ES2919655T3 - Sistema, aparato y método de determinación de la vida restante de un cojinete - Google Patents

Abstract

Se revela un sistema, aparato y método para determinar la vida restante de un rodamiento (390). El método incluye generar un modelo de rodamiento (100) del rodamiento (390), en el que el modelo de rodamiento (100) se basa en uno de los datos de condición asociados con la operación del rodamiento (390), datos de condición histórica del rodamiento (390), Especificación de rodamiento y especificación técnica de un sistema técnico (380) que incluye el rodamiento (390). El método incluye aún más predecir un defecto en el rodamiento (390) basado en el modelo de rodamiento (100) y predecir la vida restante del rodamiento (390) basado en el defecto predicho. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema, aparato y método de determinación de la vida restante de un cojinete

La presente invención se refiere a determinar la vida restante de un cojinete en un sistema técnico.

Los cojinetes pueden estar sujetos a corrientes eléctricas provocadas por accionamientos que se usan para accionar sistemas técnicos de baja y media tensión. Las corrientes eléctricas en el cojinete pueden dar lugar a varios tipos de daños, tales como erosión eléctrica. La erosión eléctrica puede dar lugar además a propagación de grietas por fatiga en las pistas de rodadura. Los daños reducen la vida de los cojinetes. La menor vida de los cojinetes puede dar lugar a fallos en los sistemas técnicos donde se incluyen los cojinetes.

Para abordar los daños en los cojinetes, se han usado métodos para proteger los cojinetes. Los métodos incluyen aislamiento del cojinete, empleo de escobillas de puesta a tierra del eje, grasas conductoras, etc. Estos métodos pueden resultar caros e ineficaces a la hora de estimar la vida restante de los cojinetes.

En la técnica se conocen sistemas de supervisión de cojinetes a partir de los documentos DE 102010002294 A1, US 2018/180515 A1, US 5852793 A, US 2011/040495 A1, US 2012/143565 A1, US 2014/324236 A1, CN 2804834 Y y US 2011/125475 A1.

Teniendo en cuenta lo anterior, existe la necesidad de determinar la vida restante de un cojinete.

Por lo tanto, uno de los objetivos de la presente invención es proporcionar un sistema, aparato y método para determinar la vida restante de un cojinete en un sistema técnico.

El objetivo de la presente invención se consigue mediante un método para determinar la vida restante del cojinete de acuerdo con la reivindicación 1.

Los datos del estado del cojinete se reciben desde distintas fuentes (p. ej., sensores, escáneres, dispositivos de usuario, etc.). Los sensores miden parámetros de funcionamiento asociados con el sistema técnico. Los sensores pueden incluir sensores de vibraciones, sensores de corriente y tensión, etc. Por ejemplo, la medición de la tensión en el eje en un motor se asigna a un parámetro de funcionamiento del cojinete. El término "parámetro de funcionamiento" se refiere a una o más características del cojinete. Por consiguiente, los datos sobre el estado son una medida de los parámetros de funcionamiento asociados con el funcionamiento del cojinete. Por ejemplo, los datos sobre el estado incluyen valores de vibraciones, temperatura, corriente, flujo magnético, velocidad, potencia del motor incluyendo el cojinete.

El método comprende generar un modelo de tensión del cojinete basado en los datos del estado. Los datos del estado incluyen la carga del cojinete y la velocidad del cojinete. Según la invención, la carga del cojinete y la velocidad del cojinete se asignan con respecto a la tensión de ruptura del cojinete y una tensión de modo común del cojinete. En una realización, la carga del cojinete y la velocidad del cojinete se asignan en un entorno de programación gráfico. La ventaja de asignar la carga del cojinete y la velocidad del cojinete permite el modelado, simulación y análisis de sistemas dinámicos multidominio.

El método puede comprender convertir una entrada de tensión alterna para el sistema técnico en una salida de modulación por ancho de pulsos (PWM). Por ejemplo, el sistema técnico es un motor de inducción trifásico de corriente alterna (CA) accionado por accionamientos de frecuencia variable (VFD). La entrada de tensión alterna para el motor de inducción de CA se convierte en una salida PWM.

Además, el método puede comprender determinar si la salida PWM está dentro de un umbral de tensión predeterminado. Considerando el ejemplo del motor de inducción de CA, la suma de tres fases de salida PWM debe ser idealmente cero. En consecuencia, se determina si la salida PWM está dentro de cero o en un rango de tolerancia de cero.

Además, el método puede comprender determinar la tensión de ruptura y la tensión de modo común a partir de la desviación respecto al umbral de tensión predeterminado. En el caso del motor de inducción de CA, si la suma de las tres fases de salida PWM no suma cero. La desviación respecto a cero se usa para determinar la tensión de modo común.

El método comprende generar un modelo de corriente del cojinete basado en el modelo de tensión, la especificación del cojinete y las especificaciones técnicas. El modelo de corriente asigna la tensión de ruptura y la tensión de modo común a la corriente de descarga. Por ejemplo, las especificaciones del cojinete incluyen las dimensiones del cojinete, el tamaño del cojinete, la lubricación del cojinete, el espesor de lubricación, la temperatura de servicio del cojinete, las interfaces del cojinete, etc. Las especificaciones técnicas incluyen el tipo de sistema técnico, la carga del sistema técnico, la velocidad del sistema técnico, la orientación del sistema técnico, etc.

En una realización, el método puede comprender generar un circuito equivalente con las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas. Por ejemplo, el circuito equivalente del motor de inducción de CA está representado en relación con las capacitancias, inductancias y resistencias del devanado, bastidor, etc. del motor de inducción de CA. El método puede comprender además aplicar la tensión de modo común como información de entrada para el circuito equivalente. El circuito equivalente genera una salida de tensión de tierra del eje en respuesta a la tensión de modo común. El modelo de corriente se genera basándose en la tensión de tierra del eje. Tal como se usa en el presente documento, el modelo de corriente incluye valores de la corriente de descarga en series de tiempo con respecto a la tensión de tierra del eje y la tensión de modo común. Además, el método puede comprender asignar el espesor del lubricante como una función de la carga del sistema técnico y la velocidad del sistema técnico.

