Спосіб контролю технічного стану підшипників колінчатого валу

Способ контроля технического состояния подшипников коленчатого вала, заключающийся в том, что измеряют вибрацию подшипников, фильтруют измеренный сигнал в фиксированной полосе частот, выделяют в фиксированной полосе частот диагностическую зону путем стробирования, в качестве фиксированной полосы частот выбирают диапазон, в котором находятся частоты колебаний, вызванных разрушением масляной пленки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что усредняют значения вибрации для каждого временного интервала и селектируют их по амплитуде, причем в качестве уровней амплитудной селекции используют значения, полученные при первом усреднении, усредняют амплитуды импульсов, полученные после амплитудной селекции для каждого подшипника и по соотношениям значений, полученных при операциях усреднения, определяют техническое состояние подшипников. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для вибрационной диагностики машин в процессе их эксплуатации. Известен способ контроля технического состояния подшипников, заключающийся в том, что прикладывают напряжение к кольцам вращающегося подшипника и измеряют мощность флуктуации электрического тока на сопротивлении нагрузки, включенном последовательно с испытуемым подшипником в полосе частот от 0,1 Гц до частоты, в три раза превышающей частоту вращения подшипника, изменяют напряжение и сопротивление при постоянном значении тока до получения максимальной мощности и по этой мощности и соответствующему ей сопро тивлению оценивают состояние подшипника [1]. Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения дефектов в подшипниках скольжения, заключающийся в том, что измеряют вибрацию подшипников, фильтруют измеренный сигнал в фиксированной полосе частот и по полученным после этого импульсам определяют дефекты подшипников, выделяют в фиксированной полосе частот диагностическую зону путем стробирования, в качестве фиксированной полосы частот выбирают частоту, обусловленную разрушением масляной пленки, а величину дефектов определяют по количеству импульсов, превышающих заданный уровень за единицу времени [2]. "«О О 26494 Существуют конструкции машин (например газомоторный компрессор МК-8) у которых на одной шейке коленчатого вала расположены два шатунных подшипника (силовой и компрессорной части). В этом случае возникает ряд сложностей для раздельного диагностирования технического состояния подшипников. При перекладке каждого из поршней удар происходит в обоих подшипниках, что приводит к одновременному возбуждению их резонансных частот. В связи с этим, ни фазовая, ни частотная селекция не дают возможности раздельно определить техническое состояние каждого из подшипников, тем более, что их частотные характеристики в большинстве случаев полностью или частично совпадают. Известный способ не обеспечивает достоверность результатов диагностирования при расположении двух шатунных подшипников на одной шейке коленчатого вала (подшипников скольжения, имеющих жесткую кинематическую связь}. Так как практически всегда полосы частот, в которых происходят колебания идентичных элементов, совпадают, то пассивные колебания одного из подшипников являются помехой при оценке "активных" колебаний другого подшипника. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания способа, который обеспечит разделение диагностических признаков при оценке технического состояния подшипников скольжения, расположенных на одной шейке коленчатого вала двигателя. Поставленная задача решается тем, что в способе контроля технического состояния подшипников коленчатого вала, заключающемся в том, что измеряют вибрацию подшипников, фильтруют измеренный сигнал в фиксированной полосе частот, выделяют в фиксированной полосе частот диагностическую зону путем стробирования, в качестве фиксированной полосы частот выбирают диапазон, в котором находятся частоты колебаний, вызванных разрушением масляной пленки, согласно изобретению, усредняют значения вибрации для каждого временного интервала и селектируют их по амплитуде, причем в качестве уровней амплитудной селекции используют значения, полученные при первом усреднении, усредняют амплитуды импульсов, полученные после амплитудной селекции для каждого подшипника и по соотношениям значений, полученных при операциях усред 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нения, определяют техническое состояние ПОДШИПНИКОВ. Алгоритм диагностирования основан на особенностях вибрационных сигналов при различных соотношениях зазоров. Для выделения вибрации, связанной с каждым подшипником, выбираются в пределах каждого оборота