RU2337341C1 - Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants - Google Patents

Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants Download PDF

Info

Publication number
RU2337341C1
RU2337341C1 RU2007113529/28A RU2007113529A RU2337341C1 RU 2337341 C1 RU2337341 C1 RU 2337341C1 RU 2007113529/28 A RU2007113529/28 A RU 2007113529/28A RU 2007113529 A RU2007113529 A RU 2007113529A RU 2337341 C1 RU2337341 C1 RU 2337341C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
piston
spectral
machine
piston machine
Prior art date
Application number
RU2007113529/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Костюков (RU)
Владимир Николаевич Костюков
Александр Петрович Науменко (RU)
Александр Петрович Науменко
Сергей Николаевич Бойченко (RU)
Сергей Николаевич Бойченко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация"
Priority to RU2007113529/28A priority Critical patent/RU2337341C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2337341C1 publication Critical patent/RU2337341C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: test engineering.
SUBSTANCE: according to method vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants are performed by means of measurement of reciprocator vibration, estimation of amplitude-frequency spectrum of vibration, and evaluation of informative frequency constituents of spectrum, on base of which state of machine is assessed. Vibration is measured at points of a case adjacent to zones of location of diagnosed units of the reciprocator, then informative constituents are selected in form of harmonic components of repetition rate of a complete cycle of the reciprocator, then their dispersions are assessed, the complex of harmonic components is formed and spectral invariants are evaluated in form of ratio of dispersions of corresponding complexes of harmonic components.
EFFECT: upgraded validity of diagnostics.
2 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к способам вибрационной диагностики механизмов периодического действия, в частности к диагностированию технического состояния поршневых компрессоров двухстороннего действия по вибрации корпуса, и может быть использовано для оценки их технического состояния.The invention relates to methods for vibration diagnostics of mechanisms of periodic action, in particular to diagnosing the technical condition of double-acting reciprocating compressors by vibration of the housing, and can be used to assess their technical condition.

Известен способ виброакустической диагностики поршневых машин, основанный на анализе и нормировании параметров абсолютной вибрации [5] как по общему уровню в местах установки датчика, так и путем нормирования вибропараметров, например амплитуды вибрации в определенные моменты или отрезки времени по углу поворота коленчатого вала. Недостатком данного способа является оценка только общего технического состояния узлов без указания конкретных причин повышенной вибрации.A known method of vibro-acoustic diagnostics of piston machines, based on the analysis and normalization of absolute vibration parameters [5] both by the general level at the sensor installation sites and by normalizing vibration parameters, for example, vibration amplitude at certain moments or time intervals along the crankshaft rotation angle. The disadvantage of this method is the assessment of only the General technical condition of the nodes without specifying specific causes of increased vibration.

Известен способ виброакустической диагностики механизмов периодического действия, реализованный в патенте РФ [1], по которому о состоянии механизма судят по пропорциональности отношения K=Wp/WH, мощностей периодической Wp и шумовой WH составляющих, при этом проводят нормирование виброакустического сигнала по общему уровню.A known method of vibroacoustic diagnostics of mechanisms of periodic action, implemented in the patent of the Russian Federation [1], according to which the state of the mechanism is judged by the proportionality of the ratio K = W p / W H , the powers of the periodic W p and noise W H components, and the vibroacoustic signal is normalized according to general level.

В этом способе не указана связь между использованием указанного отношения и конкретными неисправностями или дефектами диагностируемого объекта.In this method, the relationship between the use of the specified relationship and specific malfunctions or defects of the diagnosed object is not indicated.

Известен способ виброакустической диагностики механизмов периодического действия, реализованный в патенте РФ [2], по которому о состоянии механизма судят по пропорциональности отношения Кш=Рп/Рш, мощностей периодической Рп и шумовой Рш составляющих, при этом проводят нормирование виброакустического сигнала по уровню шумовой составляющей.A known method of vibro-acoustic diagnostics of mechanisms of periodic action, implemented in the patent of the Russian Federation [2], according to which the state of the mechanism is judged by the proportionality of the ratio K W = R p / R W , the powers of the periodic R p and noise R w components, while normalizing the vibro-acoustic signal by the level of noise component.

В этом способе также не приводится связь между использованием указанного отношения и конкретными неисправностями или дефектами диагностируемого объекта.This method also does not provide a relationship between the use of this relationship and specific malfunctions or defects of the diagnosed object.

Наиболее близким аналогом [3, 4] является способ вибрационной диагностики поршневых компрессоров по соотношению спектральных составляющих периодической части сигнала, определяемой циклическим рабочим процессом,The closest analogue [3, 4] is a method for vibration diagnostics of reciprocating compressors by the ratio of the spectral components of the periodic part of the signal, determined by the cyclic working process,

Figure 00000001
Figure 00000001

где А1, Аi - амплитуды соответственно 1ой, iой (i=2,...,15) гармоник в амплитудно-частотном спектре вибрации диагностируемой поршневой машины.wherein A 1, A i - 1 th, respectively, the amplitude, i th (i = 2, ..., 15) the harmonics in the amplitude-frequency spectrum of the vibration diagnosed piston machine.

Недостатком данного способа является то, что оценивается состояние только клапанов поршневой машины, причем отношение спектральных составляющих зависит от общего уровня спектральных составляющих и может изменяться от десятых долей до нескольких единиц, что существенно затрудняет нормирование этого параметра для разных типов машин.The disadvantage of this method is that only the valves of the piston machine are evaluated, and the ratio of the spectral components depends on the general level of the spectral components and can vary from tenths to several units, which significantly complicates the normalization of this parameter for different types of machines.

Целью изобретения является повышение достоверности диагностики, которое достигают путем анализа уровня спектральных инвариант амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса диагностируемой поршневой машины с учетом зависимости уровня спектральных инвариант от технического состояния узла поршневой машины, в частности клапанов поршневого компрессора, крейцкопфа, деталей цилиндропоршневой группы поршневой машины, дисбаланса вращающихся масс, несоосности валов поршневой машины и привода, дефекта муфты между ними.The aim of the invention is to increase the reliability of diagnostics, which is achieved by analyzing the level of spectral invariants of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the housing of the diagnosed piston machine, taking into account the dependence of the level of spectral invariants on the technical condition of the piston machine assembly, in particular valves of the piston compressor, crosshead, parts of the piston-cylinder group of the piston machine, imbalance of rotating masses, misalignment of piston machine shafts and drive, coupling defect between them.

Поставленная цель в способе вибродиагностики технического состояния поршневых машин по спектральным инвариантам, включающем измерение вибрации поршневой машины, определение амплитудно-частотного спектра вибрации, оценку амплитуды информативных частотных составляющих спектра, по которым судят о состоянии машины, достигают тем, что вибрацию измеряют в точках корпуса, близлежащих к зонам расположения диагностируемых узлов поршневой машины, выделяют информативные составляющие в виде гармоник частоты повторения полного цикла поршневой машины, оценивают их дисперсии, формируют совокупности гармоник и определяют спектральные инварианты в виде отношения дисперсий соответствующих совокупностей гармоник:The goal in the method of vibration diagnostics of the technical condition of piston machines according to spectral invariants, including measuring the vibration of the piston machine, determining the amplitude-frequency spectrum of the vibration, estimating the amplitude of the informative frequency components of the spectrum by which the state of the machine is judged, achieve that the vibration is measured at points of the housing, informative components in the form of harmonics of the repetition frequency of the full cycle of the piston machines, evaluate their variances, form a set of harmonics and determine the spectral invariants in the form of the ratio of the variances of the corresponding sets of harmonics:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Аi, Аm - амплитуды соответственно iой, mой гармоник в амплитудно-частотном спектре вибрации диагностируемой поршневой машины;where A i , A m are the amplitudes, respectively, of the i th , m th harmonics in the amplitude-frequency vibration spectrum of the diagnosed piston engine;

