Способ вибродиагностики для обнаружения зарождающихся дефектов промышленного оборудования

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2783616:

Общество с ограниченной ответственностью «ГТЛАБ Диагностика» (RU)

Изобретение относится к вибродиагностике промышленного оборудования и может быть применимо для вибродиагностики работающих промышленных механизмов (подшипников, насосов, редукторов, электродвигателей и других роторных механизмов). Способ заключается в измерении вибрационных ускорений и преобразовании их в прямые автоспектры и спектры огибающей высокочастотной составляющей сигналов виброускорений, выделении в них локальных максимумов и сравнении их с максимумами на предварительно заданных эталонных автоспектрах и спектрах огибающей, формирование эталонных автоспектров и спектров огибающей вибрационных сигналов осуществляют путем определения набора частот соответствующих каждому дефекту. На этапе вибродиагностирования о наличии дефекта судят по соответствию выделенных на спектрах локальных максимумов и эталонных наборов частот, изменение набора частот, характеристик спектров вибрационных ускорений и числа дефектов производят дополнительно введенными внешними программными модулями без изменения основного программного обеспечения. Технический результат заключается в получении большего количества выходных данных путем варьирования исходными параметрами при обработке сигнала. 2 ил.

Известен способ диагностики повреждения деталей машин (см. патент РФ №2540195, опубл. в Б.И. №4 10.02.2015), основанный на регистрации на ранних стадиях развития дефектов амплитуд выбросов вибрации. В данном способе измеряют вибрацию в информативных точках корпуса машины в характерной полосе частот с помощью системы компьютерного мониторинга, контролируют тренд изменения вибрации во времени, сравнивают его с критическими границами и по результатам сравнения определяют техническое состояние деталей и машины, а именно селектируют скачкообразные изменения (выбросы) вибрации в течение жизненного цикла машины и деградации состояния деталей из-за их повреждения, устанавливают период измерения вибрации существенно меньше, например, на порядок, длительности выбросов вибрации, обусловленных повреждением деталей, запоминают амплитуды выбросов (A_n), превышающих установленный уровень, например, на 20% от текущего плавного значения тренда вибрации, при этом принимают начальный уровень повреждения деталей машины по амплитуде первого выброса вибрации (A₁), контролируют отношение амплитуды последующих выбросов вибрации к амплитуде первого выброса вибрации (A_n/A₁) и/или измеряют относительные приращения амплитуды (A_n/A_n-1) каждого последующего выброса вибрации (A_n) к амплитуде каждого предыдущего выброса вибрации (A_n-1), строят тренды контролируемых амплитуд выбросов (A_n), их указанных отношений (A_n/A₁) и приращений (A_n/A_n-1), сравнивают с критическими границами и по результатам сравнения судят о состоянии, стадиях и степени повреждения деталей машин.

Известен способ вибродиагностики подшипников (см. патент РФ №2209410, опубл. в Б.И. №21 от 27.07.2003), заключающийся в расчете характерных частотных масок для отдельных элементов подшипника, вносящих доминирующий вклад в его вибрацию, и последующем измерении сигнала вибрации подшипника при его вращении, преобразовании полученного сигнала в цифровую форму с образованием не менее двух его равновеликих реализаций, проведении быстрого преобразования Фурье, выделении амплитудного спектра, сравнении его с рассчитанными частотными масками для отдельных элементов подшипника, определении доли вклада каждого из этих элементов в общую энергию вибрации подшипника и оценке состояния подшипника. В качестве реализации сигнала вибрации подшипника выбирают совокупность сигналов, удовлетворяющих такому условию, что начальное значение сигнала каждой последующей его реализации является конечным значением сигнала соответствующей предыдущей его реализации, после преобразования сигнала в цифровую форму для каждой его реализации выделяют низкочастотный сигнал и прореживают его посредством выборки дискретных значений сигнала с частотой опроса f_выб, удовлетворяющей условию f_выб≥2f_max, где f_max - максимальная частота в спектре процесса, из всего множества реализаций полученных сигналов формируют совокупную временную последовательность, которую подвергают дальнейшему анализу.

Известен способ вибродиагностики зарождающихся дефектов механизмов (см. патент РФ №2680640 от 16.02.2018, опубл. Б.И. №6 25.02.2019), основанный на измерении вибрационных ускорений, их полосовой фильтрации, детектировании и определении энергетического спектра, усредняют энергетические спектры огибающих вибрационных ускорений, выделяют в них существенные локальные максимумы и запоминают их местоположения на оси частот и амплитудные значения этих максимумов на этапе обучения для исправного состояния механизма и при возникновении в нем различных дефектов строят разные эталоны местоположений на оси частот и амплитудных значений существенных максимумов в виде многомерных плотностей вероятностей, а на этапе вибродиагностирования выполняют сравнение выделенных в усредненном энергетическом спектре местоположений на оси частот и амплитудных значений существенных максимумов с эталонами исправного состояния механизма и состояний механизма при возникновении различных зарождающихся дефектов с помощью оптимального решающего правила, например критерия Байеса.

Вышеуказанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа. Недостатками прототипа являются ограниченные возможности по обработке полученных сигналов, что снижает информативность и точность вибродиагностики.

Решаемой технической проблемой является создание способа вибродиагностики промышленного оборудования с повышенной достоверностью и точностью результатов вибродиагностики.

Достигаемым техническим результатом является получение большего количества выходных данных путем варьирования исходными параметрами при обработке сигнала.

Для достижения технического результата в способе вибродиагностики промышленного оборудования, заключающимся в измерении вибрационных ускорений и преобразовании их в прямые автоспектры и спектры огибающей высокочастотной составляющей сигналов виброускорений, выделении в них локальных максимумов и сравнении их с максимумами на предварительно заданных эталонных автоспектрах и спектрах огибающей, формирование эталонных автоспектров и спектров огибающей вибрационных сигналов осуществляют путем определения набора частот (гармоник) соответствующих каждому дефекту, а на этапе вибродиагностирования о наличии дефекта судят по соответствию выделенных на спектрах локальных максимумов и эталонных наборов частот (гармоник), новым является то, что изменение набора гармоник, характеристик спектров вибрационных ускорений и числа дефектов производят дополнительно введенными внешними программными модулями без изменения основного программного обеспечения.

Новая совокупность существенных признаков позволяет в заявляемом способе повысить достоверность и точность результатов вибродиагностики.

На фиг. 1 приведено устройство, реализующее заявляемый способ.

На фиг. 2 приведен пример полученного спектра вибрационных ускорений 13, с выделенными существенными максимумами (фактический набор гармоник) 14, с амплитудами равными абсолютным значениям относительно средней линии 15, а также наложенного на спектр эталонного набора гармоник 16.

Устройство (фиг. 1) состоит из объекта исследования 1 с установленными на нем акселерометрами, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 данных, полученных с датчика, персонального компьютера (ПЭВМ) 3, внешних программных модулей 11. Программное обеспечение (ПО) 4 для вибродиагностики включает в себя блок 5 полосового фильтра, вход которого является выходом АЦП 2, спектроанализатор 6, первый вход которого соединен с выходом полосового фильтра для получения спектра огибающей высокочастотной области исходного сигнала, второй вход соединен с выходом АЦП 2 для получения прямого автоспектра исходного сигнала с целью формирования фактического набора гармоник 7. Спектр огибающей и прямой автоспектр являются спектрами вибрационных ускорений 13 (фиг. 2). Предварительно во внешних программных модулях 11 формируют эталонный набор гармоник 8, соответствующих каждому дефекту. В устройстве сравнения 9 производят сопоставление фактически полученного набора гармоник 7 с эталонным набором гармоник 8, результатом сравнения 10 которого является определение необходимого количества совпадающих гармоник, по которому судят о наличии и степени развития дефекта. Выходы внешних программных модулей 11 подключены к соответствующим входам блока полосового фильтра 5, блока спектроанализатора 6, блока фактического набора гармоник 7, блока эталонного набора гармоник 8, устройства сравнения 9. Входом внешних программных модулей 11 являются исходные данные для определения дефектов 12.

Способ реализуется следующим образом.

Исходный сигнал с акселерометров, закрепленных на объекте исследования 1, поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 2, выход которого соединен с последовательным интерфейсом ПЭВМ 3. Программное обеспечение 4 вибродиагностики позволяет выполнять последовательность действий, а именно: для полученного исходного сигнала осуществляют полосовую фильтрацию 5, после чего строят сигнал огибающей его высокочастотной области и выполняют построение спектров как сигнала огибающей, так и исходного сигнала. На полученных спектрах вибрационных ускорений 13 выделяют фактический набор гармоник 14 (обозначены точками на фиг. 2) и осуществляют наложение эталонных наборов гармоник 16, после чего находят совпадения фактически найденных гармоник 14 эталонному набору 16. Из количества найденных совпадений выбирают те, взаимное расположение которых соответствует наличию дефекта объекта исследования.

Существует множество различных методик вибродиагностики для определения зарождающихся дефектов, которые являются исходными данными 12 для внешних программных модулей 11.

Эти модули необходимы для сравнения и выбора оптимальной методики 12, трансформируемые в последовательность действий для основного ПО.

Внешние программные модули позволяют задавать:

- логику определения центральной частоты и ширины полосы пропускания фильтра 5 в зависимости от конкретного искомого дефекта объекта исследования 1 и частоты его вращения, что придает изменение формы, огибающей сигнала;

- логику определения частотного диапазона, количества точек и усреднений спектров вибрационных ускорений 6 в зависимости от искомого дефекта конкретного объекта исследования 1 и частоты его вращения;

- коэффициент сглаживания средней линии 15 и уровень, относительно которого превышение считается фактически найденной гармоникой;

- логику определения количества эталонных наборов гармоник 16, кратность и количество частотных линий в наборе в зависимости от конкретного искомого дефекта объекта исследования 1;

- логику определения совпадений фактически найденных гармоник эталонному ряду в зависимости от их взаимного расположения;

- логику определения граничных значений количества найденных гармоник 9 для каждого эталонного ряда 12 в зависимости от конкретного искомого дефекта и степени его развития.

