RU2356021C2 - Method of rotor system vibration diagnostics - Google Patents
Method of rotor system vibration diagnostics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2356021C2 RU2356021C2 RU2007116601/28A RU2007116601A RU2356021C2 RU 2356021 C2 RU2356021 C2 RU 2356021C2 RU 2007116601/28 A RU2007116601/28 A RU 2007116601/28A RU 2007116601 A RU2007116601 A RU 2007116601A RU 2356021 C2 RU2356021 C2 RU 2356021C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vibration
- rotor
- diagnostics
- cepstrum
- parametres
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к исследованию оборудования и может быть использовано для диагностирования технического состояния роторных систем, в частности к выявлению усталостных трещин в оборудовании общего машиностроения или строительных конструкциях, и относится к методам и средствам вибрационной диагностики технического состояния таких систем.The invention relates to the field of engineering, namely to the study of equipment and can be used to diagnose the technical condition of rotor systems, in particular to identify fatigue cracks in general engineering equipment or building structures, and relates to methods and means for vibration diagnostics of the technical condition of such systems.
Большинство методов диагностирования зарождающихся дефектов механизмов имеет в своей основе одну и ту же диагностическую модель: развитие дефекта вызывает рост амплитуд и изменение формы вибросигнала.Most methods for diagnosing incipient defects in mechanisms are based on the same diagnostic model: the development of a defect causes an increase in amplitudes and a change in the shape of the vibration signal.
Задача состоит в применении оптимального способа обработки сигнала, который сводит к минимуму влияние помех и позволяет однозначно соотнести полученную характеристику сигнала с видом дефекта. Для того чтобы решить задачу диагностирования по совокупности вибрационных характеристик системы, необходимо выбрать наиболее чувствительные к изменению технического состояния машин диагностические признаки. Так как вибрация вызывает усталостные разрушения деталей, то при появлении усталостных трещин начинает изменяться характер колебаний, жесткость и демпфирование деталей, приводящее к значительным нелинейным эффектам в системе. Внезапный характер возникновения и роста усталостной трещины затрудняет их диагностирование на ранней стадии возникновения. В большинстве работ, посвященных этой, проблеме информативные диагностические признаки связаны с энергетическим спектром сигнала: амплитудой, продолжительностью и моментом появления импульса, частотой и фазой гармонического сигнала [Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. Под общей ред. М.Д.Генкина. - М.: Наука, 1984; Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1988].The task is to use the optimal signal processing method, which minimizes the influence of interference and allows you to unambiguously correlate the obtained signal characteristic with the type of defect. In order to solve the diagnostic problem by the totality of the vibrational characteristics of the system, it is necessary to select the diagnostic signs that are most sensitive to changes in the technical condition of machines. Since vibration causes fatigue failure of parts, when fatigue cracks appear, the nature of vibrations, stiffness and damping of parts begin to change, leading to significant nonlinear effects in the system. The sudden nature of the occurrence and growth of a fatigue crack makes it difficult to diagnose them at an early stage of occurrence. In most works devoted to this problem, informative diagnostic features are associated with the energy spectrum of the signal: the amplitude, duration and time of the appearance of the pulse, frequency and phase of the harmonic signal [Vibroacoustic diagnosis of incipient defects. Under the general ed. M.D. Genkina. - M .: Nauka, 1984; Genkin M.D., Sokolova A.G. Vibroacoustic diagnostics of machines and mechanisms. M .: Engineering, 1988].
Недостатками этих диагностических признаков является их связь сразу с несколькими различными дефектами агрегата, и проявление их на достаточно поздних стадиях развития дефекта.The disadvantages of these diagnostic signs is their connection with several different defects of the aggregate at once, and their manifestation at rather late stages of the development of the defect.
