EA031949B1 - Устройство и способ определения дисбаланса вала - Google Patents

Устройство и способ определения дисбаланса вала Download PDF

Info

Publication number
EA031949B1
EA031949B1 EA201490353A EA201490353A EA031949B1 EA 031949 B1 EA031949 B1 EA 031949B1 EA 201490353 A EA201490353 A EA 201490353A EA 201490353 A EA201490353 A EA 201490353A EA 031949 B1 EA031949 B1 EA 031949B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
shaft
controller
specified
sensor
imbalance
Prior art date
Application number
EA201490353A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201490353A1 (ru
Inventor
Брет Дуэйн Уорден
Мэттью Джон Мэлойн
Милан Карунаратне
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of EA201490353A1 publication Critical patent/EA201490353A1/ru
Publication of EA031949B1 publication Critical patent/EA031949B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0085—Balancing of cylinder outputs, e.g. speed, torque or air-fuel ratio
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/14—Determining imbalance
    • G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
    • G01M1/24—Performing balancing on elastic shafts, e.g. for crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F02B2039/162—Control of pump parameters to improve safety thereof
    • F02B2039/168—Control of pump parameters to improve safety thereof the rotational speed of pump or exhaust drive being limited
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/28—Interface circuits
    • F02D2041/286—Interface circuits comprising means for signal processing
    • F02D2041/288—Interface circuits comprising means for signal processing for performing a transformation into the frequency domain, e.g. Fourier transformation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1012—Engine speed gradient
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0097—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F02D41/1498—With detection of the mechanical response of the engine measuring engine roughness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/042—Testing internal-combustion engines by monitoring a single specific parameter not covered by groups G01M15/06 - G01M15/12
    • G01M15/046—Testing internal-combustion engines by monitoring a single specific parameter not covered by groups G01M15/06 - G01M15/12 by monitoring revolutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Testing Of Balance (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству (50) определения дисбаланса вала, содержащему датчик (52) оборотов, который определяет число оборотов колеса и генерирует сигнал оборотов, и контролер (60), соединенный с датчиком (52) оборотов. Контроллер (60) предназначен для отслеживания сигнала оборотов, при этом изменение сигнала оборотов указывает на дисбаланс вала (20).

Description

Область техники
Изобретение относится в целом к устройству и способу определения дисбаланса вала для ротационной установки, в частности турбокомпрессора, а также к транспортному средству, содержащему такое устройство.
Уровень техники
Ротационные установки содержат элементы, которые вращаются на валу, в том числе, но без ограничения этим, лопасти вентилятора, передаточные устройства, колеса, например, среди прочего, компрессорные колеса или приводные колеса. Сдвиг вала или любой другой дисбаланс вала, вызванный повреждением под действием постороннего объекта или другими причинами, может повлечь за собой дорогой и трудоемкий ремонт.
Дисбаланс вала необходимо обнаруживать для уменьшения области повреждения, вызванного дисбалансом, и для облегчения установления причины поломки.
Сущность изобретения
В одном варианте выполнения предложен способ определения дисбаланса вала, в котором отслеживают импульсы, генерируемые датчиком оборотов при прохождении зуба зубчатого колеса, присоединенного к валу, через область регистрации датчика, регистрируют амплитуду или ширину импульсов, генерируемых указанным датчиком, и определяют дисбаланс вала по указанным зарегистрированным значениям.
В другом варианте выполнения предложено устройство определения дисбаланса вала, которое содержит зубчатое колесо, установленное на валу и имеющее по меньшей мере один зуб, датчик оборотов, расположенный на фиксированном расстоянии от зубчатого колеса, находясь с ним в сенсорном взаимодействии для генерирования импульса, и контроллер, соединенный с датчиком оборотов и выполненный с возможностью отслеживания импульсов для регистрации их амплитуды или ширины и определения состояния дисбаланса вала по зарегистрированным значениям.
В другом варианте выполнения предложено транспортное средство, которое содержит двигатель, соединенный с турбокомпрессором, содержащим вал, компрессорное колесо, установленное на валу, и указанное устройство для определения дисбаланса вала.
Заявленные изобретения обеспечивают возможность оперативного определения состояния дисбаланса вала на основании изменения амплитуды или ширины импульса, генерируемого датчиком оборотов, находящимся в сенсорном взаимодействии с зубчатым колесом, установленным на указанном валу, когда зуб зубчатого колеса проходит через область регистрации. Своевременное определение состояния дисбаланса вала позволяет снизить вероятность отказов в работе двигателя, таким образом предотвращая его внезапную остановку, риск повреждения составных элементов и резкое повышение давления в картере.