Figure 00000003
- спектральный инвариант, равный отношению суммы дисперсий гармоник с номерами m=p,...,r,...,s к сумме дисперсий с номерами гармоник i=1,...,k,...,l,
Figure 00000003
is the spectral invariant equal to the ratio of the sum of variances of harmonics with numbers m = p, ..., r, ..., s to the sum of variances with harmonics numbers i = 1, ..., k, ..., l,

строят базу знаний в виде табличной зависимости, связывающей место измерения вибрации, узел диагностируемой машины, вид неисправности, соответствующий спектральный инвариант и его значения для различных оценок технического состояния, обусловленную причинно-следственными связями между ними и состоянием машины:build a knowledge base in the form of a tabular relationship connecting the place of vibration measurement, the node of the diagnosed machine, the type of malfunction, the corresponding spectral invariant and its values for various assessments of the technical condition, due to causal relationships between them and the state of the machine:

База знанийKnowledge base

№No. Место измерения вибрацииVibration measurement point Узлы поршневой машиныPiston machine units Классы неисправностейFault Classes Спектральный инвариантSpectral invariant Состояниеcondition ТПМTPM НДПNDP 1one КрейцкопфCrosshead Кривошипно-ползунный механизм (КПМ)Crank-slide mechanism (KPM) Зазоры, состояние поверхностей скольжения ползуна, состояние поверхности втулки и подшипника верхней головки шатуна, жесткость крепления штокаClearances, the condition of the sliding surfaces of the slide, the surface condition of the sleeve and bearing of the upper head of the connecting rod, the rigidity of the rod

Figure 00000004
Figure 00000004
>0,33> 0.33 >0,76> 0.76 22 КрейцкопфCrosshead Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)Crank mechanism (KShM) Зазоры, состояние шатунной шейки коленчатого вала и ее подшипников, жесткость крепления нижней головки шатуна, состояние коренных подшипников коленчатого валClearances, the condition of the crankshaft connecting rod neck and its bearings, the stiffness of the mounting of the lower connecting rod head, the condition of the crankshaft main bearings
Figure 00000005
Figure 00000005
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76 33 Клапан; цилиндр в зоне клапановValve; cylinder in the valve area КлапанValve Поломка пластин, пружин, уменьшение параметра «время-сечение», гидроудар, нарушение технологического процессаDamage to plates, springs, reduction of the “time-section” parameter, water hammer, violation of the technological process
Figure 00000006
Figure 00000006
 >0,33> 0.33 >0,51> 0.51 4four Крышка цилиндраCylinder cover Детали цилиндро-поршневой группыDetails of the cylinder-piston group Зазор между поршнем и гильзой, износ поршневых колец, износ поверхности гильзы, ослабление крепления штока к поршню (зазоры втулка-поршень), гидроудар, нарушение технологического процессаThe gap between the piston and the sleeve, the wear of the piston rings, the wear of the surface of the sleeve, the weakening of the rod to the piston (clearance of the sleeve-piston), water hammer, violation of the process
Figure 00000007
Figure 00000007
 >0,33> 0.33 >0,51> 0.51 55 Подшипник поршневой машины со стороны привода или маховикаPiston bearing on drive or flywheel side Вращающиеся детали вала, муфтаRotating shaft parts, coupling ДисбалансImbalance
Figure 00000008
Figure 00000008
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76 66 Вал поршневой машины, вал приводаPiston machine shaft, drive shaft НесоосностьMisalignment
Figure 00000009
Figure 00000009
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76 77 МуфтаCoupling Повышенные зазоры, ослабление крепления, ослабление жесткостиIncreased clearances, loosening fastening, loosening stiffness
Figure 00000010
Figure 00000010
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76

Поставленная цель в способе диагностики технического состояния поршневых машин по вибрации корпуса достигается также тем, что длительность исходного сигнала вибрации для выделения спектральных инвариант составляет не менее периода одного полного цикла работы поршневой машины.The goal in a method for diagnosing the technical condition of piston machines by vibration of the housing is also achieved by the fact that the duration of the initial vibration signal for isolating spectral invariants is at least one full cycle of the piston machine.

Анализ отличительных признаков предлагаемого способа диагностики технического состояния поршневых машин по вибрации корпуса и обеспечиваемых ими технических результатов показал, что:Analysis of the distinguishing features of the proposed method for diagnosing the technical condition of piston machines by vibration of the housing and the technical results provided by them showed that:

- виброактивность поршневой машины определяется, во-первых, гармониками частоты вращения вала, которая, как правило, совпадает с полным циклом работы поршневой машины, и, во-вторых, высокочастотной шумовой составляющей вибрации, которая, как правило, промодулирована гармониками частоты вращения вала, при этом именно гармонические составляющие как в прямом спектре, так и в спектре огибающей, являются наиболее сильными, стабильными и характерными составляющими вибрации поршневой машины независимо от конструктивных, массогабаритных и других показателей поршневой машины. Поэтому использование гармонических составляющих виброакустического сигнала в качестве компонент диагностических признаков позволяет получать стабильные результаты анализа виброакустической активности поршневой машины, в противоположность высокочастотной шумовой составляющей, в значительной степени зависящей от газодинамических процессов в поршневой машине, технологических параметров ведения процесса компримирования и места установки вибродатчиков;- the vibration activity of the piston machine is determined, firstly, by the harmonics of the shaft speed, which, as a rule, coincides with the full cycle of the piston machine, and, secondly, by the high-frequency noise component of the vibration, which, as a rule, is modulated by the harmonics of the shaft speed, in this case, it is the harmonic components both in the direct spectrum and in the envelope spectrum that are the strongest, most stable and characteristic components of the vibration of the piston machine, regardless of the structural, mass-size and other their performance piston machine. Therefore, the use of harmonic components of the vibro-acoustic signal as components of diagnostic features allows us to obtain stable results of the analysis of the vibro-acoustic activity of the piston machine, in contrast to the high-frequency noise component, which largely depends on the gas-dynamic processes in the piston machine, the technological parameters of the compression process and the location of the vibration sensors;

- использование спектральных инвариант в виде отношения дисперсий гармонических составляющих позволяет провести нормирование уровней диагностических признаков неисправностей, лежащих в диапазоне от 0 до 1;- the use of spectral invariants in the form of a ratio of dispersions of harmonic components allows normalization of levels of diagnostic signs of malfunctions lying in the range from 0 to 1;

- использование спектральных инвариант, которые в общем виде математически можно описать следующим образом:- the use of spectral invariants, which in general terms can be mathematically described as follows:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Ai, Am - амплитуды соответственно iой, mой гармоник в амплитудно-частотном спектре вибрации диагностируемой поршневой машины;where A i , A m are the amplitudes respectively of the i th , m th harmonics in the amplitude-frequency vibration spectrum of the diagnosed piston engine;

Figure 00000012
- спектральный инвариант, равный отношению суммы дисперсий гармоник с номерами m=p,...,r,...,s к сумме дисперсий с номерами гармоник i=1,...,k,...,l, позволяет обобщенно и единообразно решить задачу диагностирования различных узлов и механизмов поршневой машины;
Figure 00000012
- the spectral invariant equal to the ratio of the sum of variances of harmonics with numbers m = p, ..., r, ..., s to the sum of variances with harmonics numbers i = 1, ..., k, ..., l, allows a generalized and uniformly solve the problem of diagnosing various components and mechanisms of the piston machine;

- одноименные спектральные инварианты, полученные по амплитудно-частотному спектру вибрации корпуса с датчиков, установленных в различных точках поршневой машины, позволяют получать информацию о состоянии различных узлов и механизмов поршневой машины;- the same spectral invariants obtained from the amplitude-frequency spectrum of the vibration of the housing from sensors installed at different points of the piston machine, allow to obtain information about the state of various components and mechanisms of the piston machine;