Известен способ диагностики целостности металлической колонны, основанный на выявлении трещин, включающий определение и измерение спектра шумов по времени до начала работы, при работе колонны штанг [патент №2295639, Е21В 47/00, опубл. 20.03.2007, БИ №8]. Недостатком этого способа является невозможность разделения в спектре шумов неисправностей колонны и воздействия внешней среды.A known method for diagnosing the integrity of a metal column, based on the identification of cracks, including determining and measuring the spectrum of noise over time before starting work, when the column string [patent No. 2295639, ЕВВ 47/00, publ. March 20, 2007, BI No. 8]. The disadvantage of this method is the impossibility of separation in the noise spectrum of column faults and environmental influences.
Известен способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг и моделей штанг на усталостную прочность при подаче одновременно постоянной и/или переменной нагрузок, направление которых совпадает с осью штанги. Диагностику проводят для выявления и развития усталостных трещин [патент №32284494, G01M 15/00, опубл. 27.09.2006, БИ №27]. Недостатком этого способа является невозможность контролирования состояния вибронагруженности в двух взаимно перпендикулярных направлениях.There is a method of bench tests of natural samples of rods and models of rods for fatigue strength when applying simultaneously constant and / or variable loads, the direction of which coincides with the axis of the rod. Diagnosis is carried out to identify and develop fatigue cracks [patent No. 32284494, G01M 15/00, publ. September 27, 2006, BI No. 27]. The disadvantage of this method is the inability to control the state of vibration in two mutually perpendicular directions.
Известен способ диагностики двигателя на определении локализации дефекта, основанный на измерении вибрации работающего двигателя, спектрального анализа вибрации и сравнении получаемых данных с данными в исходном состоянии. Локализацию дефекта осуществляют в широком диапазоне частот [заяв. №2005113946/06, G01M 15/00, опубл. 20.11.2006, БИ №32]. Недостаток способа в том, что обнаружение дефекта не всегда возможно на ранних стадиях его появления и развития.A known method for diagnosing an engine by determining the location of a defect, based on measuring vibration of a running engine, spectral analysis of vibration and comparing the received data with data in the initial state. Localization of the defect is carried out in a wide range of frequencies [application. No. 2005113946/06, G01M 15/00, publ. November 20, 2006, BI No. 32]. The disadvantage of this method is that the detection of a defect is not always possible in the early stages of its appearance and development.
Так как время между появлением усталостной трещины и внезапным отказом механизма зависит от места зарождения трещины и от общего уровня вибрации и очень часто наблюдается лавинообразный рост трещины за сравнительно небольшой промежуток времени, необходимо однозначно связать информативную характеристику с появлением усталостной трещины. Необходимо также, чтобы совокупность признаков позволяла обнаружить дефект на возможно более ранних стадиях развития.Since the time between the appearance of a fatigue crack and a sudden failure of the mechanism depends on the crack initiation site and on the general vibration level and an avalanche-like crack growth is often observed over a relatively short period of time, it is necessary to unambiguously relate the informative characteristic to the appearance of a fatigue crack. It is also necessary that the totality of the features makes it possible to detect a defect at the earliest stages of development.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении точности диагностики, расширении функциональных возможностей способа оценки параметров технического состояния и раннего выявления других дефектов в роторных системах.The invention is based on a technical problem, which consists in increasing the accuracy of diagnostics, expanding the functionality of a method for evaluating the parameters of a technical condition and early detection of other defects in rotor systems.
Указанная задача решается тем, что в способе диагностики роторных систем, основанном на измерении параметров вибрационного процесса работающего агрегата, сравнении получаемых параметров с этими же величинами, замеренными в первоначальном состоянии, согласно изобретению характеристики регистрируют в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном по отношению к оси вращения ротора, полученные данные сохраняют в компьютере в оцифрованном виде и проводят кепстральный анализ вибрационного процесса, заключающегося в получении кепстра виброскорости в окрестностях частоты вращения ротора, а затем его лифтрации в вертикальном направлении, и по количеству пиков в кепстре судят о появлении усталостной трещины и ее глубине.This problem is solved in that in a method for diagnosing rotary systems based on measuring the parameters of the vibration process of a working unit, comparing the obtained parameters with the same values measured in the initial state, according to the invention, the characteristics are recorded in two directions: vertical and horizontal with respect to the axis of rotation rotor, the obtained data is stored in a computer in a digitalized form and conduct a cepstral analysis of the vibration process, which consists in obtaining a cepstrum vibration velocities in the vicinity of the rotor speed, and then its lift in the vertical direction, and by the number of peaks in the cepstrum, the appearance of a fatigue crack and its depth is judged.