Краткое описание чертежей
Ниже сделана ссылка на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют конкретные варианты выполнения и дополнительные преимущества изобретения, описанные более подробно в нижеследующем описании, и на которых:
фиг. 1 изображает схематический разрез ротационной установки в соответствии с изобретением;
фиг. 2 изображает увеличенный схематический вид устройства обнаружения дисбаланса вала в соответствии с изобретением;
фиг. 3 изображает графическое представление датчика оборотов и сигнала, генерируемого датчиком оборотов, причем состояние дисбаланса показано пунктирными линиями;
фиг. 4 изображает графическое представление датчика оборотов и сигнала, генерируемого датчиком оборотов, причем состояние дисбаланса показано пунктирными линиями; и фиг. 5 изображает схематический вид рельсового транспортного средства, содержащего контроллер, который отслеживает сигнал, поступающий от датчика в турбокомпрессоре.
Подробное описание
Описанные в данном документе варианты выполнения изобретения относятся к устройствам и способам для диагностирования ротационных установок, например турбокомпрессора. Также предложены диагностические комплекты для выполнения указанных способов. Турбокомпрессор может входить в состав транспортного средства, например локомотива. К другим подходящим типам транспортных средств могут относиться шоссейные транспортные средства, внедорожные транспортные средства, горнодобывающее оборудование, авиатранспорт и морские суда. Другие варианты выполнения изобретения могут использоваться для стационарных двигателей, например воздушных турбин или электрогенераторов. Двигатель может представлять собой дизельный двигатель или может сжигать другое топливо или смесь горючих веществ. Такие альтернативные виды топлива могут содержать бензин, керосин, биодизельное топливо, природный газ и этанол, а также их комбинации. В подходящих двигателях может использоваться компрессионное зажигание и/или искровое зажигание. Указанные транспортные средства могут содержать двигатель с компонентами, которые изнашиваются в ходе использования.
- 1 031949
Варианты выполнения изобретения относятся к устройству для определения состояния ротационной установки 10. В одном варианте выполнения ротационная установка может содержать вал, вращающийся элемент, соединенный с валом, и корпус, окружающий вращающийся элемент. Используемый в данном документе термин колесо обозначает любой вращающийся элемент любой формы или размера, в том числе, но без ограничения этим, лопасти вентилятора, ступицу, зубчатое колесо, компрессорное колесо или приводное колесо. Вал представляет собой элемент, придающий вращение колесу, и может иметь любую форму, размер или поперечное сечение. Корпус представляет собой любой корпус, который, по меньшей мере частично, окружает колесо и вал с образованием по меньшей мере между частью колеса и корпусом зазора, называемого промежуточным зазором.
Ротационная установка может образовывать часть энергетической установки или транспортного средства, в том числе, но без ограничения этим, локомотивов (фиг. 5), горнодобывающего оборудования, морских судов, пассажирских транспортных средств, внедорожных транспортных средств. Соответственно, установка 10 может содержать генератор или двигатель, соединенный с турбокомпрессором Т, На фиг. 5 изображен турбокомпрессор Т, соединенный с двигателем Е, используемым для приведения в движение локомотивного транспортного средства V.
Как показано на фиг. 1, турбокомпрессор содержит вращающийся вал 22, на котором установлено компрессорное колесо 20. Вал 22 приводится во вращение приводным колесом 15, также называемым турбинным колесом и соединенным с валом 22 так, что вращение приводного колеса вызывает вращение вала. Приводное колесо проточно сообщается со сжатым потоком 12, например, выхлопных газов, поступающих от двигателя, системы сжатого воздуха или находящегося под давлением источника. Одна или более лопаток или лопастей на приводном колесе приводятся в движение указанным сжатым потоком и используются для приведения в действие вала и вращения компрессорного колеса. Термины лопатка и лопасть используются как взаимозаменяемые и не должны считаться ограничивающими.
Компрессорное колесо, по меньшей мере частично, расположено в корпусе или кожухе 30, имеющем вход 32 компрессора, через который текучая среда 14 (обозначенная стрелкой) втягивается и сжимается под действием вращения компрессорного колеса. Сжатая текучая среда от указанного колеса выходит из кожуха через выходное отверстие 35 компрессора и направляется от турбокомпрессора для использования в процессе генерации энергии, создания движущей силы или для повышения рабочих характеристик двигателя. В изображенном примере сжатый воздух 34, выходящий через выходное отверстие, направляется к двигателю Е, где он используется в процессе горения.
Как показано на фиг. 1, внутренняя поверхность 33 кожуха 30 расположена в наружном направлении от компрессорного колеса с образованием зазора 37 между кожухом 30 и колесом 20. Компрессорное колесо вращается вокруг центральной оси А и описывает заданную траекторию, определяемую поперечным сечением 36 колеса 20 при его вращении. Соответственно, зазор 37 между кожухом и компрессорным колесом расположен в наружном направлении от указанного колеса при его вращении вдоль заданной траектории. Дисбаланс компрессорного колеса вызывает его отклонение от соответствующей заданной траектории и вхождение компрессорного колеса в зазор между этим колесом и кожухом. Любой дисбаланс вала или отклонение одного или более колес от соответствующих им заданных траекторий, обусловленное дисбалансом вала, в данном документе собирательно называется состоянием дисбаланса.
