FI108755B

FI108755B - Menetelmä kunnon valvomiseksi laitteissa

Info

Publication number: FI108755B
Application number: FI991559A
Authority: FI
Inventors: Jarmo Kauppila
Original assignee: Metso Paper Automation Oy
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2002-03-15
Also published as: EP1198701B1; EP1198701A1; US6701286B2; US20020111774A1; EP1198701B8; WO2001004597A1; FI991559A; ATE471505T1; AU6283200A; CA2378440A1; DE60044557D1

Description

j 108755 j

Menetelmä kunnon valvomiseksi laitteissa

Keksinnön kohteena on menetelmä kunnon valvomiseksi laitteissa, joissa yhdestä tai useammasta pyörivästä kohteesta mitataan kiinteästi asen-5 netulla kunnonvalvontajärjestelmällä laitteen käydessä sen normaalilla toimintanopeudella tapahtuvan käynnin aikana laitteen kuntoa ja käynnin tasaisuutta kuvaava signaali ja lasketaan kustakin mitatusta signaalista haluttuja tunnuslukuja ja/tai -funktioita normaalista käynnistä poikkeavien vikaantumista mahdollisesti ennakoivien vaihteluiden havaitsemiseksi 10 Erilaisten koneiden kunnon valvomiseksi ja likaantumisen ennakoi miseksi huoltoa varten mitataan valvottavista kohteista erilaisilla antureilla signaaleja, joista sitten lasketaan erilaisia taajuusspektrejä sekä tunnuslukuja, joiden katsotaan kuvaavan valvottavan kohteen kuntoa. Tyypillisesti yllä kuvatussa kunnonvalvonnassa käytetään värähtelyantureita tuottamaan koneen 15 kuntoa ja käynnin tasaisuutta kuvaava signaali. Tarvittaessa värähtelyn lisäksi tai asemesta voidaan mitata myös painetta, lämpötilaa tms. suuretta.

Tyypillisesti valvonta tehdään mittaamalla tietyn mittainen signaali määrävälein ja laskemalla kustakin mitatusta signaalista tarvittavat laskelmat. Esimerkiksi voidaan mitata kymmenen sekunnin mittainen signaali kerran tun-20 nissa kustakin valvontakohteesta. Laskettaville arvoille voidaan määritellä tie-tynlaiset raja-arvot, joiden ylittämisestä seuraa hälytys niin, että vioittumassa • · · . oleva komponentti voidaan vaihtaa uuteen seuraavassa seisokissa ennen kuin • t · varsinainen vika valvottavassa kohteessa aiheuttaa suurempia vaurioita tai * · j ylimääräisiä seisokkeja.

: 25 Tällaista kunnonvalvontaa voidaan tehokkaasti käyttää laitteessa, v : missä pyörivien komponenttien nopeus pysyy olennaisesti vakiona, jolloin :T: poikkeamat voidaan helposti havaita. Niinpä tyypillisesti vakionopeuksilla tai olennaisesti vakionopeuksilla pyörivien osien laakereita yms. voidaan tällä ta-valla mitata ja valvoa tehokkaasti. Sen sijaan laitteissa, missä nopeudet vaih-·, 30 televat merkittävästi tai laitteen käynnistysvaiheessa nopeus tai pyörimistaa- juus muuttuu lyhyessä ajassa, ei tällaisen kunnonvalvontajärjestelmän käytöstä ole olennaista hyötyä eikä valvontaa nykyisenlaisilla kunnonvalvontalaitteilla pystytä tekemään. Kun pyörivän koneen osan käynnin tasaisuus saattaa riip-..., pua nopeudesta tai pyörimistaajuudesta, ei tällä tavalla ilmeneviä vikoja nor- 35 maalioloissa ole mahdollista mitata.

• * 108755 ! 2 ! Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetelmä, millä pystytään valvomaan koneen kuntoa myös tasaisista ajonopeuksista poikkeavissa oloissa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että laitteen käynnin poiketessa tasaisesta käyntinopeudesta ainakin osasta 5 mitattavista kohteista mitataan ainakin yksi laitteen kuntoa ja käynnin tasaisuutta kuvaava signaali laitteen toimintanopeuden muutoksen aikana ja että kustakin näin mitatuista signaalista lasketaan mainitut tunnusluvut ja -funktiot mitatun ajan ja/tai mitatun kohteen pyörimisnopeuden funktiona.