При помощи кепстров можно выделять семейства гармоник от одного источника вибрации, а при логарифмировании исходного комплексного спектра виброскорости усиливаются слабые гармоники и ослабляются пики сильных гармоник, таким образом, применяется оптимальный способ обработки сигнала, который сводит к минимуму влияние помех и позволяет однозначно соотнести полученную характеристику сигнала с видом дефекта. С физической точки зрения выравнивается спектр по амплитудам гармоник и в кепстре виброскорости слабые импульсы от зарождающейся трещины усиливаются и отделяются от импульсов, вызванных другими неисправностями в роторной системе: дисбалансом, несоосностью, дефектами подшипниковых узлов, которые проявляются на частотах, кратных частоте вращения роторной системы. Сущность изобретения поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 показано изменение кепстра виброскорости в окрестностях частоты вращения ротора с ростом глубины трещины (% от площади поперечного сечения вала), на фиг.2 показана блок-схема для диагностики роторной системы.With the help of cepstras, it is possible to isolate harmonic families from a single vibration source, and when logarithmic of the initial complex spectrum of vibration velocities, weak harmonics are amplified and strong harmonics peaks are weakened, thus, an optimal signal processing method is used that minimizes the influence of noise and allows you to unambiguously correlate the obtained signal characteristic with a kind of defect. From a physical point of view, the spectrum is aligned according to the amplitudes of the harmonics and in the vibration velocity cepstrum, weak pulses from the nascent crack are amplified and separated from pulses caused by other malfunctions in the rotor system: imbalance, misalignment, and defects in bearing assemblies that occur at frequencies that are multiples of the rotor system speed. The invention is illustrated by the following drawings, in which Fig. 1 shows a change in the cepstrum of vibration velocity in the vicinity of the rotor speed with increasing crack depth (% of the cross-sectional area of the shaft), Fig. 2 shows a block diagram for diagnosing a rotor system.
На фиг.1 показано изменение кепстра виброскорости сигнала в окрестностях частоты вращения ротора с ростом глубины трещины. Для образцов с трещиной до 5% в кепстре вибросигнала всего два пика, с ростом глубины трещины количество пиков увеличивается и растет гамнитуда кепстра. Лифтрация (анаграмма слова фильтрация) кепстра в окрестностях частоты вращения и ее удвоенной составляющей усиливает проявление импульсов от разных источников возбуждения: технологические неисправности роторной системы собираются в одну рагмонику (анаграмма слова гармоника),Figure 1 shows the change in the cepstrum of the vibration velocity of the signal in the vicinity of the rotor speed with increasing depth of the crack. For samples with a crack of up to 5%, there are only two peaks in the vibration signal cepstrum; with an increase in the crack depth, the number of peaks increases and the cepstrum gamnitude grows. Elevation (anagram of the word filtration) of a cepstrum in the vicinity of the rotational speed and its doubled component enhances the manifestation of pulses from different excitation sources: technological malfunctions of the rotor system are collected in one ragmonic (anagram of the word harmonica),
Впервые найдена принципиально новая характеристика, которая позволяет диагностировать появление усталостной трещины глубиной 5-7% от площади поперечного сечения вала. С помощью этой информативной характеристики можно выявить усталостную трещину: по количеству рагмоник в кепстре (чем больше рагмоник, тем больше источников возбуждения, а следовательно, и импульсов от трещины); по расстоянию между рагмониками (чем ближе они расположены друг к другу, тем ближе по времени проявления этих импульсов, таким образом, чем меньше трещина -тем ее схлопывание будет ближе по времени с частотой вращения - первой рагмоникой); по высоте рагмоник (чем выше рагмоника, тем сильнее источник возбуждения, то есть при увеличении глубины трещины увеличивается энергия механизмов «схлопывания» внутри трещины).A fundamentally new characteristic was found for the first time, which allows one to diagnose the appearance of a fatigue crack with a depth of 5-7% of the shaft cross-sectional area. Using this informative characteristic, one can identify a fatigue crack: by the number of ragmonics in a cepstrum (the more ragmonics, the more sources of excitation, and therefore the impulses from the crack); by the distance between the ragmonics (the closer they are located to each other, the closer the manifestation of these pulses is in time, thus, the smaller the crack, the more its collapse will be closer in time with the rotation frequency - the first ragmonica); the height of the ragmonics (the higher the ragmonics, the stronger the source of excitation, that is, with increasing depth of the crack, the energy of the “collapse” mechanisms inside the crack increases).
