Способ обнаружения дефектов подшипников турбокомпрессора

 

Использование: турбокомпрессоростроение, в частности в области вибрационной диагностики подшипников скольжения. Сущность изобретения: способ обнаружения дефектов подшипника турбокомпрессора заключается в том, что дополнительно определяют кепстр вибрационного сигнала,7 т.е. прибегают в нелинейным преобразооаниям вибрации в виде логарифмического спектра с последующим обратным преобразованием Фурье и выделением второй роторной рахмоники кепстра. А об автоколебаниях ротора судят по преЕышению уровня второй роторной рахмоники нормированного значения. При обнаружении автоколебаний ротора дополнительно производят синхронное усреднение по времени вибрационного сигнала с частотой синхронизации, равной 1/2 роторной гармоники , а затем выделяют уровень 1/2 роторной гармоники путем прямого преобразования Фурье и о величине зазоров о подшипника /, ротора судят по превышению уровня 1/2 роторной гармоники синхронизированного нормированного значения. 4 ил. (Л С

(ю си) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 М 13/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1, . -:..:.:--:;--ь,л:. : ;- -.::.:. кл.-;:. ".* 2! (2I)4872895/27 ", :.-.:, ..:::.т.е. прибегают в нелийейным преобразова(22) 09.08,90: .::: ;:. ниям вибрации в виде логарифмического. (46) 30.12.92л Бюл. М 48 .,: ..: спектра с последующим обратным преобра(71) Всесоюзное научно-производственное:зованием Фурье и выделением второй рообьединение турбохолодильной и газопере- . торн ой р ах моники ке п стра. А об качивающей техники "Союзтурбогаз" (72) А.В.Погребняк, Э.Д.Тартаковский, Е,А.Игуменцев и В.Е.Ивлюшин (56) Авторское свидетельство СССР .. М 1377651, кл. G 01 М 15/00, 1985. (54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ автоколебаниях ротора судят по превышению уровня второй роторной рахмоники нормированного значения. При обнаружении автоколебаний ротора дополнительно производят синхронное усреднение по времени вибрационного сигнала с частотой

ПОДШИПНИКАТУРБОКОМПРЕССОРА .,:: синхронизации, равной 1/2 роторной гар(57) Использование: турбокомпрессорост- моники; а затем выделяют уровень 1/2 ророение, в частности в области вибрацион- -торной гармоники путем прямого преобразования Фурье и о величине зазоной диагностики подшипников скольжейия.

Сущность изобретения: способ обнаруже- ров в подшипниках ротора судят по превы.ниядефектовподшипникатурбокомпрессо- шеки|о уровня 1/2 роторной гармоники ра заключается в том что дойолнительно синхронизированного нормированного определяют кепстр вибрационного сигнала, " значения. 4 ил. ф вибрации. турбокомпрессора тепловоза, устройства для реализации предлагаемого

ЗТЭ10М М 1087. В спектре по оси абсцисс - способа. отложейы значения частоты, с максималь-: .. Установлено, что если спектрограмма ной длиной шкалы 400 Гц; по оси ординат содержит периодические составляющие (гармоники), то существует зависимость среднеквадратичное значение виброскоро-

Ф ! ° ° м» т ч

".- Изобретение относится к турбокомп- сти (СКЗ) с максимальной длиной шкалы рессоростроению, в частности к вибрацион- l,79 мм/с, в спектре-по оси абсцисс отложе-, р ной диагностике подшипников скольжения ны значения времени с максимальной дли-: р без остановки:и разборки турбокомпрессо-. ной шкалы 1 с; по осй ординат уровень . Со ра, и может быть использовано во всех об- кепстра с максимальной длиной шкалы 8,66 ластях народного хозяйства, гДе дБ: на фиг. 2 — кепстр вибрации турбокомпприменякзтся турбокомпрессори с подшил- рессора теплоеоза ЗТЗ!Олл смаксимальной никами скольжения.," ц1кзлой по оси абсцисс соответственно Зч,б цель изобретенил — повышение падеж-:: мс и 12б мс; на фиг. 3 — низкочастотный йости йдолговечности путем повышения.до-. спектр после синхронного усреднения (ENH стоверности обнаружения дефектов., ЯРЕС) и спектр мощцности (АОТ0$РЕС) вибНа фиг. 1 представлен низкочастотный рации турбокомпрессора в частотном диаспектр (AUTO SPEC) и кепстр (CEPSRUM) пазоне до 400 Гц; на фиг. 4 — блок-схема

1784851

3 между гармониками спектра f и рахмониками кепстра Т, а также расстоянием между отдельными гармониками Ж и частотой линий кепстра ЛТ; f = 1/1 ; Л f = 1/ЬТ.