Это состояние может привести к отказу в работе турбокомпрессора. Отказ в работе турбокомпрессора часто приводит к немедленной остановке двигателя, требующей проведения обширного технического обслуживания/ремонта перед повторным запуском двигателя. В некоторых случаях состояние турбокомпрессора приводит к повреждению расположенных ниже по потоку элементов в турбоустановке, в том числе, например, к возникновению чрезмерного давления в картере двигателя.
Для снижения вероятности отказов в работе турбокомпрессора и остановки двигателя предусмотрено устройство 50 обнаружения дисбаланса вала. Устройство 50 обнаруживает дисбаланс путем постоянного отслеживания сигнала от датчика 52 оборотов. В изображенном варианте выполнения датчик оборотов находится в сенсорном соединении с зубчатым колесом 53, имеющим по меньшей мере один зуб 54. Например, изображенное зубчатое колесо имеет восемь зубьев. Колесо 53 установлено на валу 22 и расположено между приводным колесом 15 и колесом 20. В изображенном примере колесо 53 немного смещено во внутреннем направлении от компрессорного колеса.
Изображенный датчик оборотов удерживается в фиксированном положении относительно колеса 53 с заданием области 55 регистрации перед датчиком 52. При прохождении каждого зуба через область регистрации датчика датчик генерирует сигнал, соответствующий указанному зубу. К подходящим датчикам относятся датчики на эффекте Холла, датчики магнитного сопротивления и т.п. Например, датчик на эффекте Холла используется для генерации напряжения, соответствующего прохождению зуба. Как показано на фиг. 3 и 4, когда зуб проходит датчик, генерируется импульс напряжения. Сигнал оборотов в пределах заданного периода времени образует характеристику 59 (фиг. 3). Например, на фиг. 3 показана характеристика 59 оборотов, созданная за время одного оборота колеса, при этом прохождение каждого зуба показано как импульс напряжения.
Как показано на фиг. 5, соединенный с датчиком 52 контроллер 60 непрерывно отслеживает сигнал от датчика для регистрации любых изменений сигнала или его характеристики, которые могут указывать
- 2 031949 на нестабильность вала или другое состояние. Как показано в виде графика на фиг. 3, дисбаланс вала или другое состояние изменяют вращение вала, что приводит к изменению вращения зубчатого колеса, так что один или более зубьев колеса оказываются расположены ближе к датчику. В изображенном примере между датчиком 52 и зубом 54 колеса существует нормальный зазор 56. При возникновении дисбаланса зазор 56 уменьшается. Уменьшенный зазор показан на фиг. 4 под номером 58 позиции, при этом нормальный зазор 56 изображен пунктирной линией для сравнения. Уменьшение зазора изменяет сигнал, генерируемый датчиком. Как показано на фиг. 3, уменьшение зазора увеличивает ширину импульса напряжения, поскольку зуб находится в области регистрации датчика в течение более длительного периода времени. Как показано на фиг. 4, величина сигнала напряжения возрастает вследствие уменьшения зазора между датчиком и зубом зубчатого колеса.
Контроллер 60 отслеживает сигнал датчика на наличие таких изменений и может инициировать корректирующие действия при регистрации изменения сигнала. Контроллер 60 может аналогичным образом осуществлять отслеживание характеристики сигнала оборотов в пределах выбранного отрезка времени. Например, отслеживание характеристики выполняется один раз за оборот. Отслеживание также может происходить в течение периодов времени, меньших или больших чем один оборот.
Контроллер содержит пороговые значения для определения момента возникновения необходимости корректирующих действий, поскольку некоторое изменение сигнала или характеристики может быть допустимым. Например, контроллер содержит пороговое значение сигнала напряжения, обозначенное пунктирной линией (61) на фиг. 4 и указывающее на состояние, которое требует корректирующих действий. Если, как показано на фиг. 4, напряжение превышает этот порог, контроллер инициирует корректирующие действия, к которым относятся, но без ограничения этим, запись данных, соответствующих регистрации сигнала, превышающего пороговое значение, передача данных, относящихся к указанному состоянию, на другое устройство, объявление тревоги, регулировка рабочих параметров турбокомпрессора или других связанных с ним элементов для компенсации обнаруженного состояния, снижение мощности турбокомпрессора или других связанных с ним элементов и остановка турбокомпрессора или других связанных с ним элементов. Для записи данных, полученных от контроллера 60, предусмотрено запоминающее устройство 64. Запоминающее устройство 64 может быть встроено в контроллер, как показано на чертеже, или расположено на расстоянии от контроллера 60. Для передачи данных от контроллера 60 к удаленным источникам также предусмотрена система 68 связи. Система 68 связи изображена установленной в кабине локомотива, но также может быть расположена в любом другом подходящем месте.
