DE4107575A1 - Verfahren zur digitalen verarbeitung von signalkenngroessen - Google Patents

Description

Das Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Signalkenngrößen findet Anwendung zur Bewertung von Wellen- und Lagerschwingungen von Großaggregaten, z. B. Dampfturbinen, Wasserkraftmaschinen, Verdichtern, Pumpen, insbesondere zur Wälzlagerdiagnose von Rotationsmaschinen nach der K(t)-Methode.

Signalkenngrößen, z. B. Effektiv- und Spitzenwerte und daraus gebildete Kennzahlen werden aufgrund ihrer einfachen meßtechnischen Erfassung und Bewertung gern und oft zur Schadensdiagnose verwendet.

Für ein Schwingungssignal x(t) gilt als Effektivwert

bzw.

mit N Anzahl der diskreten Funktionswerte x_i in der Meßzeit T und als Spitzenwert meist die positive Maximalamplitude

=max · x(t) (3)

innerhalb der Meßzeit T.

Das Schwingungssignal am Lagerbock einer Rotationsmaschine wird für die Dauer der Meßwertaufnahme als stationär angenommen. Diese Annahme ist zulässig, solange die Betriebs- und Umgebungsbedingungen konstant sind. Die Betriebspraxis zeigt aber, daß diese Voraussetzung in der Regel nicht erfüllt ist. Störungsursachen sind vielgestaltig und in ihrem zeitlichen Auftreten stochastisch. In Wälzlagern können z. B. Abriebpartikel überrollt werden und dadurch kurzzeitig extreme Schwingungsamplituden verursachen. Ebenso können Störungen aus der Meßkette auftreten. Bei Verwendung konventioneller Analog-Meßtechnik negiert der Mensch mehr oder weniger unbewußt solche "Ausrutscher" am Analoganzeigeinstrument durch Wiederholungsmessungen und anschließende arithmetische Mittelung der abgelesenen Werte.

Digitalmeßtechnik dagegen registriert kompromißlos alle in der Meßzeit T auftretenden Ereignisse. Es liegt offensichtlich im Vorurteil der Fachwelt begründet, daß dieser prinzipielle Unterschied in der Meßwerterfassung bei der Entwicklung der digitalen Meßtechnik nicht beachtet wurde.

Die Erfindung beabsichtigt, die regellosen Schwankungen in den zeitlichen Trendverläufen von Signalkenngrößen und der daraus gebildeten Wälzlager-Diagnosekennzahl K(t) zu beseitigen. Das Schwingungsdiagnoseverfahren nach DE-PS 33 14 005 bildet den Effektivwert durch Kurzzeitmittelung entsprechend Gl. (2) und als Spitzenwert die in der Meßzeit T auftretende Maximalamplitude entsprechend Gl. (3).

Wiederholungsmessungen (mehr als 10 unmittelbar aufeinanderfolgende Einzelmessungen) im Labor und an Kraftwerksausrüstungen mit diesem Verfahren weisen aus, daß der Variationskoeffizient

mit

und

x_i diskreter Funktionswert zum Zeitpunkt t_i bei einer Meßzeit von 0,5 s für den
- Effektivwert bis 10% und für den
- Spitzenwert bis 70%
betragen kann.

Zeitliche Trendverläufe des Effektiv- oder Spitzenwertes bzw. der daraus gebildeten Wälzlager-Diagnosekennzahl

mit
x(0) und x(0) Effektiv- und Spitzenwert im Ausgangszustand
x(t) und x(t) Effektiv- und Spitzenwert im Augenblickszustand
können deshalb großen Schwankungen unterliegen. Diagnoseaussagen sind mit solchen Meßergebnissen nur eingeschränkt nutzbar und Restfunktionsdauerprognosen auf der Grundlage von Regressionsanalysen und Trendextrapolationen ausgeschlossen. Die praktische Anwendung dieser einfachen und daher beliebten Diagnosealgorithmen ist damit stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Signalkenngrößen, die stochastische Störungen des Signals unterdrücken, mittels digitaler Meßtechnik zu gewinnen und dadurch zeitliche Trendverläufe der Signalkenngrößen und daraus gebildeter Kennzahlen auszugleichen, so daß die bekannten Nachteile der bisherigen Verfahrensweise beseitigt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Effektiv- und Spitzenwerte der Lager-Schwingbedingungen vorzugsweise jeweils innerhalb kurzer Meßzeiten (aber mindestens über eine Umdrehung des Wälzlagerkäfigs) mehrfach unmittelbar aufeinanderfolgend erfaßt, daraus ein arithmetisch gemittelter Effektivwert und ein arithmetisch gemittelter Spitzenwert gebildet und diese zur Wälzlager-Diagnosekennzahl K(t) weiterverarbeitet werden. Damit sind Einflüsse auf die Meßergebnisse eleminiert und Restfunktionsdauerprognosen auf der Grundlage von Regressionsanalysen und Trendextrapolationen möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert:

Die Effektiv- und Spitzenwerte der Lager-Schwingbeschleunigung werden mit dem Schwingungsdiagnoseverfahren nach DE-PS 33 14 005 nach Gl. (2) und (3) innerhalb der Meßzeit T=0,5 s insgesamt 15mal unmittelbar aufeinanderfolgend erfaßt. Anschließend werden daraus die arithmetischen Mittelwerte gebildet:

Die Wälzlager-Diagnosekennzahl K(t) ergibt sich dann analog Gl. (7) zu

wobei die individuellen Ausgangswerte x(0) und x(0) nach dem gleichen Prinzip zu bestimmen sind.

Fig. 1 zeigt, welche Unterschiede durch Mehrfachmessung und arithmetische Mittelung der Effektiv- und Spitzenwerte gegenüber der bisherigen Verfahrensweise resultieren. Die zeitlichen Trendverläufe des Spitzenwertes und der Wälzlager-Diagnosekennzahl sind bei sonst gleichen Grundtendenzen wesentlich ausgeglichener.

Claims (1)

1. Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Signalkenngrößen, insbesondere für die Wälzlagerdiagnose nach der K(t)-Methode, gekennzeichnet dadurch, daß die Effektiv- und Spitzenwerte der Lager-Schwingbeschleunigung jeweils innerhalb kurzer Meßzeiten mehrfach unmittelbar aufeinanderfolgend erfaßt, daraus ein arithmetisch gemittelter Effektivwert und ein arithmetisch gemittelter Spitzenwert gebildet und diese zur Wälzlager-Diagnosekennzahl K(t) weiterverarbeitet werden.