Представленное соотношение проде- 5 монстрйровано на примере спектра и кепстра виброскорости корпусов подшипников турбокомпрессора TK-34. В спектре наблюдаютсядизельные гармоники fg =14 Гц, Жц14 Гц, а в кейстре соответствующие ди- 10 зельные рахмони ки Тя = 71,3 мс ЬТ -71,3 мс, Для идентификации роторных и половинных роторных гармоник (подшипниковых частот) вйбрации турбокомпрессора 15 необходимо уменьшить разрешающую способность кепстра по времени.

На кепстрограмме обйаружейй первая

Тр 4,3 мс и вторая 2Тр =8,54 мс рахмоники," соответствующие роторной гармонике fp - 20

: 232 Гц и половйнной роторной гармонике

1/2fp = 116 Гц спектра (фиг. 2), Кроме того, обнаружена известная дизельная рахмонйка Тя = 71,3 мс, Таким образом, с помощью . второй рахмоники кепстра идентифициро- 25 вайы роторная и половинная"рото ная гармоники вибрации турбокомпрессора, перекрываемые источники сйльного. посторойнего шума (дизельными гармониками).

По турбокомп рессору с цилиндрически- 30 ми подшипниками скольженйя, были идентифицированы роторная гармоника fp = 232 Гц и половинная роторная гармоника 1/2fp =

=116 Гц, значительно превышающая амплитуду роторной гармоники (фиг. 1). Напри- 35 мер, половинная роторная гармоника составляет 7,63 мм/с, а роторная 1.6 мм/с.

Автоколебатальные режимы вращения ротора обнаружены на всех испытываемых турбокомпрессорах. Амплитуда половин- 40 ной роторной гармоники спектра вибрации

1/2fp - 136 Гц составляет 6,67 мм/с и соизмерима с амплитудой дизегьной гармоники

6,82 мм/с (фиг. 3). Роторная гармоника турбокомпрессора при этом саста вл яет 45

1,7 мм!c. "

Таким образом, в низкочастотном спектре вибрации турбокомпрессора обнаружена подшипниковая частота (половинная роторная гармоника) и установлена связь 50 обнаруженных диагностических признаков с дефектами в подшипниках скольжения, в частности автоколебаниями ротора. Порог0вый уровень второй роторной рахмоники кепстра устанавливается для каждого типа турбокомпрессора и ойределяет тот уровень, превышение которого в условиях эксплуатации позволяет выявить начальную стадию разрушения подшипнйка т.е. определить отклонение технического состояния контролируемого турбокомпрессора от беэдефектного.

Обнаружение роторных гармоник и подшипниковых частот, связанное с выделением сигнала," в общем случае осуществляется увеличением отношения сигнала к шуму путем синхронного усреднения по времени.

Выделение сигналов в описанном выше смысле эффективно с точки зрения устранения некоррелировайных шумов, наложенных на повторяющиеся (периодические) сигналы, и способствуют существенному увеличению отношения сигнала к шуму, Однако для применения процесса усредненйя во временной области необходимо знание синхронизирующей частоты, При обработке вибросигйалов турбокомпрессоров, после обнаружения роторных гармоник и подшипниковых частот, проводится синхронное усреднение во временной области с помощью дополнительного фильтра. Синхронизация роторной гармоники fp = 273 Гц и подшипниковой частоты (фиг, 3) позволила повысить уровень шума более чем в два раза и выделить рельефнее амплитуды исследуемых чвстот в спектре. Например, амплитуда роторной гармоники уменьшилась со значения 9,78 мм/с до 4,78 мм/с, а амплитуда подшипниковой частоты с 6,67 мм/с до 2,62 мм/с, Пороговое значение синхронизированного уровня виброскорости, в частотном диапазоне соответствующем одной второй роторной гармоники, устанавливается для каждого типа турбокомпрессора и определяет тот уровень, превышение которого в условиях эксплуатаций позволяет выявить дальнейшую стадию разрушения подшипника и определить значительные отклонения зазоров в подшипниках контролируемой турбомашины от бездефектной.

Для реалйзации способа обнаружения дефектов в подшипнике турбокомпреСсора предлагается устройство (фиг. 4), содержащее вибродатчик 5, который посредством подковообразного магнита 4 крепится к корпусу турбскомпрессора 1. Электрический сигнал с датчика 5 подается и усиливается в логарифмическом усилителе 6.

Усиленный электрический сигнал (напряжение). пропорциональный величине виброскорости колебаний корпуса турбомашины в логарифмическом масштабе поступает на следящий полосовой фильтр 7, настроен- . ный HB половинную частоту вращения ротора 1р/2, где 1р — частота вращения ротора.

