NO20140031A1 - Fremgangsmåte og innretning for vibrasjonsanalyse - Google Patents
Fremgangsmåte og innretning for vibrasjonsanalyse Download PDFInfo
- Publication number
- NO20140031A1 NO20140031A1 NO20140031A NO20140031A NO20140031A1 NO 20140031 A1 NO20140031 A1 NO 20140031A1 NO 20140031 A NO20140031 A NO 20140031A NO 20140031 A NO20140031 A NO 20140031A NO 20140031 A1 NO20140031 A1 NO 20140031A1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- signal
- assessment
- accordance
- reference signal
- mechanical structure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 42
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 13
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 12
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
- G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
- G01M13/028—Acoustic or vibration analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
- G01M13/04—Bearings
- G01M13/045—Acoustic or vibration analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
TEKNISK OMRÅDE
Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent. Oppfinnelsen vedrører også et datamaskinprogram og en innretning som implementerer fremgangsmåten.
BAKGRUNN
Mekaniske strukturer som innebefatter en eller flere roterende maskinkomponenter, herunder mekaniske systemer, maskiner, kjøretøyer, motorer, generatorer, giroverføringer, turbiner osv., er generelt utsatt for slitasje og feil under drift. Det foreligger derfor et behov for å avdekke og identifisere ulike tilstander i en mekanisk struktur. Spesielt er det et behov for å avdekke og identifisere feil på et tidlig tidspunkt, slik at nødvendige forholdsregler, slik som utskifting eller reparasjon av bestemte elementer, kan iverksettes på hensiktsmessig og kostnadseffektiv måte.
Det er tidligere kjent løsninger for tidlig detektering av feil i mekaniske strukturer, særlig roterende maskinelementer.
US-7 421 349 beskriver en innretning og en fremgangmåte for å detektere en feil under utvikling i et kulelager, hvor det måles vibrasjoner i et apparat der kulelageret inngår. Fremgangsmåten omfatter å søke etter en feilsignatur i vibrasjonssignalets frekvensspektrum.
US-2013/0096848 viser en fremgangsmåte og et system for å detektere feil i rullelagre i roterende maskiner. Et sensorsignal måles fra en vibrasjonssensor. En feil i et lager detekteres ved generering av en omhylningskurve rundt målesignalet og transformering av denne omhylningskurven til et frekvensspekter.
Den tidligere kjente teknikk fremlegger løsninger for å avdekke om en mekanisk struktur som innbefatter et roterende maskinelement, er ansett å foreligge i en normaltilstand eller en feiltilstand under utvikling. Det foreligger derfor fortsatt et behov for å tilveiebringe en løsning som er i stand til å skjelne mellom ulike feiltilstander under utvikling for den mekaniske strukturen. Det er også et behov for å kunne gi varsel om feiltilstand på et tidligere tidspunkt enn ved de tidligere kjente løsninger.
SAMMENFATNING
I henhold til et aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent. Fremgangsmåten omfatter å tilveiebringe et inngangssignal som representerer mekaniske vibrasjoner i den mekaniske strukturen; å tilveiebringe et referansesignal; og å velge, på grunnlag av inngangssignalet og referansesignalet, en blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen.
I henhold til et annet aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt et datamaskinprogram. Datamaskinprogrammet omfatter prosesseringsinstruksjoner som, når de eksekveres av en elektronisk prosesseringsenhet, bevirker at den elektroniske prosesseringsenheten utfører en fremgangsmåte som nevnt ovenfor.
Oppfinnelsen vedrører også en innretning for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent. Innretningen omfatter en elektronisk prosesseringsenhet og et minne, hvor minnet inneholder et datamaskinprogram som nevnt ovenfor.
Oppfinnelsen er angitt i patentkravene.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
Oppfinnelsen skal beskrives i nærmere detalj, ved hjelp av
eksempelutførelsesformer, og med henvisning til tegningene.
Fig. 1 er et skjematisk blokkdiagram som illustrerer et system for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent. Fig. 2 er et skjematisk flytskjema som illustrerer prinsipper ved en fremgangsmåte for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur, f.eks. en girkasse, som innbefatter en roterende maskinkomponent i form av et tannhjul. Fig. 3 er et skjematisk flytskjema som illustrerer prinsipper ved en fremgangsmåte for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent i form av et kulelager. Fig. 4 er et skjematisk flytskjema som illustrerer muige prinsipper ved generering generering av støtpulser i en referansesignalgenreringsmodul. Fig. 5 er en skjematisk figur som illustrerer visse parametere for et kulelager.
DETALJERT BESKRIVELSE AV UTFØRELSESFORMER
Fig. 1 er et skjematisk blokkdiagram som illustrerer et system 100 for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur 101 som innbefatter en roterende maskinkomponent.
Den mekaniske strukturen 101, som innbefatter en roterende maskinkomponent, kan for eksempel inneholde en tannhjulsoverføring.
Eksempelvis kan strukturen 101 være en innretning for omforming av turtall og dreiemoment ved rotasjonsbevegelse, slik som en girkasse eller et vinkeldrev til en båtpropell. Utførelsesformer av denne typen er også nærmere beskrevet nedenfor ved henvisning til figur 2.
Den mekaniske strukturen 101 som innbefatter en roterende maskinkomponent kan alternativt inneholde et roterende lager. Eksempelvis kan en slik struktur 101 være en motor, en generator, kompressor, pumpe eller vifte. Utførelsesformer av denne typen er også nærmere beskrevet nedenfor ved henvisning til figur 3.
