DE3707524C2

DE3707524C2 -

Info

Publication number: DE3707524C2
Application number: DE3707524A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Yokohama Kanagawa Jp Kataoka
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1993-03-04
Also published as: FR2596510A1; FR2596510B1; DE3707524A1; JPS62226033A; JPH0460543B2; GB8704700D0; CA1292314C; GB2188422B; US4748850A; GB2188422A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Wellendichtung die eine in dem Gehäuse einer mit einem drehenden Teil versehenen Maschine befindliche Flüssigkeit gegen den Außenraum abdichtet, auf normales Arbeiten durch Aufnehmen der HF-Schallemission im Frequenzbereich von 100 kHz bis mindestens 1 MHz, die durch das Gleiten der Wellendichtung erzeugt wird, an der Maschine und Auswerten der aufgenommenen HF-Schwingungssignale zum Bewerten des Gleitzustandes der Wellendichtung durch Vergleichen mit Signalen die bei normalem Arbeiten der Wellendichtung bestimmt worden sind. Ein solches Verfahren ist aus der JP 55-98 353 bekannt.

Aus "Schmierungstechnik Berlin 16 (1985), S. 182-185", ist bekannt, an Gleitringdichtungen, also an Wellendichtungen, zur Überwachung während des Betriebs Schallemissionsanalysen analog zur Wälzlagerdiagnostik vorzunehmen.

In "Technisches Messen tm, Band 47 (1980) ist in Heft 11, Seiten 389 bis 394" die Schallemissionsanalyse bis 2 MHz beschrieben und in Heft 12, Seiten 427 bis 434 sind Verfahren und Geräte für die Durchführung derselben aufgeführt, wobei auf Effektivwertmessung, auf Messungen der Schallrate und auf Energiemessung verwiesen wird.

Ausgehend von dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der vorstehend definierten Art so weiterzubilden, daß der Gleitzustand der Wellendichtung überprüft werden kann, ohne daß an der Wellendichtung selbst Messungen vorgenommen werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs definierten Art jeweils durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 3 gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der Gleitzustand einer mechanischen Dichtung im Betrieb leicht und absolut bewertet und Fehler der mechanischen Dichtung können vorausgesagt werden.

Die Frequenzen der anderen Geräusche als derjenigen der mechanischen Dichtung, die durch die Lager, durch Fluid töne und andere Schallquellen erzeugt werden, fallen in das Niederfrequenzband unterhalb 100 kHz. Andererseits liegen die Frequenzen der Vibration oder Schwingung, die durch die mechanische Dichtung erzeugt wird, innerhalb des Hochfrequenzbandes von 100 kHz bis 2 MHz.

Bei der Erfindung wird ein Hochfrequenz-Vibra tionssensor mit einer Frequenzempfindlichkeit in dem breiten Band von 100 kHz bis 2 MHz verwendet. Deshalb kann der Einfluß der Geräusche außer von dem Geräusch, das durch die mechanische Dichtung erzeugt wird, auf vernachlässigbare Niveaus reduziert werden. Die Hochfrequenz-Vibration, die durch die mechanische Dichtung verursacht wird, kann absolut erfaßt und nachgewiesen werden.

Bei dem Gleiten der mechanischen Dichtung werden zwei ent gegengesetzte Funktionen durchgeführt: Die eine Funktion ist das Abdichten des Fluids, während die andere Funktion das Verhindern des Abriebs des Materials, an dem das Glei ten stattfindet, durch die Schmierwirkung des Fluids ist. Die Lebensdauer einer mechanischen Dichtung und das Auf treten von fehlerhaftem Arbeiten oder Versagen werden weit gehend durch den Zustand und die Stabilität des Schmier filmes beeinflußt. Die Hochfrequenz-Vibration, die durch die mechanische Dichtung verursacht wird, tritt aufgrund des festen Kontaktes der Materialien, an denen das Gleiten stattfindet, auf und ist eng mit dem Zustand des Schmier filmes verbunden. Wenn sich der Schmierfilm dem trockenen Reibungszustand nähert, bei dem der Schmierfilm abgeris sen oder unterbrochen ist, steigt die Amplitude der Vibra tion an und auch die Vibrationsfrequenz wird hoch. Darüber hinaus ist der Gleitzustand der mechanischen Dichtung nicht immer konstant. Wenn der Zustand des Schmierfilmes unstabil ist, schwankt die Hochfrequenz-Vibration, die durch die mechanische Dichtung verursacht wird, entspre chend mit der Stabilität des Schmierfilms.