- использование в качестве амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины спектра огибающей виброакустического сигнала и выделение гармонических составляющих дает возможность проводить анализ спектральных инвариант в различных частотных диапазонах виброакустической активности, характерных для различных узлов и деталей поршневой машины;- the use of the spectrum of the envelope of the vibroacoustic signal as the amplitude-frequency spectrum of the vibration of the body of the piston machine and the allocation of harmonic components makes it possible to analyze the spectral invariants in different frequency ranges of vibroacoustic activity characteristic of various components and parts of the piston machine;

- наличие базы знаний, полученной путем многолетнего мониторинга состояния нескольких десятков поршневых машин, позволяет повысить достоверность диагностики узлов и деталей поршневой машины и обеспечивает быструю, полную и достоверную диагностику поршневых машин, применяемых в различных отраслях промышленности, без проведения трудоемких предварительных исследований каждой машины. При этом база знаний позволяет по уровню различных спектральных инвариант, вычисленных по амплитудно-частотному спектру вибрации, полученному с датчиков, установленных в различных местах поршневой машины, определять состояние узлов и деталей поршневой машины:- the presence of a knowledge base obtained by long-term monitoring of the state of several tens of piston machines allows to increase the reliability of diagnostics of components and parts of a piston machine and provides quick, complete and reliable diagnostics of piston machines used in various industries without laborious preliminary studies of each machine. At the same time, the knowledge base allows one to determine the state of components and parts of the piston machine by the level of various spectral invariants calculated from the amplitude-frequency vibration spectrum obtained from sensors installed in various places of the piston machine:

- при измерении вибрации в зоне крейцкопфа уровень спектрального инварианта

Figure 00000013
определяет состояние кривошипно-ползунного механизма (КПМ), в частности зазоры, состояние поверхностей скольжения ползуна, состояние поверхности втулки и подшипника верхней головки шатуна, жесткость крепления штока. При этом, если
Figure 00000014
больше 0,33, но меньше 0,76, состояние КПМ - требует принятия мер (ТПМ), а если
Figure 00000015
больше 0,76, то состояние КПМ - недопустимо (НДП) и дальнейшая эксплуатация поршневой машины может привести к аварии;- when measuring vibration in the crosshead zone, the level of spectral invariant
Figure 00000013
determines the state of the crank-slide mechanism (KPM), in particular the clearances, the condition of the sliding surfaces of the slider, the surface condition of the sleeve and bearing of the upper connecting rod head, and the stiffness of the rod mounting. Moreover, if
Figure 00000014
more than 0.33, but less than 0.76, the state of KPM - requires measures (SST), and if
Figure 00000015
more than 0.76, then the state of the KPM is unacceptable (NDP) and further operation of the piston machine can lead to an accident;

- при измерении вибрации в зоне крейцкопфа уровень спектрального инварианта

Figure 00000016
определяет состояние кривошипно-шатунного механизма (КШМ), в частности зазоры, состояние шатунной шейки коленчатого вала и ее подшипников, жесткость крепления нижней головки шатуна, состояние коренных подшипников коленчатого вала. При этом, если
Figure 00000017
больше 0,51, но меньше 0,76, состояние КШМ - требует принятия мер, а если
Figure 00000018
больше 0,76, то состояние КШМ - недопустимо;- when measuring vibration in the crosshead zone, the level of spectral invariant
Figure 00000016
determines the condition of the crank mechanism (KShM), in particular the clearances, the condition of the crank pin of the crankshaft and its bearings, the rigidity of the lower crank head mounting, the condition of the crankshaft main bearings. Moreover, if
Figure 00000017
more than 0.51, but less than 0.76, the condition of the CABG requires measures, and if
Figure 00000018
greater than 0.76, then the state of the cshm is unacceptable;

- при измерении вибрации на цилиндре в зоне клапанов или непосредственно на клапанах уровень спектрального инварианта

Figure 00000019
определяет состояние клапанов и качество протекания процесса компримирования. К неисправностям клапанов и нарушению качества протекания процесса компримирования относят, в частности поломку пластин, пружин, уменьшение параметра «время-сечение», нарушение технологического процесса, возникновение гидроударов. При этом, если
Figure 00000020
больше 0,33, но меньше 0,51, состояние клапанов и технологического процесса - требует принятия мер, а если
Figure 00000021
больше 0,51, то состояние клапанов и технологического процесса - недопустимо;- when measuring vibration on the cylinder in the valve area or directly on the valves, the level of spectral invariant
Figure 00000019
determines the condition of the valves and the quality of the compression process. Valve malfunctions and a violation of the quality of the compression process include, in particular, failure of the plates, springs, a decrease in the time-section parameter, a violation of the process, the occurrence of water hammer. Moreover, if
Figure 00000020
more than 0.33, but less than 0.51, the state of the valves and the process requires measures, and if
Figure 00000021
more than 0.51, then the condition of the valves and the process is unacceptable;

- при измерении вибрации на крышке цилиндра уровень спектрального инварианта

Figure 00000022
определяет состояние деталей цилиндропоршневой группы и качество протекания процесса компримирования. К неисправностям деталей цилиндропоршневой группы и нарушению качества протекания процесса компримирования относят, в частности, увеличение зазора между поршнем и гильзой, износ поршневых колец, износ поверхности гильзы, ослабление крепления штока к поршню (зазоры втулка-поршень), нарушение технологического процесса, гидроудар. При этом, если
Figure 00000023
больше 0,33, но меньше 0,51, состояние деталей цилиндропоршневой группы и технологического процесса - требует принятия мер, а если
Figure 00000024
больше 0,51, то состояние деталей цилиндропоршневой группы и технологического процесса - недопустимо;- when measuring vibration on the cylinder cover, the level of spectral invariant
Figure 00000022
determines the condition of the details of the cylinder-piston group and the quality of the compression process. Malfunctions of cylinder-piston group parts and a violation of the quality of the compression process include, in particular, an increase in the gap between the piston and the sleeve, wear on the piston rings, wear on the surface of the sleeve, loosening of the rod to the piston (sleeve-piston clearances), disruption of the process, water hammer. Moreover, if
Figure 00000023
more than 0.33, but less than 0.51, the condition of the details of the cylinder-piston group and the technological process requires measures, and if
Figure 00000024
more than 0.51, then the condition of the details of the cylinder-piston group and the technological process is unacceptable;

- при измерении вибрации на подшипнике поршневой машины со стороны привода или маховика уровень спектрального инварианта

Figure 00000025
определяет наличие дисбаланса вращающихся деталей вала или муфты. При этом, если
Figure 00000026
больше 0,51, но меньше 0,76, уровень дисбаланса таков, что необходимо принимать меры по его устранению, а если
Figure 00000027
больше 0,76, то уровень дисбаланса - недопустим;- when measuring vibration on the piston machine bearing from the drive or flywheel side, the level of spectral invariant
Figure 00000025
determines the imbalance of the rotating parts of the shaft or clutch. Moreover, if
Figure 00000026
more than 0.51, but less than 0.76, the level of imbalance is such that it is necessary to take measures to eliminate it, and if
Figure 00000027
more than 0.76, then the level of imbalance is unacceptable;

- при измерении вибрации на подшипнике поршневой машины со стороны привода или маховика уровень спектрального инварианта

Figure 00000028
определяет наличие несоосности вала поршневой машины и вала привода. При этом, если
Figure 00000029
больше 0,51, но меньше 0,76, уровень несоосности таков, что необходимо принимать меры по ее устранению, а если
Figure 00000030
больше 0,76, то уровень несоосности - недопустим;- when measuring vibration on the piston machine bearing from the drive or flywheel side, the level of spectral invariant
Figure 00000028
determines the misalignment of the piston machine shaft and the drive shaft. Moreover, if
Figure 00000029
more than 0.51, but less than 0.76, the misalignment level is such that it is necessary to take measures to eliminate it, and if
Figure 00000030
greater than 0.76, then the level of misalignment is unacceptable;