El método puede comprender generar un calor de chispa basado en el modelo de corriente para al menos una chispa. Además, determinar un diámetro de chispa basándose en el modelo de corriente. El método puede comprender además determinar un modelo térmico basado en el modelo de corriente. Tal como se usa en el presente documento, el modelo térmico es una representación del calor de chispa y del diámetro de chispa. El modelo térmico asigna el calor de chispa y el diámetro de chispa a la corriente de descarga. En una realización, el modelo térmico incluye distribución del calor de chispa y del diámetro de chispa en series de tiempo.

El método puede comprender determinar radio y picos de la corriente de descarga en el modelo de corriente. El calor de chispa para una superficie de cojinete del cojinete se determina basándose en el radio y en picos de la corriente de descarga. En una realización, el método puede comprender generar el modelo térmico asignando el calor de chispa y el diámetro de chispa con la corriente de descarga. En otra realización, el modelo térmico es generado asignando el calor de chispa y el diámetro de chispa a puntos de la superficie del cojinete.

El método comprende predecir un defecto en el cojinete basándose en el modelo de cojinete. El defecto en el cojinete puede incluir erosión de la pista de rodadura del cojinete debido a la corriente de descarga. El método es ventajoso ya que el defecto se determina basándose en una combinación de datos de estado asociados con el funcionamiento del cojinete, datos de estado históricos del cojinete, especificaciones del cojinete y especificaciones técnicas del sistema técnico.

El método puede comprender comparar los datos de estado con perfiles de defectos. Tal como se usa en el presente documento, el término "perfil de defectos" se refiere a los datos anómalos representados como una función de entorno de funcionamiento, perfil de funcionamiento y/o perfil de carga asociados con el cojinete y/o sistema técnico.

Los perfiles de defectos se generan basándose en las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas. El defecto en el cojinete también puede predecirse basándose en la comparación entre los datos de estado y con perfiles de defectos predeterminados. En una realización, el método puede comprender generar un modelo de defectos incluyendo los perfiles de defectos generados a partir de un grupo de cojinetes y un grupo de sistemas técnicos. El método es ventajoso ya que los perfiles de defectos se usan para determinar el patrón de erosión en la superficie del cojinete. El patrón de erosión es indicativo del defecto tal como tipo de defecto, ubicación del defecto, gravedad del defecto, etc.

En una realización, el método puede comprender determinar una corriente de cojinete en tiempo real. La corriente de cojinete se introduce en el modelo térmico para determinar cuál realiza la medición de corriente en tiempo real. Esta corriente se puede utilizar como información de entrada para el modelo térmico para generar el patrón de erosión.

En otra realización, el método puede comprender determinar la ubicación de la al menos una chispa en el cojinete. Por ejemplo, se determina la ubicación de la chispa en la pista de rodadura del cojinete. Además, el modelo térmico es generado para múltiples cargas térmicas del cojinete. El modelo térmico se analiza para identificar la temperatura de vaporización. Por ejemplo, se determina la temperatura de vaporización de la lubricación del cojinete. La temperatura de vaporización se usa para determinar el patrón de erosión.

El método comprende predecir la vida restante del cojinete basándose en el defecto predicho. En una realización, la vida restante del cojinete se predice basándose en los perfiles de defectos y/o el patrón de erosión. Por ejemplo, los perfiles de defectos se asocian con perfiles de vida predeterminados. Los perfiles de vida predeterminados se aprenden a partir de los datos de estado históricos del cojinete o del grupo de cojinetes. Ejemplos de técnicas de aprendizaje incluyen técnicas de aprendizaje supervisadas y/o no supervisadas tales como aprendizaje reforzado, aprendizaje reforzado profundo, agrupamiento k-medias, etc.

El método puede comprender predecir la propagación de un defecto basándose en la ubicación del defecto y el tipo de defecto. Además, la vida restante del cojinete basándose en la propagación del defecto predicho. Tal como se usa en el presente documento, la vida restante se refiere a la vida del cojinete sin y con el defecto detectado. La vida restante incluye la vida útil remanente (RUL), el tiempo de inactividad, el tiempo de mantenimiento, etc.

El método puede comprender estimar la vida consumida del cojinete basándose en el modelo de cojinete. La vida restante se estima basándose en la vida consumida y la primera anomalía de detección en los datos de estado. El método puede comprender representar la vida consumida, la vida restante y un perfil de uso del cojinete. El método puede además comprender representar una vista de degradación del cojinete y/o el sistema técnico basándose en el modelo de cojinete. La vista de degradación muestra una degradación en tiempo real y una degradación predicha del cojinete o el sistema técnico. La degradación en tiempo real se determina basándose en los datos de vibraciones de los datos de estado. El método muestra de manera ventajosa el impacto del defecto en el cojinete en términos de degradación del sistema técnico.

El objetivo de la presente invención se consigue mediante un aparato para determinar la vida restante de un cojinete según la reivindicación 10.

Según una realización de la presente invención, el aparato puede ser un dispositivo de computación en el borde. Tal como se usa en el presente documento "computación en el borde" se refiere a un entorno de computación que es capaz de ejecutarse en un dispositivo periférico (p. ej., conectado a la unidad de sensores en una instalación industrial en un extremo y a uno(s) servidor(es) remoto(s) tales como para servidor(es) de computación o servidor(es) de computación en la nube en otro extremo), que puede ser un dispositivo de computación compacto con un factor de forma pequeño y limitaciones de recursos en términos de potencia de computación. Una red de los dispositivos de computación en el borde puede usarse también para implementar el aparato. Tal red de dispositivos de computación en el borde se denomina una red de niebla.

