnormalität vorhanden ist.
Bei der Abnormalitätsdiagnose extrahiert die Diagnoseeinheit 83C eine erste Amplitude, die einen Referenzwert E bei einer Schwingungswellenform Wv (500 bis 5000 Hz) übersteigt. Der Grund, warum die den Referenzwert E überschreitende Amplitude extrahiert wird von der Schwingungswellenform Wv ist, dass ein Zeitpunkt, an dem ein Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert ist, identifiziert werden soll. Die Änderungen in der Beschleunigung, die erzeugt werden, wenn das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert, erscheint relativ stark an der Wellenform der Schwingungsangabe aufgrund des Kollisionsstoßes. Somit identifiziert die Extraktion der Amplitude, die den Referenzwert E von der Schwingungswellenform Wv übersteigt, einen Zeitpunkt, zu dem das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen kollidiert ist. Dies ermöglicht eine Amplitude, die wenig irrelevant zur Kollision des Wälzelements 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen ist, um aus der Berechnung des Evaluationswerts ausgeschlossen zu werden.
Der Referenzwert E in der Extraktion einer ersten Amplitude ist gewünschtermaßen ein Wert, welcher kaum überschritten wird durch die Amplitude, die irrelevant zur Kollision des Wälzelements 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen ist. Der Referenzwert E kann geeignet durch ein maschinelles Experiment oder durch Simulation ermittelt werden, welche beispielsweise auf etwa 5 Male den effektiven Wert der Schwingungswellenform Wv gesetzt werden kann.
19 zeigt eine Schwingungswellenform Wv während Normalbetriebs. Die Schwingungswellenform Wv, die in 19 dargestellt ist, ist eine Wellenform, die aus der Schwingungsangabe gemäß 8(a) durch den Filter 81C von 18 extrahiert ist. Wie aus 19 hervorgeht, erfolgt eine Amplitude PC_k, welche den Referenzwert E übersteigt, zu einem Zeitpunkt TC_k (k=1-N).
20 zeigt die Schwingungswellenform Wv gemäß 19 zu einem Zeitpunkt TC_k und darum herum in einer vergrößerten Weise. Wie aus 20 hervorgeht, ist eine zweite Amplitude PD_k zu einem Zeitpunkt TD_k nach einem Verlauf einer Zeitspanne ΔT von einem Zeitpunkt TC_k entstanden, an der die erste Amplitude PC_k erfolgt ist. Bei der Abnormalitätsdiagnose im Ausführungsbeispiel 3 wird eine Anzahl von Zeiten, in denen ein Wert, der durch Division der ersten Amplitude PC_k durch die zweite Amplitude PD_k erhalten wird, unter einen Schwellwert R2_ta gefallen ist, als ein Evaluationswert für die Bestimmung verwendet, ob eine Abnormalität vorhanden ist.
21 zeigt eine Schwingungswellenform Wv während eines abnormalen Betriebs. Die Schwingungswellenform Wv gemäß 21 ist eine Wellenform, die extrahiert ist von der Schwingungsangabe gemäß 9(a) durch den Filter 81C der 18. Wie aus 21 hervorgeht, ist eine erste Amplitude PC_k, die den Referenzwert E überschreitet, zu einem Zeitpunkt TC_k (k=1-N) aufgetreten.
22 zeigt eine Schwingungswellenform Wv gemäß 21 zu einem Zeitpunkt TC_k und darum herum in einer vergrößerten Weise. Gemäß 22 ist eine zweite Amplitude PD_k zu einem Zeitpunkt TD_k erfolgt nach einem Verlauf einer Zeitspanne ΔT von einem Zeitpunkt TC_k, zu welchem die erste Amplitude PC_k aufgetreten ist. Gemäß 22 wird auch die Anzahl von Zeiten, in welchen ein Wert, der durch Division der ersten Amplitude PC_k durch die zweite Amplitude PD_k erzielt wurde, unter einen Schwellwert R2_th gefallen ist, als ein Evaluationswert für die Bestimmung einer nur Abnormalität wie in 20 verwendet.
Ein Dämpfungsfaktor der Schwingung, die zu einem Zeitpunkt (Zeitpunkt TC_k) erfolgt ist, an dem das Wälzelement 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufrad 22, dem äußeren Laufrad 24 oder dergleichen kollidiert ist, ist kleiner während eines abnormalen Betriebs, in welchem zumeist die Schwingungen bei 500 bis 5000 Hz auftreten als während des Normalbetriebs. Der Wert, der erhalten wird durch Division der ersten Amplitude PC_k durch die zweite Amplitude PD_k, ist demgemäß kleiner während eines abnormalen Betriebs als während eines Normalbetriebs.
