Способ диагностики подшипников роторного оборудования на основе оценки микровариаций вращения вала

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2766130:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики состояния подшипников роторного оборудования, примерами которого являются редукторы, турбины, двигатели и генераторы. Заявлен способ диагностики подшипников роторного оборудования на основе регистрации микровариаций вращения вала с помощью установки на валу контролируемого изделия датчика частоты вращения (ДЧВ), генерирующего в моменты времени t_i импульсы стандартной формы при значениях угла вала ϕ=(360/N)i, где N - число импульсов на полном обороте вала, i=1, 2, 3, … - номер импульса, получении последовательности межимпульсных интервалов {T_i}, где T_i=t_i+1-t_i, оценке вариабельности T_i с помощью нахождения среднеквадратичного отклонения σ значений T_i от среднего значения . Причем производят фильтрацию последовательности {T_i}, для отфильтрованной последовательности находят среднеквадратичное отклонение σ значений от среднего значения и, если зафиксированное σ выше определенной величины, то делают заключение о наличии дефекта подшипников у контролируемого изделия. Технический результат - повышения чувствительности диагностики. 2 ил.

Неразрушающая диагностика для такого рода изделий обычно выполняется на основе регистрации и последующего анализа сигналов, получаемых с виброакустического датчика или с датчика частоты вращения (ДЧВ) вала, установленных на контролируемом оборудовании. В результате анализа регистрируемых сигналов выявляются информативные признаки дефектов, позволяющие судить о состоянии исследуемого изделия.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ, базирующийся на оценивании вариабельности межимпульсных интервалов импульсной последовательности, получаемой от ДЧВ (Колоколов А.С., Любинский И.А. Способ диагностики механизмов, агрегатов и машин на основе оценки микровариаций вращения вала: Патент на изобретение №2626388 РФ; Зарег. 26.07.2017).

Для реализации этого способа на валу контролируемого изделия устанавливают ДЧВ, генерирующий при вращении вала импульсы при значениях угла ϕ=(360/N)i, где N - целое число, определяющее количество импульсов на обороте вала, i=1, 2, 3, … - номер импульса, в импульсной последовательности, генерируемой ДЧВ, производят измерение временных интервалов между импульсами последовательности. По результатам измерений находят среднеквадратичное отклонение межимпульсных интервалов от среднего значения и, если полученное значение σ выше определенного порога, то делают заключение о наличии дефекта у контролируемого изделия. Таким образом, величина σ является информативным признаком наличия дефекта. Недостатком рассмотренного способа является его весьма низкая чувствительность. Поскольку для исправного и дефектного подшипников относительное изменение величины σ составляет величину около 1,8.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности рассмотренного выше способа применительно к задаче диагностики подшипников за счет фильтрации последовательности межимпульсных интервалов в импульсной последовательности, регистрируемой с ДЧВ, и последующей оценке информативного параметра σ для отфильтрованной последовательности. Целью фильтрации является усиление в полученной последовательности межимпульсных интервалов высокочастотных микровариаций, связанных с дефектами в подшипниках и ослаблении микровариаций создаваемых другими элементами роторного оборудования, например, ротора, который при развитии его дисбаланса порождает сравнительно низкочастотные вариации межимпульсных интервалов.

Технический результат обеспечивается установкой на валу контролируемого изделия ДЧВ, генерирующего в моменты времени t_t импульсы стандартной формы при значениях угла вала ϕ=(360/N)i, где N - число импульсов на полном обороте вала, i=1, 2, 3 …. - номер импульса, получении последовательности межимпульсных интервалов {T_i}, где T_i=t_i+1-t_i, оценке вариабельности T_i с помощью нахождения среднеквадратичного отклонения σ значений T_i от среднего значения ; отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности диагностики производят фильтрацию последовательности p(i)={T_i), для отфильтрованной последовательности находят среднеквадратичное отклонение σ значений от среднего значения и, если зафиксированное σ выше определенной величины, то делают заключение о наличии дефекта подшипников у контролируемого изделия.

На фиг. 1 приведена блок схема, поясняющая процесс оценивания микровариаций вращения вала.

1 - ДЧВ вала, 2 - блок оценки моментов возникновения импульсов, создаваемых ДЧВ, 3 - блок построения последовательности межимпульсных интервалов, 4 - цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой, 5 - блок фильтрации последовательности интервалов, 6 - блок оценки среднего межимпульсного интервала и среднеквадратичного отклонения межимпульсного интервала а от среднего значения.

На фиг. 2 представлены четыре графика, представляющие вариации относительно среднего значения величин межимпульсных интервалов в исходной и отфильтрованной последовательностях p(i) и р_ф (i), для исправного и дефектного подшипников.

1 и 2 - вариации интервала в исходных последовательностях межимпульсных интервалов р(i) для исправного и дефектного подшипников, 3 и 4 - вариации интервала в отфильтрованных последовательностях межимпульсных интервалов р_ф(i) для исправного и дефектного подшипников.

