FI95837C - Menetelmä värähtelyjen mittaamiseksi - Google Patents

Description

95837

MENETELMÄ VÄRÄHTELYJEN MITTAAMISEKSI FÖRFARANDE FÖR MÄTNING AV VTBRATIONEN

Tämän keksinnön kohteena on menetelmä värähtelyjen mittaamiseksi, jossa anturilta tule-S vaa signaalia käsitellään sekä sitä derivoidaan ja sitä integroidaan ajan suhteen sähköisiä tai mekaanisia laitteita käyttäen. Tarkoituksena on muodostaa eriasteisten yleistettyjen aikaderivaattojen ja yleistettyjen aikaintegraalien tehollisarvojen painotettu summa, kun niiden asteluku on erisuuri kuin kokonaisluku ts. suljetaan pois tavanomaiset aikaderivaatat ja ai-kaintegraalit.

10

Perinteisesti värähtelyjen mittauksissa on rajoituttu x, x, x eli siirtymän nopeuden ja kiihtyvyyden tehollisarvojen tai maksimiarvojen käyttöön [1], Laakerivikoja tutkittaessa on käytetty kiihtyvyyden aikaderivaattaa x‘paremman signaalin kohinasuhteen aikaansaamiseksi [2], Tunnetaan myös menetelmä [3], jossa signaalista muodostetaan eriasteisia paino-15 tettuja tehollisarvoja, joihin sisältyy myös kiihtyvyyden ensimmäistä aikaderivaattaa kor- kemapiasteisten siirtymän tavanomaisten aikaderivaattojen x^, jossa n on kokonaisluku, painotettuja tehollisarvoja sekä painotettuja tehollisarvoja, jotka saadaan integroimalla siirtymää haluttuja kertoja ajan suhteen, kun integroidun siirtymäsignaalin x astelukua ' kuvaava indeksi m on kokonaisluku eli kyseessä on tavanomainen integrointi. Lisäksi pa- 20 tenttihakemuksessa [4] esitetään menetelmä, jossa signaalista muodostetaan myös siirtymän minkä tahansa asteisen aikaderivaatan painotettuja maksimiarvoja, joiden asteluku on eri kuin siirtymän, nopeuden, kiihtyvyyden tai sen ensimmäisen aikaderivaatan sekä painotettuja maksimiarvoja, jotka saadaan siirtymän minkä tahansa asteisen aikaintegraalin avulla.

25

Tunnetuissa tehollisarvojen mittauksissa on puutteena se, että niitä käytettäessä päädytään täysin virheelliseen tulokseen silloin, kun joudutaan suorittamaan mittauksia sellaisilla taajuusalueilla, joilla koneiden sallitut värähteytasot [5] eivät ole vakioita minkään tavanomai- 2 95837 sen aikaderivaatan tai minkään tavanomaisen aikaintegraalin suhteen. Maksimiarvomittaus-ten sovellutusalue rajoittuu puolestaan iskumaisten ilmiöiden mittaamiseen, jolloin päädytään vääriin tuloksiin koneiden kuntoa arvioitaessa, kun on kyse harmonisista tai satunnais-värähtelyistä. Kyseisen ongelman uudelle ratkaisulle on tunnusomaista se, mitä ilmenee 5 patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosasta.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisesti viittaamalla kuvioihin, joissa

Kuvio 1 esittää eräitä teollisuudessa käytettyjä värähtelyn voimakkuuden arvostelukäy-10 rästöjä [5], 1, 2, 3, 4 ovat siirtymän, 5, 6, 7, 8 ovat nopeuden ja 9, 10, 11, 12 ovat kiihtyvyden voimakkuuden arvostelemiseen tarkoitettuja käyriä, joissa värähtelyn voimakkuus on pystyakselilla ja taajuus on vaaka-akselilla.

Kuvio 2 13 esittää anturia, josta signaali johdetaan mittalaitteeseen 14, joka suorittaa 15 signaalin käsittelyn.

3 4 (4 5129421

Kuvio 3 15 esittää logantmiasteikolle välille 4 x 10 Hz - 10 Hz piirrettyä xv ‘ ’ käyrää, joka vastaa kuvion 1 mukaista käyrän 12 osaa mainitulla taajuusalueella.

Tätä käyrän osaa on merkitty 16.