Mit den 3 Verfahren gemäß der Erfindung kann der Zustand und die Stabilität des vorgenannten Schmierfilmes eindeutig bewertet werden.

Die Erfindung wird in der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der Steuerung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Empfindlichkeit eines Hochfrequenz-Vibrationssensors zeigt;

Fig. 4 ein Fließdiagramm, das den Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 erläutert, und

Fig. 5 und 6 Bewertungsdiagramme, die den Gleitzustand einer mechanischen Dichtung zeigen.

Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Pumpe.

Eine Pumpenwelle 3, die an die Welle eines Motors 1 mit tels einer Wellenkupplung 2 gekuppelt ist, ist in einem Lager 5 gehaltert, das in einem Pumpengehäuse 4 einge schlossen ist. Die Pumpenwelle 3 ist mit einer mechani schen Dichtung und einer Wellendichtungseinrichtung 6 wie z.B. einer (nicht gezeigten) Öldichtung abgedichtet und ragt in eine Pumpenkammer 7. Ein Flügelrad oder Im peller 8 ist an einem Endabschnitt der Pumpenwelle 3 in der Pumpenkammer 7 angebracht.

Die mechanische Dichtung wird aus folgenden Bauteilen ge bildet: einem ringförmigen Abtriebsrad oder einem getrie benen Ring 11, der in dem Pumpengehäuse 4 durch einen Dichtungsring 9 abgedichtet ist und in axialer Richtung beweglich ist; einem Drehring 12, der an der Pumpenwelle 3 befestigt ist und der entlang des getriebenen Ringes 11 gleitet, und einer Feder 13, die zwischen dem getriebenen Ring 11 und dem Pumpengehäuse 4 angeordnet ist und den getriebenen Ring 11 in Richtung auf den Drehring 12 in axialer Richtung drückt. Diese die mechanische Dichtung bildenden Bauteile liegen im wesentlichen in dem Fluid, das sowohl zur Kühlung als auch zur Schmierung dient. Es kann auch eine Arretiervorrichtung gegen Drehung vor gesehen werden, um zu verhindern, daß sich der getriebene Ring 11 mitdreht. Ein Hochfrequenz-Vibrationssensor 14 ist an dem Pumpengehäuse 4 angebracht.

Zeigt Fig. 2 ein Blockschaltbild. Die Vibrations-Wellenform der mechanischen Dichtung, die durch den an dem Pumpenge häuse 4 befestigten Sensor 14 erfaßt wird, wird durch ei nen Verstärker 15 verstärkt und in einen Microcomputer 16 für die Messung eingegeben und arithmetisch verarbeitet. Das Ergebnis der arithmetischen Verarbeitung wird an eine Ausgangsanzeigeeinrichtung 17 ausgegeben und dort ange zeigt.

Um den Einfluß der Geräusche zu verringern, die durch die Lager, durch Fluidtöne und durch andere Quellen als durch die mechanische Dichtung erzeugt werden, ist es von Vor teil, daß die Frequenzen dieser Geräusche in ein relativ niedriges Frequenzband unterhalb 100 kHz fallen. Deswegen wird ein Breitband-Sensor mit Frequenz empfindlichkeit in dem Breitenband von 100 kHz bis 2 MHz verwendet.

Zeigt Fig. 3 eine Kurvendarstellung, die ein Beispiel für die Frequenzempfindlichkeit des Breitband-Sensors 14 zeigt.

Der Microcomputer 16 liest das Nachweis-Ausgangssignal des Sensors 14 aus und wandelt es in ein digitales Signal durch einen Hochgeschwindigkeits-A/D-Konverter um, wobei er ver schiedene Arten arithmetischer Operationen und Bewertun gen auf der Basis der digitalen Signale durchführt. Die Berechnungen der effektiven und anderer Werte müssen nicht von dem Microcomputer 16 durchgeführt werden. Es ist auch möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem das Ausgangs signal des Sensors 14 einem Effektivwert-Voltmeter oder einer ähnlichen Vorrichtung zugeführt wird und dessen Aus gangssignal durch den Microcomputer 16 gelesen wird.

Ein Beispiel für den Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wird unter Bezugnahme auf das Fließdiagramm von Fig. 4 beschrieben.