В одном варианте выполнения система связи может содержать радиоустройство и антенну для передачи и приема данных и голосовых сообщений. Например, передача данных может осуществляться между транспортным средством и управляющим центром железной дороги, другим локомотивом, спутником и/или придорожным устройством, таким как железнодорожный стрелочный перевод. Например, контроллер может определять географические координаты транспортного средства с использованием сигналов от GPS-приемника (приемника глобальной системы навигации). В качестве другого примера контроллер может передавать рабочие характеристики двигателя и/или вспомогательного оборудования на управляющий центр с помощью сообщения, передаваемого от системы связи. В одном варианте выполнения сообщение может быть передано в командный центр системой связи при обнаружении изношенного элемента двигателя или вспомогательного оборудования, и транспортному средству может быть назначено техническое обслуживание.
Заявка о назначении технического обслуживания может быть отправлена, например, в виде сообщения с помощью системы связи. Кроме того, благодаря отправке данных о возможном неисправном состоянии и серьезности возможной неисправности время простоя транспортного средства V может быть сокращено. Например, техническое обслуживание транспортного средства V может быть отложено, если возможная неисправность является несерьезной. Время простоя может быть дополнительно уменьшено путем снижения мощности двигателя, например путем регулирования рабочих параметров двигателя на основании диагностированного состояния. Предусмотрена возможность определения того, может ли двигатель снизить мощность. Например, снижение мощности двигателя может уменьшить величину одного или более компонентов частотного состава данных генератора.
Данные, записанные или переданные контроллером 60, содержат по меньшей мере один из следующих параметров: рабочую частоту вращения двигателя или генератора, к которому присоединен турбокомпрессор, уровень выходной мощности и рабочую температуру турбокомпрессора. При необходимости также может быть записана в запоминающее устройство или передана другая информация, собранная контроллером или другими устройствами транспортного средства. Возможность записи данных является полезной в качестве инструмента при диагностировании и во время работы и служит для оповещения оператора о состоянии, которое может повлиять на рабочие характеристики турбокомпрессора или любых связанных с ним элементов. В зависимости от сигнала, полученного от датчика оборотов, контроллер, например, объявляет тревогу, например, путем включения предупреждающего индикатора 66, который предупреждает оператора об опасности диагностированного состояния. Предупреждающий индикатор представляет собой звуковой, визуальный или тактильный индикатор, содержащий, например,
- 3 031949 сигнальную лампу, сирену или зуммер. Предупреждающий индикатор может содержать усиливающиеся предупреждения, цвет и частота которых возрастают по интенсивности или изменяются иным образом для указания на ухудшение состояния. Как вариант, если оператор не предпринимает действий в заданный период времени после выдачи предупреждения, контроллер может инициировать дополнительные корректирующие действия для предотвращения ухудшения состояния или для перевода турбоустановки в отказоустойчивый режим.
Например, в локомотивном транспортном средстве (фиг. 5), если зубчатое колесо отклоняется от заданной траектории, датчик оборотов регистрирует изменение сигнала оборотов, указывающее на дисбаланс вала. Этот дисбаланс может быть результатом повреждения подшипника или поломки из-за постороннего объекта в турбокомпрессоре. Для того чтобы избежать ухудшения состояния, при получении сигнала от устройства обнаружения дисбаланса вала турбоустановка может понизить мощность, подаваемую к турбокомпрессору, и уменьшить, таким образом, число оборотов турбины. Это обеспечивает возможность установления мощности локомотива на пониженном пороговом уровне и возможность продолжения его работы, хотя и на пониженной скорости, для достижения ремонтного цеха. Для этого, как показано на фиг. 4, контроллер 60 в локомотиве связан с двигателем Е и турбокомпрессором Т.
В другом варианте выполнения устройство обнаружения дисбаланса вала содержит датчик оборотов, который определяет число оборотов компрессорного колеса и генерирует сигнал оборотов. Устройство также содержит контроллер, соединенный с датчиком оборотов и предназначенный для непрерывного отслеживания сигнала оборотов. Изменение сигнала оборотов указывает на дисбаланс вала. Контроллер регистрирует, среди прочего, изменения частоты сигнала оборотов, пространственно-частотного спектра, частотно-временного спектра. В одном варианте выполнения датчик оборотов находится в сенсорном соединении с зубчатым колесом, установленным на валу компрессорного колеса. Зубчатое колесо имеет по меньшей мере один зуб, при этом датчик оборотов генерирует импульс, соответствующий прохождению зуба. В одном варианте выполнения датчик оборотов представляет собой датчик на эффекте Холла. Контроллер регистрирует изменение амплитуды или ширины импульса для сигнализации о дисбалансе вала. При регистрации изменения сигнала оборотов контроллер инициирует корректирующие действия. К корректирующим действиям относится по меньшей мере одно из следующих действий: запись контроллером в запоминающее устройство 64 данных, относящихся к зарегистрированному изменению, снижение мощности турбокомпрессора, уменьшение числа оборотов турбокомпрессора, снижение мощности двигателя, соединенного с турбокомпрессором, остановка турбокомпрессора, остановка двигателя, компенсирование изменения, например, путем инициации балансировки цилиндров в двигателе. Как вариант, устройство обнаружения дисбаланса содержит предупреждающий индикатор 66, а корректирующие действия включают приведение указанного индикатора в действие. Другим корректирующим действием является передача данных от устройства обнаружения с помощью системы 68 связи, соединенной с контроллером.
