DE3245505C2

DE3245505C2 - Verfahren zur Schadensfrüherkennung

Info

Publication number: DE3245505C2
Application number: DE19823245505
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 4130 Moers Vykoupil
Original assignee: Rheinisch-Westfaelischer Technischer Ueberwachungsverein Ev 4300 Essen De
Current assignee: Rheinisch-Westfaelischer Technischer Ueberwachungsverein Ev 4300 Essen De
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1985-11-14
Also published as: DE3245505A1

Abstract

Verfahren zur Schadensfrüherkennung an einem im Betrieb Körperschall emittierenden Bauteil einer Maschine. An der Maschine wird ein erster Körperschallparameter im hochfrequenten Bereich, ein zweiter Körperschallparameter im tieffrequenten Bereich gemessen. Aus den Meßwerten des ersten Körperschallparameters wird das Autoleistungsspektrum G11 und aus den Meßwerten des gleichzeitig gemessenen zweiten Körperschallparameters wird das Autoleistungsspektrum G22 gebildet. Aus beiden Meßwerten wird das Kreuzleistungsspektrum G12 gebildet. Ein Computer erzeugt daraus die Kohärenzfunktion γ2 = G212/G11 G22. Bei Ansteigen des Wertes dieser Kohärenzfunktion oder eines daran angeschlossenen Wertes wird die Maschine, der das Bauteil angehört, außer Betrieb genommen und/oder das Bauteil ausgetauscht.

Description

Mit Hilfe eines heute zumeist elektronischen Frequenzanalysators können die Meßwerte analysiert, transformiert und verknüpft werden.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (ölhydraulik und Pneumatik, 1981, S. 568—573) werden der erste Körperschallparameter und der zweite Körperschallparameter im gleichen Bereich des Frequenz- spektrums gemessen, und zwar zu verschiedenen Zeiten. Der erste Körperschallparameter wird gemessen, wenn sich die Maschine und damit das zu überwachende Bauteil oder eine äquivalente Maschine aus gleicher Fertigungsserie, im Neuzustand befinden. Der so ge messene erste Körperschallparameter vwird gespeichert und bildet einen Reforenzwert, mit dem der zweite Körperschallparameter verglichen wird, der zu späterer Zeit beim Betrieb der Maschine im gleichen Frequenzbereich gemessen wird. Eine Abweichung vom Refe-

3G renzwert gilt als Zeichen für das Eintreten eines Schadensfalles. Entsprechend arbeitet man in der Praxis auch mit zwei Körperschallparametern, deren erster im hochfrequenten Bereich und deren zweiter im tieffrequenten Bereich gemessen werden. Da der zweite Kör- perschallparameter nicht gleichzeitig mit dem ersten oder Referenzparameter gemessen wird, erfolgt seine Messung nicht kohärent — Kohärenz bezeichnet bekanntlich das Vorliegen definierter Beziehungen (Korrelationen) zwischen den Phasen sich überlagernder Wellen, allgemein zwischen den Zufallsvariablen von beliebigen, in der Physik auftretenden, stochastischen Prozessen. Die Kohärenz von Wellen hat deren Interferenzfähigkeit zur Folge. Die bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen sind insofern nicht frei von Nachteilen, als der Referenzparameter nicht auf andere Maschinen, auch nicht auf andere Maschinen gleicher Bauart, übertragbar ist und für jede Maschine, z. B. im Zusammenhang mit einer Abnahme oder einer Inbetriebnahme, separat ermittelt werden muß. Er fällt nicht bei den Messungen, die zur Schadensfrüherkennung an der Maschine überwachend durchgeführt werden, gleichsam von selbst an. Hinzukommt, daß die Frequenzspektren stark von den Betriebsbedingungen abhängig sind und daher eine Zu-