Systemet 100 omfatter en sensoranordning 102 for å tilveiebringe et målesignal som representerer mekaniske vibrasjoner i den mekaniske strukturen 101. Sensoranordningen 102 kan omfatte en mikrofon eller en vibrasjonssensor. Sensoranordningen kan feks. være av elektromagnetisk eller piezoelektrisk type. Sensoranordningen 102 kan være et akselerometer, f.eks. et piezoelektrisk akselerometer. Piezoelektriske akselrometere kan ha en konstant signalrespons over et frekvensområde opp til feks. 20 kHz eller mer. Akselerasjonsignalet kan integreres til hastighet og dobbeltintegreres til posisjon.
Sensoranordningen 102 kan være montert på en ytre vegg av den mekaniske strukturen 101, slik at vibrasjonene overføres mest mulig direkte til sensoranordningen 102. Alternativt kan sensoranordningen 102 være anbrakt med en avstand fra den mekaniske strukturen 101, feks. med luft mellom. Dette kan være mest aktuelt i tilfeller der lavere frekvenser enn det hørbare området (f.eks.
<20 Hz) ikke representerer særlig relevante vibrasjoner. I en annen alternativ variant kan sensoranordningen 102 være anbrakt innenfor det ytre av den mekaniske strukturen 101.
Målesignalet som avgis av sensoranordningen 102 samples, kvantiseres og analog-digitalomformes i signalomformingsinnretningen 103. For dette formål kan signalomformingsinnretningen 103 omfatte en elektronisk samplingskrets som sampler det analoge målesignalet og fortrinnsvis fastholder signalets verdi i en samplingsperiode, og en A/D-omformer som avgir en tidsdiskrete, digitale representasjoner av målesignalet. For sampling og A/D-omforming kan benyttes en samplingsrate som hensiktsmessig kan velges i lys av variasjonene i de vibrasjonene som skal måles. For en typisk anvendelse kan vibrasjonene som skal måles omfatte det hørbare akustiske området (feks. 20-20000 Hz). Det kan også tenkes utførelser og anvendelser der vibrasjonene kan omfatte et område av mer lavfrekvente, ikke-hørbare frekvenser (feks. 1-20 Hz).
En hensiktsmessig samplingsrate kan i et slikt tilfelle være en samplingsrate som ellers benyttes for regulær sampling av audiosignaler, feks. ca. 44 kHz. Samplingsraten kan ellers være i området f.eks. 10 kHz-60 kHz.
I enkelte utførelser eller anvendelser kan det være ønskelig å måle vibrasjoner i et ultralydområde. I så fall velges på hensiktsmessig måte en samplingsrate typisk minst 2 ganger høyeste ønskede frekvenskomponent i det målte signal.
Det resulterende digitale signal, avgitt av signalomformingsinnretningen 103, lagres med fordel i et minne, slik som et ringbuffer 104.1 modulen 105 tas fra disse data tas så en signalprøve, korresponderende med et tidsavsnitt, som legges til grunn som inngangssignal for prosesseringen i prosesseringsinnretningen 106. Tidsavsnittet kan for eksempel være ca. 3 sekunder, eller i området 1 sekund til 5 sekunder.
Prosesseringsinnretningen 106 kan omfatte en digital prosesseringsenhet 108, slik som en mikroprosessor eller mikrokontroller, et minne, I/O-kretser osv. Minnet kan omfatte flyktig og ikke-flyktig minne, hvor en del av minnet inneholder en serie av programinstruksjoner som bevirker at prosesseringsinnretningen utfører en fremgangsmåte som angitt i den foreliggende spesifikasjonen når programinstruksj onene eks ekveres.
I prosesseringen gjøres bruk av minst ett referansesignal, skjematisk angitt ved 107. Slike referansesignaler kan være representert i en del av prosesseringsenhetens 108 minne.
Prosesseringen omfatter videre å velge, på grunnlag av målesignalet og et antall referansesignaler, en blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen.
Under prosesseringen velges, på grunnlag av målesignalet og referansesignalene, en vurdering blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen. Videre, på grunnlag av denne vurderingen, velges en melding vedrørende tilstanden. Denne meldingen kan feks. fremvises på et display på en varselinnretning 109.
Meldingen kan eksempelvis vises i klartekst på displayet. Meldingen kan omfatte en identifikasjon av den aktuelle maskinkomponenten som tilstanden gjelder for, og en nærmere beskrivelse av tilstanden. Meldingen kan også omfatte en verdi som angir "volumet" eller graden av feil, degradering el.l. av den aktuelle maskinkomponenten. I et illustrerende eksempel kan meldingen lyde "Kulelager nr.
4 har hakk i ytterring, volum=43".
Fig. 2 er et skjematisk flytskjema som illustrerer prinsipper ved en fremgangsmåte for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent i form av et tannhjul. Den mekaniske strukturen kan i dette eksempelet være en girkasse, feks. for et kjøretøy.
Fremgangsmåten omfatter, i trinnet angitt ved 210, å tilveiebringe et målesignal som representerer mekaniske vibrasjoner i den mekaniske strukturen vha. en vibrasjonssensor eller mikrofon. Dette signalet kan videre bli samplet, kvantisert og A/D-omformet, og det kan tas et begrenset tidsutsnitt av det resulterende digitale signalet, slik som forklart med henvisning til fig. 1 ovenfor. Det resulterende signalet, som har en begrenset varighet tilsvarende tidsavsnittet, er angitt ved x(n) i fig. 2, og benyttes som inngangssignal for prosesseringen angitt ved den stiplede modulen 230.