Технический результат достигается выполнением следующей последовательности операций обработки сигнала s(t) с ДЧВ.

1. Находятся моменты времени t_i (i=0, 1, 2, …) пересечения s(t) порогового уровня θ₀ при ds/dt>0. В результате получается последовательность p₀(i)={t_i}. В случае оцифрованного сигнала s(kΔt), где k=0, 1, 2, …, Δt - интервал дискретизации, для обеспечения точности оценивания t_i следует использовать линейную интерполяцию s(kΔt).

2. На основе последовательности p₀(i) производят измерение межимпульсных интервалов T_i=t_i+1-t_i и формируется последовательность межимпульсных интервалов p(i)={T_i}.

3. Выполняется цифровая фильтрация последовательности p(i) фильтром с конечной импульсной характеристикой h(m), где m=0, 1, 2, …. Целью фильтрации является выявление в полученной последовательности p(i) межимпульсных интервалов сравнительно высокочастотных микровариаций, связанных с дефектами в подшипниках, и ослабление низкочастотных микровариаций, порождаемых другими элементами роторного оборудования, например, ротором при развитии его дисбаланса. Фиг. 2 поясняет результаты фильтрации. На ней графики 1 и 2 представляют вариации интервала в исходных последовательностях межимпульсных интервалов p(i) для исправного и дефектного подшипников, а 3 и 4 - вариации интервала в отфильтрованных последовательностях межимпульсных интервалов р_ф(i) для исправного и дефектного подшипников.

4. Для отфильтрованной последовательности р_ф(i) определяют средний межимпульсный интервал и среднеквадратичное отклонение σ ее интервалов от среднего значения .

5. При превышении величин σ определенного значения делается вывод о наличии дефекта в подшипнике.

Применение предлагаемого способа к реальной задаче диагностики роликовых подшипников на стенде при регистрации s(t) с помощью 16-разряного АЦП с частотой дискретизации 50 кГц, на примере применения индукционного ДЧВ с N=24 и трехточечного фильтра высоких частот с импульсной характеристикой h(1)=-0,25, h(2)=0,5, h(3)=-0,25 подтвердило его эффективность. Установлено, что при использовании фильтрации величина σ для подшипников с дефектами была примерно в 4,2 раза больше, чем у исправных подшипников, что свидетельствует о более чем двукратном повышении чувствительности предлагаемого способа по сравнению с его прототипом.

Таким образом, приведенные выше данные позволяют заключить, что предложенный способ может быть использован для повышения качества диагностики подшипников роторного оборудования, а также для мониторинга развития дефекта.

Способ диагностики подшипников роторного оборудования на основе регистрации микровариаций вращения вала с помощью установки на валу контролируемого изделия датчика частоты вращения (ДЧВ), генерирующего в моменты времени t_i импульсы стандартной формы при значениях угла вала ϕ=(360/N)i, где N - число импульсов на полном обороте вала, i=1, 2, 3, … - номер импульса, получении последовательности межимпульсных интервалов {T_i}, где T_i=t_i+1-t_i оценке вариабельности T_i с помощью нахождения среднеквадратичного отклонения σ значений T_i от среднего значения ; отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности диагностики производят фильтрацию последовательности {T_i}, для отфильтрованной последовательности находят среднеквадратичное отклонение σ значений от среднего значения и, если зафиксированное σ выше определенной величины, то делают заключение о наличии дефекта подшипников у контролируемого изделия.

Изобретение относиться к области технической диагностики и может быть использовано для диагностики технического состояния подшипниковых узлов качения и скольжения в составе многоканальных стационарных систем. Приемо-преобразовательный модуль содержит корпус, внутри которого расположены преобразователь акустико-эмиссионных сигналов (ПАЭС), блок преобразования аналоговых сигналов в цифровые (БПАСЦ), блок питания (БП), а также блок управления и обработки информации (БУОИ), соединенный с интерфейсным блоком USB (USB) и/или с модулем беспроводной связи (МБС).

Система и способ оптико-акустического контроля // 2757338

Способ измерения состояния множества пространственно разнесенных машинных частей, подверженных износу и испускающих акустические сигнатуры, включает следующие шаги: (а) оптическое обнаружение акустических свойств множества машинных частей, подверженных износу, и получение из них обнаруженных сигналов; (b) разделение обнаруженных сигналов на первую последовательность соответствующих пространственных сегментов вдоль пространственно разнесенных машинных частей и, для каждого пространственного сегмента, разделение обнаруженного сигнала на временной сегмент с записью акустических свойств пространственного сегмента за протяженный временной период; (с) разделение каждого временного сегмента на последовательность субсегментов и преобразование субсегментов в частотную область в соответствующие частотные субсегменты; (d) комбинирование частотных субсегментов в пределах пространственного сегмента с получением соответствующего комбинированного частотного субсегмента с пониженным уровнем шумов; и (е) определение основной частоты испускаемых акустических сигнатур, присутствующих в комбинированном частотном субсегменте, и ее гармоник.

