DE4028559A1

DE4028559A1 - Verfahren und anordnung zur ursachenerkennung von anstreiferscheinungen in gleitlagern

Info

Publication number: DE4028559A1
Application number: DE19904028559
Authority: DE
Inventors: Adolf Prof Dr Sc Techn Sturm; Rudolf Foerster; Gerd Dipl Ing Ellmer; Ralf Dipl Ing Thalinger
Original assignee: ZITTAU TECH HOCHSCHULE
Current assignee: ZITTAU TECH HOCHSCHULE
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-09-08
Publication date: 1991-10-17
Also published as: DD293422A5; DE4123576A1

Description

Verfahren und Anordnung zur Ursachenerkennung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern finden Anwendung bei Gleitlagerungen, insbesondere von Turbinen, Pumpen, Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen.

Die Erfindung soll die Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern verzögerungsfrei erkennen, um die betreffende Maschine vorbeugend außer Betrieb zu nehmen.

Rotoren großer Turbomaschinen und Pumpen werden ausnahmslos durch Gleitlager im Gehäuse geführt. Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen großer Leistung besitzen Gleitlager. Für spezielle Abdichtungsaufgaben zwischen Rotor und Gehäuse werden ebenfalls Gleitpaarungen, z. B. Gleitringdichtungen eingesetzt. Diese Lagerungen haben große Belastungen aufzunehmen und werden bei hohen Drehzahlen beschrieben. Sie bestimmen deshalb maßgeblich die Zuverlässigkeit der Aggregate. Der Überwachung solcher Gleitlager wird deshalb größte Aufmerksamkeit geschenkt.

Die betriebliche Praxis zeigt aber, daß vor allem geringfügige, beginnende Veränderungen in der Lagerung infolge Abnutzung (Verschleiß, Ermüdung), Überbeanspruchung (Unwucht), Unregelmäßigkeiten in der Schmierung (Temperatur, Menge, Verschmutzung), thermische Einwirkungen auf die geometrische Lage der in der Regel mehrfach abgestützten Rotoren noch immer unzureichend diagnostiziert werden (Sturm; Uhlemann: Maschinenbautechnik, Berlin 34 (1985) 3, S. 129-130, 132).

Reibungszustandsänderungen von hydrodynamischer Flüssigkeitsreibung in Mischreibung können mit Hilfe der Schallemissionsanalyse verzögerungsfrei erfaßt werden.

Bekannt sind Verfahren und Anordnung zur Maschinenelementezustandsbestimmung (DD-PS 2 48 036) sowie Nachweisverfahren für Partikel im Schmierspalt von Gleitlagern (DD-PS 2 80 263). Diese Verfahren verwenden die Impulsdichte als Diagnoseparameter und erfordern die Einstellung eines Diskriminatorpegels zur Trennung von Stör- und Nutzsignalen. Durch Analyse im Zeit-, Frequenz- und Wahrscheinlichkeitsbereich sollen Frequenz und Amplitude 5 periodischer Veränderungen der Impulsdichte als Maß für den Schädigungszustand ermittelt werden. Das Ergebnis der Signalanalyse ist jedoch vom eingestellten Diskriminatorpegel abhängig, so daß quantitativ falsche Aussagen entstehen.

Als weiterer Nachteil erweist sich der hohe apparative und zeitliche Aufwand für Analyse und Bewertung.

International bekannte Verfahren verwenden die Form der Einhüllenden des Schallemissionssignals über einem Schallemissionsereignis (EP O 2 09 862) bzw. die Periodizität der Einhüllungen (EP O 0 28 081) zur Bestimmung der Schallemissionsursachen, wobei auf die Reibungsursachen nicht geschlußfolgert werden kann. Das ist ein Nachteil. Eine Bestimmung der Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, d. h. der Ermittlung des direkten Kontaktes zwischen Welle und Lagerschale, ist mit den bekannten Verfahren und Anordnungen nicht möglich.

Dem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern die Schallemission als Diagnoseparameter zu ermitteln und nach erfolgter Frequenzanalyse eine Kennzahl zu bilden.

Erfindungsgemäß wird die Schallemission am Gleitlager von einem Schallemissionssensor mittels bekannter Verfahren erfaßt, in ein elektrisches Signal gewandelt, einer Filterung und Verstärkung zugeführt. Aus dem gefilterten Signal wird ein Schallemissionsparameter gebildet, der einer frequenzselektiven Überwachungseinheit zugeleitet wird, die von der Drehfrequenz der Welle gesteuert wird. Als Schallemissionsparameter kann der Effektivwert, die Hüllkurve oder die Impulsdichte der Schallemission verwendet werden. Aus dem Vergleich der Amplituden A kann eine Diagnosekennzahl bestimmt werden, die innerhalb bestimmter Wertebereiche unterschiedlichen Reibungsursachen zuzuordnen ist. Die Diagnosekennzahl wird aus den Amplituden A der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters in der Form

mit f_n Drehfrequenz der Rotorwelle ermittelt. Auf den 10 eineinhalbfachen drehfrequenten Anteil des Schallemissionsparameters kann verzichtet werden, falls bekannt ist, daß Anstreiferscheinungen vorliegen.

Erfindungswesentlich ist außerdem, daß der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeitkonstante arbeitet, die der Dauer von maximal 1/10 Wellenumdrehung entspricht.

Der Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren.

Die Aufgabe ist nach der Anordnung dadurch gelöst, daß bei der am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzselektive Überwachungseinheit liegt, deren Ausgänge mit einer Bewertungslogik verbunden sind.

Die praktische Realisierung kann sowohl mit analogen als auch mit digitalen Baugruppen erfolgen.