I prosesseringsmodulen 230 omfatter fremgangsmåten videre å velge, på grunnlag av inngangssignalet og et antall referansesignaler, en blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen.
Søkeren har funnet at urunde tannhjul samt urundhet forårsaket av ødelagte lager eller skjevopprettede akslinger vil føre til vibrasjoner i den mekaniske strukturen som kjennetegnes ved amplitudemodulerte vibrasjonssignaler. Bærebølgen blir gitt av tanninngrepsfrekvensen og modulasjonsfrekvensen blir gitt av omdreiningsfrekvensen til den akslingen som representerer urundheten. Derfor kan slik urundhet detekteres ved hjelp av amplitudedemodulasjon.
Generelt degraderte tannhjul vil føre til vibrasjoner i den mekaniske strukturen med økt amplitude og forvrengning av sinusformet tanninngrepssignal. Dette kan beskrives som en generell signalnivåøkning og en relativ økning av høyereordens frekvenskomponenter. Denne type degradering kan derfor detekteres ved hjelp av analyse av frekvensspekter.
En skadet tann i et tannhjul vil føre til en økning i tanninngrepssignalet hver gang den skadede tannen kommer i inngrep. Disse økningene vil ha avstand i tid lik omdreiningsperioden for det tannhjul som inneholder en skadet tann. Denne type skadet tann kan derfor detekteres ved å subtrahere vibrasjonssignaturen for én tann fra vibrasjonssignaturen for en annen tann.
Tiden mellom hver gang subtraksjonen gir betydelig bidrag, faller sammen med omløpstiden for det tannhjul som inneholder den skadede tann.
I denne utførelsesformen omfatter referansesignalet et modulert, stasjonært, periodisk signal, typisk et amplitudemodulert sinussignal. Tilveiebringelsen av referansesignalet kan foregå ved at referansesignalet genereres i signalgenereringsmodulen 220.
Referansesignalet genereres i signalgenereringsmodulen 220 basert på i det minste en parameter for den roterende maskinkomponenten, i dette tilfellet tannhjulet, og en omdreiningshastighet for den roterende maskinkomponenten, i dette tilfellet tannhjulet. Referansesignalet kan nærmere bestemt genereres for en forhåndbestemt type feil, degenerering, slitasje el.l, for et bestemt tannhjul i den mekaniske strukturen 101, på grunnlag av en første parameter 221 og en andre parameter 222.
Den første parameteren 221 for tannhjulet kan for eksempel representere antall tenner på det aktuelle tannhjulet.
Den andre parameteren 222 kan representere omdreiningshastighet for tannhjulet, og dermed en faktor som antallet tenner skal multipliseres med under kalkulasjon av frekvensene for henholdsvis tanninngrepet og hver av tannhjulene som inngår.
Referansesignalgenereringsmodulen 220 kan i det vesentlige være en AM-modulator, som avgir et utgangssignal med bærebølge, øvre og nedre sidebånd. Referansesignalgenereringsmodulen kan avgi et første referansesignal 225 som angir tanninngrepsfrekvens og et andre referansesignal 224 som angir omløpshastighet for det aktuelle tannhjulet.
I denne utførelsen kan trinnet med å velge en av et flertall tilstandsvurderinger omfatte amplitudedemodulasjon av inngangssignalet. Inngangssignalet x(t) føres derfor til en AM-demodulator 231. Til denne føres også det første referansesignalet 225 som angir tanninngrepsfrekvens.
Utgangssignalet fra AM-demodulatoren 231, angitt ved y(t), føres videre til et filter 232, nærmere bestemt et båndpassfilter. Til filteret føres også det andre referansesignalet 225 som angir omløpshastighet.
AM-demodulatoren 231 kan for eksempel omfatte en superheterodyn mottaker.
I dette tilfellet kan tanninngrepsfrekvensen brukes til lokaloscillator og omløpshastigheten 224 brukes til senterfrekvens i båndpassfilteret 232.
Amplitudemodulert signal fra en gearoverføring
Amplitudemodulert signal fra en gearoverføring, innbefattende et tannhjul, kan beskrives som et AM radiosignal der vibrasjonen fra tanninngrepet tilsvarer bærebølgen. Usymmetri fra tannhjulene tilsvarer musikk med to toner. Den ene tonen kommer fra omløpsfrekvensen til det ene tannhjulet. Den andre tonen kommer fra omløpsfrekvensen til det andre tannhjulet.
A sin a er tanninngrepsvibrasjonen, som tilsvarer bærebølgen i AM-radio.
B sin P er modulasjon fra tannhjul b, som tilsvarer en tone i musikk fra AM-radio.
A er størrelsen til tanninngrepsvibrasjonen
B er størrelsen til modulasjonen fra et tannhjul b.
o = 2<*>7t<*>fa<*>t er frekvensen til tanninngrepet
P = 2<*>rt<*>fb<*>t er omløpsfrekvensen til tannhjul b.
Demodulering ved superheterodyneprinsippet
Det nedenstående avsnitt gir ytterligere forklaring av demodulering ved superheterodyneprinsppet, som fordelaktig kan anvendes i AM-demodulatoren 231. Demodulering ved superheterodyneprinsippet kommer fra uttrykket:
Båndpassfilter justert på frekvensen P gir uttrykk for usymmetri i tannhjul B.