В одном варианте выполнения датчик оборотов расположен на фиксированном расстоянии от зубчатого колеса, имеющего по меньшей мере один зуб, а сигнал оборотов представляет собой импульс, соответствующий прохождению зуба мимо датчика оборотов. Контроллер отслеживает указанный импульс и при регистрации увеличения амплитуды или ширины импульса, которые превышают пороговое значение, идентифицирует это как уменьшение зазора между датчиком и зубом колеса. При регистрации уменьшения зазора между датчиком оборотов и зубом колеса контроллер инициирует корректирующие действия, В другом варианте выполнения устройство обнаружения дисбаланса вала содержит дисплей, соединенный с контроллером и предназначенный для отображения сигнала оборотов в пределах выбранного периода времени.
В другом варианте выполнения устройство обнаружения дисбаланса вала, предназначенное для вала компрессорного колеса в турбокомпрессоре, содержит контроллер, соединенный с датчиком оборотов, который генерирует импульс напряжения, соответствующий прохождению зуба на зубчатом колесе, присоединенном к валу компрессорного колеса. Ширина импульса соответствует времени, в течение которого зуб проходит датчик, при этом изменение ширины импульса указывает контроллеру на наличие дисбаланса. В одном варианте выполнения контроллер соединен с турбокомпрессором и снижает его мощность при регистрации изменения ширины импульса. Как вариант, контроллер соединен с двигателем локомотива и при регистрации изменения ширины импульса снижает мощность двигателя.
В еще одном варианте выполнения предложен способ обнаружения дисбаланса вала в турбокомпрессоре, содержащем компрессорное колесо, установленное на валу. Указанный способ включает использование зубчатого колеса, имеющего по меньшей мере один зуб, установленного на валу и вращающегося вместе с валом. Способ также включает использование датчика оборотов, направленного на зубчатое колесо и удерживаемого в фиксированном отнесенном положении относительно зубчатого колеса с заданием области регистрации между датчиком и зубчатым колесом, причем датчик оборотов генерирует сигнал при прохождении зуба колеса через указанную область. Способ также включает отслеживание сигнала на наличие изменения его характеристики.
В одном варианте выполнения датчик оборотов, используемый в предложенном способе, генерирует импульс, соответствующий прохождению зуба зубчатого колеса через область регистрации, при этом
- 4 031949 этап отслеживания включает регистрацию увеличения амплитуды или ширины указанного импульса. При регистрации импульса, амплитуда которого превышает предварительно выбранное предельное значение, выполняют снижение мощности турбокомпрессора. В одном варианте выполнения этап отслеживания выполняют один раз за оборот вала. При регистрации изменения сигнала оборотов инициируют корректирующее действие. Этап инициации корректирующего действия включает по меньшей мере одно из следующих действий: запись любого изменения сигнала оборотов, передачу информации, относящейся к указанному изменению сигнала оборотов, объявление предупреждения, компенсирование изменения сигнала оборотов и снижение мощности турбокомпрессора. Этап записи включает сохранение времени и значения числа оборотов, при которых произошло изменение сигнала оборотов. Другой вариант выполнения относится к транспортному средству, содержащему двигатель, соединенный с турбокомпрессором. Турбокомпрессор содержит вал, компрессорное колесо и зубчатое колесо, установленное на валу, причем компрессорное колесо и зубчатое колесо вращаются вместе с валом. Зубчатое колесо имеет по меньшей мере один зуб. Транспортное средство также содержит датчик оборотов, находящийся в сенсорном соединении с зубчатым колесом, при этом между зубчатым колесом и датчиком образован воздушный зазор. Датчик регистрирует прохождение по меньшей мере одного зуба и генерирует сигнал, соответствующий прохождению указанного по меньшей мере одного зуба и имеющий характеристику. Транспортное средство также содержит контроллер, соединенный с датчиком и двигателем. Контроллер осуществляет отслеживание характеристики датчика для регистрации изменения характеристики сигнала оборотов. При регистрации изменения характеристики сигнала оборотов контроллер инициирует корректирующие действия, к которым относится по меньшей мере одно из следующих действий: запись изменения сигнала оборотов, передача информации, относящейся к указанному изменению сигнала оборотов, объявление предупреждения, компенсирование изменения сигнала оборотов, снижение мощности турбокомпрессора, уменьшение выходной мощности двигателя и выключение турбокомпрессора и/или двигателя.