Сущность изобретения заключается в том, что способ вибрационной диагностики роторных систем, при котором параметры вибрационного процесса снимаются с корпусов подшипниковых узлов как можно ближе концентраторам напряжений детали, из которых может возникнуть усталостная трещина, при этом характеристики вибрации регистрируют при помощи вибродатчиков в двух взаимно перпендикулярных направлениях: вертикального и горизонтально по отношению к оси вращения ротора; характеристики сохраняют в компьютере в виде амплитудно-временной зависимости в оцифрованном виде и обрабатывают с помощью быстрого преобразования Фурье для получения кепстра виброскорости в окрестностях частоты вращения ротора, а затем его лифтрации в вертикальном направлении. Один из возможных способов реализации способа вибрационной диагностики поясняется чертежом, где на фиг.2 обозначены корпуса 1 подшипниковых узлов, вибрационные датчики 2, соединенные с виброизмерительным комплексом 3, которые передают измеренный вибросигнал через АЦП 4 в компьютер 5.The essence of the invention lies in the fact that the method of vibration diagnostics of rotor systems, in which the parameters of the vibration process are removed from the housing of the bearing assemblies as close as possible to the stress concentrators of the part from which a fatigue crack can occur, while the vibration characteristics are recorded using vibration sensors in two mutually perpendicular directions : vertical and horizontal with respect to the axis of rotation of the rotor; The characteristics are stored in a computer in the form of an amplitude-time dependence in digital form and processed using a fast Fourier transform to obtain a cepstrum of vibration velocity in the vicinity of the rotor speed and then lift it in the vertical direction. One of the possible ways to implement the method of vibration diagnostics is illustrated in the drawing, where Fig. 2 shows the housing 1 of the bearing assemblies,
Данное изобретение направлено на расширение технических возможностей вибродиагностики роторных систем в режимах эксплуатации, и в отличие от существующих предназначен не только для анализа влияния дефектов на характеристики вибраций, но и для решения обратной задачи: оценки параметров технического состояния по результатам измерения вибраций и разделения влияния различных дефектов на вибросигналы. Этот способ можно использовать также и для выявления других дефектов в роторных системах, которые проявляются на других частотах возбуждения, а также степени их развития.This invention is aimed at expanding the technical capabilities of vibration diagnostics of rotor systems in operating modes, and, unlike the existing ones, it is intended not only to analyze the effect of defects on vibration characteristics, but also to solve the inverse problem: to evaluate the technical state parameters based on the results of vibration measurements and separation of the effects of various defects to vibration signals. This method can also be used to detect other defects in rotor systems that manifest themselves at other excitation frequencies, as well as the degree of their development.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007116601/28A RU2356021C2 (en) | 2007-05-02 | 2007-05-02 | Method of rotor system vibration diagnostics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007116601/28A RU2356021C2 (en) | 2007-05-02 | 2007-05-02 | Method of rotor system vibration diagnostics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007116601A RU2007116601A (en) | 2008-11-10 |
RU2356021C2 true RU2356021C2 (en) | 2009-05-20 |
Family
ID=41022004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007116601/28A RU2356021C2 (en) | 2007-05-02 | 2007-05-02 | Method of rotor system vibration diagnostics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2356021C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA034627B1 (en) * | 2018-03-06 | 2020-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Сител" | Method for vibration diagnostics of rotary equipment to detect defects of rolling bearings |
RU2734996C1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь" | Multichannel instrument for measurement and analysis of rotor vibration parameters |
