FI75417B - Foerfarande och anlaeggning foer oevervakning av smoerjstaellen. - Google Patents

Description

7541 7 1 Menetelmä ja laitteisto voitelupalkkojen valvomiseksi Förfarande och anläggning för övervakning av smörsjställen 5 Keksinnön kohteena on menetelmä voitelun valvomiseksi kahden voidekal-volla toisistaan erotetun, toistensa suhteen liikkuvan, erilaisesta, sähköä johtavasta materiaalista olevan osan kosketuskohdassa, erityisesti pyörivän akselin ja liukulaakerin kosketuskohdassa.

10 Valvottaessa erityisesti suurehkojen koneiden laakerikohtia, kuten esimerkiksi laivadieselmoottoreiden kampiakseleiden laakereita, on erittäin tärkeää, että voitelurikko havaitaan heti ja ryhdytään vastatoimenpiteisiin jo ennen laakerin vaurioitumisen alkamista, jotta laakeri ja kampi-akseli eivät tuhoudu eikä kone joudu siten jäämään pois käytöstä siitä 15 seuraavine tunnettuine haittavaikutuksineen.

Akseleiden liukulaakereiden yhteydessä on tunnettua asettaa molemmat voitelukohdassa liikkuvat osat itse voitelukohdan läpi menevään sähkö-virtapiiriin ulkoiseen kytkentään sijoitetun jännitelähteen kanssa, 20 jolloin voldekalvon rikkoutumisen yhteydessä pienenevää virtapiirin vastusta käytetään merkinantona.

Ulkoiseen kytkentään sijoitettu tavanomainen jännitelähde tuottaa tällöin virtapiirissä voitelukohdan kautta kulkevan virran.

25 Tässä tunnetussa tavassa valvoa voitelukohtia on todettu olevan sellainen epäkohta, että huolimatta hyvästä voidekalvosta akselin ja laakerin välillä on jatkuvasti tosin haitattomia ja vain lyhytaikaisia, mutta kuitenkin metallisia ja siten pienohmlsia kosketuksia, jolloin voi syn-30 tyä vikahälytyksiä. Nämä haitalliset, hetkelliset, pienohmiset kosketukset tuntuvat kiusallisilta erityisesti silloin, kun samanaikaisesti on valvottavana useita laakerikohtia ja lyhytaikaiset metalliset kosketukset peittävät valvottavan alueen tilastollisesti. Voiteluöljyt, jotka sisältävät kemiallisia lisäaineita, voivat sitäpaitsi olla itse tietyssä 35 määrin johtavia, mikä vaikeuttaa lisää suoran metallisen kosketuksen ja näistä lisäaineista aiheutuneen johtavuuden erottamista. Kun virtapiiri täytyy sulkea pyörivän akselin ollessa kyseessä liukukosketinta käyttä- 2 75417 1 mällä ja kun tämän liukukoskettimen ylimenovastus voi vaihdella suuressa määrin, vaikeutuu mittaus tämän vuoksi vielä lisää.

On jo myös tunnettua havannoida voltelukohtien valvomiseksi laakerilämpö-5 tilaa mitä erilaisimpia lämpösondeja käyttämällä ja hälyttää, kun lämpötila nousee sallittua voimakkaammin. Koska tällaiset lämpösondit voivat mitata lämpötilaa vain pisteittäisesti ja koska näillä sondeilla ei kestävyyssyiden vuoksi sitäpaitsi voida mennä tarpeeksi lähelle laake-reiden pintaa, on seurauksena aikaviiveitä siinä, kun lämpövirta on 10 tullut vahlnkokohdasta lämpösondiin. Tällä on erityisen epäedullisia vaikutuksia silloin, kun yleensä vain paikallisesti laakerin pinnalle muodostuva vahinkokohta sijaitsee kaukana lämpösondista.

Keksinnön tehtävä on valvoa voitelukohtia niin, että lämpöä synnyttävä 15 voiteluvaurio voidaan havaita viivytyksettä jo sen syntyvaiheessa ja että väärät hälytykset voidaan sitäpaitsi varmasti välttää.

Tämän tehtävän ratkaisu nähdään vaatimuksen 1 luonteenomaisissa menetelmä tunnusmerkeissä .