В одном варианте выполнения предложен диагностический комплект. Указанный комплект содержит контроллер приводимый в действие для определения состояния двигателя на основании частотного состава профиля крутящего момента, полученного путем измерения параметров турбокомпрессора, функционально соединенного с двигателем.
В одном варианте выполнения предложен способ для двигателя, функционально соединенного с турбокомпрессором. Способ включает измерение электрического параметра, относящегося к турбокомпрессору, во время работы и диагностирование состояния двигателя на основании частотного состава измеренного электрического параметра.
В одном варианте выполнения предложено транспортное средство. Транспортное средство содержит двигатель, турбокомпрессор, функционально соединенный с двигателем, датчик для измерения электрического параметра, относящегося к турбокомпрессору, во время работы и контроллер. Контроллер содержит команды, обеспечивающие анализ измеренного электрического параметра, определение частотного состава указанного параметра и диагностирование состояния двигателя на основании частотного состава измеренного электрического параметра.
В предложенном описании примеры, в том числе предпочтительный вариант выполнения, используются для раскрытия данного изобретения, а также для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств и установок и осуществление любых предусмотренных способов, любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы, или конструктивные элементы, незначительно отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы.

Claims (10)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Устройство для определения дисбаланса вала, содержащее зубчатое колесо, имеющее по меньшей мере один зуб, установленное на вращаемом валу и расположенное в компрессоре;
    датчик оборотов, расположенный на фиксированном расстоянии от зубчатого колеса с образованием зазора относительно указанного по меньшей мере одного зуба и выполненный с возможностью определения числа оборотов указанного вала и генерирования импульса при прохождении указанного по меньшей мере одного зуба зубчатого колеса через область регистрации датчика; и контроллер, соединенный с датчиком оборотов и выполненный с возможностью отслеживания указанного импульса и определения дисбаланса вала при обнаружении увеличения амплитуды или ширины указанного импульса вследствие уменьшения указанного зазора между датчиком оборотов и указанным по меньшей мере одним зубом зубчатого колеса.
  2. 2. Устройство по п.1, в котором датчик оборотов представляет собой датчик на эффекте Холла.
  3. 3. Устройство по п.1, в котором контроллер выполнен с возможностью инициации корректирующего действия при определении дисбаланса вала.
  4. 4. Устройство по п.3, в котором указанное корректирующее действие включает по меньшей мере одно из следующих действий: снижение мощности компрессора, уменьшение числа оборотов компрессора, снижение мощности двигателя, соединенного с компрессором, остановка компрессора и остановка двигателя.
  5. 5. Устройство по п.3, в котором корректирующее действие включает компенсирование изменения импульса.
  6. 6. Устройство по п.5, в котором указанное компенсирование включает инициацию посредством контроллера операции балансировки цилиндров в двигателе, функционально соединенном с валом.
  7. 7. Устройство по п.3, содержащее предупреждающий индикатор, при этом корректирующее действие включает приведение в действие указанного индикатора.
  8. 8. Устройство по п.3, содержащее систему связи, соединенную с контроллером, при этом корректирующее действие включает передачу данных от устройства для определения дисбаланса вала.
  9. 9. Устройство по п.1, в котором контроллер содержит пороговые значения амплитуды и ширины импульса для определения момента возникновения необходимости корректирующих действий.
  10. 10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный компрессор представляет собой турбокомпрессор.