- при измерении вибрации на подшипнике поршневой машины со стороны привода или маховика уровень спектрального инварианта

Figure 00000031
определяет наличие неисправности муфты между валом поршневой машины и валом привода. К неисправностям муфты относят, в частности, повышенные зазоры, ослабление крепления, ослабление жесткости муфты и ее деталей. При этом, если
Figure 00000032
больше 0,51, но меньше 0,76, то состояние муфты - требует принятия мер, а если
Figure 00000033
больше 0,76, то состояние муфты - недопустимо.- when measuring vibration on the piston machine bearing from the drive or flywheel side, the level of spectral invariant
Figure 00000031
determines the presence of a coupling malfunction between the piston machine shaft and the drive shaft. Clutch malfunctions include, in particular, increased clearances, weakening of fastening, weakening of the stiffness of the clutch and its parts. Moreover, if
Figure 00000032
more than 0.51, but less than 0.76, then the condition of the coupling requires action, and if
Figure 00000033
greater than 0.76, then the condition of the coupling is unacceptable.

Физическая сущность предлагаемого способа диагностики технического состояния поршневых машин по вибрации корпуса объясняется следующим образом. Виброактивность каждого изолированного цилиндра идеальна, т.е. полностью соответствующей конструкторской документации и эксплуатируемой в заданных нормативной документацией условиях (техническими условиями) поршневой машины пропорциональна частоте вращения коленчатого вала. При этом основной возмущающей силой является вторая гармоника частоты вращения вала, величина которой пропорциональна силовому воздействию при движении поршня сначала от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки и, затем в обратном направлении - от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки, когда завершается полный цикл работы поршневой машины. Любое нарушение структуры узлов машины приводит к появлению силовых возмущений, отличающихся от удвоенной частоты вращения коленчатого вала. Например, отказ одного из клапанов поршневого компрессора двухстороннего действия приводит к нарушению симметрии силовых воздействий и, соответственно, к перераспределению виброактивности на гармониках частоты вращения. Аналогично, появление нерасчетных зазоров в движущихся и вращающихся узлах приводит к нарушению симметрии сил и изменению виброактивности на гармониках частоты вращения вала машины.The physical essence of the proposed method for diagnosing the technical condition of piston machines by vibration of the housing is explained as follows. The vibroactivity of each insulated cylinder is ideal, i.e. fully consistent design documentation and operated in the conditions specified by the regulatory documentation (technical conditions) of the piston machine is proportional to the rotational speed of the crankshaft. In this case, the main disturbing force is the second harmonic of the shaft rotation frequency, the value of which is proportional to the force acting when the piston moves, first from the top dead center to the bottom dead center and then in the opposite direction from the bottom dead point to the top dead center, when the full cycle of work is completed piston machine. Any violation of the structure of the nodes of the machine leads to the appearance of power disturbances that differ from the doubled frequency of rotation of the crankshaft. For example, the failure of one of the valves of a double-acting reciprocating compressor leads to a violation of the symmetry of the force and, accordingly, to the redistribution of vibration activity at the harmonics of the rotational speed. Similarly, the occurrence of off-design gaps in moving and rotating nodes leads to a violation of the symmetry of forces and a change in vibration activity at the harmonics of the rotational speed of the machine shaft.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

фиг.1 - данные из спектров и расчетные соотношения параметров виброакустической характеристики поршневой машины виброакустического сигнала с датчика, установленного в зоне крейцкопфа, которые ранжированы

Figure 00000034
figure 1 - data from the spectra and the calculated ratio of the parameters of the vibro-acoustic characteristics of the piston machine vibro-acoustic signal from the sensor installed in the crosshead area, which are ranked
Figure 00000034

фиг.2 - нормированные значения спектральных инвариант амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного над крейцкопфом диагностируемой поршневой машины;figure 2 - normalized values of the spectral invariants of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the body of the piston machine, obtained from the sensor mounted above the crosshead of the diagnosed piston machine;

фиг.3 - амплитудно-частотные спектры вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного над крейцкопфом диагностируемой поршневой машины в трех случаях:figure 3 - amplitude-frequency spectra of vibration of the housing of the piston machine, obtained from the sensor mounted above the crosshead of the diagnosed piston machine in three cases:

а) исправные узлы кривошипно-ползунного механизма (КПМ) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ);a) serviceable nodes of the crank-slide mechanism (KPM) and the crank mechanism (KShM);

б) несправен узел КПМ;b) the KPM node is wrong;

в) неисправен узел КШМ.c) the KShM node is faulty.

фиг.4 - данные из спектров и расчетные соотношения по виброакустическим сигналам с датчиков, установленных на клапанах поршневых машин типа «4М16-22,4/23-64», которые ранжированы по

Figure 00000035
figure 4 - data from the spectra and the calculated ratio of vibro-acoustic signals from sensors installed on the valves of piston machines of the type "4M16-22,4 / 23-64", which are ranked by
Figure 00000035

фиг.5 - данные из спектров и расчетные соотношения по виброакустическим сигналам с датчиков, установленных на клапанах поршневых машин типа «2М10-11/42-60», которые ранжированы по

Figure 00000036
figure 5 - data from the spectra and calculated ratios of vibro-acoustic signals from sensors installed on the valves of piston machines of the type "2M10-11 / 42-60", which are ranked by
Figure 00000036

фиг.6 - нормированные значения спектральных инвариант амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на клапане поршневой машины;6 is a normalized value of the spectral invariants of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the body of the piston machine, obtained from the sensor mounted on the valve of the piston machine;

фиг.7 - данные из спектров и расчетные соотношения по виброакустическим сигналам с датчиков, установленных на крышке цилиндра поршневых машин типа «4М16-22,4/23-64», которые ранжированы по

Figure 00000037
Fig.7 - data from the spectra and calculated ratios of vibro-acoustic signals from sensors installed on the cylinder cover of piston machines of the type "4M16-22,4 / 23-64", which are ranked by
Figure 00000037

фиг.8 - данные из спектров и расчетные соотношения по виброакустическим сигналам с датчиков, установленных на крышке цилиндра поршневых машин типа «2М10-11/42-60», которые ранжированы по

Figure 00000038
Fig. 8 - data from the spectra and calculated ratios of vibro-acoustic signals from sensors mounted on the cylinder cover of piston machines of the type "2M10-11 / 42-60", which are ranked by
Figure 00000038

фиг.9 - нормированные значения спектральных инвариант амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на крышке цилиндра поршневой машины;Fig.9 is the normalized value of the spectral invariants of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the body of the piston machine, obtained from the sensor mounted on the cylinder cover of the piston machine;

фиг.10 - амплитудно-частотные спектры вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении дисбаланса масс (деталей) коленчатого вала (неуравновешенность коленчатого вала). Размерность по оси Х приведена в номерах гармоник частоты вращения вала (порядковая шкала). Частота вращения вала составляет 6,25 Гц (1·RPM=6,25 Гц);figure 10 - amplitude-frequency spectra of vibration of the housing of the piston machine, obtained from the sensor mounted on the bearing of the piston machine from the drive side of the diagnosed piston machine, when there is an imbalance of mass (parts) of the crankshaft (imbalance of the crankshaft). The dimension along the X axis is given in the harmonic numbers of the shaft speed (ordinal scale). The shaft rotation frequency is 6.25 Hz (1 · RPM = 6.25 Hz);

фиг.11 - нормированные значения спектральных инвариант амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении дисбаланса масс (деталей) коленчатого вала (неуравновешенность коленчатого вала);11 - normalized values of the spectral invariants of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the piston machine housing obtained from the sensor mounted on the piston machine bearing from the drive side of the diagnosed piston machine, when there is an imbalance of mass (parts) of the crankshaft (crankshaft imbalance);