En otra realización, el aparato es un sistema de computación en la nube que tiene una plataforma basada en computación en la nube configurada para proporcionar un servicio en la nube para analizar los datos de estado del cojinete y/o el sistema técnico. Tal como se usa en el presente documento, "computación en la nube" se refiere a un entorno de procesamiento que comprende recursos físicos y lógicos de computación configurables, por ejemplo, redes, servidores, almacenamiento, aplicaciones, servicios, etc., y datos distribuidos por la red, por ejemplo, Internet. El sistema de computación en la nube proporciona acceso de red a demanda a un conjunto compartido de los recursos físicos y lógicos de computación configurables. La red es, por ejemplo, una red cableada, una red inalámbrica, una red de comunicaciones, o una red formada a partir de cualquier combinación de estas redes. Adicionalmente, el objetivo de la presente invención se consigue mediante un sistema que comprende uno o más dispositivos capaces de proporcionar datos de estado asociados con el funcionamiento de uno o más sistemas técnicos en una pluralidad de instalaciones. El sistema también comprende un aparato, acoplado comunicativamente al uno o más dispositivos, en el que el aparato según la reivindicación 10 está configurado para determinar la vida restante de al menos un cojinete en uno o más sistemas técnicos.

El objetivo de la presente invención se consigue mediante un producto de programa informático según la reivindicación 12 con instrucciones legibles por máquina almacenadas en su interior, que cuando son ejecutadas por un procesador, hacen que el procesador realice un método como se describió anteriormente.

Las características anteriormente mencionadas y otras de la invención se tratarán ahora con referencia a los dibujos adjuntos de la presente invención. Las realizaciones ilustradas pretenden ilustrar, pero no limitar la invención.

La presente invención se describe además en adelante con referencia a realizaciones ilustradas mostradas en los dibujos adjuntos, en los que: la figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un modelo de cojinete para un cojinete, según una realización de la presente invención; la figura 2 ilustra la determinación de un patrón de erosión a partir del modelo de cojinete, según una realización de la presente invención; la figura 3 ilustra un diagrama de bloques de un aparato para determinar la vida restante de un cojinete, según una realización de la presente invención; la figura 4 ilustra un sistema para gestionar uno o más sistemas técnicos con uno o más cojinetes, según una realización de la presente invención; la figura 5 ilustra un sistema para determinar la vida restante de un cojinete en un sistema técnico, según una realización de la presente invención; y la figura 6 ilustra un método para determinar la vida útil de un cojinete, según una realización de la presente invención.

De aquí en adelante, las realizaciones para llevar a cabo la presente invención se describen de manera detallada. Las diversas realizaciones se describen con referencia a los dibujos, en los que se usan numerales de referencia similares para referirse a elementos similares de principio a fin. En la siguiente descripción, con fines de explicativos, se presentan numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar un conocimiento exhaustivo de una o más realizaciones. Puede ser evidente que tales realizaciones pueden practicarse sin estos detalles específicos.

La figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un modelo 100 de cojinete para un cojinete en un sistema técnico. El modelo 100 de cojinete es generado usando datos 102 de estado asociados con el cojinete y el sistema técnico. Los datos 102 de estado incluyen carga de cojinete, velocidad de cojinete, etc. El modelo 100 de cojinete también es generado usando datos 104 de estado históricos asociados con el cojinete y el sistema técnico. Además, el modelo 100 de cojinete es generado usando las especificaciones 106 de cojinete y las especificaciones 108 técnicas. Por lo tanto, los datos 102 de estado, los datos 104 de estado históricos, las especificaciones 106 de cojinete y las especificaciones 108 técnicas se indican como información de entrada para el modelo 100 de cojinete.

El modelo 100 de cojinete incluye modelo 110 de tensión, modelo 120 de corriente, modelo 130 térmico, modelo 140 de defectos. El modelo 110 de tensión, modelo 120 de corriente, modelo 130 térmico y modelo 140 de defectos se implementan en uno de un modelo unidimensional, modelo matemático y un modelo tridimensional. El modelo 100 de cojinete integra ventajosamente los diferentes modelos de implementación. Una salida del modelo 100 de cojinete se usa para realizar los pasos 152 a 160 para determinar la vida restante del cojinete en la etapa 170. El modelo 110 de tensión incluye un modelo 112 de tensión de ruptura y un modelo 114 de tensión de modo común. El modelo 110 de tensión del cojinete está basado en los datos de estado. En la figura 1, la carga del cojinete y la velocidad del cojinete son asignadas con respecto a la tensión de ruptura del cojinete por el modelo 112 de tensión de ruptura. Además, una tensión de modo común del cojinete es modelada basándose en la carga del cojinete y la velocidad del cojinete por el modelo 114 de tensión de modo común.

El modelo 120 de corriente del cojinete se basa en el modelo 110 de tensión, las especificaciones 106 del cojinete y las especificaciones 108 técnicas. Por ejemplo, las especificaciones del cojinete incluyen las dimensiones del cojinete, el tamaño del cojinete, la lubricación del cojinete, el espesor de lubricación, la temperatura de servicio del cojinete, las interfaces del cojinete, etc. Las especificaciones técnicas incluyen el tipo de sistema técnico, la carga del sistema técnico, la velocidad del sistema técnico, la orientación del sistema técnico, etc. El modelo 120 de corriente asigna la tensión de ruptura y la tensión de modo común a la corriente de descarga.

El modelo 120 de corriente incluye el modelo 122 de circuito equivalente generado basándose en las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas. Además, la tensión de modo común como información de entrada para el circuito equivalente. El circuito equivalente genera una salida de tensión de tierra del eje en respuesta a la tensión de modo común. El modelo 120 de corriente se genera basándose en la tensión de tierra del eje. Además, el modelo 120 de corriente incluye un modelo 124 de corriente de descarga. El modelo 124 de corriente de descarga incluye valores de la corriente de descarga en series de tiempo con respecto a la tensión de tierra del eje y la tensión de modo común.

El modelo 130 térmico incluye un modelo 132 de calor basado en el modelo 120 de corriente. El modelo 132 de calor es una distribución del calor de chispa de al menos una chispa en serie de tiempo. La al menos una chispa se determina basándose en radio y picos de la corriente de descarga a partir del modelo 120 de corriente.