Videre tilbake til utførelsen i fig. 2: Utgangssignalet fra båndpassfilteret 232, angitt ved z(n), føres videre til en beregningsmodul 233, hvor det beregnes en størrelse som representerer et statistisk mål for signalet z(n). I et eksempel kan det statistiske mål være et standardavvik for z(n). I et alternativt eksempel kan det statistiske mål være en middelverdi av tallverdien for signalet z(n). Standardavviket eller middelverdien kan typisk beregnes over varigheten av tidsavsnittet for inngangssignalet x(n).
Denne størrelsen føres videre til en sammenlikningsmodul 234, hvor størrelsen sammenliknes med en grenseparameter 239. Grenseparameteren 239 settes av operatør og baserer seg på erfaring fra drift av den mekaniske strukturen.
Grenseparameteren 239 kan være én av et antall grenseparametere som holdes lagret i et minne. Hver av grenseparametrene kan være assosiert med en bestemt aktuell, roterende maskinkomponent, i dette tilfelle et bestemt tannhjul, og en tilstandsvurdering for maskinkomponenten, dvs. tannhjulet.
Hvis størrelsen som representerer det statistiske mål for signalet z(n) overskrider grenseparameteren 239, avgis ved 235 et utgangssignal 236 som identifiserer den aktuelle roterende maskinkomponenten, i dette tilfellet tannhjulet. Videre avgis ved 237 et utgangssignal 238 som angir en grad av feil ved den aktuelle roterende maskinkomponenten, dvs. tannhjulet.
Utgangssignalene 236, 237 er utgangspunkt for meldingen som avgis for å identifisere den aktuelle roterende komponenten, dvs. tannhjulet, og for å indikere dennes tilstandsvurdering. Meldingen kan typisk identifisere tannhjulet og angi at tannhjulet er urundt; slitt eller degradert tannhjul; at det er en skadet tann i tannhjulet, osv., samt angi graden av feil ved tannhjulet. Graden av feil anslås i henhold til det statistiske mål som ble beregnet i beregningsmodulen 233.
Trinnet med å velge, på grunnlag av inngangssignalet og referansesignalet, en blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen, kan utføres ved å anvende et flertall prosesseringsmoduler 230. Ett og samme målesignal 210 kan typisk tilføres hver enkelt av prosesseringsmodulene. Videre kan det anvendes det samme flertall signalgenereringsmoduler 220, og separate signaler 224, 225 tilføres respektive prosesseringsmoduler 230. Valget av den ene av flertallet av forhåndsbestemte tilstandsvurderinger kan da gjøres på grunnlag av en sammenlikning av utgangssignalet 238 for de respektive prosesseringsmodulene, som angir graden av feil ved den roterende komponenten, i dette tilfellet tannhjulet. For det tilfellet at komponenten er et tannhjul, benyttes hensiktsmessig to prosesseringsmoduler 230.
Fig. 3 er et skjematisk flytskjema som illustrerer prinsipper ved en fremgangsmåte for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent, i denne utførelsen i form av et kulelager. Den mekaniske strukturen kan i dette eksempelet være en motor, generator eller en annen innretning med minst en roterende del.
Fremgangsmåten omfatter, i trinnet angitt ved 310, å tilveiebringe et målesignal som representerer mekaniske vibrasjoner i den mekaniske strukturen vha. en vibrasjonssensor eller mikrofon. Dette signalet kan videre bli samplet, kvantisert og A/D-omformet, og det kan tas et begrenset tidsutsnitt av det resulterende digitale signalet, slik som forklart med henvisning til fig. 1 ovenfor. Det resulterende signalet, som har en begrenset varighet tilsvarende tidsavsnittet, er angitt ved x(n) i fig. 3, og benyttes om inngangssignal for prosesseringen angitt ved den stiplede prosesseringsmodulen 330.
I prosesseringsmodulen 330 omfatter fremgangsmåten videre å velge, på grunnlag av inngangssignalet og et antall referansesignaler, en blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen.
Kulelager som er i god stand, genererer støy som er hvit i frekvens og Gaussisk i amplitude. Feil kan typisk oppstå som hakk i en kule, i indre kulebane eller i ytre kulebane. Når kulene ruller over et hakk, oppstår det regelmessige støtpulser. Søkeren har funnet at man ved å betrakte tiden mellom støtpulsene, kan avlede en indikasjon på om hakket befinner seg på ytterring, innerring eller på en kule.
Denne typen feil ved et kulelager kan derfor detekteres ved å kjøre minst en syntetiske støtpulsgenerator med periodetid lik tiden mellom støtpulsene beskrevet over. Dette vil kunne detektere mulig feil ved enten ytterring, innerring eller på en kule. For å kunne detektere mulig feil ved både ytterring, innerring og kule, må tre støtpulsgeneratorer anvendes for generering av tre støtpulssignaler.
Det målte signalet fra kulelageret korreleres med signalet fra hver av de syntetiske støtpulsgeneratorene. Korrelasjonsresultatene kan å si oss om skaden er på ytterring, innerring eller kule og hvort stort symptomet er.
I denne utførelsesformen omfatter referansesignalene derfor et periodisk pulssignal. Tilveiebringelsen av referansesignalene kan foregå ved at referansesignalet genereres i referansesignalgenereringsmodulen 320.