Keksinnön olennainen ajatus on, että koneen toimintaolosuhteiden 10 muuttuessa esimerkiksi käynnistystilanteen aikana valvottavan kohteen kuntoa kuvaava signaali mitataan nopeuden muutoksen ja/tai normaalista olennaisesti vakiosta toimintanopeudesta poikkeavan ajan ja mittaustulokset analysoidaan niin, että halutut tunnusluvut ja -funktiot on laskettu tilanteen mukaisen ajan funktiona tai mitatun kohteen pyörimistaajuuden tai nopeuden funktiona. Kek-15 sinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan esimerkiksi värähtelyspektri lasketaan signaalin tehospektrinä ajan, pyörimistaajuuden tai nopeuden funktiona. Keksinnön erään toisen edullisen sovellutusmuodon mukaan tällaisessa tilanteessa mitataan valvonnan kohteena olevasta laitteistosta kaikkien normaalisti valvottavien kohteiden kunnonvalvonnan signaalit samanaikaisesti, 20 jolloin niitä voidaan vertailla keskenään ja siten voidaan analysoida, mistä koh- ·:·. teestä tietty häiriö tulee ja siten kohdekohtaisesti ottaa tämä huomioon. Kek- • · · sinnön mukaisella menetelmällä voidaan valvoa kohdetta ja saada esille no- peuden muutosvaiheen tiettynä aikana esiintyviä signaalispektrin poikkeamia ; esimerkiksi, voimakkaita resonanssivärähtelyjä, jolloin voidaan toisaalta kar- ’ * 25 taittaa ne selkeät häiriöt, mitkä ilmenevät vain tietyillä poikkeavilla toimintano- v : peuksilla ja lisäksi voidaan valvoa mahdollisia muutoksia, jotka voisivat viitata • · · v : vikaantumisriskiin. Tällöin voidaan ottaa selkeät rakenteesta johtuvat käynti- häiriöt huomioon esimerkiksi pyörimisnopeuden funktiona, jolloin niille voidaan •: ·: asentaa erilliset muista hälytysrajoista poikkeavat raja-arvot niin, että ne eivät . · · ·, 30 aiheuta turhia hälytyksiä koneen toimintanopeuden väliaikaisesti joutuessa täl- ’ · *, le alueelle.

* · »

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa on kaavamaisesti esitetty paperikoneen pituusleikkurin käynnistyksen yhteydessä .; · ·; mitatut värähtelyt pyörimisnopeuden funktiona, jolloin 35 kuvio 1 esittää kaavamaisesti leikkurin hihnatelan pyörimisnopeus- käyrää ajan funktiona sekä spektrogrammissa esiintyviä värähtelyhuippuja, ί 108755 3 kuvio 2 esittää kaavamaisesti käynnistyksen aikana mitattua väräh-telysignaaiia ajan funktiona ja kuvio 3 esittää kaavamaisesti kuviossa 1 linjan Y osoittamalla hetkellä saatua tehospektriä.

5 Kuviossa 1 on kaavamaisesti esitetty paperikoneen leikkurin valvon- takohteena olevan telan pyörimisnopeus ajan funktiona, jolloin käyrä 1 esittää leikkurin nopeutta. Viivat X ja Y esittävät pysty- ja vaaka-akseleiden suuntaisia linjoja ja kirjaimilla A - C on esitetty spektrogrammissa mittauksen tuloksena näkyviä värähtelyhuippuja.

10 Kuviossa 2 puolestaan on esitetty leikkurin käynnistyksen aikana mitattu värähtelysignaali ajan funktiona kuvion 1 aika-akselia vastaavassa skaalassa. Kuten kuviosta näkyy, on kuvioon 1 merkittyjen spektrogrammissa näkyvien värähtelyhuippujen kohdalla vastaavasti värähtely myös jatkuvassa värähtelysignaalissa. Niinpä kuvion 1 linjaa Y vastaavassa kohdassa näkyy 15 selkeästi värähtelypiikki noin 15,5 sekuntia paperileikkurin käynnistymisen alusta, jolloin pyörimisnopeus on noin 3,5 Hz.