El modelo 130 térmico incluye un modelo 134 de radio de la al menos una chispa. El modelo 134 de radio determina el radio de la al menos una chispa basándose en la corriente de descarga. El modelo 130 térmico también incluye un modelo 136 de ubicación que determina la ubicación de la chispa asignando el calor de chispa y el diámetro de chispa a puntos de la superficie del cojinete.

El modelo 140 de defectos incluye un modelo 142 de perfil de defectos. El modelo 142 de perfil de defectos está configurado para asignar el calor de chispa y el diámetro de chispa a perfiles de defectos. Los perfiles de defectos salen del modelo 100 de cojinete y se usan para determinar la vida restante del cojinete en la etapa 170.

Además, los perfiles de defectos son validados al realizar las etapas 152 a 160. En la etapa 152, las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas se usan para generar perfiles de defectos predeterminados. Las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas incluyen dibujos asistidos por ordenador y modelos multifísicos del cojinete y del sistema técnico.

En la etapa 154, los perfiles de defectos predeterminados se asignan a ubicaciones de defectos en el cojinete. Además, en la etapa 156 los datos 102 de estado del cojinete se proporcionan para actualizar los perfiles de defectos predeterminados con estados de funcionamiento en tiempo real asociados con el cojinete. En la etapa 158, el perfil 142 de defectos generado a partir del modelo 100 de cojinete se compara con los perfiles de defectos predeterminados para validar la ubicación de la chispa. En la etapa 160, se determina un patrón de erosión basado en el modelo 100 de cojinete y los perfiles de defectos predeterminados. El patrón de erosión se actualiza en las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas para mejorar la detección de defectos en un grupo de cojinetes.

La figura 2 ilustra la determinación de un patrón 250 de erosión a partir del modelo 100 de cojinete, según una realización de la presente invención. El modelo 130 térmico del modelo 100 de cojinete se usa para determinar el patrón 250 de erosión. El modelo 130 térmico la distribución del calor de chispa y el diámetro de chispa mostrada por el gráfico 200.

Como se muestra en el gráfico 200, el pico del calor de chispa se muestra como un rango de pico 202 en el rango de 4800 °C-5000 °C. La distribución del calor de chispa se reduce al rango 204 alto en el rango de 4200 °C-4800 °C. El patrón 250 de erosión se muestra entre el rango 204 alto y el rango 206 medio-alto. El rango 206 medio-alto está en el rango de 3700 °C-4200 °C. Además, el calor de chispa también se distribuye en el rango 208 bajo-medio y el rango 210 bajo. En una realización, la distribución del calor de chispa es promediada para determinar el diámetro de chispa y también el patrón de erosión.

La figura 3 ilustra un diagrama de bloques de un aparato 300 para determinar la vida restante de un cojinete 390 en un sistema 380 técnico, según una realización de la presente invención. El cojinete 390 en el sistema 380 técnico incluye un anillo 392 externo, una bola 394 y un anillo 396 interno. La bola 394 rueda sobre una pista de rodadura del cojinete (no se muestra en la figura 3).

El sistema 380 técnico está asociado con múltiples sensores 385 que miden parámetros de funcionamiento del sistema 380 técnico. El término "parámetro de funcionamiento" se refiere a una o más características del sistema técnico. Por ejemplo, si el sistema técnico es el motor de un vehículo eléctrico, los parámetros de funcionamiento incluyen frecuencia de vibración, amplitud de vibración, temperatura del motor, etc. En una realización, los sensores 385 pueden proporcionarse de manera externa al sistema 380 técnico. Los sensores 385 pueden estar configurados para comunicarse con la interfaz 350 de red directamente.

Además, el sistema técnico 380 incluye un transceptor 382, un controlador 384 y un(a) capaz de conectarse a una interfaz 350 de red. El sistema 380 técnico también puede incluir una interfaz 386 gráfica de usuario (GUI) para permitir al usuario o al personal de servicio operar el sistema 380 técnico.

En una realización, el controlador 384 recibe datos de sensor de los sensores 385 y transmite los datos de sensor al aparato 300 a través de la interfaz 350 de red. En otra realización, el controlador 384 realiza las funciones del aparato 300. El controlador 384 puede comprender un procesador y una memoria comprendiendo módulos en el aparato 300, específicamente el módulo 315 de cojinete.

El aparato 300 incluye una unidad 302 de comunicación, al menos un procesador 304, una pantalla 306, una interfaz 308 gráfica de usuario (GUI) y una memoria 310 acoplados comunicativamente entre sí. La unidad 302 de comunicación incluye un transmisor, un receptor y un puerto Gigabit Ethernet. La memoria 310 puede incluir memoria de acceso aleatorio (RAM) de 2 gigabytes paquete sobre paquete (PoP) apilada y almacenamiento flash. La memoria 310 se proporciona con módulos almacenados en forma de instrucciones legibles por computadora, por ejemplo, el módulo 315 de cojinete. El procesador 304 está configurado para ejecutar las instrucciones del programa informático definidas en los módulos. Además, el procesador 302 está configurado para ejecutar las instrucciones en la memoria 310 simultáneamente. La pantalla 306 incluye una pantalla 306 de interfaz multimedia de alta definición (HDMI) y un ventilador de refrigeración (no aparece en la figura).

Según una realización de la presente invención, el aparato 300 está configurado en una plataforma de computación en la nube implementada como un servicio para analizar datos. Adicionalmente, el personal de control puede acceder al aparato 300 a través de la interfaz 308 gráfica de usuario (GUI). La interfaz 308 gráfica de usuario (GUI) es, por ejemplo, una interfaz web en línea, una interfaz de aplicación descargable basada en la web, etc.

La memoria incluye el módulo 315 de cojinete, que incluye un módulo 320 generador de modelos, un módulo 330 de defectos y un módulo 340 de vida. El módulo 320 generador de modelos está configurado para generar un modelo de cojinete para el cojinete 390. El módulo 320 generador de modelos incluye un módulo 322 de tensión, un módulo 324 de corriente y un módulo 326 térmico.