Referansesignalet genereres i referansesignalgenereringsmodulen 320 på grunnlag av en første parameter 321 for den roterende maskinkomponenten, i dette tilfellet kulelageret, en andre parameter 322 som angir omdreiningshastigheten fr, og fordelaktig en tredje parameter 323 som angir en variasjon i periodetiden til støtpulsene.
Det kan være en fordel å variere periodetiden mellom støtpulsene noe, for eksempel +/- 1 % eller + 1- 2% fra en nominell verdi, innenfor et tidsintervall som kan svare til tidsavsnittet for vibrasjonsmålingen (dvs. ca. 3 sekunder, eller i området 1 sekund til 5 sekunder).
Referansesignalgenereringsmodulen 320 avgir et referansesignal 324, også angitt ved d(n), som angir et forventet vibrasjonssignal for et kulelager med en bestemt typen feil. Funksjonalitet for referansesignalgenereringsmodulen er ytterligere spesifisert med henvisning til fig. 4 nedenfor.
Inngangssignalet x(n) føres til en krysskorrelasjonsmodul 331. Til denne føres også referansesignalet 324.1 krysskorrelasjonsmodulen sammenlignes referansesignalet og det målte vibrasjonsignalet ved krysskorrelasjon.
Utgangssignalet fra krysskorrelasjonsmodulen 331 føres videre til en middelverdimodul 332 , hvor det beregnes en størrelse som representerer en middelverdi av tallverdien for signalet avgitt fra krysskorrelasjonsmodulen. Middelverdien kan typisk beregnes over varigheten av tidsavsnittet for inngangssignalet x(n).
Denne størrelsen føres videre til en sammenlikningsmodul 334, hvor størrelsen sammenliknes med en grenseparameter 339. Grenseparameteren 339 kan være én av et antall grenseparametere som holdes lagret i et minne. Hver av grenseparametrene kan være assosiert med en bestemt aktuell, roterende maskinkomponent, i dette tilfelle et bestemt kulelager, og en tilstandsvurdering for maskinkomponenten, dvs. kulelageret.
Hvis størrelsen som representerer en middelverdi av tallverdien for signalet z(t) overskrider grenseparameteren 339, avgis ved 335 et utgangssignal 336 som identifiserer den aktuelle roterende maskinkomponenten, i dette tilfellet kulelageret. Videre avgis ved 337 et utgangssignal 338 som angir en grad av feil ved den aktuelle roterende maskinkomponenten, dvs. kulelageret. Graden av feil er avledet fra middelverdien beregnet i middelverdimodulen 332.
Utgangssignalene 335, 337 er utgangspunkt for meldingene som avgis for å identifisere den aktuelle roterende komponenten, dvs. kulelageret, og for å indikere kulelagerets tilstandsvurdering. Meldingen kan typisk identifisere kulelageret og angi at det foreligger skade på en ytre lagerbane i lageret, en skade på en indre lagerbane i lageret, eller en skade på en kule eller et rulleelement i lageret.
Produsenter av enkelte kulelagre leverer informasjon om og evt. programmer for hvordan slike støtpulsfrekvenser hensiktsmessig kan beregnes for bestemte typer lagre.
Trinnet med å velge, på grunnlag av inngangssignalet og referansesignalet, en blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen, kan utføres ved å anvende et flertall prosesseringsmoduler 330. Ett og samme målesignal 310 kan typisk tilføres hver enkelt av prosesseringsmodulene 330. Videre kan det anvendes det samme flertall signalgenereringsmoduler 320, og separate referansesignaler 324 (støtpulssignaler) tilføres respektive prosesseringsmoduler 330. Valget av den ene av flertallet av forhåndsbestemte tilstandsvurderinger kan da gjøres på grunnlag av en sammenlikning av utgangssignalet 338 for de respektive prosesseringsmodulene, som angir graden av feil ved den roterende komponenten, i dette tilfellet kulelageret For det tilfellet at komponenten er et kulelager, benyttes hensiktsmessig tre prosesseringsmoduler 230.
Fig. 4 er et skjematisk flytskjema som illustrerer mulige prinsipper ved generering av referansesignal for utførelsesformen vist i fig. 3, dvs, for generering av støtpulser i referansesignalgenreringsmodulen 320.
I fig. 4 angir 420 en trekant- eller sagtannbølgegeneratormodul for generering av et variasjonssignal som representerer små, periodiske variasjoner i perioden mellom pulsene i det ønskede støtpulssignalet. Inngangsparametere for generatormodulen 420 kan omfatte min-/maks periode og min/maks amplitude for variasjonssignalet. Ved 430 er det angitt en modul for å beregne lagerfrekvenser. Inngangsparametere for denne kan være antall kuler i lageret (n), 431, kulediameter (BD), 432, Pitch-diameter (PD), 433, kontaktvinkel (P), 434, omdreininger pr. sekund (fr), 435. Støtpulsfrekvenser kan eksempelvis beregnse fra nedenstående formler. Se også illustrasjonen av kulediameter (BD), pitch-diameter (PD), kontaktvinkel for et kulelager vist i fig. 5.
n = antall kuler i lageret.
fr= relativ rev/s mellom indre og ytre ring.
BPFO, Outer Race Defect:
BPFI, Inner Race defect:
BFF, a Ball Defect:
Videre i fig. 4 viser 440 en inverteringsmodul. Eksempelvis kan inverteringsmodulen 440 motta et frekvensstørrelse (slik som 333 Hz), og vil da avgi en tilsvarende periodetidstørrelse 1/frekvensstørrelsen (i et slikt tilfelle 3000 mikrosekunder).