20

Kosketuskohdassa olevan signaalista päättävän lämpöparin muodostavat esimerkiksi akselin liukulaakerin ollessa kyseessä teräksestä oleva akseli ja laakerin kuoren päälle valssattu ja yleensä valkometallla oleva liukukerros, jolloin keksinnön mukainen voltelukohtien valvonta 25 on erittäin varma virhehälytyksiä vastaan, koska se reagoi vain, kun toisaalta virtapiiri muuttuu pienohmiseksi voitelukalvon rikkoutuessa tapahtuvan akselin ja valkometallisen laakerikerroksen metallisen kosketuksen seurauksena ja kun toisaalta tällöin syntyvän kitkalämmön seurauksena kosketuskohdassa syntyy samanaikaisesti lämpösähköinen jännite. 30 Sen vuoksi, että nämä molemmat ilmiöt esiintyvät yhdessä, virtaa virtapiirissä, joka on pienohmlnen voidekalvon rikkoutuessa, vain häiriötilanteessa lämpösähkövirta, joka laukaisee hälytyssignaalln.

laakeriin normaalisti kohdistuvien valtavien voimien vuoksi syntyy voi-35 telukalvon repeytyessä hyvin suuria kitkavoimia, jotka saavat aikaan suuren lämpötilagradientin, koska lämpö el voi virrata metallisessa kosketuskohdassa olevasta syntymäkohdastaan vieressä sijaitseviin lääke- 3 75417 1 rin osiin niin nopeasti kuin uutta lämpöä tulee. Tämän lämpötilagradien-tin johdosta on syntyvä erotusjännite ja siten pienohmisen virtapiirin läpi virtaava signaalivirta vastaavasti korkea niin, että häiriötapauksessa annetaan voimakas ja selvä hälytyssignaali. Signaalin antaminen 5 tapahtuu nyt myös viivytyksettä, koska samalla hetkellä kuin voitelu-kalvo repeää, pistemäisessä kosketuskohdassa syntyy heti korkea lämpötila, joka aiheuttaa välittömästi lämpösähköisen jännitteen virtapiirissä.

10 Keksinnössä lähdetään siitä, että erilaiset metallit, jotka koskettavat toisiaan suurelta alalta, eivät voi normaalisti muodostaa käytännössä hyväksi käytettävää lämpöparia, joka synnyttää käyttökelpoisen jännitteen, koska tätä varten täytyisi koko vastakkain sijaitsevien osien pinnalla olla lämpötila, joka synnyttää lämpösignaalin. Koska lämpötilat 15 olisivat väistämättä erilaiset eri kohdissa koskettavia pintoja, erilaiset lämpösähköiset jännitteet saisivat nimittäin tässä aikaan sisäisen oikosulun. Keksijä on yllättävästi havainnut, että tämä ei pidä paikkaansa akselilla olevien laakerin paikkojen suhteen, koska voidekalvon repeytyessä tapahtuva kuumeneminen tapahtuu niissä lähinnä vain paikal-20 lisesti myös silloin, kun kaksi erilaista rakenneainetta, esimerkiksi akselin ja laakerin rakenneaine, koskettavat toisiaan laajoilta alueilta. Voidekalvo on tällöin yhä vielä olemassa tämän ensin vielä pienen kuumentuneen kohdan ulkopuolella niin, että tässä kuumentuneessa kohdassa syntyneen lämpösähköisen jännitteen sähköinen oikosulku estyy voidekal-25 von eristysvaikutuksen vuoksi. Näin on mahdollista pienentää lämpösäh-köistä jännitettä ulospäin voitelukohtien valvomiseksi.