фиг.12 - амплитудно-частотные спектры вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении несоосности коленчатого вала поршневой машины и вала привода. Размерность по оси Х приведена в номерах гармоник частоты вращения вала (порядковая шкала). Частота вращения вала составляет 6,25 Гц (1·RPM=6,25 Гц);Fig - amplitude-frequency spectra of vibration of the housing of the piston machine, obtained from the sensor mounted on the bearing of the piston machine on the drive side of the diagnosed piston machine, when there is a misalignment of the crankshaft of the piston machine and the drive shaft. The dimension along the X axis is given in the harmonic numbers of the shaft speed (ordinal scale). The shaft rotation frequency is 6.25 Hz (1 · RPM = 6.25 Hz);

фиг.13 - нормированные значения спектральных инвариант амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении несоосности коленчатого вала поршневой машины и вала привода;Fig - normalized values of the spectral invariants of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the piston machine housing obtained from the sensor mounted on the piston machine bearing from the drive side of the diagnosed piston machine, when there is a misalignment of the crankshaft of the piston machine and the drive shaft;

фиг.14 - амплитудно-частотные спектры вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении неисправности муфты - повышенные зазоры. Размерность по оси Х приведена в номерах гармоник частоты вращения вала (порядковая шкала). Частота вращения вала составляет 6,25 Гц (1·RPM=6,25 Гц);Fig - amplitude-frequency spectra of vibration of the piston machine housing obtained from the sensor mounted on the piston machine bearing on the drive side of the diagnosed piston machine, in the event of a clutch malfunction - increased gaps. The dimension along the X axis is given in the harmonic numbers of the shaft speed (ordinal scale). The shaft rotation frequency is 6.25 Hz (1 · RPM = 6.25 Hz);

фиг.15 - нормированные значения спектральных инвариант амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины, полученные с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении неисправности муфты.Fig - normalized values of the spectral invariants of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the piston machine housing, obtained from the sensor mounted on the piston machine bearing from the drive side of the diagnosed piston machine, in the event of a clutch malfunction.

Реализуемость способа проверялась путем анализа параметров вибрации корпуса поршневой машины при возникновении реально возникающих в процессе эксплуатации поршневой машины дефектов и неисправностей. Выборочные накопленные данные по оценкам состояния узлов поршневых машин, выполненным специалистами ремонтных подразделений, с одной стороны, а с другой - сигналы, полученные непосредственно перед остановкой поршневой машины для оценки состояния ее узлов, сведены в таблицы по местам установки датчиков вибрации на определенные узлы и типам машин (фиг.1, 4, 5, 7, 8). Номера строк данных соответствуют порядку их накопления. Состояние узлов поршневых машин оценивалось по следующим критериям:The feasibility of the method was checked by analyzing the vibration parameters of the piston machine housing when defects and malfunctions actually occur during operation of the piston machine. Selected accumulated data on the assessments of the condition of piston machine assemblies made by specialists of repair departments, on the one hand, and on the other hand, signals received immediately before the piston machine stopped to assess the condition of its assemblies, are summarized in tables for the locations of vibration sensors installed on specific nodes and types machines (figures 1, 4, 5, 7, 8). Data line numbers correspond to the order of their accumulation. The condition of the components of the piston machines was evaluated according to the following criteria:

ДОПУСТИМО - «Д» - состояние узла позволяет эксплуатировать машину продолжительное время;ALLOWED - “D” - the state of the unit allows the machine to be operated for a long time;

ТРЕБУЕТ ПРИНЯТИЯ МЕР - «ТПМ» - состояние узла можно оценить как удовлетворительное, однако во время ближайшей остановки машины целесообразно провести ремонт узла. Машину можно эксплуатировать ограниченное время, при этом необходимо периодически контролировать состояние этого узла;REQUIRES ACCEPTANCE OF MEASURES - “TPM” - the condition of the unit can be assessed as satisfactory, but it is advisable to repair the unit during the next stop of the machine. The machine can be operated for a limited time, while it is necessary to periodically monitor the state of this unit;

НЕДОПУСТИМО - «НДП» - состояние узла не позволяет эксплуатировать машину, необходимо незамедлительно провести ремонт данного узла;UNACCEPTABLE - “NDP” - the condition of the unit does not allow the machine to be operated, it is necessary to immediately repair this unit;

Д-ТПМ - специалисты ремонтных подразделений оценивали состояние узла как граничное между ДОПУСТИМО и ТПМ;D-TPM - the specialists of the repair units evaluated the condition of the unit as the boundary between ACCEPTABLE and TPM;

ТПМ-НДП - специалисты ремонтных подразделений оценивали состояние узла как граничное между ТПМ и НДП.TPM-NDP - repair department experts evaluated the condition of the unit as the boundary between TPM and NDP.

При оценке состояния крейцкопфного узла приняты следующие обозначения:When assessing the state of the crosshead node, the following notations are adopted:

Т-КПМ, Н-КПМ - оценивалось состояние поверхностей скольжения ползуна, жесткость крепления штока, состояние поверхности втулки и подшипника верхней головки шатуна - состояние деталей кривошипно-ползунного механизма. В таблицах далее приняты следующие обозначения:T-KPM, N-KPM - the state of the sliding surfaces of the slide, the stiffness of the rod, the surface of the sleeve and the bearing of the upper head of the connecting rod — the state of the details of the crank-slide mechanism — were evaluated. The following notation is used in the tables:

Т-КПМ соответствует состоянию ТПМ; Н-КПМ - состоянию НДП; Д-Т-КПМ - специалисты ремонтных подразделений оценивали состояние узла как граничное между ДОПУСТИМО и ТПМ; Т-Н-КПМ - специалисты ремонтных подразделений оценивали состояние узла как граничное между ТПМ и НДП;T-KPM corresponds to the state of TPM; N-KPM - state of the NDP; D-T-KPM - repair department experts evaluated the condition of the unit as boundary between ACCEPTABLE and TPM; T-N-KPM - repair department experts evaluated the condition of the unit as a boundary between TPM and NDP;

Т-КШМ, Н-КШМ - оценивалось состояние шатунной шейки коленчатого вала и ее подшипников, жесткость крепления нижней головки шатуна, состояние коренных подшипников коленчатого вала - состояние деталей кривошипно-шатунного механизма. В таблицах далее приняты следующие обозначения: Т-КШМ соответствует состоянию ТПМ, Н-КШМ - состоянию НДП;T-KShM, N-KShM - the condition of the crank pin of the crankshaft and its bearings, the rigidity of the lower connecting rod head, the condition of the crankshaft main bearings - the condition of the parts of the crank mechanism were evaluated. The following notations are used in the tables: T-KShM corresponds to the state of TPM, N-KShM corresponds to the state of NDP;

Д-Т-КШМ - специалисты ремонтных подразделений оценивали состояние узла как граничное между ДОПУСТИМО и ТПМ; Т-Н-КШМ - специалисты ремонтных подразделений оценивали состояние узла как граничное между ТПМ и НДП.D-T-KShM - repair department experts evaluated the condition of the unit as the boundary between ACCEPTABLE and TPM; Т-Н-КШМ - repair department specialists evaluated the condition of the unit as the boundary between TPM and NDP.