Summeringsmodulen 450 summerer periodetiden avgitt av
lagerfrekvensberegningsmodulen 430 og de periodevariasj onen avgitt av trekant-eller sagtannbølgegeneratormodulen 420. Denne summen tilføres en pulsgenerator 460, som derved avgir et støtpulssignal med periode i det vesentlige som angitt av formelene for lagerfrekvenser nevnt over, men med en mindre, periodisk variasjon.
Fig. 5 er en skjematisk figur som illustrerer visse parametere for et kulelager. Nærmere bestemt illustreres kulediameter (BD), pitch-diameter (PD), kontaktvinkel (P) for et kulelager, allerede omtalt med henvisning til fig. 4 over.
I det ovenstående er det beskrevet at fremgangsmåtens trinn for å velge den aktuelle tilstandsvurdering for den mekaniske strukturen, kan gjøres på ulike måter.
I utførelsen vist i fig. 2, hvor den roterende maskinkomponenten innbefatter en tannhjulsoverføring, omfatter referansesignalene et stasjonært, periodisk signal, og trinnet med å velge tilstandsvurdering omfatter amplitudedemodulasjon av inngangssignalet.
I utførelsen vist i fig. 3 hvor den roterende maskinkomponenten innbefatter et roterende lager, omfatter referansesignalene et periodisk pulssignal, og trinnet med å velge tilstandsvurdering omfatter å beregne krysskorrelasjon mellom inngangssignalet og respektive referansesignaler.
I begge de ovennevnte utførelser, og i andre utførelser, kan metodens trinn med å velge en av et flertall tilstandsvurderinger omfatter bearbeidelse av inngangssignalet og referansesignalet i tidsplanet. I begge de ovennevnte utførelser, og i andre utførelser, kan referansesignalet genereres basert på i det minste en parameter for den roterende maskinkomponenten (feks. tannhjulet, det roterende lageret) og en omdreiningshastighet for den roterende maskinkomponenten.
Også drivremmer skal anses som omfattet av uttrykket "roterende maskinkomponent". For eksempel kan oppfinnelsen benyttes for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en tannrem, med en identisk eller liknende utførelse som det som er vist for tannhjul. Tilsvarende kan oppfinnelsen benytes for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en kilerem, med en identisk eller liknende utførelse som det som er vist for kulelager.
I ytterligere, mulige utførelser kan referansesignalene innbefatte et forhåndslagret mønster, og trinnet med å velge en av et flertall tilstandsvurderinger kan omfatte bruk av en gjenkjenningsalgoritme av slik type som benyttes i digital mønstergj enkj enning.
Fremgangsmåten kan implemeneres som et datamaskinprogram. Dette kan omfatte prosesseringsinstruksjoner som, når de eksekveres av en elektronisk prosesseringsenhet, bevirker at den elektroniske prosesseringsenheten utfører fremgangsmåten som beskrevet i det ovenstående. Datamaskinprogrammet kan være lagret i et minne eller på et lagringsmedium. Datamaskinprogrammet kan også være representert ved et propagert signal som overføres i et kommunikasjonsnettverk, f.eks. Internett.
En innretning for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur, som benytter fremgangsmåten som beskrevet, kan omfatte minimum en elektronisk prosesseringsenhet og et minne, idet minnet holder lagret et datamaskinprogram som angitt over, dvs. et datamaskinprogram som implementerer fremgangsmåten som beskrevet når det eksekveres av prosesseringsenheten. Prosesseringsenheten kan videre forbindes med passende I/O-enheter, typisk via et bussystem, slik at det muliggjøres at innretningen kan motta feks. eksternt målesignal fra en vibrasjonssensor, avgi signal til display, osv. En slik innretning kan feks. implementeres som en smarttelefon, som inneholder de nødvendige prosesseringsresssurser og minne, og hvor en innebygget mikrofon kan tilveiebringe målesignaler 210, 310, og displayet kan fremvise meldinger 236, 238, 336, 237 om bl.a. tilstandsvurdering. Datamaskinprogrammet som beskrevet kan i et slikt tilfelle være inneholdt som en applikasjon i minnet i smarttelefonen.
Selv om fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i den detaljerte utførelsen over er angitt å kunne eksekveres av en elektronisk prosesseringsenhet, slik som en mikroprosessor eller mikrokontroller, skal det forstås at implementasjoner som utføres ved hjelp av diskrete og/eller integrerte analoge og digitale kretser, også kan ligge innenfor oppfinnelsens ramme.
Claims (12)
1. Fremgangsmåte for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur som innbefatter en roterende maskinkomponent, hvor fremgangsmåten omfatter: å tilveiebringe et inngangssignal som representerer mekaniske vibrasjoner i den mekaniske strukturen; å tilveiebringe et referansesignal; å velge, på grunnlag av inngangssignalet og referansesignalet, en blant et flertall forhåndbestemte tilstandsvurderinger for den mekaniske strukturen.
2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1,
hvor trinnet å velge en av et flertall tilstandsvurderinger omfatter bearbeidelse av inngangssignalet og referansesignalet i tidsplanet.
3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2,
hvor det minst ene referansesignalet genereres basert på i det minste en parameter for den roterende maskinkomponenten og en omdreiningshastighet for den roterende maskinkomponenten.
4. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-3,
hvor maskinkomponenten omfatter en tannhjulsoverføring.