EA201490353A 2011-09-15 2012-08-31 Устройство и способ определения дисбаланса вала EA031949B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/233,787 US9046050B2 (en) 2011-09-15 2011-09-15 Shaft imbalance detection system
PCT/US2012/053506 WO2013039729A1 (en) 2011-09-15 2012-08-31 Shaft imbalance detection system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201490353A1 EA201490353A1 (ru) 2014-08-29
EA031949B1 true EA031949B1 (ru) 2019-03-29

Family

ID=46826943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201490353A EA031949B1 (ru) 2011-09-15 2012-08-31 Устройство и способ определения дисбаланса вала

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9046050B2 (ru)
CN (1) CN103797346B (ru)
EA (1) EA031949B1 (ru)
WO (1) WO2013039729A1 (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130073172A1 (en) * 2011-09-15 2013-03-21 Bret Dwayne Worden Detection system and method
DE102012222202A1 (de) * 2012-12-04 2014-06-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Überwachung einer Rotation eines Verdichterrades
US9983087B2 (en) * 2014-12-10 2018-05-29 General Electric Company Methods and systems to determine rotor imbalance
US10634574B2 (en) 2015-05-19 2020-04-28 Ihi Corporation Balance inspection device
CN105170501B (zh) * 2015-05-25 2017-11-10 绍兴中亚胶囊有限公司 一种胶囊抛光装置
US10227937B2 (en) 2015-11-04 2019-03-12 Ge Global Sourcing Llc Methods and system for a turbocharger
US11509256B2 (en) 2016-03-07 2022-11-22 Transportation IP Holdings, LLP Method and system for an engine
US10345195B2 (en) 2016-03-07 2019-07-09 Ge Global Sourcing Llc Method and systems for diagnosing an engine
KR101807143B1 (ko) * 2016-05-23 2017-12-07 현대자동차 주식회사 터보차저의 터빈휠 온도 측정 장치, 및 그 온도 측정 장치를 이용한 엔진 제어방법
DE102016221639B4 (de) * 2016-11-04 2021-11-25 Ford Global Technologies, Llc Aufgeladene Brennkraftmaschine mit gekühltem Verdichter
CN107588891B (zh) * 2017-10-27 2019-08-02 中国航发航空科技股份有限公司 涡扇发动机转子单级盘平衡测试用鼠笼式弹性平衡装置
CN110185545B (zh) * 2018-02-23 2022-01-21 大陆汽车电子（连云港）有限公司 凸轮轴传感器最小电平宽度设置方法及发动机电控系统
US10801910B2 (en) 2018-07-24 2020-10-13 Ford Global Technologies, Llc Vehicle force imbalance detection
US11434814B2 (en) * 2019-01-02 2022-09-06 Caterpillar Inc. Turbocharger shaft wobble sensor
US11306955B2 (en) * 2019-05-02 2022-04-19 Simmonds Precision Products, Inc. Method of monitoring a shutdown cycle of an air cycle machine of an aircraft
CN110160768B (zh) * 2019-06-19 2020-12-04 深圳市雷普诺科技发展有限公司 一种发动机转轴平稳性检测装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5385129A (en) * 1991-07-04 1995-01-31 Robert Bosch Gmbh System and method for equalizing fuel-injection quantities among cylinders of an internal combustion engine
DE10134543A1 (de) * 2001-07-16 2003-02-13 Siemens Ag Verfahren zur Erkennung von Fehlern an einem Abgasturbolader
EP1304463A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-23 General Electric Company Method and system for monitoring bearings
US20070079613A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-12 Honeywell International, Inc. Bearing health monitor
FR2930037A1 (fr) * 2008-04-09 2009-10-16 Renault Sas Dispositif et procede de mesure de vitesse de rotation de turbocompresseurs et de diagnostic de defaillance

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4334427A (en) 1980-10-20 1982-06-15 Rca Corporation Testing the condition of a turbocharger
US4439728A (en) * 1981-12-16 1984-03-27 Rca Corporation Motion sensor utilizing eddy currents
US4523482A (en) * 1983-09-02 1985-06-18 Rockwell International Corporation Lightweight torquemeter and torque-measuring method
US4520674A (en) * 1983-11-14 1985-06-04 Technology For Energy Corporation Vibration monitoring device
US4700117A (en) * 1985-05-31 1987-10-13 Beckman Instruments, Inc. Centrifuge overspeed protection and imbalance detection system
US4953110A (en) * 1988-06-07 1990-08-28 Globe Turbocharger Specialties, Inc. Turbocharger control system
JPH0436047A (ja) 1990-05-31 1992-02-06 Fuji Heavy Ind Ltd エンジンの失火診断装置
US5103783A (en) 1991-07-11 1992-04-14 Thermo King Corporation Detection of engine fuel problems
US5336996A (en) * 1992-08-21 1994-08-09 The Duriron Company, Inc. Hall effect monitoring of wear of bearing supporting a rotor within a stationary housing
US5408225A (en) * 1992-10-09 1995-04-18 Stadelhofer; Eugene Misalignment sensing probe and switch
US5508609A (en) * 1993-06-30 1996-04-16 Simmonds Precision Product Inc. Monitoring apparatus for detecting axial position and axial alignment of a rotating shaft
US5860800A (en) 1994-10-13 1999-01-19 Wabco Vermogensverwaltungs Gmbh Compressor cylinder head having a partition