El módulo 322 de tensión genera modelo de tensión para el cojinete 390. El módulo 322 de tensión está configurado para convertir una entrada de tensión alterna para el sistema 380 técnico en una salida de modulación por ancho de pulsos (PWM). Por ejemplo, el sistema 390 técnico es un motor de inducción trifásico de corriente alterna (CA) accionado por accionamientos de frecuencia variable (VFD). La entrada de tensión alterna para el motor de inducción de CA se convierte en una salida PWM.

Además, el módulo 322 de tensión está configurado para determinar si la salida PWM está dentro de un umbral de tensión predeterminado. En el sistema 380 técnico tal como el motor de inducción de CA, la suma de tres fases de salida PWM debe ser idealmente cero. En consecuencia, se determina si la salida PWM está dentro de cero o en un rango de tolerancia de cero.

Además, el módulo 322 de tensión está configurado para la tensión de ruptura y la tensión de modo común basándose en la desviación respecto al umbral de tensión predeterminado. En el caso del motor de inducción de CA, si la suma de las tres fases de salida PWM no suma cero. La desviación respecto a cero se usa para determinar la tensión de modo común.

El módulo 324 de corriente genera un modelo de corriente del cojinete 380. El módulo 324 de corriente está configurado para asignar la tensión de ruptura y la tensión de modo común a la corriente de descarga. Por ejemplo, las especificaciones del cojinete incluyen las dimensiones del cojinete, el tamaño del cojinete, la lubricación del cojinete, el espesor de lubricación, la temperatura de servicio del cojinete, las interfaces del cojinete, etc. Las especificaciones técnicas incluyen el tipo de sistema técnico, la carga del sistema técnico, la velocidad del sistema técnico, la orientación del sistema técnico, etc.

El modelo 324 de corriente está configurado para generar un circuito equivalente con las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas del cojinete 390 y el sistema 380 técnico. Por ejemplo, el circuito equivalente del motor de inducción de CA está representado en relación con las capacitancias, inductancias y resistencias del devanado, bastidor, etc. del motor de inducción de CA.

El modelo de corriente se genera aplicando la tensión de modo común como información de entrada para el circuito equivalente. El circuito equivalente genera una salida de tensión de tierra del eje en respuesta a la tensión de modo común. El modelo de corriente se genera basándose en la tensión de tierra del eje. Tal como se usa en el presente documento, el modelo de corriente incluye valores de la corriente de descarga en series de tiempo con respecto a la tensión de tierra del eje y la tensión de modo común.

Además, el módulo 324 de corriente está configurado para asignar el grosor de lubricante del cojinete 390 como una función de carga y velocidad al sistema 380 técnico. Por ejemplo, el grosor del lubricante se determina analizando varios grosores de lubricante en términos de la carga y velocidad. El espesor del lubricante se mide mediante

Con

Donde

ap es el coeficiente de presión de la viscosidad del lubricante en el cojinete 390

E Módulo de elasticidad reducido del lubricante en el cojinete 390

P Carga de a partir de contacto con el cojinete 390 y componentes del sistema técnico 390

Rx Radio de curvatura en el plano de movimiento de la bola 394 en el cojinete 390

ho Espesor del lubricante central del lubricante en el cojinete 390

R Radio de curvatura de la bola 394 en el cojinete 390

u Velocidad del cojinete 390

r|0 Viscosidad dinámica del aceite del lubricante en el cojinete 390

El módulo 326 térmico está configurado para generar el modelo térmico del cojinete 390 basándose en el modelo de corriente. El módulo 326 térmico está configurado para determinar el calor de chispa basándose en el modelo de corriente para al menos una chispa. La al menos una chispa se identifica basándose en el pico y radio de la corriente de descarga determinados en el modelo de corriente.

Además, el módulo 326 térmico está configurado para determinar un diámetro de chispa basándose en el modelo de corriente. Tal como se usa en el presente documento, el modelo térmico es una representación del calor de chispa y del diámetro de chispa. El modelo térmico asigna el calor de chispa y el diámetro de chispa a la corriente de descarga. En una realización, el modelo térmico incluye distribución del calor de chispa y del diámetro de chispa en series de tiempo.

En una realización, el módulo 326 térmico está configurado para generar la distribución del calor de chispa determinando la distribución gaussiana del flujo de calor de la al menos una chispa. Por ejemplo, la distribución de calor de chispa se determina mediante

Donde

Rw es la razón de partición de energía

Ub es la tensión de ruptura del cojinete 390

I es la corriente en el cojinete 390

R es el radio de la corriente de descarga a partir del cojinete 390

r es la distancia radial desde el centro de la al menos una chispa

El radio de la chispa se determina mediante

Donde

R es el radio de la corriente de descarga del cojinete 390

a es la difusividad térmica

t es el tiempo de encendido de la al menos una chispa

K es la conductividad térmica

Eo es la densidad de la energía

El módulo 326 técnico está configurado además para determinar la ubicación de la al menos una chispa basándose en la distribución del calor de chispa y del radio de chispa.

El módulo 330 de defectos está configurado para generar un modelo de defectos para determinar un defecto en el cojinete 390 basándose en el modelo de cojinete. Tal como se usa en el presente documento, el término "perfil de defectos" se refiere a los datos anómalos representados como una función de entorno de funcionamiento, perfil de funcionamiento y/o perfil de carga asociados con el cojinete y/o sistema técnico. El defecto en el cojinete 390 puede incluir erosión de la pista de rodadura del cojinete debido a la corriente de descarga. El módulo 330 de defecto incluye un módulo 332 de perfil de defectos. El módulo 332 de perfil de defectos está configurado para generar los perfiles de defectos basándose en la distribución del calor de chispa y del radio de chispa.