Wenn der Motor 1 betätigt wird, dreht sich die Pumpenwelle 3 über die Wellenkupplung 2 und das Fluid wird durch das Flügelrad 8 eingesaugt und sein Druck und die Geschwindigkeit werden erhöht. Danach wird das Fluid mit einem höheren Druck und höherer Geschwindigkeit abgegeben. Der Drehring 12 und der getriebene Ring 11 gleiten miteinander oder aneinander. Die natürliche Vi bration, die durch das Gleiten des Drehrings 12 und des getriebenen Ringes 11 erzeugt wird, wird in dem Gehäuse 4 übertragen, ohne daß sie wesentlich gedämpft wird, und wird von dem Sensor 14 erfaßt.

Wenn das System zu arbeiten beginnt, wird in Schritt 101 die Hochfrequenz-Vibration, die von den gleitenden Ober flächen der Ringe 12 und 11 erzeugt wird, durch den Sen sor 14 gemessen und durch den Verstärker 15 verstärkt. In dem Schritt 102 wird das verstärkte Signal in den Micro computer 16 eingegeben und A/D-umgewandelt, d.h. digita lisiert, und es wird der Effektivwert oder der Energie wert oder die Anzahl von Malen, in denen die Amplitude des Ausgangssignals einen vorgegebenen Schwellenwert über schreitet, über eine Zeiteinheit erhalten und aufeinander folgend gespeichert. In Schritt 103 wird ein Test durch geführt um zu bestimmen, ob die für die vorstehenden Be rechnungen oder Zählungen erforderliche Zeit eine vorgege bene Zeit erreicht hat. Die Operationen in den Schritten 101 bis 103 werden wiederholt, bis die vorgenannte vorge gebene Zeit vergangen ist. Die erhaltenen Daten werden in Schritt 104 statistisch analysiert. In Schritt 105 werden die Ergebnisse der Bewertung der Daten und des Gleitzustandes der mechanischen Dichtung an die Ausgangs anzeigeeinrichtung 17 ausgegeben und beispielsweise durch Sichtgerät, Drucker oder Kurvenschreiber angezeigt. Die Operationen in den Schritten 101 bis 105 werden wieder holt durchgeführt.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Analyse von Daten der Hochfrequenz-Vibration und ein Beispiel für ein Verfahren zum Bewerten der gleitenden Oberflächen der mechanischen Dichtung auf der Basis der analysierten Daten. Fig. 5 zeigt die Frequenzverteilung von Daten, die kontinuier lich über eine feste Zeitperiode gemessen wurden. In Fig. 5 bedeutet die Abszissenachse den Effektivwert der Hochfrequenz-Vibration oder den Energiewert oder die An zahl von Malen, bei denen die Amplitude des Ausgangssig nals einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, für eine Zeiteinheit, und die Ordinatenachse stellt die Fre quenz der Daten dar. In der graphischen Darstellung stellt die unterbrochene Linie den Fall dar, bei dem gute Schmier filme auf den gleitenden Oberflächen gebildet werden, die durchgezogene Linie stellt den Fall dar, bei dem die Schmierfilme unstabil gebildet werden, und die strich punktierte Linie bezeichnet den Fall, bei dem die Schmier filme ungenügend ausgebildet werden und die gleitenden Oberflächen nahe an dem trockenen Reibungszustand sind. In Fig. 6 sind die Mittelwerte jeweils dieser vorstehend beschriebenen Fälle mit a₁ bis a₃ und die Schwankungen mit S₁ bis S₃ in entsprechender Reihenfolge bezeichnet. Die Zustände der gleitenden Oberflächen werden auf der Basis dieser Werte quantitativ bewertet und sichtbar dar gestellt.