Kuviossa 3 puolestaan on esitetty kuvioiden 1 ja 2 mukainen linjan Y kohdalla oleva värähtelyspektri, jossa näkyy värähtelypiikki linjan X kohdalla, mikä vastaa noin 98 Hz:n taajuutta. Vastaavalla tavalla voidaan analysoida vä-20 rähtelyhuiput B ja C, jolloin saadaan tietyillä paperileikkurin kierrosluvuilla sen käynnistyksen aikana olevat värähtelyhäiriöt ja niiden taajuudet sekä voimakkuudet analysoiduksi. Näin mittaamalla koko käynnistysvaihe sekä määritte-lemällä signaalivoimakkuusrajat voidaan muuttuvissa olosuhteissa tutkia ja ; analysoida koneen käyntihäiriöitä ja niiden perusteella valvoa koneen kuntoa : >: 25 vakiotoimintanopeuden ulkopuolella. Tämä voidaan tehdä mittaamalla muuttu- v ·' vissa olosuhteissa kunnonvalvonnan signaaleja ja analysoimalla ne joko ajan : funktiona tai mitattavan kohteen pyörimisnopeuden funktiona. Varsinaiseen analysointiin voidaan käyttää sinänsä tunnettuja tekniikoita, joita kutsutaan •: ·.; yleisesti JTFA- (Joint Time Frequency Analysis) tekniikoiksi. Näille menetelmil- . ' . 30 le on tunnusomaista se, että ne kuvaavat mitatun signaalin tehon jakautumi sen aika-taajuustasossa. Perinteisessä spektrianalyysissä signaalista lasketaan spektri, joka kuvaa tehon keskimääräisen jakauman taajuusakselilla. JTFA:n avulla sen sijaan voidaan muodostaa spektrikartta (spektrogrammi), jossa kuvataan tehospektrin aikariippuvuus. Yleisesti käytettyjä JTFA-35 tekniikoita ovat mm. STFT (Short Time Fourier Transform) sekä nk. aallokemuunnos (engl. wavelet transform). Tekniikan tunnetun tason osalta vii- I 108755 I 4 tataari esimerkiksi teokseen Shie Qian, Dapang Chen: Joint Time Frequency Analysis, Prentice Hall 1996. JTFA:n avulla voidaan tarkastella esimerkiksi vä-rähtelysignaalien tehospektrin muuttumista ajan tai pyörimisnopeuden funktiona, jolloin uudessa laitteessa voidaan esimerkiksi tehdä perusanalysointi, mi-5 hin myöhempiä mittauksia verrataan mahdollisten kunnonvalvonnan ja huol-lontarpeiden selvittämiseksi.

Kun laitteen analysointia tehdään esimerkiksi sitä käynnistettäessä tai huoltoseisokin jälkeen, voidaan sille tehdä kattava perusanalyysi mittaamalla samanaikaisesti kaikkien tai ainakin tärkeimpien valvottavien kohteiden 10 kunnonvalvonnan signaalit samanaikaisesti. Kun niistä sitten on tehty tarvittavat laskelmat ja siten saatu muodostetuksi halutunlaiset kuvaajat ajan tai kunkin komponentin kohdalla vaihtoehtoisesti sen pyörimisnopeuden funktiona, voidaan myös vertailla keskenään samaan aikaskaalaan kytkeytyviä tuloksia ja nähdä erilaisten häiriöiden varsinainen aiheuttaja ja samalla sen vaikutus mui-15 hin valvottaviin kohteisiin. Näin voidaan vastaavasti valvontakohteiden erilaiset häiriötaajuuksien arvot ja niillä esiintyvien vaihteluiden amplitudin raja-arvot mitoittaa kunnonvalvonnan kannalta sopivasti. Koska jonkin komponentin vaihtamisen jälkeen häiriötasot muuttuvat, on perusanalyysi syytä tehdä ainakin merkittävien komponenttien vaihdon jälkeen. Kyseessä olevaa menetelmää 20 voidaan mekaanisen kunnonvalvonnan lisäksi soveltaa paperikoneen käynnin-... valvontaan ja erityisesti nopeiden konesuuntaisten laatuvaihteluiden mittauk- . seen ja häiriölähteiden selvittämiseen. Käytettäessä tavanomaisia paperin on- line ominaisuuksien mittauksiin käytettyjä on-line-laatumittareita, häiritsee niis- • · :·· ·' tä saatavan signaalin konesuuntaisia analyysejä se, että mittari liikkuu jatku- 25 vasti paperiradan poikkisuunnassa. Niinpä tietyt paikalliset kapealla alueella v : esiintyvät konesuuntaiset häiriöt eivät tule esille, mikäli spektri lasketaan koko poikkisuuntaisen liikkeen ajalta saatavasta signaalista. JTFA-menetelmillä on mahdollista laskea spektri-kartta, joka kuvaa spektrin paikkariippuvuuden ai-van vastaavasti kuin se kiihdytysvaiheen värähtelyanalyysissä kuvaa värähte-. ·. 30 lyspektrin aika- pyörimisnopeusriippuvuutta. Vastaavalla tavalla voidaan myös /’ analysoida paperikoneen kudosten kuntoa laskemalla kuntoa kuvaavasta sig- '· ·: naalista spektrikartta kudoksen tekemän kierroksen ajalta. Spektrikartta kuvaa spektrin muuttumisesta kudoksen kierroksen aikana, jolloin siitä voidaan j ....: havaita myös kudoksessa esiintyvät paikalliset viat. Esimerkkinä voidaan I .·. 35 mainita puristinhuovan kunnon analysointi nippivärähtelyä kuvaavasta spektrikartasta, joka on laskettu yhden huopakierron ajalta mitatusta värähtelysignaalista.