En una realización, la interfaz 350 de red es una interfaz en la nube con una plataforma de computación en la nube 352. La plataforma 352 de computación en la nube incluye un módulo generador de perfiles. El generador de perfiles está configurado para generar perfiles de defectos predeterminados basándose en las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas. Los perfiles de defectos predeterminados son usados por el módulo 332 de perfil de defectos para validar los perfiles de defectos generados basándose en el calor de chispa y el radio de chispa. Los perfiles de defectos validados se usan para determinar el defecto en el cojinete 390.

En una realización, el módulo 332 de perfil de defectos está configurado para generar un patrón de erosión basándose en la distribución del calor de chispa y del radio de chispa. El patrón de erosión es indicativo del defecto tal como tipo de defecto, ubicación del defecto, gravedad del defecto, etc.

El módulo 340 de vida está configurado para determinar la vida restante del cojinete 390 basándose en el defecto. El módulo 340 de vida está configurado para predecir una propagación del defecto basándose en la ubicación del defecto y el tipo de defecto. El módulo 340 de vida está configurado para estimar una vida consumida del cojinete 390 basándose en el modelo de cojinete. La vida restante se estima basándose en la vida consumida.

La vida consumida, la vida restante y un perfil de uso del cojinete se representan en la pantalla 306 a través de la interfaz 308 gráfica de usuario (GUI). La interfaz 308 gráfica de usuario (GUI) está configurada para representar interactivamente una vista de degradación del cojinete 390 y/o el sistema 380 técnico basándose en el modelo de cojinete. La vista de degradación muestra una degradación en tiempo real y una degradación predicha del cojinete 390 o del sistema 380 técnico.

La figura 4 ilustra un sistema 400 para gestionar uno o más sistemas técnicos 482, 484, 486, 488 con uno o más cojinetes 482A, 484A, 486A y 488A según una realización de la presente invención. Los sistemas 482, 484, 486, 488 técnicos están ubicados en instalaciones independientes 480 y 485. Un ejemplo de instalación puede ser un complejo industrial tal como una central eléctrica, parque eólico, red eléctrica, instalación de fabricación, plantas de procesamiento, etc.

El sistema 400 incluye un servidor 405, una interfaz 450 de red acoplada comunicativamente al servidor 405. El sistema 400 también incluye el aparato 300 acoplado comunicativamente a los sistemas 482, 484, 486, 488 técnicos y el servidor 405 a través de la interfaz de red 450. El funcionamiento del aparato 300 es según la descripción anterior.

El servidor 405 incluye una unidad 402 de comunicación, una o más unidades 404 de procesamiento y una memoria 410. La memoria 410 incluye una base 412 de datos de cojinetes y una base 414 de datos de sistemas. La memoria 410 está configurada para almacenar instrucciones del programa informático definidas por módulos, por ejemplo, un módulo 416 generador de perfiles y un módulo 418 de diseño. En una realización, el servidor 405 también puede implementarse en un entorno de computación en la nube, en el que los recursos de computación se suministran como un servicio a través de la red 450.

Tal como se usa en el presente documento, "entorno de computación en la nube" se refiere a un entorno de procesamiento que comprende recursos físicos y lógicos de computación configurables, por ejemplo, redes, servidores, almacenamiento, aplicaciones, servicios, etc., y datos distribuidos por la red 450, por ejemplo, Internet. El entorno de computación en la nube proporciona acceso de red a demanda a un conjunto compartido de los recursos físicos y lógicos de computación configurables. La red 450 es, por ejemplo, una red cableada, una red inalámbrica, una red de comunicaciones, o una red formada a partir de cualquier combinación de estas redes.

La base 412 de datos de cojinetes es un repositorio de especificaciones de cojinetes del cojinete 482A y un grupo de cojinetes (por ejemplo, cojinetes 484A, 486^a y 488A, incluyendo 482A). La base 414 de datos de sistemas es un repositorio de especificaciones técnicas del sistema 482 técnico y un grupo de sistemas técnicos (por ejemplo, sistemas técnicos 484, 486, 488).

El módulo 416 generador de perfiles está configurado para generar perfiles de defectos basándose en las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas. Los perfiles de defectos se actualizan basándose en el defecto detectado en el cojinete 482A en tiempo real. El módulo 418 de diseño determina si el defecto es recurrente en el grupo de cojinetes. Si el defecto es recurrente, el diseño del grupo de cojinetes se optimiza para mitigar el defecto.

El sistema 400 también incluye un centro 490 de mantenimiento de un tercero que puede proporcionar asistencia y mantenimiento a los sistemas 482, 484, 486, 488 técnicos. El centro 490 de mantenimiento se determina de tal manera que la disponibilidad y la fiabilidad de los sistemas técnicos 482, 484, 486, 488 está garantizada.

La figura 5 ilustra un sistema para determinar la vida restante de un cojinete en un sistema técnico, según una realización de la presente invención. El sistema incluye un aparato 500 asociado con el cojinete. El sistema también incluye una plataforma 550 de computación en la nube incluyendo módulo 552 de defecto y módulo 554 analizador. El sistema también incluye un dispositivo 590 de usuario accesible a un usuario a través de una interfaz 592 gráfica de usuario (GUI).

El aparato 500 realiza las etapas 502-522 para determinar la vida útil remanente del cojinete. En la etapa 502, un modelo térmico del cojinete se genera basándose en unas especificaciones del cojinete y unas especificaciones técnicas. En la etapa 504 un patrón de erosión se determina basándose en el modelo térmico. En la etapa 506, el patrón de erosión se valida basándose en perfiles de defectos predeterminados generados por el módulo 552 de defecto. Además, en la etapa 506, la vida restante del patrón de erosión se determina basándose en los perfiles de defectos predeterminados.

El módulo 552 de defecto está configurado para generar los perfiles de defectos basados en datos de estado históricos del cojinete. El módulo 552 de defecto recibió datos de estado históricos analizados del cojinete y un grupo de cojinetes desde el módulo 554 analizador. El módulo 554 analizador incluye un algoritmo de aprendizaje que emplea una de técnica de aprendizaje supervisada y técnica de aprendizaje no supervisada para determinar automáticamente defectos en los datos de estado históricos. Los defectos en los datos de estado históricos se emplean para generar los perfiles de defectos por el módulo 552 de defecto.