Fig. 6 zeigt ein anderes Bewertungsverfahren. Und zwar zeigt Fig. 6 die Amplitudenverteilung, die durch das Zählen der Anzahl von Malen, bei denen die Amplitude des Ausgangssignals von dem Hochfrequenz-Vibrationssensor einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, für eine Zeiteinheit bei Veränderung des Schwellenwertes abgeleitet ist. In Fig. 6 bezeichnet Δ den Fall, bei dem gute Schmierfilme auf den gleitenden Oberflächen gebildet wer den, ○ bezeichnet den Fall, bei dem die Schmierfilme unstabil gebildet werden, und ⚫ bezeichnet den Fall, bei dem die Schmierfilme ungenügend ausgebildet werden und die gleitenden Oberflächen sich nahe an dem trockenen Reibungszustand befinden. Auch durch dieses Bewertungsver fahren können die Zustände der gleitenden Oberflächen klar voneinander unterschieden werden.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen einer Wellendichtung, die eine in dem Gehäuse einer mit einem drehenden Teil versehenen Maschine befindliche Flüssigkeit gegen den Außenraum abdichtet, auf normales Arbeiten durch Aufnehmen der HF-Schallemission im Frequenzbereich von 100 kHz bis mindestens 1 MHz, die durch das Gleiten der Wellendichtung erzeugt wird, an der Maschine und Auswerten der aufgenommenen HF-Schwingungssignale zum Bewerten des Gleitzustandes der Wellendichtung durch Vergleichen mit Signalen, die bei normalem Arbeiten der Wellendichtung bestimmt worden sind dadurch gekennzeichnet, daß die akustische HF-Schwingung an der Außenseite des Maschinengehäuses im Frequenzbereich von 100 kHz bis 2 MHz gemessen wird, daß aus dem aus der akustischen Messung abgeleiteten Signal kontinuierlich der Effektivwert berechnet und für eine gewisse Zeitspanne akkumuliert wird, daß daraus die Frequenzverteilung der Effektivwerte und ein Mittelwert (a₁, a₂, a₃) sowie die Schwankungsbreite (S₁, S₂, S₃) der Frequenzverteilung ermittelt werden und daß der Gleitzustand der Wellendichtung bewertet wird, indem die Frequenzverteilung mit einer entsprechenden Frequenzverteilung verglichen wird, die bei normalem Arbeiten der Wellendichtung bestimmt worden ist.

2. Verfahren zum Prüfen einer Wellendichtung, die eine in dem Gehäuse einer mit einem drehenden Teil versehenen Maschine befindliche Flüssigkeit gegen den Außenraum abdichtet, auf normales Arbeiten durch Aufnehmen der HF-Schallemission im Frequenzbereich von 100 kHz bis mindestens 1 MHz, die durch das Gleiten der Wellendichtung erzeugt wird, an der Maschine und Auswerten der aufgenommenen HF-Schwingungssignale zum Bewerten des Gleitzustandes der Wellendichtung durch Vergleichen mit Signalen, die bei normalem Arbeiten der Wellendichtung bestimmt worden sind dadurch gekennzeichnet, daß die akustische HF-Schwingung an der Außenseite des Maschinengehäuses im Frequenzbereich von 100 kHz bis 2 MHz gemessen wird, daß aus dem aus der akustischen Messung abgeleiteten Signal kontinuierlich der Energiewert berechnet und für eine gewisse Zeitspanne akkumuliert wird, daß daraus die Frequenzverteilung der Energiewerte und ein Mittelwert (a₁, a₂, a₃) sowie die Schwankungsbreite (S₁, S₂, S₃) der Frequenzverteilung ermittelt werden und daß der Gleitzustand der Wellendichtung bewertet wird, indem die Frequenzverteilung mit einer entsprechenden Frequenzverteilung verglichen wird, die bei normalem Arbeiten der Wellendichtung bestimmt worden ist.

3. Verfahren zum Prüfen einer Wellendichtung, die eine in dem Gehäuse einer mit einem drehenden Teil versehenen Maschine befindliche Flüssigkeit gegen den Außenraum abdichtet, auf normales Arbeiten durch Aufnehmen der HF-Schallemission im Frequenzbereich von 100 kHz bis mindestens 1 MHz, die durch das Gleiten der Wellendichtung erzeugt wird, an der Maschine und Auswerten der aufgenommenen HF-Schwingungssignale zum Bewerten des Gleitzustandes der Wellendichtung durch Vergleichen mit Signalen, die bei normalem Arbeiten der Wellendichtung bestimmt worden sind dadurch gekennzeichnet, daß die akustische HF-Schwingung an der Außenseite des Maschinengehäuses im Frequenzbereich von 100 kHz bis 2 MHz gemessen wird, daß aus dem aus der akustischen Messung abgeleiteten Signal kontinuierlich der Zählwert, der angibt, wie oft die Amplitude des abgeleiteten Signals einen vorgegebenen Schwellenwert in einer Zeiteinheit überschreitet, berechnet und für eine gewisse Zeitspanne akkumuliert wird, daß daraus

a) entweder die Frequenzverteilung der Zählwerte und ein Mittelwert (a₁, a₂, a₃) sowie die Schwankungsbreite (S₁, S₂, S₃) der Frequenzverteilung ermittelt werden
b) oder die Amplitudenverteilung aus den Zählwerten gewonnen wird, indem der Schwellenwert verändert wird, und
c) der Gleitzustand der Wellendichtung bewertet wird, indem die Frequenzverteilung oder die Amplitudenverteilung mit einer entsprechenden Frequenz- oder Amplitudenverteilung verglichen wird, die bei normalem Arbeiten der Wellendichtung bestimmt worden ist.