вала интервалы времени, в которые происходят соударения в подшипниках. Усреднением значений вибрации достигается исключение случайных выбросов и выделение закономерностей. После первого усреднения результат, полученный для интервала времени "активного" соударения первого подшипника используется как пороговое значение для вибрации в интервале времени "активного" соударения второго подшипника и наоборот. Перекрестная амплитудная селекция дает возможность определить состояние - оба подшипника неисправны. При этом средние значения уменьшаются, а разброс амплитуд ударных импульсов увеличивается, что приводит к появлению сигналов, превышающих уровни амплитудной селекции. Полученные сигналы усредняются и используются в качестве диагностических признаков. Предложенный способ обеспечивает достоверность результатов диагностирования и, следовательно, снижение эксплуатационных затрат. На фиг.1 представлена структурная схем устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - временные диаграммы, характеризующие работу формирователя строб-им пульсов; на фиг.З показано схематично расположение двух шатунных подшипников коленчатого вала; на фиг.4 представлены временные диаграммы, характеризующие вибрацию каждого подшипника. Устройство, реализующее предлагаемый способ, представлено на фиг.1. Оно включает в себя вибропреобразователь 1, частотный фильтр 2, ключи 3 и 4, формирователь стробирующих импульсов 5, устройства усреднения 6, 7, 8, 9, амплитудные селекторы 10, 11, логический блок 12. Схема устройства усреднения может быть выполнена в нескольких вариантах. Предпочтительной является схема усреднения, выполненная на операционном усилителе. Оценка технического состояния подшипников данным способом производится следующим образом. Вибрация измеряется вибропреобразователем 1. С помощью фильтра 2 выделяется информативная по 26494 лоса частот, в которой проявляется вибрация подшипников. Ключи 3, 4 и формирователь 5 обеспечивают временную селекцию (стробирование), выделяя импульсы, связанные с конкретным подшипни- 5 ком в каждом периоде вращения вала. Формирователь 5 представляет собой датчик (обмотку из изолированного медного провода на ферритовом кольце), который надевается на провод зажигания, и 10 связанные с датчиком ждущие мультивибраторы. Соударения в подшипниках во времени жестко связаны с импульсом зажигания, поэтому подбором длительности импульсов ждущих мультивибраторов можно 15 выделить любой интервал времени в пределах периода вращения вала. Временные диаграммы формирователя 5 показаны на фиг.2. Если за один оборот необходимо вы- 20 делить несколько интервалов времени, то, соответственно, используется несколько мультивибраторов. Отфильтрованные и отселектированные во времени сигналы усредняются и 25 подаются на входы логического блока 12 и амплитудных селекторов 10 и 11. При этом среднее значение параметра вибрации первого канала используется в качестве порогового для второго канала и 30 наоборот. Параметром вибрации может быть амплитуда вибросмещения, виброскорости или виброускорения (в зависимости от типа датчика). Если импульсы, поступающие на вхо- 35 ды амплитудных селекторов, превышают пороговые уровни, то на входах последних появляются сигналы с некоторой амплитудой, которая усредняется в устройствах 8 и 9, и результаты усреднения по- 40 даются на входы логического блока 12. Логический блок представляет собой четыре схемы совпадения и четыре компаратора, формирующие "единичные" сигналы для управления схемами совпаде- 45 ния. Индикация состояния подшипников осуществляется с помощью светодиодов, включенных на выходе схем совпадения, которые загораются при наличии дефектов. Рассмотрим варианты оценки техни- 50 ческого состояния подшипников, расположенных на одной шейке коленчатого вала (фиг.З), Здесь 5, и 52 - зазоры в подшипниках (компрессорном и силовом); 55 F, и F2 - силы, действующей на подшипники со стороны поршней; A t , и Д t 2 - время действия F, и F2. Рассмотрим четыре возможных варианта: 1) 5, и 6г имеют допустимые значения; 2) б, - увеличен, 62 - в норме; 3) 6г - увеличен, 5, - в норме; 4) 5, и 52 - увеличены. В первом варианте при нормальных зазорах ударные импульсы не превышают допустимых значений по амплитуде. При этом колебания подшипника П2, связанного с подшипником П ) ( при перекладках поршня стабильны и имеют небольшой разброс по амплитуде в моменты At, и наоборот. Пусть А, - амплитуда основных колебаний первого подшипника, А2 - амплитуда колебаний первого подшипника, вызванных ударами во втором подшипнике (фиг.4), х1ср - среднее значение колебания -в интервале времени, а х2ср - среднее значение этих колебаний после временной селекции. Аналогично обозначим амплитуды и средние значения для второго подшипника В,, В 2 (фиг.4), у 1 с р , у2ср. В первом варианте величины А,, К,, в В ,- 2- х,ср к**- У, . У и м е ю т А°ПУС" тимые значения. СР 2СР Во втором варианте при увеличенном зазоре 6, сила F, возрастает и, соответственно, возрастает амплитуда ударных импульсов с резонансной частотой подшипника П г Амплитуда ударных импульсов в моменты At, с резонансной частотой подшипника П2 увеличивается незначительно, т.