20

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu oivallukseen, että vaikka mikään siirtymän tavanomaisista aikderivaatoista tai aikaintegraaleista ei ole vakio jollakin taajuusalueella, niin jokin siirtymän yleistetyistä aikaderivaatoista tai yleistetyistä aikaintegraaleista voi silti olla vakio kyseisellä taajuusalueella. Tätä tietoa käyttäen värähtelyn voimakkuuden arvostelu 25 helpottuu ratkaisevasti ja samalla voidaan, kuten alan ammattimies helposti huomaa, soveltaa yksinkertaisia tehollisarvomittauksia värähtelyn voimakkuuden arvostelemiseen.

Yleistetyn derivaatan x^ spektrin komponentti x/°^ saadaan lausekkeesta «

II

3 95837 x,(a) = (2πίί)αχ,, (1) jossa χ, on siirtymäspektrin i:s komponentti, fj on sen taajuus ja reaaliluku a > 0. Vastaavasti yleistetyn aikaintegraalin x^a spektrin komponentti x/a saadaan lausekkeesta 5

Ia , ^ xi = ( Γ-r) xi . (2)

Se, että edellä käytettiin lähtökohtana siirtymäspektriä, ei ole mitenkään rajoittava tekijä. Periaatteessa oltaisiin voitu yhtä hyvin lähteä liikkeelle nopeus- tai kiihtyvyysanturin antamasta signaaleista, jolloin lähtökohtana olisi ollut vastaavasti nopeus- tai kiihtyvyysspektri.

10 Yleistettyjen aikaderivaattojen tai yleistettyjen aikaintegraalien tehollisarvot voidaan määrittää, joko suoraan analogiapiirejä käyttäen tai käyttämällä apuna taajuusanalyysia. Seu-raavassa tarkastellaan keksinnön perusteita käytännön esimerkin valossa.

Mikäli halutaan tehdä kuvion 1 käyrän 12 mukaiset kiihtyvyysmittaukset taajuusalueella 3 4 2 15 4 x 10 Hz - 10 Hz, niin havaitaan, että kiihtyvyysarvot yksikössä G (=9.80665 m/s ), jotka sallitaan, alenevat 1 G -> 10"1 G eli yksi kymmenesosaan, eivätkä eri taajuuksilla esiintyvät kiihtyvyystasot ole vikojen vaarallisuusasteen kannalta samanarvoisia puheena 3 3 olevalla taajuusalueella. Taajuudella 4x10 Hz 1 G:tä vastaa jerkin arvo 246468 m/s ja 4 3 taajuudella 10 Hz 0.1 G:tä vastaa jerkin arvo 61617 m/s . Näin ollen käyrän 12 mukainen 3 4 (4) (5) 20 jerkin arvo ei ole vakio välillä 4 x 10 Hz -10 Hz. Vastaava tilanne on x ja x koh-·; dalla.

Mikäli otetaan käyttöön yleistetty derivaatta x^ = χ(4·512942) ^ niin sen arvot säilyvät 3 4 vakiona koko taajuusalueella 4x10 Hz - 10 Hz, kun kiihtyvyysarvot alenevat käyrän 12 4 95837 mukaisesti G —> 0.1 G. Tämä käy ilmi seuraavista laskelmista, x^ = χ(4512942) ^oa 1.119613773 x 1012 m/sa vastaava pystyrivillä A olevat kiihtyvyysarvot, jotka on laskettu 500 Hz välein ja ne ovat täysin sopusoinnussa pystyrivillä B olevien kiihtyvyysarvojen kanssa, mitkä on määritetty analyyttisesti käyrän 12 avulla.

5

A B

Hz 1012 m/sa m/s2 m/s2 4000 1.119613773 9.80665 9.80665 4500 " 7.294195 7.294195 10 5000 ” 5.59747 5.59747 5500 ” 4.40529 4.40529 6000 ” 3.54008 3.54008 6500 ” 2.89507 2.89507 7000 ” 2.40315 2.40315 15 7500 ” 2.02062 2.02062 8000 ” 1.71811 1.71811 8500 ” 1.47532 1.47532 9000 ” 1.27793 1.27793 9500 ” 1.11558 1.11558 20 10000 ” 0.980665 0.980665 (4 512942)