En la etapa 508, parámetros de funcionamiento como frecuencia de vibración y amplitud de vibración se analizan para evaluar el impacto del patrón de erosión. En la etapa 510, se determinan características del patrón de erosión basándose en la frecuencia de vibración y la amplitud de vibración.

Además, en la etapa 512 se genera un modelo de corriente basándose en datos de estado asociados con el funcionamiento del cojinete y del sistema técnico. En la etapa 514, se usan datos de vibraciones a partir de los datos de estado para generar un patrón de defectos en tiempo real. En la etapa 516, el patrón de defectos en tiempo real se asigna al patrón de erosión. En la etapa 518, el patrón de erosión es afinado para converger con el patrón de defectos en tiempo real. El afinado del patrón de defectos en tiempo real se realiza para modificar la vida restante del patrón de erosión de acuerdo con los datos de estado.

En la etapa 520, el patrón de defectos en tiempo real se representa en la interfaz 592 gráfica de usuario (GUI) para indicar un defecto en una pista de rodadura de un cojinete. En la etapa 522, la vida restante y la vida consumida se representan en tiempo real en la interfaz 592 gráfica de usuario (GUI).

La figura 6 ilustra un método para determinar la vida restante de un cojinete, según una realización de la presente invención. El método empieza en la etapa 602 recibiendo datos de estado asociados con el funcionamiento del cojinete y un sistema técnico que alberga el cojinete. Los datos de estado del cojinete/sistema técnico se reciben desde distintas fuentes (por ejemplo, sensores, escáneres, dispositivos de usuario, etc.). Los sensores miden parámetros de funcionamiento asociados con el sistema técnico. Los sensores pueden incluir sensores de vibraciones, sensores de corriente y tensión, etc. Por ejemplo, la medición de la tensión en el eje en un motor se asigna a un parámetro de funcionamiento del cojinete. El término "parámetro de funcionamiento" se refiere a una o más características del cojinete. Por consiguiente, los datos sobre el estado son una medida de los parámetros de funcionamiento asociados con el funcionamiento del cojinete. Por ejemplo, los datos sobre el estado incluyen valores de vibraciones, temperatura, corriente, flujo magnético, velocidad, potencia del motor incluyendo el cojinete.

En la etapa 604 se genera un modelo de tensión del cojinete basándose en los datos de estado. Los datos del estado incluyen la carga del cojinete y la velocidad del cojinete. Según la invención, la carga del cojinete y la velocidad del cojinete se asignan con respecto a la tensión de ruptura del cojinete y una tensión de modo común del cojinete. En otra realización, la carga del cojinete y la velocidad del cojinete se asignan en un entorno de programación gráfico. La ventaja de asignar la carga del cojinete y la velocidad del cojinete permite el modelado, simulación y análisis de sistemas dinámicos multidominio.

En la etapa 606, se genera un modelo de corriente del cojinete basado en el modelo de tensión, las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas. El modelo de corriente asigna la tensión de ruptura y la tensión de modo común a la corriente de descarga. Por ejemplo, las especificaciones del cojinete incluyen las dimensiones del cojinete, el tamaño del cojinete, la lubricación del cojinete, el espesor de lubricación, la temperatura de servicio del cojinete, las interfaces del cojinete, etc. Las especificaciones técnicas incluyen el tipo de sistema técnico, la carga del sistema técnico, la velocidad del sistema técnico, la orientación del sistema técnico, etc.

En la etapa 608, se genera un modelo térmico basado en el modelo de corriente. Tal como se usa en el presente documento, el modelo térmico es una representación del calor de chispa y del diámetro de chispa. El modelo térmico asigna el calor de chispa y el diámetro de chispa a la corriente de descarga. En una realización, el modelo térmico incluye distribución del calor de chispa y del diámetro de chispa en series de tiempo.

En la etapa 610, se genera un modelo de defectos basado en el modelo térmico. El modelo de defectos incluye defectos que se detectan en los datos de estado. En la etapa 610, los datos de estado se comparan con los perfiles de defectos para predecir los defectos. Tal como se usa en el presente documento, el término "perfil de defectos" se refiere a los datos anómalos representados como una función de entorno de funcionamiento, perfil de funcionamiento y/o perfil de carga asociados con el cojinete y/o sistema técnico.

Los perfiles de defectos se generan basándose en las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas. El defecto en el cojinete también puede predecirse basándose en la comparación entre los datos de estado y con perfiles de defectos predeterminados.

En la etapa 612, se determina la ubicación de los defectos basándose en el perfil de defectos y los datos de estado. Por ejemplo, en la etapa 612 se determina la ubicación de al menos una chispa en el cojinete. La ubicación de la chispa puede determinarse en la pista de rodadura del cojinete.

En la etapa 614, la vida restante del cojinete se predice basándose en el defecto predicho y la ubicación del defecto. Además, la propagación de un defecto basándose en la ubicación del defecto y el tipo de defecto. Además, la vida restante del cojinete basándose en la propagación del defecto predicho. Tal como se usa en el presente documento, la vida restante se refiere a la vida del cojinete sin y con el defecto detectado. La vida restante incluye la vida útil remanente (RUL), el tiempo de inactividad, el tiempo de mantenimiento, etc.