23 zeigt Änderungen in der Anzahl von Zeiten, in denen der Wert, der durch Division der ersten Amplitude PC_k durch die zweite Amplitude PD_k erzielt wird, unter den Schwellwert R2_th gefallen ist, ermittelt wurde. Gemäß 23 ist bis zum Zeitpunkt TR₃₁ ein abnormaler Zustand, in welchem eine Beschädigung des Hauptwellenlagers 20 vorliegt. Das Hauptwellenlager 20 wird zwischen dem Zeitpunkt TR₃₁ und einem Zeitpunkt TR₃₂ ersetzt und demzufolge befindet sich das Hauptwellenlager 20 bei und nach dem Zeitpunkt TR₃₂ in Normalbetrieb. Eine Unterscheidung kann zwischen Normalbetrieb und Abnormalbetrieb beispielsweise durch Bestimmung des Falles gemacht werden, in welchem der Evaluationswert V den Bestimmungswert V_d übersteigt beim abnormalen Betrieb und dem Fall, in welchem der Evaluationswert V nicht größer als der Bestimmungswert V_d bei Normalbetrieb ist, wo ein Wert L_d ein Bestimmungswert V_d ist. Dies resultiert in einer stärker verbesserten Genauigkeit einer Abnormalitätsdiagnose als im Falle des Vergleichsbeispiels.
24 ist ein Blockschaltbild zur Darstellung des Vorgangs (S1 in 2) der Unterroutine zur Berechnung eines Evaluationswerts V, der im Ausführungsbeispiel 3 verwendet wird. Gemäß 24 extrahiert eine Datenverarbeitungsanlage 80C eine erste Amplitude PC_k (k=1-N), die einen Bezugswert E übersteigt, von einer Schwingungswellenform Wv (500 bis 5000 Hz) in S31, und geht dann zum Vorgang S32. Die Datenverarbeitungsanlage 80C extrahiert eine zweite Amplitude PD_k zu einem Zeitpunkt TD_k nach einem Verlauf einer Zeitperiode ΔT von einem Zeitpunkt TC_k, an welchem die erste Amplitude PC_k in S32 aufgetreten ist, und geht dann zum Vorgang S33. Die Datenverarbeitungsanlage 80C berechnet ein Verhältnis R2_k=PC_k/PD_k, welches erhalten wird durch Division der ersten Amplitude PC_k durch die zweite Amplitude PD_k in S33 und geht dann verfahrensmäßig zu S34. Die Datenverarbeitungsanlage 80C berechnet eine Anzahl von Zeiten L2, in welchen ein Verhältnis R2_k unter einen Schwellwert R2_th fällt, als einen Evaluationswert V in S34 und kehrt dann verfahrensmäßig zur Hauptroutine für die Abnormalitätsdiagnose gemäß 2 zurück. Falls der Evaluationswert V größer als der Bestimmungswert V_d ist, meldet die Datenverarbeitungsanlage 80C dem Benutzer das Vorhandensein einer Abnormalität. Der Schwellwert R2_th kann geeignet durch Simulation oder durch ein aktuelles maschinentechnisches Experiment bestimmt werden.
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Anzahl von Zeiten L2, in welchen das Verhältnis R2_k, erzielt durch Division der ersten Amplitude PC_k nicht kleiner als der Referenzwert E bei einer Schwingungswellenform Wv von 500 bis 5000 Hz durch die zweite Amplitude PD_k bei einer Schwingungswellenform nach einem Verlauf einer Zeitperiode ΔT vom Zeitpunkt TC_k, an welchem die erste Amplitude PC_k aufgetreten ist, unter den Schwellwert R2_th gefallen ist, als der Evaluationswert bei der Abnormalitätsdiagnose des Hauptwellenlagers 20 verwendet. Dies ermöglicht eine Abnormalitätsdiagnose, die auf eine Differenz in der zeitlichen Wellenformgestalt einer Schwingung fokussiert, die durch die Kollision des Wälzelements 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, dem äußeren Laufring 24 oder dergleichen verursacht ist, zwischen Normalbetrieb und abnormalen Betrieb, woraus eine verbesserte Genauigkeit einer Abnormalitätsdiagnose des Hauptwellenlagers 20 resultiert.