5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, hvor
tilveiebringelsen av referansesignalet omfatter å generere et modulert, stasjonært, periodisk signal, og trinnet med å velge en av et flertall tilstandsvurderinger omfatter amplitudedemodulasjon av inngangssignalet.
6. Fremgangsmåte i samsvar med krav 5,
hvor flertallet av tilstandsvurderinger omfatter
en vurdering av urundt tannhjul;
en vurdering av slitt eller degradert tannhjul; og
en vurdering av skadet tann i tannhjul.
7. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-3,
hvor maskinkomponenten omfatter et roterende lager.
8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 7, hvor
tilveiebringelsen av referansesignalet omfatter å generere et periodisk pulssignal, og trinnet med å velge en av et flertall tilstandsvurderinger omfatter å beregne krysskorrelasjon mellom inngangssignalet og referansesignalet.
9. Fremgangsmåte i samsvar med et av kravene 7-8,
hvor flertallet av tilstandsvurderinger omfatter
en vurdering av skade på en ytre lagerbane i lageret,
en vurdering av skade på en indre lagerbane i lageret, og
en vurdering av skade på en kule eller et rulleelement i lageret.
10. Datamaskinprogram, omfattende prosesseringsinstruksjoner som, når de eksekveres av en elektronisk prosesseringsenhet, bevirker at den elektroniske prosesseringsenheten utfører en fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-9.
11. Datamaskinprogram i samsvar med krav 10,
lagret i et minne eller på et lagringsmedium, eller representert ved et propagert signal som overføres i et kommunikasjonsnettverk.
12. Innretning for å tilveiebringe en tilstandsvurdering av en mekanisk struktur, omfattende
en elektronisk prosesseringsenhet og et minne,
idet minnet holder lagret et datamaskinprogram som angitt i krav 11.
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140031A NO336991B1 (no) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Fremgangsmåte og innretning for vibrasjonsanalyse |
| PCT/IB2015/050165 WO2015104678A2 (en) | 2014-01-10 | 2015-01-09 | Method and device for providing a condition evaluation of a mechanical structure which includes a rotatable machine component |
| US15/110,053 US20160334302A1 (en) | 2014-01-10 | 2015-01-09 | Method and device for providing a condition evaluation of a mechanical structure which includes a rotatable machine component |
| EP15707772.8A EP3092472B1 (en) | 2014-01-10 | 2015-01-09 | Method and device for providing a condition evaluation of a mechanical structure which includes a rotatable machine component |
| CN201580004246.9A CN105917207B (zh) | 2014-01-10 | 2015-01-09 | 提供包括转动机械部件的机械结构的状态评估的方法及装置 |
| ES15707772T ES2774006T3 (es) | 2014-01-10 | 2015-01-09 | Método y dispositivo para proporcionar una evaluación de condición de una estructura mecánica que incluye un componente de máquina giratoria |
| PL15707772T PL3092472T3 (pl) | 2014-01-10 | 2015-01-09 | Sposób i urządzenie do oceny stanu struktury mechanicznej, która zawiera obrotowy element maszyny |
| DK15707772.8T DK3092472T3 (da) | 2014-01-10 | 2015-01-09 | Fremgangsmåde og anordning til tilvejebringelse af en tilstandsevaluering af en mekanisk struktur, der indbefatter en roterbar maskinkomponent |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20140031A NO336991B1 (no) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Fremgangsmåte og innretning for vibrasjonsanalyse |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20140031A1 true NO20140031A1 (no) | 2015-07-13 |
| NO336991B1 NO336991B1 (no) | 2015-12-14 |
Family
ID=52598798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20140031A NO336991B1 (no) | 2014-01-10 | 2014-01-10 | Fremgangsmåte og innretning for vibrasjonsanalyse |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20160334302A1 (no) |
| EP (1) | EP3092472B1 (no) |
| CN (1) | CN105917207B (no) |
| DK (1) | DK3092472T3 (no) |
| ES (1) | ES2774006T3 (no) |
| NO (1) | NO336991B1 (no) |
| PL (1) | PL3092472T3 (no) |
| WO (1) | WO2015104678A2 (no) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113795735A (zh) * | 2019-05-31 | 2021-12-14 | Abb瑞士股份有限公司 | 用于监测旋转装置的方法以及状态监测设备 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017200761A1 (de) | 2017-01-18 | 2018-07-19 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur überwachung eines rotierenden elements und entsprechendes verfahren |
| CN107291061B (zh) * | 2017-02-22 | 2018-03-27 | 贵州北盘江电力股份有限公司董箐发电厂 | 一种基于量化评估的水电机组健康状态评估方法 |
| FR3069668B1 (fr) * | 2017-07-27 | 2021-02-12 | Safran | Procede et dispositif de recherche d'un defaut susceptible d'affecter un dispositif mecanique tournant de transmission de puissance |