On osoittautunut, että virtapiirissä voi esiintyä häiriöjännitteitä myös voitelun ollessa virheetön valvontakohdassa. Tässä voi olla kysy-30 mys esimerkiksi galvaanisista jännitteistä, jotka syntyvät siten, että voiteluaine muodostaa eri metallien kanssa galvaanisen parin. Nämä häirlöjännitteet syntyvät suuriohmisissa jännitelähteissä ja ne voivat harhauttaa luulemaan, että on kysymys lämpösähköisistä jännitteistä. Näiden häiriöjännitteiden eliminoimiseksi keksinnön jatkokehittelyssä OS ehdotetaan menetelmävaatlmuksen 2 mukaan, että virtapiiri oikosuljetaan ulkoisessa kytkennässä olevan ennalta määritetyn pienohmisen vastuksen kautta. Virrat, jotka virtaavat suuriohmisista jännitelähteistä virta- 4 75417 1 piirissä, ovat hyvin pienet ja aiheuttavat ulkoisen kytkennän pienohmi-sessa vastuksessa siksi vain pienen jännitepudotuksen, jolla ei ole merkitystä häiriöjännitteenä. Pienohminen lämpöpari synnyttää voidekal-von repeytyessä sitävastoin hyvin suuren signaalivirran, joka saa aikaan 5 vastaavan suuren jännitepudotuksen virtapiirin ulkoisessa kytkennässä, minkä vuoksi signaalihyötyjännitteen ja häiriöjännitteen suhde tulee hyvin suureksi.

Vaatimuksen 3 mukaisen menetelmän mukaan virtapiirin ulkoisen kytkennän 10 sähkövastuksessa tapahtuvaa jännitepudotusta mitataan jatkuvasti ja kun jännitepudotus ylittää ennalta annetun kynnysarvon, kytkeytyy hälytys-tai kytkentäsignaali. Voidekalvon repeytyessä ja syntyneen lämpösähköi-een jännitteen noustessa yli ennalta annetun kynnysarvon, vamistetaan sen jälkeen seuraavalla hälytyksen kytkemisellä, että vastatoimenpitei-15 siin voidaan ryhtyä ennenkuin paha laakerivaurio on syntynyt.

Hälytyksen yhteydessä voidaan kytkentäslgnaalln välityksellä myös samanaikaisesti automaattisesti hidastaa tai kytkeä pois päältä käyttölaite, joka käyttää laakerlkohdassa liikkuvaa osaa.

20

Mikäli vaatimuksen A mukaisen menetelmän mukaan hälytyksen antaminen estetään hetkellisten jännitehuippujen ylittäessä kynnysarvon siksi aikaa, kunnes ennalta määrätty taajuus ja amplitudin kasvava tendessi syntyvät, vääriä hälytyksiä vastaan saadaan parempi varmuus myös siinä 25 tapauksessa, että hetkelliset ja sen vuoksi vaarattomat molempien laakerin osien metalliset kosketukset aiheuttavat lämpösähköisiä jännitteitä.

Jos virtapiirissä pitää valvoa samanaikaisesti useita samaan rakenne-yksikköön sijoitettuja voitelukohtia, esimerkiksi monisylinterisen 30 moottorin kampiakselin laakerikohtia tai myös useita erillisiä laakereita, kuten esimerkiksi moottoria ja vaihteistoa, ehdotetaan vaatimuksen 5 mukaista valvontamenetelmää. Tässä virtapiirissä on kalkkien laakerien yhteiseksi käsittelemiseksi useita yksittäisten voltelukohtlen kautta kulkevia rinnan kytkettyjä haaroja ja hälytyksen antamisen jäl-35 keen hälytyksen lähettävä laakeri saadaan selville yksinkertaisesti mittaamalla ja vertaamalla yksittäisten laakerien lämpötilat.

5 75417 1 Jos tällöin käytetään edelliseen liittyvään yksittäisten laakerllämpö-tilojen toteamiseen ja vertaamiseen palkoillaan olevien laakerin osien ja laakeripesän tai laakerin tukien välille asetettua kuparilankaa vaatimuksen 6 tunnusmerkkien mukaan lämpöpari-virtapiirin muodostamiseksi, 5 ilmaiseminen tulee mahdolliseksi hyvin yksinkertaisia välineitä käyttämällä ja vain hälytyksen antaneen laakerin kuparilangassa virtaa muihin laakereihin verrattuna huomattavasti korkeampi signaallvirta, jota voidaan käyttää välittömästi vauriokohdan ilmaisemiseen.