Установка для исследования активных подшипников скольжения // 2757062

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проведении научных исследований в области подшипников скольжения, а также в учебном процессе при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях.

Мехатронный подшипник скольжения // 2750542

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к подшипникам скольжения, и может быть использовано в узлах механизмов, машин, роторных машинах, к которым предъявляются повышенные требования по надежности опорного узла. Мехатронный подшипник скольжения содержит корпус и размещенную в нем втулку, выполненную из антифрикционного материала, во втулке закреплен индикатор износа, выполненный в виде незамкнутого кольца, изолированная часть которого заглублена во втулке на величину, равную начальному износу.

Способ управления характеристиками подшипника скольжения при помощи температуры и подшипник скольжения для его реализации // 2750182

Настоящее изобретение относится к подшипникам скольжения, а именно к методам регулирования физических свойств подшипников скольжения в процессе работы. Способ управления характеристикой режима работы подшипника скольжения включает этапы, на которых: а) определяют температурную зависимость динамической вязкости смазочного материала подшипника скольжения; б) определяют температуру перехода подшипника скольжения от полужидкостного трения к жидкостному трению; в) на основании температурной зависимости динамической вязкости смазочного материала определяют температурную зависимость характеристики режима работы λ(Т) и значение характеристики режима работы λкр перехода подшипника скольжения от полужидкостного трения к жидкостному трению; г) измеряют рабочую температуру подшипника скольжения; д) регулируют значение рабочей температуры подшипника скольжения для поддержания рабочего значения характеристики режима работы λраб близким к λкр в диапазоне, являющемся переходным между полужидкостным трением и жидкостным трением.

Экспериментальная установка для исследования роторно-опорных узлов // 2749412

Изобретение относится к области машиностроения и лабораторного оборудования и может быть использовано для исследования и имитации поведения роторно-опорных узлов энергоблока. Устройство состоит из электродвигателя, преобразователя и опорных подшипниковых узлов, закрепленных на основании и представляющих собой гидродинамические подшипники скольжения и/или подшипники качения, в которые установлен вал с нагрузочным диском.

Установка для исследования роторных систем с активным управлением // 2749362

Изобретение относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использовано в учебном процессе при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях. Устройство содержит корпус, установленный на станине, закрепленные в корпусе на валу, связанном с электродвигателем, подшипниковые узлы с датчиками перемещения, установленное в корпусе нагрузочное устройство, посаженное на вал и содержащее датчик силы, смазочную систему, включающую гидравлические элементы, установленные в резьбовых отверстиях корпуса и выполненные в виде фитингов, подключенный к ним бак со смазочным материалом, связанный гидравлическими шлангами с датчиком расхода, предохранительным клапаном и соединенным с ним тройником.

Стенд для испытания подшипников букс колесных пар // 2748720

Изобретение относится к области машиностроения и касается конструкции испытательной техники, в частности стендов для испытания подшипниковых узлов рельсовых транспортных средств. Устройство включает ось, на краях которой смонтированы испытываемые подшипники, помещенные в буксы, которые вместе с подшипниками образуют буксовые узлы, через проставки оперты на фундамент, на котором установлены электромагниты для реализации нагружения испытываемых подшипников нагрузкой, имитирующей нагрузку транспортного средства за счет действия силы магнитного поля на ось, посередине которой установлен привод с электродвигателем и устройством отключения привода.

Способ диагностики технического состояния роторного оборудования. // 2746076

Изобретение может быть использовано при оценке технического состояния роторного оборудования. Способ оценки технического состояния роторного оборудования заключается в использовании анализа вибрационного и тензометрических спектров оборудования.

Метод оценки величины износа втулки подшипника скольжения, выполненной из древесины // 2738600

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к методам диагностики узлов трения, и может использоваться, в частности, в ремонтном производстве, а также при проектировании и изготовлении подшипников трения скольжения из модифицированной древесины или древесно-металлических композиционных материалов.

Устройство для испытания материалов подшипников на трение и износ // 2766270

Изобретение относится к области исследования триботехнических характеристик материалов подшипников и может быть использовано для их определения с высокой точностью не только в нормальных, но и в специфических условиях, в частности в условиях открытого космоса, в зоне действия ионизирующих излучений, экстремальных температур и т.п. Устройство содержит корпус, в котором на подшипниках установлен ротор с жёстко закреплённым на нём диском с заданным моментом инерции и с выполненными на нём реперными метками, регистратор местоположения реперных меток во времени, и электрический привод вращения ротора. Устройство снабжено механизмом осевого нагружения подшипников и датчиком измерения вибраций корпуса, а статорная и якорная обмотки привода смонтированы соответственно в корпусе и на роторе. Технический результат: повышение точности определения триботехнических характеристик материалов подшипников, упрощение конструкции, уменьшение массогабаритных характеристик устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.