Standsüberwachung auf dieser Grundlage zuverlässig

zumindest dann kaum möglich ist, wenn sich bei der

Überwachung auch die Betriebsbedingungen, z. B. die Umdrehungszahlen, ändern. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu-

gründe, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß unabhängig von der vorgeschalteten Ermittlung von Referenzwerten eine Schadensfrüherkennung durchgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß

die Meßwerte einem Frequenzanalysator zugeführt werden, der aus den Meßwerten des ersten Körperschallparameters das Autoleistungsspektrum Gn und aus den Meßwerten des gleichzeitig gemessenen zwei-

ten Körperschallparameters das Autoleistungsspektrum G-n sowie aus beiden Meßwerten das Kreuzleistungsspektrum Gebildet,

daß diese Leistungsspektren Gn, G 22 und Gn einem Computer zugeführt werden, der daraus die Kohärenzfunktion

γ¹ = G\ 2²/ Gn G22

bildet, und daß ein Ansteigen des Wertes von y² als Schadensfrüherkennungssignal verwendet wird.

Im Rahmen der Erfindung kann unmittelbar oder mittelbar mit der Kohärenzfunktion gearbeitet werden. Eine Ausführungsform, die mittelbar mit der Kohärenzfunktion arbeitet, ist dadurch gekennzeichnet, daß aus der Kohärenzfunktion die Größe /²G22 gebildet und ein Ansteigen des Wertes dieser Größe als Schadensfrüherkennungssignal verwendet wird. — Es versteht sich im Rahmen der Lehre der Erfindung, daß der Vergleich des hochfrequenten und tieffrequenten Signais mittels der Kohärenzfunktion für eine bestimmte Frttjuenz erfolgen muß. Das hochfrequente Signal wird dazu demoduliert. Durch die Demodulation wird die Trägerfrequenz des hochfrequenten Signals — z. B. 200 kHz — unterdrückt, und es bleibt die tieffrequente Amplituden-Modulation übrig. Das demodulierte hochfrequente Signal wird gleichsam in ein tieffrequentes Signal umgewandelt. Der dazu erforderliche Demodulator 1st ein handelsübliches Gerät (welches ähnlich in jeden Rundfunkempfänger eingebaut ist).

Bei den Autoleistungsspektren und dem Kreuzleistungsspektrum handelt es sich um bekannte Größen der Random Data Analysis (vgl. Bendat, Piersol »Engineering applications of correlation and spectral analysis«, John Wiley & Sons), die mit handelsüblichen Frcquenzanalysatoren ermittelt werden können. Überraschenderweise lassen sich diese Größen bei Verwirklichung der Lehre der Erfindung eine Schadensfrüherkennung sicher zu, ohne daß, wie eingangs beschriebenen, vorab ein Referenzwert ermittelt werden muß. Die Erfindung beruht insoweit auf der zur Erfindung gehörenden Erkenntnis, daß sich vor Eintreten eines Schadens an einer Maschine die Korrelationen zwischen den angegebenen Meßwerten ändern, und zwar im Sinne eines Ansteigens der oben angegebenen Werte. Bei der normal arbeitenden Maschine, in der auch ein beginnender Fehler sich noch nicht ausprägt, sind die genannten Werte konstant. Da nur das Ansteigen dieser Werte ermittelt werden muß, z. B. als erste Ableitung nach der Zeit, bedarf es eines Referenzwertes nicht. Die konstante Größe fällt vielmehr bei der Bildung der erste» Ableitung gleichsam heraus. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführenden Rechnungen erfolgen mit Hilfe eines dafür eingerichteten Computers, wie er bei Korrelationsuntersuchungen üblich ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das in der Figur dargestellte Schema zeigt eine Maschine 1, die zum Zwecke der Schadensfrüherkennung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überwachen ist. Mit Hilfe eines Aufnehmers 2 wird an der Maschine 1 ein erster Körperschallparameter im hochfrequenten Bereich des Frequenzspektrums gemesser.. Mit Hilfe des Aufnehmers 3 wird ein zweiter Körperschailparameter im titffrequenten Bereich gemessen. Die beiden Meßwerte werden auf besondere Weise verglichen. Sie werden dazu über einen Vorverstärker 4 bzw. einen Vorverstärker 5 mit Filter einem Frequenzanalysator 6 zugeführt. Vordem Frequenzanarysator.ini hochfrequenten Zweig, befindet sich der oben erläuterte Demodulator D. Der Frequenzanalysator 6 erzeugt das Autoleistungsspektrum G\ \ und das Autoleistungsspektrum G22 sowie außerdem das Kreuzleistungsspektrum Gi 2- Diese Leistungsspektren werden in einen Computer 7 eingeführt, der daraus die Kohärenzfunktion