10 Valvottaessa akseleiden laakerien voitelukohtia virtapiiri on normaalisti suljettava pyörivällä akselilla olevan llukukoskettimen välityksellä ulkoiseen kytkentään. Koska tässä liukukoskettimessa esiintyy ei-toivottua kulumista erityisesti korkeiden kierroslukujen ja suurien akselin halkaisijoiden vuoksi, ehdotetaan edelleen, että virtapiiri sul- 15 jetaan sähköä johtavan ja akselilla pyörivän porraspyörän kautta vaatimuksen 7 tunnusmerkkien mukaan. Tätä johtavaa porraspyörää käyttämällä voidaan kehänopeutta liukukoskettimessa vähentää murto-osaan niin, että kuluminen ja siten liukukoskettimessa syntyvät sähköiset vastuksen muutokset voidaan pitää alhaisina.

20

Jotta mittausteho olisi riippumaton lämpösähköisten jännitteiden napaisuudesta ja kulloisenkin materiaallparin lämpöarvoista, ehdotetaan lisäksi vaatimuksessa 8, että virtapiiriin liitetään vahvistin, joka antaa positiivisen signaalin virtapiirin napaisuudesta riippumatta.

25

Koska pienohmisessa virtapiirissä kulkeva lämpövirta voi saada hyvin suuria arvoja, on myös mahdollista käyttää tämän lämpövirran magneettikenttää mlttaustehona. Tämän päämäärän saavuttamiseksi virtapiirin ulkoiseen kytkentään asennetaan vaatimuksen 9 tunnusmerkkiosan mukaan 30 vastuksen sijasta releen pienohminen kela. Tämä rele on säädetty siten, että se alkaa toimia virranvoimakkuuden ollessa tietyn suuruinen.

Keksintöä selitetään lähemmin piirustuksen suoritusesimerkkelhin viittaamalla. Niissä on kuviossa 1 pitkittäisleikkaus monisylinterimoottorin kampiakselin laakeroinnista ja ulkoisen kytkennän kautta suljettu virtapiiri, 35 6 75417 1 kuviossa 2 eräs kuvion 1 laakerikohdista suurennetussa mittakaavassa, kuviossa 3 kaaviollinen esitys kampiakselista ja laakereista, joissa on kussakin kuparilanka viallisen laakerin Ilmaisemista varten, 5 kuviossa 4 akselilla oleva sähköä johtavan porraspyörän välityksellä toimiva anturi ja kuviossa 5 diagrammi laakerikohdan virtapiirissä mitatusta lämpövirrasta.

10

Kuvioissa 1 ja 2 esitetty kampikäytön kampiakseli 1 monisylinteri-mäntä-moottoria varten, jota ei ole esitetty lähemmin, on laakeroitu laakereissa 2,2' ja 2" liukulaakerin kuoria 3,3' ja 3" käyttämällä. Hyvien liukuominalsuukslen saamiseksi liukulaakerien kuoret on päällystetty 15 valkometallikerroksella 4,4' ja 4" niiden akselin 1 puoleiselta pinnalta, jolloin tämän valkometallikerroksen 4,4’ ja 4" ja akselin 1 välissä oleva voidekalvo 5 estää laakerien kuumenemisen. Liukulaakerin kuoria 3,3',3" kannattavat laakeripukit 6,6',6", jotka kuuluvat osina yhteiseen koteloon 7.

20

Voitelukohtien 5 valvomiseksi ovat laakerlkohdat 3,4 ja akseli 1 voite-lukohtien 5 kautta kulkevassa sähköisessä virtapiirissä 8, joka on olko-suljettu ulkoisen kytkennän 9 kautta sen sisään asennetulla pienohmisel-la vastuksella 10. Ulkoinen sähkökytkentä 9 on liitetty toiselta puolen 25 johtavaan koteloon 7 ja toiselta puolen johtavasti yhteydessä teräsakse-liin 1 liukujan 11 kautta. Kaikkia laakerien 2,2' ja 2" voitelukohtia 5 voidaan näin valvoa samanaikaisesti, koska virtapiirissä 8 on useita voitelukohtien 5 kautta kulkevia, rinnan kytkettyjä virran haaroja, jotka muodostetaan eri laakeripukklen 6,6', 6" kautta metallisten liukulaake-30 rien kuorien 3,3’,3” ja valkometallikerrosten 4,4’,4” avulla.