Для анализа зависимости уровня спектральных инвариант от состояния узла машины выбраны следующие виды спектральных инвариант:To analyze the dependence of the level of spectral invariants on the state of the machine node, the following types of spectral invariants were selected:

Figure 00000039
Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044
Figure 00000039
Figure 00000040
Figure 00000041
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044

где A1, А2, А3, А4, А5, А6, А7, А8, А9 - амплитуда 1ой, 2ой, 3ей, 4ой, 5ой, 6ой, 7ой, 8ой, 9ой гармоник в амплитудно-частотном спектре вибрации диагностируемой поршневой машины.wherein A 1, A 2, A 3, A 4, A 5, A 6, A 7, A 8, A 9 - amplitude of 1 st, 2 nd, 3 s, 4 th, 5 th, 6 th, 7 th, 8 th, 9 th harmonics in the amplitude-frequency spectrum of the vibration diagnosed piston machine.

Анализ полученных данных (фиг.1) показывает, что по оценке специалистов при нахождении спектрального инварианта

Figure 00000045
в диапазоне от 0,33 до 0,76 детали КПМ находятся в состоянии «ТПМ». Если инвариант
Figure 00000046
находится в диапазоне от 0,51 до 0,76, то детали КШМ находятся в состоянии «ТПМ». При превышении
Figure 00000047
уровня 0,76 детали КПМ находятся в состоянии «НДП», а при превышении
Figure 00000048
величины 0,76 - детали КШМ находятся в состоянии «НДП». Статистическая обработка полного набора накопленных данных позволила выявить среднестатистические пороговые значения спектральных инвариант для различных узлов и их состояний (Фиг.2). Здесь необходимо заметить, что оценка реального состояния подшипников (коренных, шатунных) и втулок (шеек вала) затруднена при кратковременной остановке поршневой машины, в то же время значительные износы и неисправности подтверждены в результате разборки узлов. В качестве примера на фиг.3 приведены амплитудно-частотные спектры вибрации диагностируемой поршневой машины в трех случаях:An analysis of the obtained data (Fig. 1) shows that, according to specialists, when finding the spectral invariant
Figure 00000045
in the range from 0.33 to 0.76, the CPM parts are in the TPM state. If the invariant
Figure 00000046
is in the range from 0.51 to 0.76, then the parts of the crankshaft are in the “TPM” state. In excess
Figure 00000047
the level of 0.76 KPM parts are in the "NDP" state, and when exceeded
Figure 00000048
values of 0.76 - KShM parts are in the “NDP” state. Statistical processing of the complete set of accumulated data made it possible to identify average statistical threshold values of spectral invariants for various nodes and their states (Figure 2). It should be noted that the assessment of the real state of bearings (main, connecting rod) and bushings (shaft necks) is difficult for a short stop of the piston machine, while significant wear and tear are confirmed by disassembling the units. As an example, figure 3 shows the amplitude-frequency vibration spectra of the diagnosed piston machine in three cases:

а) исправные узлы КПМ и КШМ;a) serviceable nodes KPM and KShM;

б) несправен узел КПМ;b) the KPM node is wrong;

в) неисправен узел КШМ.c) the KShM node is faulty.

Анализ гармонических составляющих амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины, в данном случае - спектра огибающей виброакустического сигнала с датчиков, установленных на клапанах, диагностируемой поршневой машины и спектрального инварианта

Figure 00000049
показывает, что уровень спектрального инварианта
Figure 00000050
от 0,33 до 0,51 соответствует состоянию клапанов «ТПМ» для машины типа «4М16-22,4/23-64» (фиг.4), а превышение уровня инварианта величины 0,51 соответствует состоянию клапанов «НДП». Для машины типа «2М10-11/42-60» уровень спектрального инварианта
Figure 00000051
от 0,33 до 0,51 соответствует состоянию клапанов «ТПМ», превышение уровня
Figure 00000052
величины 0,51 соответствует состоянию клапанов «НДП» (фиг.5).Analysis of the harmonic components of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the piston engine body, in this case, the envelope spectrum of the vibroacoustic signal from sensors installed on the valves of the diagnosed piston machine and the spectral invariant
Figure 00000049
shows that the level of the spectral invariant
Figure 00000050
from 0.33 to 0.51 corresponds to the state of the TPM valves for a machine of type 4M16-22.4 / 23-64 (Fig. 4), and an excess of the invariant level of 0.51 corresponds to the state of the NDP valves. For a machine like “2M10-11 / 42-60” the level of spectral invariant
Figure 00000051
from 0.33 to 0.51 corresponds to the state of the TPM valves, exceeding the level
Figure 00000052
the value of 0.51 corresponds to the state of the valves "NDP" (figure 5).

Статистическая обработка полного набора накопленных данных выявила среднестатистические пороговые значения уровней спектральных инвариант для различных состояний клапанов поршневых машин (фиг.6).Statistical processing of the complete set of accumulated data revealed average statistical threshold values of the levels of spectral invariants for various valve states of piston machines (Fig. 6).

Анализ гармонических составляющих амплитудно-частотного спектра вибрации корпуса поршневой машины с датчиков, установленных на крышке цилиндра, диагностируемой поршневой машины и спектрального инварианта

Figure 00000053
показывает, что уровень спектрального инварианта
Figure 00000054
от 0,33 до 0,51 соответствует состоянию деталей цилиндропоршневой группы «ТПМ» для машины типа «4М16-22,4/23-64» (фиг.7), а превышение уровня инварианта величины 0,51 соответствует состоянию деталей цилиндропоршневой группы «НДП». Для машины типа «2М10-11/42-60» уровень спектрального инварианта
Figure 00000055
от 0,33 до 0,51 соответствует состоянию деталей цилиндропоршневой группы «ТПМ», превышение уровня инварианта величины 0,51 соответствует состоянию деталей цилиндропоршневой группы «НДП» (фиг.8).Analysis of harmonic components of the amplitude-frequency spectrum of vibration of the piston machine housing from sensors mounted on the cylinder cover, the diagnosed piston machine and the spectral invariant
Figure 00000053
shows that the level of the spectral invariant
Figure 00000054
from 0.33 to 0.51 corresponds to the condition of the details of the TPM cylinder-piston group for a machine of the type “4M16-22.4 / 23-64” (Fig. 7), and an excess of the level of the invariant value of 0.51 corresponds to the state of the cylinder-piston group details “ NDP ". For a machine like “2M10-11 / 42-60” the level of spectral invariant
Figure 00000055
from 0.33 to 0.51 corresponds to the condition of the details of the cylinder-piston group "TPM", exceeding the level of the invariant value of 0.51 corresponds to the state of the details of the cylinder-piston group "NDP" (Fig).

Статистическая обработка полного набора накопленных данных позволила определить среднестатистические пороговые значения уровней спектральных инвариант для различных состояний деталей цилиндропоршневой группы (фиг.9).Statistical processing of the complete set of accumulated data made it possible to determine the average threshold values of the levels of spectral invariants for various states of cylinder-piston group parts (Fig. 9).

Статистическая обработка накопленных данных по спектрам вибрации (фиг.10) с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении дисбаланса масс (деталей) коленчатого вала (неуравновешенность коленчатого вала), позволила определить среднестатистические пороговые значения (фиг.11) уровней спектральных инвариант

Figure 00000056
при различных величинах дисбаланса (неуравновешенности коленчатого вала).Statistical processing of the accumulated data on the vibration spectra (Fig. 10) from the sensor mounted on the piston machine bearing from the drive side of the diagnosed piston machine, when there is an imbalance in the mass (parts) of the crankshaft (crankshaft imbalance), allowed us to determine the average threshold values (Fig. 11) levels of spectral invariants
Figure 00000056
with various values of imbalance (imbalance of the crankshaft).

Статистическая обработка накопленных данных по спектрам вибрации (фиг.12) с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении несоосности коленчатого вала поршневой машины и вала привода, позволила определить среднестатистические пороговые значения (фиг.13) уровней спектральных инвариант

Figure 00000057
при различных величинах несоосности.Statistical processing of the accumulated data on the vibration spectra (Fig. 12) from the sensor mounted on the piston machine bearing from the drive side of the diagnosed piston machine, when misalignment of the crankshaft of the piston machine and the drive shaft made it possible to determine the average threshold values (Fig. 13) of spectral levels invariant
Figure 00000057
at various misalignment values.