[Ausführungsbeispiel 4]
Das Ausführungsbeispiel 3 hat den Fall beschrieben, bei dem eine Anzahl von Zeiten, in welchen der Wert, der durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude bei der Schwingungswellenform nach einem Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode von der Zeit, zu der die erste Amplitude aufgetreten ist, als der Evaluationswert für die Bestimmung verwendet wird, ob eine Abnormalität vorhanden ist. Der Evaluationswert für die Bestimmung, ob eine Abnormalität vorhanden ist, kann irgendein Wert sein, der errechnet wird durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude bei der Schwingungswellenform nach einem Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode von der Zeit, zu der die erste Amplitude aufgetreten ist. Das Ausführungsbeispiel 4 beschreibt den Fall, in welchem die vorhandene Frequenz, in welcher der Wert, der durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude erzielt wird, unter einen Schwellwert fällt, als Evaluationswert für die Bestimmung einer Abnormalität verwendet wird.
Das Ausführungsbeispiel 4 differiert vom Ausführungsbeispiel 3 dahingehend, dass die vorhandene Frequenz, in welcher der Wert, welcher durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude erhalten wird, unter einen Schwellwert fällt, als der Evaluationswert für die Bestimmung einer Abnormalität verwendet wird. Die 23 und 24 des Ausführungsbeispiels 3 werden jeweils durch die 25 und 26 im Ausführungsbeispiel 4 ersetzt. Die anderen Komponenten sind ähnlich dem Ausführungsbeispiel 3, welche nicht wiederholt beschrieben werden.
25 zeigt Änderungen in der vorhandenen Frequenz, in welcher der Wert, der durch Division einer ersten Amplitude PC_k durch eine zweite Amplitude PD_k erzielt wird, unter einen Schwellwert fällt. In 25 ist bis zu einem Zeitpunkt TR₄₁ ein Zustand gegeben, in welchem eine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 vorhanden ist. Das Hauptwellenlager 20 wird zwischen dem Zeitpunkt TR₄₁ und einem Zeitpunkt TR₄₂ ersetzt und infolgedessen befindet sich das Hauptwellenlager 20 bei und nach dem Zeitpunkt TR₄₂ in Normalbetrieb. Wie aus 25 hervorgeht, kann eine Unterscheidung zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betrieb durch beispielsweise Bestimmung des Falles gemacht werden, in welchem der Evaluationswert V dem Bestimmungswert V_d für den abnormalen Betrieb übersteigt, und dem Fall, in welchem der Evaluationswert V nicht größer als der Bestimmungswert V_d bei Normalbetrieb ist, wo ein Wert F2_d der Bestimmungswert V_d ist. Dies resultiert in einer verbesserten Genauigkeit der Abnormalitätsdiagnose als im Vergleichsbeispiel.
26 zeigt ein Flussschaltbild zur Darstellung des Prozesses (S1 der 2) der Subroutine zur Berechnung eines Evaluationswerts V, der im Ausführungsbeispiel 4 verwendet wird. Wie in 26 dargestellt ist, extrahiert die Datenverarbeitungsanlage 80C eine erste Amplitude PC_k (k=1-N), welches den Referenzwert E übersteigt, von einer Schwingungs-Wellenform Wv (500 - 5000 Hz) in S31 und geht dann verfahrensmäßig zu S32. Die Datenverarbeitungsanlage 80C extrahiert eine zweite Amplitude PD_k zu einem Zeitpunkt TD_k nach einem Verlauf einer Zeitperiode ΔT von einem Zeitpunkt TC_k, an dem die erste Amplitude PC_k in S32 erfolgt ist, und geht dann verfahrensmäßig zu S33. Die Datenverarbeitungsanlage 80C berechnet ein Verhältnis R2_k, erzielt durch Division der ersten Amplitude PC_k durch die zweite Amplitude PD_k in S33 und geht dann verfahrensmäßig nach S44. Die Datenverarbeitungsanlage 80C berechnet eine Anzahl von Zeiten L2, in welchen das Verhältnis R2_k unter den Schwellwert R2_th in S44 fällt, und geht dann verfahrensmäßig zu S45. Die Datenverarbeitungsanlage 80C berechnet eine gegenwärtige Frequenz F2=L2/N, in welcher das Verhältnis R2_k unterhalb den Schwellwert R2_th in S45 fällt und kehrt dann verfahrensmäßig zur Hauptroutine zur Ausführung einer Abnormalitätsdiagnose gemäß 2 zurück. Falls der Evaluationswert V größer als der Bestimmungswert V_d ist, meldet die Datenverarbeitungsanlage 80C dem Benutzer, dass eine Abnormalität vorliegt.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 4 wird eine gegenwärtige Frequenz F2, in welcher das Verhältnis R2_k, erzielt durch Division der ersten Amplitude PC_k von nicht kleiner als der Referenzwert E bei einer Schwingungs-Wellenform Wv von 500 bis 5000 Hz durch die zweite Amplitude PD_k an der Wellenform nach einem Verlauf einer Zeitperiode ΔT von einem Zeitpunkt TC_k, an dem die erste Amplitude PC_k aufgetreten ist, als der Evaluationswert bei der Diagnose einer Abnormalität des Hauptwellenlagers 20 verwendet. Dies ermöglicht eine Abnormalitätsdiagnose, die auf eine Differenz in der temporalen Wellenform-Gestalt einer Schwingung fokussiert, die durch die Kollision des Wälzelements 28 mit dem Käfig 26, dem inneren Laufring 22, äußeren Laufring 24 oder dergleichen zwischen Normalbetrieb und abnormalem Betrieb verursacht ist, woraus eine verbesserte Genauigkeit der Abnormalitätsdiagnose des Hauptwellenlagers 20 resultiert.