Jos jossakin voitelukohdlsta 5 Ilmenee häiriötapauksessa voltelukalvo-rlkko, niin virtapiiri muuttuu tässä virranhaarassa 6 esiintyvän akselin 1 ja valkometallikerroksen 4 välisen metallisen kosketuksen vuoksi 35 plenohmiseksi ja tällöin syntyneen kitkalämmön seurauksena muodostuu samanaikaisesti teräksestä olevan akselin 1 ja laakerin 2 valkometallikerroksen 4 välille suuri lämpösähkölnen jännite, joka on olennaisesti 7 75417 1 verrannollinen kitkatehoon. Tätä lämpösähköistä jännitettä voivat vielä vahvistaa valkometalllkerroksen 4 ja toisesta metallisesta materiaalista olevan laakerin kuoren 3 välisessä siirtymäkohdassa 12 ja laakerikuoren 3 ja erilaisesta materiaalista olevan laakeripukin 6 välisessä siirtymä-g kohdassa 13 syntyvät lämpösähköiset jännitteet, jotka riippuvat lämpö-virrasta ja materiaalipareista.

Synnytetyn lämpösähköisen jännitteen vaikutuksesta plenohmiseksi muuttuneessa virtapiirissä 8 virtaa lämpövlrta I, joka aiheuttaa vastuksessa -jQ 10 jännltepudotuksen U. Tämä signaali johdetaan vahvistimen 14 kautta ilmalsulaitteelle 15, joka antaa hälytyssignaalin ja mahdollisesti kyt-kentäsignaalin moottorille, jos kynnysarvo ylittyy.

Kuviossa 3 esitetyt laakerit 2,2' ja 2" on varustettu kuparilangoilla ^g 16,16' ja 16", joissa on jännitemittarit 17,17' ja 17", jotta voitaisiin todeta, mikä laakereista on laukaissut hälytyksen. Nämä kuparilangat 16 on liitetty toiselta puolen toisesta materiaalista olevaan laakerinkuo-reen 3 ja toiselta puolen voitelukohdasta 5 kaukana sijaitsevaan koteloon 7 ja ne muodostavat näin lämpöpari-virtapiirin. Vain hälytyksen 2q antaneen laakerin kuparilangassa kulkee nyt lämpötilaeron johdosta huomattavasti suurempi slgnaalivlrta, joka ilmaisee välittömästi vaurio-kohdan .

Kuvion 4 mukaisessa suoritusesimerkissä pyörii esitetty sähköäjohtava 25 porraspyörä 18 suurella pyörällään 19 akselin 1 kehällä ja kannattaa pientä pyörää 20, johon joustavasti laakeroitu liukukosketin 21 koskettaa. Liukukosketin 21 on liitetty virtapiirin 8 ulkoiseen kytkentään 9 ja johtava kytkentä akselille 1 tehdään suuren pyörän 19 akselilla pyörivän kehän kautta.

30

Kuviossa 5 esitetystä diagrammista, joka kuvaa laakerikohdan virtapiirissä mitattua lämpövirtaa, on havaittavissa, että laakerikohdan voide-kalvon ollessa kunnollinen virtapiirissä 8 kulkee ainoastaan melko vähäinen, häiriöjänniteisiin perustuva virta 22. Jos valkometalliker-35 roksen 4 ja akselin 1 välillä sattuu vain hetkellinen ja siten harmiton metallinen kosketus, tukahdutetaan näin syntynyt hetkellinen virta-huippu 23 myös kynnysarvon 24 ylittyessä. Jos voidekalvo on sitävastoin s 75417 1 repeytynyt, niin virtahuiput kasautuvat ja lämpövirta nousee ominais-käyrän osaa 25 vastaavasti voimakkaasti niin, että hälytys laukeaa nyt kynnysarvon 24 ylityksen vuoksi.

5 Jos laakerlkohdassa suoritetut toimenpiteet ehkäisevät lämpöä kehittymästä lisää, niin lämpösähköinen jännite tai lämpövirta pienenee hyvin nopeasti, minkä kautta voitelun korjaantuminen entiselleen voidaan havaita helposti. Kuten kokeet ovat vahvistaneet, ei kohonnut laakeri-lämpötila itse aiheuta mainittavaa lämpösähköistä jännitettä.