?² = G₁₂ ²ZG_n G₂₂

bildet. Der Wert ist konstant, wenn die Maschine ordnungsgemäß und ohne beginnenden Schaden läuft und steigt an, wenn ein Schaden sich ausbildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Schadensfrüherkennung an einem im Betrieb Körperschall emittierenden Bauteil einer Maschine, insbes. einer Maschine mit rotierenden Bauteilen,

wobei an der Maschine mit Hilfe von Schallaufnehmern ein erster Körperschallparameter im hochfrequenten Bereich und ein zweiter Körperschallparameter im tieffrequenten Bereich des Frequenzspektrums gemessen

und beide Meßwerte mit Hilfe eines Komparator verglichen werden, dadurch gekennzeichnet,

daß die Meßwerte einem Frequenzanalysator zugeführt wenflen, der aus den Meßwerten des ersten Körperschaüparameters das Auioieisiungsspektrum Gn und aus den Meßwerten des gleichzeitig gemessenen zweiten Körperschallparameters das Autoleistungsspektrum Gn sowie aus beiden Meßwerten das Kreuzleistungsspektrum Gi 2 bildet, daß diese Leistungsspektren (S_n, Gn und G12 einem Computer zugeführt werden, der daraus die Kohärenzfunktion

y¹ = G₁₂VG_n Ga

bildet, und

daß ein Ansteigen des Wertes von y² als Schadens früherkennungssignal verr/endf * wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aas der Kohärenzfunktion die Größe Y¹Gn gebildet und ein Ansteigen des Wertes dieser Größe als Schadensfrüherkennungssignal verwendet wird.

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Schadensfrüherkennung an einem im Betrieb Körperschall emittierenden Bauteil einer Maschine, insbesondere einer Maschine mit rotierenden Bauteilen,

wobei an der Maschine mit Hilfe von Schallaufnehmern ein erster Körperschallparameter im hochfrequenten Bereich und ein zweiter Körperschallparameter im tieffrequenten Bereich des Frequenzspektrum gemessen

und beide Meßwerte mit Hilfe eines Komparators verglichen werden. Der Vergleich geschieht zumeist per Computer. — Das gattungsgemäße Verfahren gehört zur Methode der Schadensfrüherkennung durch Bestimmung des Schwingungsverhaltens des zu überwachenden Bauteils. Diese Methode wird hauptsächlich bei der Überwachung von Wälzlagern, Getrieben und bei Turbinenanlagen eingesetzt. Bei der Schadensfrüherkennung durch Körperschallmessung wird zur Beurteilung des Zustandes eines Bauteiles die Veränderung seines Schwingungsverhaltens betrachtet. Da die Energie, die zur Änderung des Schwingungsverhaltens eines Bauteiles notwendig ist, relativ niedrig ist, kann mit Hilfe dieser Methode ein eintretender Schaden unter Um ständen bereits in seinen Anfangsstadium erkannt werden. Als Körperschallparameter können im Rahmen dieser Maßnahmen direkt oder indirekt gemessen werden, 5

der Effektivwert der Beschleunigung, das eiste Integral dieser Beschleunigung, d. h. die Schwingungsgeschwindigkeit oder die Schnelle, das zweite Intergral dieser Beschleunigung entsprechend dem ersten Integral der Schwingungsge schwindigkeit, d. h. die Auslenkung oder der Weg.