j 108755 5 i

Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksessa esitetty vain esimerkinomaisesti eikä sitä mitenkään ole rajattu siinä esitettyyn. Keksintö on sovellettavissa laitteisiin, joissa normaalin käytön aikana kunnonvalvontaa tehdään mittaamalla valvottavista kohteista tyypillisesti sopivin välein laitteen 5 kuntoa kuvaava signaali, tyypillisimmin värähtelysignaali, mikä sitten analysoidaan laskemalla siitä erilaisia värähtelyspektrejä ja -funktioita, esimerkiksi re-sonanssihuippujen ja poikkeamien löytämiseksi ja siten vikaantumassa olevien komponenttien huomaamiseksi ennen niiden rikkoutumista. Olennaista on, että mittaus tehdään tasaisesta toimintatilasta poikkeavilla toimintanopeuksilla 10 nopeuden muutoksen aikana, mahdollisesti koko muutoksen ajan, jotta silloin esiintyvät häiriöt voitaisiin ottaa huomioon kunnonvalvonnassa. Erityisesti keksintöä voidaan soveltaa paperiteollisuuden koneissa ja laitteissa kuten esimerkiksi pituusleikkureissa, superkalantereissa ja päällystysasemilla sekä paperikoneen puristinosalla suoritettavissa nopeuskokeissa, voimalaitoksissa, turbii-15 neissa ja vastaavissa normaalisti olennaisesti vakionopeudella toimivissa laitteissa, joissa kuitenkin erilaisista käynnistys- ja pysäytystilanteista johtuen tapahtuu lyhyessä ajassa merkittäviä toimintanopeuksien muutoksia. Painetta voidaan käyttää kunnonvalvonnan signaalina esimerkiksi erilaisessa hydrauliikassa, jolloin mittauskohteena käytetään edullisimmin muutenkin normaalisti 20 valvottuja hydrauliikkapaineita. Samoin painetta voidaan käyttää kunnonvalvonnan signaalina esimerkiksi mittaamalla paperitehtaan massapuolella mas- • t > .' . sansiirtoputkissa tapahtuvia massanpaineiden vaihteluita.

I · · • » * • * • t * I · • I · • · » • * · • · ·

I I

» ϊ I »

» I

* ·

Claims

108755

1. Menetelmä kunnon valvomiseksi laitteissa, joissa yhdestä tai useammasta pyörivästä kohteesta mitataan kiinteästi asennetulla kunnonval-5 vontajärjestelmällä laitteen käydessä sen normaalilla toimintanopeudella tapahtuvan käynnin aikana laitteen kuntoa ja käynnin tasaisuutta kuvaava signaali ja lasketaan kustakin mitatusta signaalista haluttuja tunnuslukuja ja/tai -I funktioita normaalista käynnistä poikkeavien vikaantumista mahdollisesti en nakoivien vaihteluiden havaitsemiseksi, tunnettu siitä, että laitteen käyn- 10 nin poiketessa tasaisesta käyntinopeudesta ainakin osasta mitattavista kohteista mitataan ainakin yksi laitteen kuntoa ja käynnin tasaisuutta kuvaava signaali laitteen toimintanopeuden muutoksen aikana ja että kustakin näin mitatuista signaalista lasketaan mainitut tunnusluvut ja -funktiot mitatun ajan ja/tai mitatun kohteen pyörimisnopeuden funktiona.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan ainakin tärkeimpien kohteiden signaalit yhtäaikaa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu j siitä, että mitataan ainakin kaikkien normaalin käynnin aikana mitattavien koh teiden signaalit yhtäaikaa.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu ... siitä, että lasketut tunnusluvut ja/tai -funktiot sovitetaan samaan mittausaikaan ,verrannolliseen asteikkoon niiden keskinäisen vertailun mahdollistamiseksi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, I · '·’ · tunnettu siitä, että ainakin osasta mitatuista signaaleista muodostetaan " · 25 sen spektrin aikariippuvuutta kuvaava spektrogrammi. v

: 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laskettujen tunnuslukujen ja -funktioiden perusteella asetetaan ainakin osalle valvottavista kohteista niiden pyörimisnopeudesta .: riippuvaisia hälytysraja-arvoja.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan paperikoneessa olevalla kiinteästi asennetulla . ‘: kunnonvalvontajärjestelmällä useampaa kuin yhtä mittauskohdetta.

' ·“ ‘: 8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yhdessä mittauskohteessa mitataan kohteen : 35 värähtelysignaali. j 108755

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yhdessä mittauskohteessa mitataan kohteen paine.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että ainakin yhdessä mittauskohteessa mitataan kohteen lämpötila. » t 108755