10 15 20 25 30 35

Claims (9)

1. Menetelmä voitelun valvomiseksi kahden voldekalvolla toisistaan erotetun, toistensa suhteen liikkuvan, erilaisesta, sähköä johtavasta mate- 5 riaalista olevan osan välillä, erityisesti pyörivän akselin (1) ja liukulaakerin (2) välillä, jolloin molemmat osat ovat itse voitelukohdan läpi kulkevassa sähkövlrtapllriesä (8), jossa on jännitelähde ja ulkoinen kytkentä, ja voldekalvon repeytyessä heikentyvää vlrtapiirinvastusta käytetään merkinantona, tunnettu siitä, että kosketuskohdassa 10 voldekalvon repeytyessä purkautuvan kitkalämmön vaikutuksessa syntyvää lämpösähköistä jännitettä käytetään jännitelähteenä yksinään tai yhdessä muiden toisissa kahden erilaisen laakerikohdan materiaalin välissä yll-menokohdlesa lämpövirran vuoksi syntyneiden lämpösähkölsten jännitteiden kanssa. 15

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että virtapiiri (8) on olkosuljettu ulkoisessa kytkennässä olevaan pien-ohmisen vastuksen (10) kautta, jonka vastuksen vastusarvo on huomattavasti pienempi kuin vahingoittumattomassa voitelukohdassa vallitseva säh- 20 kölnen ylimenovastus.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että virtapiirin (8) ulkoisen kytkennän sähkövastuksessa (19) tapahtuvaa jännltepudotusta (U) mitataan jatkuvasti ja hälytys- ja/tai kytkentäsig- 25 naali laukaistaan ennalta annetun kynnysarvon (24) ylittyessä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hetkellisten jännitehuippujen ylittäessä kynnysarvon (24) hälytystä el anneta siihen asti kuin ennalta määrätty ajallinen toistuvuus ja kas- 30 vava amplitudin tendenssi esiintyvät.

5. Yhden tai useamman patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä useiden yhteen yhteiseen rakenneyksikköön tai erilleen sijoitettujen voltelukoh-tlen samanaikaiseksi valvomiseksi, tunnettu siltä, että virta- 35 piirissä (8) on useita yksittäisten voltelukohtien (5) kautta kulkevia, rinnan kytkettyjä haaroja ja hälytysslgnaalln laukaiseva laakeri saadaan selville mittaamalla ja vertaamalla yksittäisiä laakerllämpötiloja. 10 7541 7

5 75417

6. Laitteisto patenttivaatimuksen 5 mukaisen valvontamenetelmän toteut tamiseksi, tunnettu siltä, että kunkin voltelukohdan (5) kiinteiden laakerloslen (3,4) ja voltelukohdasta kaukana sijaitsevan kotelon (7) tai laakerlkannattImien välille on kytketty jännltepudotuksen mit-5 taamlseksl tarkoitetulla sähkövastuksella tai jännitemittarilla (17) varustettu lanka (16), joka eroaa materiaaliltaan laakerlnoslen materiaalista, se voi olla erityisesti kuparia.

7. Yhden tai useamman patenttivaatimusten 1-6 mukainen laitteisto vol-10 telukohtlen valvomiseksi akselin laakereissa, tunnettu siltä, että virtapiiri (8) oikosuljetaan sähköä johtavan porraspyörän (18) kautta, jonka suuri pyörä (19) pyörii akselin (1) kehällä ja jonka pieneen pyörään (20) virtapiirin ulkoiseen kytkentään (9) liitetty liukukosketln (21) koskettaa. 15

8. Yhden tai useamman patenttivaatimusten 1-7 mukainen laitteisto vol-telukohtlen valvomiseksi, tunnettu siltä, että virtapiiriin (8) on liitetty vahvistin (14), joka antaa positiivisen signaalin virtapiirin napaisuudesta riippumatta. 20

9. Yhden tai useamman patenttivaatimusten 1-8 mukainen laitteisto voi-telukohtlen valvomiseksi, tunnettu siltä, että virtapiirin (8) ulkoiseen kytkentään (9) on sijoitettu releen pienohmlnen kela. 25 30 35 11 7541 7 "I Patentkrav