Статистическая обработка накопленных данных по спектрам вибрации (фиг.14) с датчика, установленного на подшипник поршневой машины со стороны привода диагностируемой поршневой машины, при возникновении неисправности муфты позволила определить среднестатистические пороговые значения (фиг.15) уровней спектральных инвариант

Figure 00000058
при различных состояниях муфты.Statistical processing of the accumulated data on the vibration spectra (Fig. 14) from the sensor mounted on the piston machine bearing from the drive side of the diagnosed piston machine, in the event of a coupling malfunction, made it possible to determine the average threshold values (Fig. 15) of spectral invariant levels
Figure 00000058
under various conditions of the coupling.

Общая сводка правил диагностирования поршневых машин приведена в базе знаний:A general summary of the rules for diagnosing piston machines is given in the knowledge base:

База знанийKnowledge base

№No. Место измерения вибрацииVibration measurement point Узлы поршневой машиныPiston machine units Классы неисправностейFault Classes Спектральный инвариантSpectral invariant Состояние ТПМ НДПCondition TPM NDP 1one КрейцкопфCrosshead Кривошипно-ползунный механизм (КПМ)Crank-slide mechanism (KPM) Зазоры, состояние поверхностей скольжения ползуна, состояние поверхности втулки и подшипника верхней головки шатуна, жесткость крепления штокаClearances, the condition of the sliding surfaces of the slide, the surface condition of the sleeve and bearing of the upper head of the connecting rod, the rigidity of the rod

Figure 00000059
Figure 00000059
>0,33> 0.33 >0,76> 0.76 22 КрейцкопфCrosshead Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)Crank mechanism (KShM) Зазоры, состояние шатунной шейки коленчатого вала и ее подшипников, жесткость крепления нижней головки шатуна, состояние коренных подшипников коленчатого валаClearances, condition of the crankshaft connecting rod neck and its bearings, the stiffness of the lower connecting rod head mounting, the condition of the crankshaft main bearings
Figure 00000060
Figure 00000060
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76 33 Клапан; цилиндр в зоне клапановValve; cylinder in the valve area КлапанValve Поломка пластин, пружин, уменьшение параметра «время-сечение», гидроудар, нарушение технологического процессаDamage to plates, springs, reduction of the “time-section” parameter, water hammer, violation of the technological process
Figure 00000061
Figure 00000061
 >0,33> 0.33 >0,51> 0.51 4four Крышка цилиндраCylinder cover Детали цилиндро-поршневой группыDetails of the cylinder-piston group Зазор между поршнем и гильзой, износ поршневых колец, износ поверхности гильзы, ослабление крепления штока к поршню (зазоры втулка-поршень), гидроудар, нарушение технологического процессаThe gap between the piston and the sleeve, the wear of the piston rings, the wear of the surface of the sleeve, the weakening of the rod to the piston (clearance of the sleeve-piston), water hammer, violation of the process
Figure 00000062
Figure 00000062
 >0,33> 0.33 >0,51> 0.51 55 Подшипник поршневой
машины со стороны привода или
маховикаPiston bearing
machines on the drive side or
flywheel Вращающиеся детали вала, муфтаRotating shaft parts, coupling ДисбалансImbalance
Figure 00000063
Figure 00000063
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76 66 Вал поршневой машины, вал приводаPiston machine shaft, drive shaft НесоосностьMisalignment
Figure 00000064
Figure 00000064
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76 77 МуфтаCoupling Повышенные зазоры, ослабление крепления, ослабление жесткостиIncreased clearances, loosening fastening, loosening stiffness
Figure 00000065
Figure 00000065
 >0,51> 0.51 >0,76> 0.76

Таким образом, предлагаемый способ диагностики технического состояния поршневых машин по вибрации корпуса, основанный на базе знаний, связывающей спектральные инварианты амплитудно-частотного спектра вибрации в виде соотношений предложенной структуры и их нормированные величины, независимо от типа и параметров поршневых машин, с конкретными классами дефектов, позволяет повысить достоверность диагностики.Thus, the proposed method for diagnosing the technical condition of piston machines by vibration of the housing, based on a knowledge base linking the spectral invariants of the amplitude-frequency vibration spectrum in the form of ratios of the proposed structure and their normalized values, regardless of the type and parameters of the piston machines, with specific classes of defects, improves the reliability of diagnosis.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №1107002, МКИ G01H 1/00. Устройство для виброакустической диагностики механизмов периодического действия./Костюков В.Н. и Морозов С.А.//Заявл. 17.04.80; Опубл. 07.08.84; Бюл. - №29.1. USSR copyright certificate No. 1107002, MKI G01H 1/00. A device for vibro-acoustic diagnosis of mechanisms of periodic action./ Kostyukov V.N. and Morozov S.A.// Decl. 04/17/80; Publ. 08/07/84; Bull. - No. 29.

2. Патент РФ №1343259, МКИ G01M 7/00. Устройство для виброакустической диагностики механизмов периодического действия./Костюков В.Н.//Заявл. 24.02.86; Опубл. 07.10.87.; Бюл.- №37.2. RF patent No. 1343259, MKI G01M 7/00. A device for vibro-acoustic diagnosis of mechanisms of periodic action./ Kostyukov V.N. // Decl. 02/24/86; Publ. 10.10.87 .; Bull.- No. 37.

3. Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства. - М.: Машиностроение, 2002. - С.93-103.3. Kostyukov V.N. Production safety monitoring. - M.: Mechanical Engineering, 2002. - S.93-103.

4. Костюков В.Н., Бойченко С.Н., Костюков А.В. Автоматизированные системы управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств (АСУ БЭР - КОМПАКС®)./Под ред. В.Н.Костюкова. - М.: Машиностроение, 1999. - С.90-97.4. Kostyukov V.N., Boychenko S.N., Kostyukov A.V. Automated control systems for the safe resource-saving operation of equipment for oil refining and petrochemical industries (ACS BER - COMPAX®) ./ Ed. V.N.Kostyukova. - M.: Mechanical Engineering, 1999. - P.90-97.

5. Костюков В.Н., Науменко А.П. Нормативно-методическое обеспечение мониторинга технического состояния поршневых компрессоров./Контроль. Диагностика. 2005 г. №11. - С.20-23.5. Kostyukov V.N., Naumenko A.P. Regulatory and methodological support for monitoring the technical condition of reciprocating compressors. / Control. Diagnostics. 2005, No. 11. - S.20-23.

Claims (2)