Kuvioon 3 on piirretty x -käyrä eli käyrä 15 ja kuvion 1 mukainen käyrän 12 3 4 osanen eli käyrä 16 välille 4x10 Hz-10 Hz käyttäen logaritmista asteikkoa. Vikojen ; · vaarallisuuden kannalta käyrät 15 ja 16 sisältävät saman informaation. Merkittävänä etuna 25 käyrän 15 kohdalla on se, että sen arvot eivät riipu taajuudesta, jolloin värähtelyjen voimakkuuden tulkitseminen helpottuu ratkaisevasti ja jolloin voidaan käyttää yksinkertaisia χ(4.512942) ^ tehollisarvon mittauksia. Analogisella tavalla voidaan osoittaa χΙα tarpeellisuus värähtelyn voimakkuutta arvioitaessa.

li 95837 s

Kun muodostetaan siirtymän aikaderivaattojen x^ ja siirtymän aikaintegraalien χΙα , jossa a voi olla mikä tahansa positiivinen ei kokonaislukuarvoja saava reaaliluku, painotettujen tehollisarvojen summa S, saadaan yksi lukuarvo, jota voidaan käyttää koneiden kunnon arvioimisessa niillä taajuusalueilla, joilla mikään tavanomaisista aikaderivaatoista tai tavan-5 omaisista aikaintegraaleista ei ole vakio vikojen vaarallisuusasteen suhteen, mutta joilla näin on asianlaita yleistettyjen aikaderivaattojen x^ ja yleistettyjen aikaintegraalien x^a suhteen. Painokertoimet voidaan määrittää kokeellisesti tai laskemalla. Niiden avulla saadaan eri mittausparametrien avulla saadut tehollisarvot vikojen vaarallisuusasteen suhteen paremmin yhteismitallisiksi.

95837 6

VIITEJULKAISUJA - ANFÖRDA PUBLIKATIONER

1. LAHDELMA S., Värähtelyvalvonnan menetelmät ja mittalaitteet. Helsinki 1988. Insi-nöörijäijestöjen Koulutukeskus, Julkaisu 83-88, Systemaattinen käytön-ja kunnonvalvonta. 7 s.

2. SMITH, J.D., Vibration monitoring of bearings at low speeds. Tribology international 15 (June 1982) 3, s. 139-144.

3. Pat. SF. 91327. Menetelmä värähtelyjen voimakkuuden mittaamiseksi. Insinööritoimisto Mitsol Oy, Finland. (Sulo Lahdelma). App. 922395, 26.05.1992. (28.02.1994). 15 p.

4. Patenttihakemus nro 944590.

5. BOYCE, MP., How to achieve online availability of centrifugal compressors. Chemical Engineering 85 (June 5 1978) 13, s. 115-127.

6. VDI2056 Beurteilungsmasstäbe fur mechanische Schwingungen von Maschinen. VDI-RICHTLINEN, Oktober 1964. 12 s.

7. ISO 2372 Mechanical vibration of machines with operating speeds from 10 to 200 rev/s-Basis for specifying evalution standards. International Standard, First edition-1974-11-01.

9 s.

« li

Claims (1)

1. 95837 PATENTTIVAATIMUS Menetelmä värähtelyjen mittaamiseksi, jossa anturilta (13) tulevaa signaalia käsitellään sekä sitä derivoidaan ja sitä integroidaan ajan suhteen sähköisiä (14) tai mekaanisia laitteita käyttäen eriasteisten painotettujen tehollisarvojen aikaansaamiseksi, tunnettu siitä, että signaalista muodostetaan siirtymän yleistettyjen aikaderivaattojen ja siirtymän yleistettyjen aikaintegraali-en, joiden asteluku on erisuuri kuin kokonaisluku, painotettuja tehollisarvoja. •« 95837 Förfarande för mätning av vibrationer, vid vilket en signal som kommer frän en givare (13) be-handlas samt deriveras och integreras beträfFande tiden med utnyttjande av elekrtoniska (M) eller mekaniska apparater för att fa till stand viktade efFektvärden av olika grad, känne-t e c k n a t därav, att av signalen bildas viktade efFektvärden av förskjutningens allmänna tidsderivator och av förskjutninges allmänna tidsintegraler,vilkas grad är olik än ett heltat. 1 11 ·