| CN109269621A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-25 | 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 | 一种基于超声波的非接触式振动信号测量报警系统及其测量报警方法 |
| EP3627134B1 (en) * | 2018-09-21 | 2021-06-30 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Method for detecting an incipient damage in a bearing |
| CN110346594B (zh) * | 2019-05-29 | 2022-04-08 | 浙江工业大学 | 一种便携式全封闭压缩机高精度转速测量方法及装置 |
| CN114126971A (zh) * | 2019-08-13 | 2022-03-01 | 利乐拉瓦尔集团及财务有限公司 | 用于液体食品的包装机器中的状态监测 |
| EP3929682B1 (en) * | 2020-06-25 | 2023-10-18 | Volkswagen Ag | Estimating a mechanical degradation of a machine |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH623196B (fr) * | 1978-10-30 | Portescap | Procede de mesure d'une grandeur caracteristique du fonctionnement d'un mouvement d'horlogerie et dispositif generateur d'impulsions de chronometrage destinees a la mise en oeuvre de ce procede. | |
| US6904371B2 (en) * | 1997-10-17 | 2005-06-07 | Test Devices, Inc. | Method and apparatus for measuring rotor unbalance |
| FI112972B (fi) * | 1998-07-15 | 2004-02-13 | Abb Research Ltd | Laakerin kunnon arviointi |
| EP1262844A1 (en) * | 2001-06-01 | 2002-12-04 | Sony International (Europe) GmbH | Method for controlling a man-machine-interface unit |
| US7421349B1 (en) | 2006-05-15 | 2008-09-02 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Bearing fault signature detection |
| HUE047118T2 (hu) * | 2007-03-23 | 2020-04-28 | Qualcomm Inc | Többszenzoros adatgyûjtés és/vagy feldolgozás |
| US8342027B2 (en) * | 2007-12-07 | 2013-01-01 | The Ohio State University | Determining physical properties of objects or fluids in multi-path clutter environments |
| US8473252B2 (en) * | 2010-06-09 | 2013-06-25 | Honeywell International Inc. | System and method for conflict resolution to support simultaneous monitoring of multiple subsystems |
| CN101886977B (zh) * | 2010-06-12 | 2011-11-09 | 苏州大学 | 一种信号中周期瞬态成分的自适应检测方法 |
| US20130096848A1 (en) | 2011-10-13 | 2013-04-18 | Charles Terrance Hatch | Methods and systems for automatic rolling-element bearing fault detection |
-
2014
- 2014-01-10 NO NO20140031A patent/NO336991B1/no unknown
-
2015
- 2015-01-09 PL PL15707772T patent/PL3092472T3/pl unknown
- 2015-01-09 EP EP15707772.8A patent/EP3092472B1/en active Active
- 2015-01-09 DK DK15707772.8T patent/DK3092472T3/da active
- 2015-01-09 CN CN201580004246.9A patent/CN105917207B/zh active Active
- 2015-01-09 WO PCT/IB2015/050165 patent/WO2015104678A2/en active Application Filing
- 2015-01-09 ES ES15707772T patent/ES2774006T3/es active Active
- 2015-01-09 US US15/110,053 patent/US20160334302A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113795735A (zh) * | 2019-05-31 | 2021-12-14 | Abb瑞士股份有限公司 | 用于监测旋转装置的方法以及状态监测设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3092472A2 (en) | 2016-11-16 |
| WO2015104678A2 (en) | 2015-07-16 |
| NO336991B1 (no) | 2015-12-14 |
| ES2774006T3 (es) | 2020-07-16 |
| PL3092472T3 (pl) | 2020-06-01 |
| CN105917207B (zh) | 2019-12-24 |
| EP3092472B1 (en) | 2019-11-27 |
| WO2015104678A3 (en) | 2015-11-19 |
| DK3092472T3 (da) | 2020-02-24 |
| CN105917207A (zh) | 2016-08-31 |
| US20160334302A1 (en) | 2016-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO20140031A1 (no) | Fremgangsmåte og innretning for vibrasjonsanalyse | |
| CN103140672B (zh) | 在风力发电厂中执行状况监测的方法 | |
| US9841352B2 (en) | System and method for monitoring gear and bearing health | |
| JP5216903B2 (ja) | 歯車噛み合い障害検出の側波帯エネルギー比率方法 | |
| JP5442553B2 (ja) | 軸受の損傷検出方法 | |
| JP4560110B2 (ja) | 異常診断装置及び異常診断方法 | |
| JP6553970B2 (ja) | 異常診断装置およびセンサ外れ検知方法 | |
| WO2011081085A1 (ja) | 転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置および異常診断システム | |
| CA2889107C (en) | Wind turbine diagnostic device for generator components | |
| EP2730898A1 (en) | Bearing, housing including a set of bearings, associated method and computer program | |
| US11047768B2 (en) | Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method | |
| JP2018179735A (ja) | 回転部品の異常診断方法及び異常診断装置 | |
| KR20190102980A (ko) | 회전 장치의 적어도 하나의 가동부에서의 결함 발생 감지 및 모니터링 방법과 관련 시스템 | |
| JP6686625B2 (ja) | 転がり軸受診断装置 | |
| FR3113520A1 (fr) | detection automatique de defauts de palier par balayage de motif puis exécution d’un traitement logique après balayage | |
| JP2017181500A (ja) | 状態監視システムおよび風力発電装置 | |
| JP2015175828A (ja) | 転動装置の状態監視装置およびそれを備える風力発電設備 | |
| JP6639265B2 (ja) | 異常診断装置および異常診断方法 | |
| Randall et al. | Alternatives to kurtosis as an indicator of rolling element bearing faults | |
| JP5321646B2 (ja) | 異常検査方法及び異常検査装置 | |
| WO2020245108A1 (en) | A method for computer-implemented monitoring of a component of a wind turbine | |
| JP2021096102A (ja) | 転がり軸受の状態監視方法及び転がり軸受の状態監視装置 | |
| JP6639266B2 (ja) | 異常診断装置および異常診断方法 |