1. Способ вибродиагностики технического состояния поршневых машин по спектральным инвариантам, заключающийся в том, что измеряют вибрацию поршневой машины, определяют амплитудно-частотный спектр вибрации, оценивают амплитуды информативных частотных составляющих спектра, по которым судят о состоянии машины, отличающийся тем, что вибрацию измеряют в точках корпуса, близлежащих к зонам расположения диагностируемых узлов поршневой машины, выделяют информативные составляющие в виде гармоник частоты повторения полного цикла поршневой машины, оценивают их дисперсии, формируют совокупности гармоник и определяют спектральные инварианты в виде отношения дисперсий соответствующих совокупностей гармоник:1. The method of vibration diagnostics of the technical condition of piston machines by spectral invariants, which consists in measuring the vibration of the piston machine, determining the amplitude-frequency vibration spectrum, evaluating the amplitudes of the informative frequency components of the spectrum, which are used to judge the state of the machine, characterized in that the vibration is measured in informative components in the form of harmonics of the repetition frequency of the full cycle of the piston ma ins, evaluate their dispersion form and define the plurality of harmonic spectral invariants as the ratio of the respective sets of harmonics dispersions:
Figure 00000066
,
Figure 00000067
Figure 00000066
,
Figure 00000067
 где Ai, Am - амплитуды соответственно i-й, m-й гармоник в амплитудно-частотном спектре вибрации диагностируемой поршневой машины;where A i , A m are the amplitudes of the i-th, m-th harmonics in the amplitude-frequency vibration spectrum of the diagnosed piston machine, respectively;
Figure 00000068
- спектральный инвариант, равный отношению суммы дисперсий гармоник с номерами m=p,...,r,...,s к сумме дисперсий с номерами гармоник i=1,...,k,...,l,
Figure 00000068
is the spectral invariant equal to the ratio of the sum of variances of harmonics with numbers m = p, ..., r, ..., s to the sum of variances with harmonics numbers i = 1, ..., k, ..., l, строят базу знаний в виде табличной зависимости, связывающей место измерения вибрации, узел диагностируемой машины, класс неисправности, соответствующий спектральный инвариант и его значения для различных оценок технического состояния, обусловленную причинно-следственными связями между ними и состоянием машины.build a knowledge base in the form of a tabular dependence connecting the place of vibration measurement, the unit of the diagnosed machine, the fault class, the corresponding spectral invariant and its values for various assessments of the technical condition, due to causal relationships between them and the state of the machine. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность исходного сигнала вибрации для выделения спектральных инвариант составляет не менее периода одного полного цикла работы поршневой машины.2. The method according to claim 1, characterized in that the duration of the initial vibration signal for isolating spectral invariants is not less than the period of one full cycle of the piston engine.
RU2007113529/28A 2007-04-11 2007-04-11 Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants RU2337341C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007113529/28A RU2337341C1 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007113529/28A RU2337341C1 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2337341C1 true RU2337341C1 (en) 2008-10-27

Family

ID=40042123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007113529/28A RU2337341C1 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2337341C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA018522B1 (en) * 2010-11-29 2013-08-30 Тельман Аббас Оглы Алиев Method for monitoring operating condition of compressor assembly
RU2514119C2 (en) * 2012-01-10 2014-04-27 Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" Method of vibration-based diagnostics of mechanisms by characteristic function of vibration
RU2517772C1 (en) * 2012-10-15 2014-05-27 Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" Vibration-based diagnostics of mechanisms by vibration characteristic function
RU2544674C2 (en) * 2010-03-15 2015-03-20 Сергей Анатольевич Кириллов Preliminary processing of vibration pickup signals for diagnostics of engine operation
CN105738115A (en) * 2016-02-29 2016-07-06 西安航空动力股份有限公司 Method for measuring engine venting valve servo-actuated rod dynamic vibration stress contrast
RU2680105C2 (en) * 2017-06-20 2019-02-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Российской академии наук (ФГБУН ФИЦКИА РАН) Method of monitoring of the occurrence of unacceptable vibration of a hydraulic unit due to hydrodynamic pulsation
RU2724182C2 (en) * 2018-04-16 2020-06-22 Александр Сергеевич Денисов Vibroacoustic crankshaft defect method
CN112781723A (en) * 2021-01-27 2021-05-11 南京微动智测信息技术有限公司 Harmonic component detection method based on frequency spectrum variance
RU2754479C1 (en) * 2020-12-02 2021-09-02 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for vibration diagnostics of technical condition of gas turbine engines in resource-saving modes using theory of invariants

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544674C2 (en) * 2010-03-15 2015-03-20 Сергей Анатольевич Кириллов Preliminary processing of vibration pickup signals for diagnostics of engine operation
EA018522B1 (en) * 2010-11-29 2013-08-30 Тельман Аббас Оглы Алиев Method for monitoring operating condition of compressor assembly
RU2514119C2 (en) * 2012-01-10 2014-04-27 Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" Method of vibration-based diagnostics of mechanisms by characteristic function of vibration
RU2517772C1 (en) * 2012-10-15 2014-05-27 Общество с ограниченной ответственностью НПЦ "Динамика"-Научно-производственный центр "Диагностика, надежность машин и комплексная автоматизация" Vibration-based diagnostics of mechanisms by vibration characteristic function
CN105738115A (en) * 2016-02-29 2016-07-06 西安航空动力股份有限公司 Method for measuring engine venting valve servo-actuated rod dynamic vibration stress contrast
CN105738115B (en) * 2016-02-29 2018-05-29 西安航空动力股份有限公司 A kind of engine bleeder valve tappet dynamic vibration stress measurement of comparison method
RU2680105C2 (en) * 2017-06-20 2019-02-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Российской академии наук (ФГБУН ФИЦКИА РАН) Method of monitoring of the occurrence of unacceptable vibration of a hydraulic unit due to hydrodynamic pulsation
RU2724182C2 (en) * 2018-04-16 2020-06-22 Александр Сергеевич Денисов Vibroacoustic crankshaft defect method
RU2754479C1 (en) * 2020-12-02 2021-09-02 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method for vibration diagnostics of technical condition of gas turbine engines in resource-saving modes using theory of invariants
CN112781723A (en) * 2021-01-27 2021-05-11 南京微动智测信息技术有限公司 Harmonic component detection method based on frequency spectrum variance
CN112781723B (en) * 2021-01-27 2023-09-12 南京微动智测信息技术有限公司 Harmonic component detection method based on frequency spectrum variance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2337341C1 (en) Method of vibration-based diagnostics of technical state of reciprocators on spectral invariants
JP5460160B2 (en) Equipment diagnostic equipment
US10908048B2 (en) Machine health monitoring system and method
Zhe et al. Pitting damage levels estimation for planetary gear sets based on model simulation and grey relational analysis
Elhaj et al. A combined practical approach to condition monitoring of reciprocating compressors using IAS and dynamic pressure
JP6714806B2 (en) Status monitoring device and status monitoring method
CN103147972A (en) Reciprocating-type compressor fault diagnosis method based on multi-sensor information fusion
KR20110009615A (en) Data collection device, and diagnosis device of facility management with data collection device thereof
CN112213131B (en) Rotary machine overhauls and fault diagnosis analog system
Heidarbeigi et al. Adaptive vibration condition monitoring techniques for local tooth damage in gearbox
Šaravanja et al. APPLICATION OF VIBRATION ANALYSIS IN JOURNAL BEARING PROBLEMS DIAGNOSTICS.
Shrivastava et al. Vibration signature analysis for ball bearing of three phase induction motor
Minescu et al. Fault detection and analysis at pumping units by vibration interpreting encountered in extraction of oil
Galar et al. Application of dynamic benchmarking of rotating machinery for e-maintenance
GANDHI Coast-down time monitoring for defect detection in rotating equipment
RU2322666C1 (en) Mode of oscillating-acoustic diagnostics of machines
Chao et al. Non-Destructive Testing and Diagnostic of Rotating Machinery Faults in Petrochemical Processing Plant
Djordjević et al. A BRIEF REVIEW OF THE APPLICATION OF THE SPM METHOD IN ORDER TO IMPROVE PREVENTIVE MAINTENANCE OF BEARINGS
Hrúz et al. Proposal of Advanced Signal Processing Techniques for Condition Monitoring of Critical Aero Engine Components: Methodology and Benchmarking
Syan et al. A Case Study for Improving Maintenance Planning of Centrifugal Pumps Using Condition-Based Maintenance.
Makarova et al. Justification of the Possibility to Use Vibration Measuring Sensors in Onboard Diagnostic Devices
Witoś et al. A Holistic Approach to Structural Health Monitoring of Turbomachinery
Laible et al. Efficient Test Bench Operation with Early Damage Detection Systems
Tenali et al. Vibrational Analysis in Condition Monitoring and faults Diagnosis of Rotating Shaft-Over View
Klausen Condition monitoring of rolling element bearings during low and variable speed conditions

Legal Events

Date Code Title Description
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110710

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180412