27 zeigt die Resultate eines signifikanten Tests, der anhand der entsprechenden Evaluationswerte des Vergleichsbeispiels Ausführungsbeispiel 3 und Ausführungsbeispiel 4 gemäß dem t-Test durchgeführt wurde. Der t-Test ist ein Testverfahren zur Bestimmung, ob eine signifikante Differenz zwischen einem Mittel einer Probengruppe und einem Mittel einer weiteren Probengruppe vorliegt. Bezug nehmend auf 22 wurde bestimmt, ob eine signifikante Differenz zwischen einem Mittel des Evaluationswerts vorliegt, wenn ein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorliegt, und einem Mittel des Evaluationswerts, wenn kein Schaden am Hauptwellenlager 20 vorliegt. Die Probengröße einer jeden Gruppe beträgt 21. Ein t-Wert, das ist ein Grenzwert zur Bestimmung, ob eine signifikante Differenz vorliegt, ist 2.021. Eine signifikante Differenz ist festgestellt, wenn das Resultat des t-Tests 2.021 überschreitet.
Wie aus 27 hervorgeht, wurde keine signifikante Differenz im Vergleichsbeispiel gefunden, da das Ermittlungsergebnis .274 beträgt, welches kleiner als der t-Wert ist. Im Gegensatz hierzu wurde eine signifikante Differenz in den Ausführungsbeispielen 3 und 4 festgestellt, da die Bestimmungsresultate jeweils 2.09 und 6.09 betragen, die beide den t-Wert übersteigen.
Die Ergebnisse dieses signifikanten Tests zeigen, dass mehr wahrscheinlich eine Differenz zwischen dem Evaluationswert, wenn keine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 vorliegt, und dem Evaluationswert, wenn eine Abnormalität im Hauptwellenlager 20 vorliegt, in den Ausführungsbeispielen 3 und 4 erfolgt als im Falle des Vergleichsbeispiels, in welchem der effektive Wert als der Evaluationswert verwendet wird. Somit ergibt sich mehr wahrscheinlich die Gegenwart einer Abnormalität als die Änderung im Evaluationswert in den Ausführungsbeispielen 3 und 4 als im Vergleichsbeispiel. Die Ausführungsbeispiele 3 und 4 können somit eine verbesserte Genauigkeit der Abnormalitätsdiagnose im Vergleich zum Vergleichsbeispiel geben.
Die Praxis einer geeigneten Kombination der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele wird auch betrachtet. Hierbei ist es so zu verstehen, dass die hierin offenbarten Ausführungsbeispiele nur illustrativ und in keiner Weise einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche bestimmt mehr als durch die obige Beschreibung und es ist klar, dass jedwede Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs und der Bedeutung inbegriffen sind, welche äquivalent zu den Merkmalen der Ansprüche ist.
Bezugszeichenliste
1 Windturbinengenerator, 10 Hauptwelle, 20 Hauptwellenlager, 22 innerer Laufring, 24 äußerer Laufring, 26 Käfig, 28 Wälzelement, 30 Flügel, 40 Übersetzungsgetriebe, 50 Stromgenerator, 70, 70C Beschleunigungsmesser, 80, 80C Datenverarbeitungsanlage, 81, 81C, 82 Filter, 83, 83C Diagnoseeinheit, 84, 84C Meldeeinheit, 90 Gehäuse, 100 Turm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013185507 [0002, 0003]

Claims

Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung, die einen Schaden an einer Lagervorrichtung basierend auf Schwingungsdaten bei Beschleunigung der Lagervorrichtung ermittelt, und umfasst: einen ersten Filter, der konfiguriert ist, um eine erste Schwingungs-Wellenform, die zu einem ersten Frequenzband gehört, von den Schwingungsdaten zu extrahieren; einen zweiten Filter, der dergestalt konfiguriert ist, dass dieser eine zweite Schwingungs-Wellenform, die zu einem zweiten Frequenzband größer als das erste Frequenzband gehört, von den Schwingungsdaten extrahiert; sowie eine Diagnoseeinheit, die dergestalt konfiguriert ist, um das Vorhandensein eines Schadens an der Lagervorrichtung zu diagnostizieren, wenn ein Evaluationswert, berechnet durch Division einer ersten Amplitude der ersten Schwingungs-Wellenform durch eine zweite Amplitude der zweiten Schwingungs-Wellenform zu einer Zeit, zu der die erste Amplitude erfolgt ist, einen Bestimmungswert übersteigt, wobei die erste Amplitude einen Referenzwert übersteigt.
Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit derart konfiguriert ist, um für den Evaluationswert einen Mittelwert zu verwenden, der durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude an jedem einer Anzahl von Zeiten erhalten wird, die in einer Messperiode der Schwingungsdaten inkludiert sind.
Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit derart konfiguriert ist, um als den Evaluationswert einen Wert zu verwenden, der durch Division einer Anzahl von Zeiten erzielt wird, in denen ein Wert, der durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude ermittelt wird, einen Schwellwert in einer Messperiode der Schwingungsdaten durch eine Anzahl von Zeiten überschritten hat, in denen die erste Amplitude während der Messperiode gegenwärtig ist.
Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung zur Ermittlung der Beschädigung einer Lagervorrichtung, basierend auf Schwingungsdaten bei Beschleunigung der Lagervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Extrahieren einer ersten Schwingungs-Wellenform, die zu einem ersten Frequenzband gehört, von den Schwingungsdaten; Extrahieren einer zweiten Schwingungs-Wellenform, die zu einem zweiten Frequenzband höher als das erste Frequenzband gehört, von den Schwingungsdaten; sowie Diagnostizierung, dass ein Schaden an der Lagervorrichtung vorliegt, wenn ein Evaluationswert, berechnet durch Division einer ersten Amplitude der ersten Schwingungs-Wellenform durch eine zweite Amplitude der zweiten Schwingungs-Wellenform zu einer Zeit berechnet wird, in welcher die erste Amplitude erfolgt ist, einen Bestimmungswert überschreitet, wobei die erste Amplitude einen Referenzwert übersteigt.
Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung zur Ermittlung des Schadens einer Lagervorrichtung basierend auf Schwingungsdaten bei Beschleunigung der Lagervorrichtung, wobei die Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung umfasst: einen derart konfigurierten Filter, dass dieser eine Schwingungs-Wellenform entsprechend einem vorbestimmten Frequenzband von den Schwingungsdaten extrahiert; und eine derart konfigurierte Diagnoseeinheit, die einen Schaden der Lagervorrichtung diagnostiziert, wenn ein durch Division einer ersten Amplitude der Schwingungs-Wellenform durch eine zweite Amplitude einer Schwingungs-Wellenform nach einem Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode von einer Zeit, zu der die erste Amplitude erfolgt ist, berechneter Evaluationswert einen Bestimmungswert übersteigt, wobei die erste Amplitude einen Referenzwert übersteigt.
Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit derart konfiguriert ist, dass sie eine Anzahl von Zeiten als den Evaluationswert berechnet, in denen ein durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude erzielter Wert eine Schwelle während einer Messperiode der Schwingungsdaten übersteigt.
Abnormalitäts-Diagnosevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit derart konfiguriert ist, dass diese als den Evaluationswert einen Wert berechnet, der durch Division einer Anzahl von Zeiten erzielt wird, in welchen ein Wert, erzielt durch Division der ersten Amplitude durch die zweite Amplitude, einen Schwellwert durch eine Anzahl von Zeiten übersteigt, in welchen die erste Amplitude während einer Messperiode der Schwingungsdaten erfolgt ist.
Abnormalitäts-Diagnoseverfahren zur Ermittlung der Beschädigung einer Lagervorrichtung basierend auf Schwingungsdaten bei Beschleunigung der Lagervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Extrahierung einer Schwingungs-Wellenform von den Schwingungsdaten, die zu einem vorbestimmten Frequenzband gehört; sowie Diagnostizieren eines Schadens der Lagervorrichtung, wenn ein Evaluationswert, der durch Division einer ersten Amplitude der Schwingungs-Wellenform durch eine zweite Amplitude der Schwingungs-Wellenform nach einem Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode ab einem Zeitpunkt erfolgt ist, ab dem die erste Amplitude erfolgt ist, einen Bestimmungswert übersteigt, wobei die erste Amplitude einen Referenzwert übersteigt.