La presente invención puede adoptar la forma de un producto de programa informático comprendiendo módulos de programa accesibles desde un medio usable por ordenador o legible por ordenador almacenando código de programación para uso por o junto con uno o más ordenadores, procesadores o sistema de ejecución de instrucciones. Para la finalidad de esta descripción, un medio usable por ordenador o legible por ordenador puede ser cualquier aparato que pueda contener, almacenar, comunicar, propagar o transportar el programa para su uso por o junto con el sistema de ejecución de instrucciones, aparato o dispositivo. El medio puede ser un sistema (o aparato o dispositivo) electrónico, magnético, óptico, electromagnético, de infrarrojos o de semiconductores o un medio de propagación en y de ellos mismos como portadores de señales no están incluidos en la definición de medio legible por ordenador físico incluyen una memoria de semiconductor o de estado sólido, cinta magnética, un disquete de ordenador extraíble, memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de solo acceso (ROM), un disco magnético rígido y disco óptico tal como disco compacto de solo lectura (CDROM), disco compacto de lectura/escritura y DVD. Tanto los procesadores como el código de programación para implementar cada aspecto de la tecnología puede centralizarse o distribuirse (o una combinación de ambas cosas) como conocerán los expertos en la técnica.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   i. Método para determinar la vida restante de un cojinete (390), comprendiendo el método:

   a) generar un modelo de cojinete (100) del cojinete (390), en el que el modelo de cojinete (100) está basado en uno de datos de estado asociado con la operación del cojinete (390), datos de estado históricos del cojinete (390), especificaciones de cojinete y especificaciones técnicas de un sistema técnico (380) incluyendo el cojinete (390);

   b) predecir un defecto en el cojinete (390) basándose en el modelo de cojinete (390);

   c) predecir la vida restante del cojinete (390) basándose en el defecto predicho; caracterizado porque d) generar el modelo de cojinete (100) del cojinete (390) comprende:

   d1) generar un modelo de tensión del cojinete (390) basándose en los datos de estado incluyendo carga de cojinete (390) y velocidad de cojinete (390), en el que el modelo de tensión asigna la carga de cojinete (390) y la velocidad de cojinete (390) con respecto a tensión de ruptura del cojinete (390) y una tensión de modo común del cojinete (390); y

   d2) generar un modelo de corriente del cojinete (390) basándose en el modelo de tensión, las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas, en el que el modelo de corriente asigna la tensión de ruptura y la tensión de modo común a corriente de descarga.
2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que generar el modelo de tensión del cojinete (390) basándose en los datos de estado incluyendo carga del cojinete (390) y velocidad del cojinete (390) comprende: convertir una entrada de tensión alterna para el sistema técnico (380) en una salida de modulación por ancho de pulsos;

   determinar si la salida de modulación por ancho de pulsos está dentro de un umbral de tensión predeterminado; y

   determinar la tensión de ruptura y la tensión de modo común a partir de la desviación respecto al umbral de tensión predeterminado.
3. 3. Método según la reivindicación 1, en el que generar el modelo de corriente del cojinete (390) basándose en el modelo de tensión y las especificaciones del cojinete comprende:

   generar un circuito equivalente con las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas; y generar el modelo de corriente aplicando la tensión de modo común en el circuito equivalente, en el que el modelo de corriente incluye valores de la corriente de descarga en series de tiempo.
4. 4. El método según la reivindicación 1, comprendiendo además

   generar un calor de chispa basándose en el modelo de corriente; y

   determinar un diámetro de chispa basándose en el modelo de corriente,

   en el que el modelo térmico asigna el calor de chispa y el diámetro de chispa a la corriente de descarga y en el que el modelo térmico incluye distribución del calor de chispa y del diámetro de chispa en series de tiempo.
5. 5. Método según una de reivindicación 4, comprendiendo además:

   determinar radio y picos de la corriente de descarga en el modelo de corriente;

   determinar el calor de chispa para una superficie de cojinete (390) del cojinete (390) basándose en el radio y en picos de la corriente de descarga; y

   generar el modelo térmico asignando el calor de chispa y el diámetro de chispa con la corriente de descarga y puntos de superficie sobre la superficie del cojinete (390).
6. 6. Método según la reivindicación 1, en el que predecir un defecto en el cojinete (390) basándose en el modelo de cojinete (100) comprende:

   comparar los datos de estado con perfiles de defectos, en el que los perfiles de defectos se generan basándose en las especificaciones del cojinete y las especificaciones técnicas; y

   predecir el defecto en el cojinete (390) basándose en la comparación con los perfiles de defectos.
7. 7. Método según la reivindicación 1, comprendiendo además:

   predecir un patrón de erosión en la superficie del cojinete (390) basándose en el perfil de defectos.
8. 8. Método según la reivindicación 1, en el que predecir la vida restante del cojinete (390) basándose en el defecto predicho, comprende:

   predecir una propagación del defecto basándose en ubicación del defecto y tipo de defecto; y predecir la vida restante del cojinete (390) basándose en la propagación del defecto predicho.
9. 9. Método según una de reivindicación 1 a reivindicación 8, comprendiendo además:

   estimar una vida consumida del cojinete (390) basándose en el modelo de cojinete (390); y representar la vida consumida, la vida restante y un perfil de uso del cojinete (390).
10. 10. Aparato (300) para determinar la vida útil de un cojinete (390), comprendiendo el aparato:

    una o más unidades de procesamiento (304); y

    una unidad de memoria (310) acoplada comunicativamente a la una o más unidades de procesamiento, en el que la unidad de memoria comprende un módulo de cojinete (390) almacenado en forma de instrucciones legibles por máquina ejecutables por la una o más unidades de procesamiento, en el que el módulo de cojinete (390) está configurado para realizar las etapas del método según una de reivindicaciones 1 a 9.
11. 11. Sistema (400) que comprende:

    uno o más dispositivos capaces de proporcionar datos de estado asociados con el funcionamiento de uno o más sistemas técnicos (482, 484, 486, 488) en una pluralidad de instalaciones (480, 485); y

    aparato (300) según la reivindicación 10, acoplado comunicativamente al uno o más dispositivos, en el que el aparato (300) está configurado para determinar la vida útil de al menos un cojinete (482A, 484A, 486A y 488A) en el uno o más sistemas técnicos (482, 484, 486, 488).
12. 12. Producto de programa informático con instrucciones legibles por máquina almacenadas en su interior, que cuando es ejecutado por una o más unidades de procesamiento, hace que una o más unidades de procesamiento realicen un método según las reivindicaciones 1 a 9.