Erfindungsgemäß wird folgende technische Fortschrittlichkeit erreicht:

1. Möglichkeit der verzögerungsfreien vollautomatischen Ermittlung der Ursachen für Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, z. B. Lagerverkantung, Schmierstoffmangel, Unwucht.
2. Eindeutige Zustandserkennung und Anzeige durch Anwendung einer einfach zu bildenden Diagnosekennzahl aus den Amplituden der Frequenzkomponenten des Schallemis sionsparameters.
3. Geringer apparativer Aufwand der automatischen Überwachungsanlage bei einfacher Bedienungsführung.
4. Universelle Anwendbarkeit an einer großen Anzahl gleitgelagerter Maschinen zur Fertigungskontrolle, Montagekontrolle und Betriebsüberwachung.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Schmiermittelmangel

Fig. 2 Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Rotorunwucht

Fig. 3 Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Lagerverkantung

Fig. 4 Ausführungsbeispiel der Anordnung.

Beispiel 1

Die in einem Gleitlager bei Anstreiferscheinungen der Rotorwelle an der Lagerschale entstehende hochfrequente Schallemission wird von einem Schallemissionssensor, der am Lagergehäuse befestigt ist, aufgenommen und in ein elektrisches Signal gewandelt, in einem Hochpaßfilter von niederfrequenten Störanteilen getrennt, in einem Verstärker verstärkt und anschließend in einem Kurzzeiteffektivwertmesser zum Kurzzeiteffektivwert der Schallemission verarbeitet.

Der Zeitverlauf des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission weist bei Schmierstoffmangel oder Rotorunwucht im Falle eines Anstreifens der Rotorwelle an der Lagerschale Überhöhungen in Abständen von einer Wellenumdre hung auf. Im Frequenzspektrum dominiert die Drehfrequenz mit ihren Harmonischen (Fig. 1 und 2). Bei Lagerverkantung entstehen innerhalb einer Wellenumdrehung im Falle eines Anstreifens der Rotorwelle an der Lagerschale infolge Restunwucht zwei Erhöhungen der Reibungsintensität. Im Frequenzspektrum dominiert deshalb die doppelte Drehfrequenz (Fig. 3).

Zwei frequenzselektive Überwachungseinheiten erfassen die Amplituden der drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Komponenten, die in einer Bewertungslogik zur Diag nosekennzahl

mit f_n Drehfrequenz der Welle verknüpft werden. Innerhalb bestimmter Wertebereiche läßt sich eine eindeutige Zuordnung zu Reibungsursachen treffen:

Diagnosekennzahl D_R′
Reibungsursache
<D_R′1
Lagerverkantung
D_R′2 . . . D_R′3	Schmierstoffmangel
<D_R′4	Rotorunwucht

Beispiel 2

Das im Schallemissionssensor 1 aufgenommene Schallemissionssignal des Gleitlagers wird in einem Bandpaßfilter 2 (untere Grenzfrequenz 100 kHz, obere Grenzfrequenz 200 kHz, gefiltert und im Verstärker 3 um 40 dB verstärkt. Im Effektivwertmesser 4 wird für das Verstärkerausgangssignal der Effektivwert mit einer Integrationszeitkonstante, die der Dauer von 1/10 Wellenumdrehung entspricht, bestimmt. Aus dem Effektivwertverlauf werden im Bandpaßfilter die Amplituden von drei Frequenzteilen bestimmt. Die Einstellung der Mittenfre quenzen erfolgt über eine Steuereinheit 8, an deren Eingang eine Drehzahlimpulsfolge (ein Impuls pro Umdrehung) anliegt. In der Bewertungslogik 6 wird die Diagnosekennzahl gebildet und infolge ihrer Einordnung in festgelegte Wertebereiche die aufgetretenen Anstreifursachen signalisiert.

Liste der Bezugszeichen

Fig. 4

1 Schallemissionssensor
2 Filter
3 Verstärker
4 Effektivwertmesser
5 Bandpaßfilter
6 Bewertungslogik
7 Drehzahlgeber
8 Steuerung für Bandpaßfilterung

Claims

1. Verfahren zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, bei dem die Schallemission am Gleitlager erfaßt, in ein elektrisches Signal gewandelt, einer Filterung und Verstärkung zugeführt und anschließend zu einem Schallemissionsparameter verarbeitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter einer frequenzselektiven Überwachungseinheit zugeführt wird, die von der Drehfrequenz f_R der Welle gesteuert wird, und in der eine Diagnosekennzahl D_R in Form eines Differenzenquotienten aus den Amplituden A der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters in der Verknüpfung von gebildet und diese aus der Signalverarbeitung gewonnene Diagnosekennzahl D_R angezeigt und innerhalb bestimmter Wertebereiche den Reibungsursachen zugeordnet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeitkonstante gebildet wird, die der Dauer von maximal 1/10 Wellenumdrehung entspricht.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Schallemissionsparameter der Effektivwert, die Hüllkurve oder die Impulsdichte der Schallemission verwendet wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Diagnosekennzahl durch den Quotienten aus den Amplituden A des drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Anteils des Schallemissionsparameters gebildet wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Diagnosekennzahl aus dem Effektivwert oder der Signalleistung der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters gebildet wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, wobei ein am Gleitlager angeordneter Schallemissionssensor mit dem Eingang eines Filters und Verstärkers verbunden ist, dessen Ausgang an einer Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters angeschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzselektive Überwachungseinheit liegt, die von einem Drehzahlgeber gesteuert wird und deren Ausgänge mit einer Bewertungslogik verbunden sind.