US5728941A (en) 1995-10-09 1998-03-17 Denso Corporation Misfire detecting apparatus using difference in engine rotation speed variance
JP3694940B2 (ja) 1995-12-06 2005-09-14 株式会社デンソー 内燃機関の燃料性状検出装置
JP3743073B2 (ja) 1996-10-17 2006-02-08 株式会社デンソー 内燃機関の失火検出装置
US6510731B2 (en) 1999-06-28 2003-01-28 Caterpillar Inc Method for determining a weak cylinder in an internal combustion engine
US6785635B2 (en) * 1999-08-02 2004-08-31 Hood Technology Corporation Apparatus and method for predicting failures of spinning disks in turbo-machinery
US6163254A (en) * 1999-11-23 2000-12-19 Caterpillar Inc. Method of avoiding low cycle fatigue failure of turbochargers
DE10019324C1 (de) * 2000-04-19 2001-07-26 Skf Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Lageranordnung
JP4461586B2 (ja) 2000-08-03 2010-05-12 株式会社デンソー 内燃機関用失火検出装置
JP2002138893A (ja) 2000-11-01 2002-05-17 Denso Corp 内燃機関の燃焼状態検出装置
US7582359B2 (en) * 2002-09-23 2009-09-01 Siemens Energy, Inc. Apparatus and method of monitoring operating parameters of a gas turbine
DE10360481A1 (de) 2002-12-24 2004-09-02 Denso Corp., Kariya Sekundärluftzufuhr-Anormalitätserfassungssystem
US6968268B2 (en) 2003-01-17 2005-11-22 Denso Corporation Misfire detector for an internal combustion engine
US7146851B2 (en) 2004-01-29 2006-12-12 Denso Corporation Diagnostic apparatus for variable valve control system
JP4179192B2 (ja) 2004-03-08 2008-11-12 株式会社デンソー 内燃機関の燃焼状態検出装置
JP2005291182A (ja) 2004-04-05 2005-10-20 Denso Corp 失火検出装置
US7717013B2 (en) * 2004-07-12 2010-05-18 Lord Corporation Rotating machine active balancer and method of dynamically balancing a rotating machine shaft with torsional vibrations
JP2006317310A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Mazda Motor Corp ギア駆動式バランサの検査装置
US7333913B2 (en) * 2005-06-27 2008-02-19 General Electric Company Clearance measurement system and method of operation
DE102007027235B4 (de) * 2007-06-13 2010-08-19 Continental Automotive Gmbh Magnetisierte Mutter zur Befestigung eines Kompressorrades eines Abgasturboladers an der Turbowelle und Verfahren zur Herstellung einer solchen
JP2009121303A (ja) 2007-11-14 2009-06-04 Denso Corp 内燃機関の失火検出装置
JP2009221992A (ja) 2008-03-17 2009-10-01 Denso Corp 排出ガスセンサの異常診断装置
US7761223B2 (en) 2008-06-17 2010-07-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Fuel system diagnostics by analyzing engine cylinder pressure signal and crankshaft speed signal
US8161800B2 (en) 2008-12-30 2012-04-24 General Electric Company Methods and systems for valve leak simulation
US8046155B2 (en) 2009-02-13 2011-10-25 Denso Corporation Method and apparatus for misfire detection using engine cycles at least subsequent to actual misfire event
US20100292937A1 (en) * 2009-05-18 2010-11-18 Diaa Hosny Turbocharger bearing health monitor
CN201611298U (zh) * 2010-03-18 2010-10-20 中国航空动力机械研究所 一种轴向力平衡装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5385129A (en) * 1991-07-04 1995-01-31 Robert Bosch Gmbh System and method for equalizing fuel-injection quantities among cylinders of an internal combustion engine
DE10134543A1 (de) * 2001-07-16 2003-02-13 Siemens Ag Verfahren zur Erkennung von Fehlern an einem Abgasturbolader
EP1304463A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-23 General Electric Company Method and system for monitoring bearings
US20070079613A1 (en) * 2005-10-11 2007-04-12 Honeywell International, Inc. Bearing health monitor
FR2930037A1 (fr) * 2008-04-09 2009-10-16 Renault Sas Dispositif et procede de mesure de vitesse de rotation de turbocompresseurs et de diagnostic de defaillance

Also Published As

Publication number Publication date
CN103797346A (zh) 2014-05-14
WO2013039729A1 (en) 2013-03-21
CN103797346B (zh) 2017-07-28
EA201490353A1 (ru) 2014-08-29
US20130067911A1 (en) 2013-03-21
US9046050B2 (en) 2015-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA031949B1 (ru) Устройство и способ определения дисбаланса вала
JP7193444B2 (ja) エンジンを診断するシステム及び方法
US20070283695A1 (en) System and method for turbocharger early failure detection and avoidance
AU2016202396B2 (en) System and method for diagnosing a turbocharger of an internal combustion engine based on the lubricating oil pressure signal
AU2013206339B2 (en) Systems and methods for diagnosing an engine
US8850878B2 (en) Methods and systems for diagnosing a turbocharger
US8701477B2 (en) Methods and systems for diagnosing a turbocharger
US10345195B2 (en) Method and systems for diagnosing an engine
CN104990709A (zh) 用于检测机车轴承故障的方法
US10006337B2 (en) Systems and methods for diagnosing an engine
US20130073172A1 (en) Detection system and method
GB2585043A (en) Method and apparatus for predicting turbocharger failure modes