Полоса пропускания фильтра Ю = fMaxc уцц, Где fMazc амин максимальная и мини. 1784851 мальная частота пропускания фильтра вы- нения с нормированным уровнем одной вто6 раеТс из условия: f макс аннин < 1,26; ЛХ/Гр рой гармоники спектра через демультипли 0,26, т,е. частота полосы пропускания не каторианалого-цифровой преобразователь превышает1/3 октавы.. 10 подается на индицирующее устройство ., Максимальное и минимальное значе- 5 11, где отображается уровень синхронизиние частоты фильтра равно fM (fp + рованной подшипниковой частоты и иден- .

Af)/2; 1иин=(fp — Ж)/2, т,е. фильтр настроен . тифицируется окончательный диагноз. на пОловинную частоту вращения ротора; Питание схемы осуществляется от блока пи, Такой частотный диапазон позволяет ис- — тания12. Встроенныйкалибратор13иперепользовать необходимую разрешающую 10 ключатель 14 обеспечивает самоконтроль способность по частоте и во времени. -- устройства.

Отфильтрованный электрический сиг- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я нал, пропорциональный среднеквадратич- Способ обнаружения дефектов подшипному значению BHGpocKopocòè в ников-турбокомпрессора путем измерения— ,логарифмическоммасштабевчастотномди- 15 уровня одной второй роторной гармоники апазоне, соответствующем половинной час- спектра вибрации турбокомпрессора, опретоте вращения ротора с фильтра 7 подается: деления автоколебаний ротора и зазоров в . на специализированное цифровое устрой- - подшипниках скольжения и определения ство 8 микропроцессор, где преобразуется величины зазоров в подшипниках и автоков величину кепстра и выделяется s виде вто- 20 "лебаний ротора по превышению уровня одрой роторной рахмоники. Уровень второй ной второй роторной гармоники роторной рахмоники капстра подается на: нормированного значения, отл и ч а ю щи йустройство сравнения 9 (компаратор); со- с я тем, что. с: целью повышения точности держащее демультипликатор. ..- . при иСпользовании способа для турбокомпРезультат сравнения с нормированным " 25 рессора двигателей внутреннего сгорания, уровнем второй рахмоники кепстра через .:: дополнительно определяют кепстр вибрадемультипликаторианалого-цифровой пре- ционного сигнала путем нелинейного преобразователь 10 подается на индицирую-. образования вибраций в виде щее устройство 11, где .отображается логарифмирования сйектра "с последующиуровень кепстра. Если уровень вычисленно- ЗО ми обратными преобразованиями Фурье и

ro значения кепстра в микропроцессоре 8 . выделяют в виде второй роторной рахмонипревышает нормированное значейие в уст- ки кепстра, затем.дополнительно произворойстве сравнения 9, то отфильтрованный дят синхронное усреДнение по времени электрическийсигналчерездемультиплика-: вибрационного сигнала с частотой синхро.тор устройства сравнения подается на спе- 35 низации, равной одной второй роторной циализированное цифровое устройство .. гармоники, а затем выделяютуровань одной микропроцессор 8, где происходит,сийх- второй роторной гармоники путем прямого ронное усреднение сигнала, а затем вйчис- преобразования Фурье и определяют велиление одной второй роторной гармоники. чину зазора в подшипниках ротора по преЧастотасинхронизированнойодной второй 40 вышению уровня одной второй роторной роторной гармоники спектра подается на гармоники синхронизированного нормироустройство сравнения 9. Результаты срав- ванного зйачения, 1784851

Фиг.z

I I

1 . м10 сгя8Tnv си. R мя6

Y: 8 6 RES

О. Оомю le угтиР ui3 ал; 2!

И!1 Я С 9

, гу «lc >

Sf ТОР И13 ФЯ / 2! ю

Фиг. (f0 СЕP8тРои СН. р Ма

g. 7438

Х: О, Ogeg + f85eg

ВЕТЕР Ы О ЯЯ: 24

НPRH Y S. jgdS.

М: 71 зноетюям

И: ЬОО Г КК О. 0РС гВВОВ йяам v. т. S sx l

Х: !М5 0HZ дх 4 "в3125она ОТО,. jg. ф нйЕи : 0.44гВ . 4. 54 щ

ИМОЕ тРЯ39

u СОО Р3 ЕХ О. 00854492

1784851

У(l EKH SPEC СН. Я ИЯС

2 У2 лн/ и 0 С 1 K

S1 0REO

ИФ fИ 0: В.ЯРлиЯ х: jÇÂ 5из фиг. 4.

Составитель E. Игуменцев Техред M.Ìoðãeíòàë Корректор C, Лисина

Редактор Л, Народная

Заказ 4359 . Тираж ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Р3 ЮтО Si ec си,я

F.75 нн(Фиг. 3

0ЕЬТ т 2.6|ин/е

Х: . (ЗЯ 8нг