DE4123576A1

DE4123576A1 - Verfahren und anordnung zur ursachenerkennung von anstreiferscheinungen in gleitlagern

Info

Publication number: DE4123576A1
Application number: DE19914123576
Authority: DE
Inventors: Adolf Prof Dr 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: 1991-03-28
Publication date: 1992-02-27
Also published as: DD293422A5; DE4028559A1

Description

Verfahren und Anordnung zur Ursachenerkennung von Anstreifer scheinungen in Gleitlagern finden Anwendung bei Gleitlagerun gen, insbesondere von Turbinen, Pumpen, Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen.

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

Rotoren großer Turbomaschinen und Pumpen werden ausnahmslos durch Gleitlager im Gehäuse geführt. Elektromotoren und Ver brennungskraftmaschinen großer Leistung besitzen Gleitlager. Für spezielle Abdichtungsaufgaben zwischen Rotor und Gehäuse werden ebenfalls Gleitpaarungen, z. B. Gleitringdichtungen eingesetzt. Diese Lagerungen haben große Belastungen aufzu nehmen und werden bei hohen Drehzahlen betrieben. Sie bestim men deshalb maßgeblich die Zuverlässigkeit der Aggregate. Der Überwachung solcher Gleitlager wird deshalb größte Aufmerk samkeit geschenkt.

Die betriebliche Praxis zeigt aber, daß vor allem geringfü gige, beginnende Veränderungen in der Lagerung infolge Abnut zung (Verschleiß, Ermüdung), Überbeanspruchung (Unwucht), Un regelmäßigkeiten in der Schmierung (Temperatur, Menge, Ver schmutzung), thermische Einwirkungen auf die geometrische Lage der in der Regel mehrfach abgestützten Rotoren noch im mer unzureichend diagnostiziert werden (Sturm; Uhlemann: Ma schinenbautechnik, Berlin 34 (1985) 3, S. 129-30 132).

Reibungszustandsänderungen von hydrodynamischer Flüssigkeits reibung in Mischreibung können mit Hilfe der Schallemissions analyse verzögerungsfrei erfaßt werden.

Bekannt sind Verfahren und Anordnung zur Maschinenelementezu standsbestimmung (DD-PS 2 48 036) sowie Nachweisverfahren für Partikel im Schmierspalt von Gleitlagern (DD-PS 2 80 263). Diese Verfahren verwenden die Impulsdichte als Diagnosepara meter und erfordern die Einstellung eines Diskriminatorpegels zur Trennung von Stör- und Nutzsignalen. Durch Analyse im Zeit-, und Frequenz- und Wahrscheinlichkeitsbereich sollen Frequenz und Amplitude periodischer Veränderungen der Im pulsdichte als Maß für den Schädigungszustand ermittelt wer den. Das Ergebnis der Signalanalyse ist jedoch vom einge stellten 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 Ein hüllenden des Schallemissionssignals über einem Schallemis sionsereignis (EP 02 09 862) bzw. die Periodizität der Ein hüllenden (EP 00 28 081) zur Bestimmung der Schallemissions ursachen, wobei auf die Reibungsursachen nicht geschlußfol gert werden kann. Das ist ein Nachteil. Eine Bestimmung der Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, d. h. der Ermittlung des direkten Kontaktes zwischen Welle und Lager schale, ist mit den bekannten Verfahren und Anordnungen nicht möglich.

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

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

mit f_n Drehfrequenz der Rotorwelle ermittelt. Auf den ein einhalbfachen drehfrequenten Anteil des Schallemissionspara meters kann verzichtet werden, falls bekannt ist, daß An streiferscheinungen vorliegen.

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

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

Die Aufgabe ist nach der Anordnung dadurch gelöst, daß bei der am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzselektive Überwa chungseinheit 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 Er mittlung der Ursachen für Anstreiferscheinungen in Gleit lagern, z. B. Lagerverkantung, Schmierstoffmangel, Unwucht.
2. Eindeutige Zustandserkennung und Anzeige durch Anwen dung einer einfach zu bildenden Diagnosekennzahl aus den Amplituden der Frequenzkomponenten des Schallemissionspa rameters.
3. Geringer apparativer Aufwand der automatischen Überwa chungsanlage bei einfacher Bedienungsführung.
4. Universelle Anwendbarkeit an einer großen Anzahl gleitge lagerter Maschinen zur Fertigungskontrolle, Montagekon trolle und Betriebsüberwachung.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

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 Rotor welle an der Lagerschale entstehende hochfrequente Schall emission wird von einem Schallemissionssensor, der am Lager gehäuse befestigt ist, aufgenommen und in ein elektrisches Signal gewandelt, in einem Hochpaßfilter von niederfrequenten Störanteilen getrennt, in einem Verstärker verstärkt und an schließend in einem Kurzzeiteffektivwertmesser zum Kurzzeit effektivwert 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 Wellenumdrehung auf. Im Frequenzspektrum dominiert die Drehfrequenz mit ihren Harmonischen (Fig. 1 und 2). Bei Lagerverkantung entstehen innerhalb einer Wellenum drehung im Falle eines Anstreifens der Rotorwelle an der La gerschale infolge Restunwucht zwei Erhöhungen der Reibungsin tensität. Im Frequenzspektrum dominiert deshalb die doppelte Drehfrequenz (Fig. 3).

Zwei frequenzselektive Überwachungseinheiten erfassen die Am plituden der drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Kompo nenten, die in einer Bewertungslogik zur Diagnosekennzahl

mit f_n Drehfrequenz der Welle verknüpft werden. Innerhalb be stimmter 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 Schallemissions signal 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 Frequenzanteilen bestimmt. Die Einstellung der Mittenfrequenzen 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 Filte rung und Verstärkung zugeführt und anschließend zu einem Schallemissionsparameter verarbeitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter einer frequenz selektiven 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 einein halbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionspara meters 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 Integrationszeit konstante gebildet wird, die der Dauer von maximal 1/10 Wellenumdrehung entspricht.

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

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Diagnosekennzahl durch den Quotienten aus den Amplitu den 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 Signal leistung der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters ge bildet wird.

6. Anordnung zur Duchführung des Verfahrens zur Ursachener mittlung 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, gekenn zeichnet dadurch, daß am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzse lektive Überwachungseinheit liegt, die von einem Drehzahl geber gesteuert wird und deren Ausgänge mit einer Bewer tungslogik verbunden sind.