Далее происходит смена набора исходных параметров 12, которые соответствуют альтернативной методике вибродиагностики, либо варьирование коэффицентами существующих наборов, цикл основного ПО повторяют до тех пор, пока результат вибродиагностики не будет соответствовать фактическому состоянию оборудования.

Заявляемый способ используется в промышленности для определения зарождающихся дефектов оборудования.

Способ вибродиагностики для обнаружения зарождающихся дефектов промышленного оборудования, заключающийся в измерении вибрационных ускорений и преобразовании их в прямые автоспектры и спектры огибающей высокочастотной составляющей сигналов виброускорений, выделении в них локальных максимумов и сравнении их с максимумами на предварительно заданных эталонных автоспектрах и спектрах огибающей, формирование эталонных автоспектров и спектров огибающей вибрационных сигналов осуществляют путем определения набора частот соответствующих каждому дефекту, а на этапе вибродиагностирования о наличии дефекта судят по соответствию выделенных на спектрах локальных максимумов и эталонных наборов частот, отличающийся тем, что дополнительно используют внешние программные модули, с помощью которых осуществляют изменение набора частот, характеристик спектров вибрационных ускорений и число дефектов.

Использование: для диагностирования технического состояния подшипниковых узлов качения или скольжения в режиме реального времени. Сущность изобретения заключается в том, что система вибродиагностики подшипникового узла содержит датчики вибродиагностики и акустической диагностики, подключенные через соответствующие им последовательно соединенные устройства усиления, фильтрации и преобразования сигнала к блоку обработки, обучения и принятия решения, который соединен с базой данных и блоком прогноза состояния и отображения информации, а также с блоком калибровки, подключенным к датчикам вибродиагностики и акустической диагностики через соответствующие им последовательно соединенные устройства преобразования, фильтрации и усиления сигнала.

Способ акустического контроля состояния буксовых узлов движущегося поезда // 2781416

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к постовым системам контроля технического состояния буксовых узлов движущегося поезда. В способе акустического контроля состояния буксовых узлов колесных пар движущегося поезда при прохождении поезда на измерительном участке протяженностью не менее 2,5 оборота колеса идентифицируют каждый буксовый узел каждой колесной пары и измеряют акустические шумы, сгенерированные каждым буксовым узлом, с помощью приемников акустического сигнала, каждый из которых преобразует акустический сигнал в электрический, который предварительно обрабатывают путем соответствующего усиления и фильтрации, преобразуют из аналоговой формы в цифровую и компенсируют искажения, вносимые электроакустическим трактом.

Стенд для проверки момента сопротивления вращению опорно-поворотных устройств // 2780690

Изобретение относится к области технологического оборудования в машиностроении. Стенд для проверки момента сопротивления вращению опорно-поворотных устройств содержит установочную часть, привод, блок нагружения, выполненный в виде набора поверенных весовых имитаторов, и устройство для фиксации неподвижного кольца проверяемого опорно-поворотного устройства.

Способ контроля прессовой посадки колец подшипников осей колесных пар железнодорожных вагонов // 2779604

Изобретение относится к испытанию подшипников. Способ заключается в том, что возбуждают собственные колебания и измеряют параметры колебаний, которые возбуждают пьезоэлектрическим преобразователем, подключенным к аппаратно-программному комплексу на базе микропроцессорной техники со специализированным программным обеспечением.

Способ вибродиагностики для определения степени и скорости развития зарождающихся дефектов промышленного оборудования // 2774697

Изобретение относится к вибродиагностике промышленного оборудования и касается степени и скорости развития выявленного дефекта в процессе вибродиагностики работающих промышленных механизмов. Степень развития зарождающегося дефекта определяют путем присвоения значений амплитудных коэффициентов соответствующим частотам, полученным при совпадении локальных максимумов с эталонными, образующих наборы частот.

Способ вибродиагностики возникновения зарождающихся дефектов в отдельных узлах механизмов // 2769919

Изобретение относится к вибродиагностике механизмов и может быть применимо для вибродиагностики вспомогательных корабельных механизмов (подшипников, насосов, электродвигателей и других роторных механизмов). По этому способу полосовую фильтрацию вибрационных ускорений выполняют в высокочастотной области, исключая взаимное влияние виброакустических сигналов соседних узлов механизма.

Стенд для испытаний эластомерных подшипников // 2767596

Изобретение относится области испытательной техниники, в частности к испытательному оборудованию, а именно к стендам для испытаний образцов эластомерных подшипников. Устройство содержит раму с установленным на ней гидроцилиндром, электродвигателем, кривошипным механизмом, оснащенным шатуном, и средства измерения.

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.

Способ диагностики подшипников роторного оборудования на основе оценки микровариаций вращения вала // 2766130

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 ti 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 {Ti}, где Ti=ti+1-ti, оценке вариабельности Ti с помощью нахождения среднеквадратичного отклонения σ значений Ti от среднего значения .

Приемо-преобразовательный модуль многоканального комплекса диагностики оборудовани // 2758482

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).