RU2753151C1 (en) * | 2020-09-23 | 2021-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ФГБОУ ВО "ОГУ имени И.С. Тургенева") | Method for vibration diagnostics of rotary systems |
RU2769990C1 (en) * | 2021-05-26 | 2022-04-12 | 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 dc electric motors using the wavelet analysis method |
RU2792713C1 (en) * | 2022-10-19 | 2023-03-23 | Александр Евгеньевич Сундуков | Method for diagnosing defects in kinematic pairs of rotary machines |
-
2007
- 2007-05-02 RU RU2007116601/28A patent/RU2356021C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов./Под общей ред. М.Д.Генкина - М.: Наука, 1984. Генкин М.Д., Соколов А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. - М.: Машиностроение, 1988. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA034627B1 (en) * | 2018-03-06 | 2020-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Сител" | Method for vibration diagnostics of rotary equipment to detect defects of rolling bearings |
RU2734996C1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь" | Multichannel instrument for measurement and analysis of rotor vibration parameters |
RU2753151C1 (en) * | 2020-09-23 | 2021-08-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ФГБОУ ВО "ОГУ имени И.С. Тургенева") | Method for vibration diagnostics of rotary systems |
RU2769990C1 (en) * | 2021-05-26 | 2022-04-12 | 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 dc electric motors using the wavelet analysis method |
RU2792713C1 (en) * | 2022-10-19 | 2023-03-23 | Александр Евгеньевич Сундуков | Method for diagnosing defects in kinematic pairs of rotary machines |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007116601A (en) | 2008-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10352823B2 (en) | Methods of analysing apparatus | |
US9404791B2 (en) | Lateral, angular and torsional vibration monitoring of rotordynamic systems | |
Zhe et al. | Pitting damage levels estimation for planetary gear sets based on model simulation and grey relational analysis | |
Cong et al. | Spectral kurtosis based on AR model for fault diagnosis and condition monitoring of rolling bearing | |
CN105067239B (en) | The beam crack fault detection means and method vibrated based on swept frequency excitation | |
Zhang et al. | Crack location identification of rotating rotor systems using operating deflection shape data | |
Ganeriwala et al. | Using modal analysis for detecting cracks in wind turbine blades | |
RU2356021C2 (en) | Method of rotor system vibration diagnostics | |
Delvecchio et al. | On the use of cyclostationary indicators in IC engine quality control by cold tests | |
CN111397877A (en) | Rotary machine beat vibration fault detection and diagnosis method | |
Krause et al. | Asynchronous response analysis of non-contact vibration measurements on compressor rotor blades | |
RU2340882C1 (en) | Stand for vibration diagnostics of rotor systems | |
CN111122085B (en) | Structure assembly quality evaluation method based on power distribution characteristics | |
Heidarbeigi et al. | Adaptive vibration condition monitoring techniques for local tooth damage in gearbox | |
Jiang et al. | Rolling bearing quality evaluation based on a morphological filter and a Kolmogorov complexity measure | |
Thanagasundram et al. | Autoregressive based diagnostics scheme for detection of bearing faults | |
Zamorano et al. | Analysis in the time-frequency domain of different depths of a crack located in a change of section of a shaft | |
Bertoni et al. | Comparison of incremental encoders in order to improve IAS based diagnosis | |
CN112664379A (en) | Method and device for prejudging faults of water turbine set | |
Rodriguez et al. | Comparative study between laser vibrometer and accelerometer measurements for mechanical fault detection of electric motors | |
Ullah et al. | State of the Art Vibration Analysis of Electrical Rotating Machines | |
Białkowski et al. | Early detection of cracks in rear suspension beam with the use of time domain estimates of vibration during the fatigue testing | |
D'Emilia et al. | Validation of signal processing techniques for vibration measurements | |
RU2766845C1 (en) | Method of determining state of objects during vibration diagnostics | |
RU2316749C1 (en) | Method of testing tool |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090503 |