к. зазор 6г небольшой и контакт вала с подшипником стабильный. При этом амплитуда импульсов с резонансной частотой подшипника П, в моменты действия силы F2 будет нестабильной, т.к. нестабильный контакт вала с подшипником из-за большого зазора 6 Г Значения А,, В, и x1qp возрастают, х1ср с выхода устройства усреднения подается на вход амплитудного селектора 11 и, если х.„ больше А,, В., то у,„ п равняется нулю, т.к. сигналы на вход устройства 9 усреднения не проходят. Аналогичное распределение значений В2, А2, у1ср и х,ср будет при увеличенном зазоре во втором подшипнике (третий вариант). Наибольшая неопределенность наступает при обоих увеличенных зазорах 6, и 52. Ударные импульсы при воздействии сил F, и F2 в моменты времени At, и At2 с соответствующими резонансными частотами имеют повышенные амплитуды. Колебания с резонансной частотой подшипника П2 в момент действия силы 8 26494 довательно, на выходах амплитудных сеF будут иметь большой разброс амплитуд лекторов 10, 11 появятся сигналы, и xtcp из-за нестабильного контакта с валом. и у _ не равняется нулю. Аналогичным образом возбуждаются Таким образом» комбинация сигналов резонансные колебания подшипника П, в 5 х х у у дает возможность отмоменты времени At2. дёльногсоценйть техническое состояние подПри увеличенных зазорах в обоих подшипников, имеющих тесную кинематичесшипниках возрастают амплитуды А, и В2. кую связь. Амплитуды "пассивных" колебаний В, и Способ контроля технического состояА, будут иметь разброс значений из-за нестабильного контакта с валом. х1ср. и 10 ния подшипников коленчатого вала может быть применен на компрессорных станциях у будут меньше, чем во втором вариангазопроводов и подземных хранилищ газа. теРпри одном увеличенном зазоре. Сле 6 d 10 11 9 Фиг.1 12 Фиг. 2 1- импульс зажигания 2 - вибросмгнал. 3 - импульс первого м>льтивмбратора. 4 - нмлу^ьс вюрого мультивибратора. 5- интервалы вибросигнала, выдс іенньїе вторым мультивибратором 26494 F, 1 F2 ч \\\\\ п П2 1 ///T77 \\\\\ Фиг. 3 Фиг. Упорядник Техред М. Келемеш Коректор М. Куль Замовлення 512 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл.( 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 УКРАЇНА 0») UA ,„> 26494 v (5і)б G 01 М ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО ,„> С І 13/04 ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ КОНТРОЛЮ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ПІДШИПНИКІВ КОЛІНЧАТОГО ВАЛУ (21) 93007711 (22) 05.11.93 (24) 11.10.99 (46) 11.10.99. Бюл. № 6 (72) Саприкін Сергій Олексійович, Поліщук Олег Федорович, Бойко Михайло Васильович, Таргонський Валерій Олексійович (73) Український tіауково-дослідний інститут природних газів (57) Способ контроля технического состояния подшипников коленчатого вала, заключающийся в том, что измеряют вибрацию подшипников, фильтруют измеренный сигнал в фиксированной полосе частот, выделяют в фиксированной полосе частот диагностическую зону путем стробирования, в качестве фиксированной полосы частот выбирают диапазон, в котором находятся частоты колебаний, вызванных разрушением масляной пленки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что усредняют значения вибрации для каждого временного интервала и селектируют их по амплитуде, причем в качестве уровней амплитудной селекции используют значения, полученные при первом усреднении, усредняют амплитуды импульсов, полученные после амплитудной селекции для каждого подшипника и по соотношениям значений, полученных при операциях усреднения, определяют техническое состояние подшипников. NJ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для вибрационной диагностики машин в процессе их эксплуатации. Известен способ контроля технического состояния подшипников, заключающийся в том, что прикладывают напряжение к кольцам вращающегося подшипника и измеряют мощность флуктуации электрического тока на сопротивлении нагрузки, включенном последовательно с испытуемым подшипником в полосе частот от 0,1 Гц до частоты, в три раза превышающей частоту вращения подшипника, изменяют напряжение и сопротивление при постоянном значении тока до получения максимальной мощности и по этой мощности и соответствующему ей сопро тивлению оценивают состояние подшипника [1]. Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения дефектов в подшипниках скольжения, заключающийся в том, что измеряют вибрацию подшипников, фильтруют измеренный сигнал в фиксированной полосе частот и по полученным после этого импульсам определяют дефекты подшипников, выделяют в фиксированной полосе частот диагностическую зону путем стробирования, в качестве фиксированной полосы частот выбирают частоту, обусловленную разрушением масляной пленки, а величину дефектов определяют по количеству импульсов, превышающих заданный уровень за единицу времени [2]. о 26494 Существуют конструкции машин (например газомоторный компрессор МК-8) у которых на одной шейке коленчатого вала расположены два шатунных подшипника (силовой и компрессорной части). В этом случае возникает ряд сложностей для раздельного диагностирования технического состояния подшипников. При перекладке каждого из поршней удар происходит в обоих подшипниках, что приводит к одновременному возбуждению их резонансных частот. В связи с этим, ни фазовая, ни частотная селекция не дают возможности раздельно определить техническое состояние каждого из подшипников, тем более, что их частотные характеристики в большинстве случаев полностью или частично совпадают. Известный способ не обеспечивает достоверность результатов диагностирования при расположении двух шатунных подшипников на одной шейке коленчатого вала (подшипников скольжения, имеющих жесткую кинематическую связь>. Так как практически всегда полосы частот, в которых происходят колебания идентичных элементов, совпадают, то пассивные колебания одного из подшипников являются помехой при оценке "активных" колебаний другого подшипника. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания способа, который обеспечит разделение диагностических признаков при оценке технического состояния подшипников скольжения, расположенных на одной шейке коленчатого вала двигателя. Поставленная задача решается тем, что в способе контроля технического состояния подшипников коленчатого вала, заключающемся в том, что измеряют вибрацию подшипников, фильтруют измеренный сигнал в фиксированной полосе частот, выделяют в фиксированной полосе частот диагностическую зону путем стробирования, в качестве фиксированной полосы частот выбирают диапазон, в котором находятся частоты колебаний, вызванных разрушением масляной пленки, согласно изобретению, усредняют значения вибрации для каждого временного интервала и селектируют их по амплитуде, причем в качестве уровней амплитудной селекции используют значения, полученные при первом усреднении, усредняют амплитуды импульсов, полученные после амплитудной селекции для каждого подшипника и по соотношениям значений, полученных при операциях усред 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нения, определяют техническое состояние подшипников. Алгоритм диагностирования основан на особенностях вибрационных сигналов при различных соотношениях зазоров. Для выделения вибрации, связанной с каждым подшипником, выбираются в пределах каждого оборота вала интервалы времени, в которые происходят соударения в подшипниках. Усреднением значений вибрации достигается исключение случайных выбросов и выделение закономерностей. После первого усреднения результат, полученный для интервала времени "активного" соударения первого подшипника используется как пороговое значение для вибрации в интервале времени "активного" соударения второго подшипника и наоборот. Перекрестная амплитудная селекция дает возможность определить состояние - оба подшипника неисправны. При этом средние значения уменьшаются, а разброс амплитуд ударных импульсов увеличивается, что приводит к появлению сигналов, превышающих уровни амплитудной селекции. Полученные сигналы усредняются и используются в качестве диагностических признаков. Предложенный способ обеспечивает достоверность результатов диагностирования и, следовательно, снижение эксплуатационных затрат. На фиг.1 представлена структурная схем устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы, характеризующие работу формирователя строб-импульсов; на фиг.З показано схематично расположение двух шатунных подшипников коленчатого вала; на фиг.4 представлены временные диаграммы, характеризующие вибрацию каждого подшипника. Устройство, реализующее предлагаемый способ, представлено на фиг.1. Оно включает в себя вибропреобразователь 1, частотный фильтр 2, ключи 3 и 4, формирователь стробирующих импульсов 5, устройства усреднения 6, 7, 8, 9, амплитудные селекторы 10, 11, логический блок 12. Схема устройства усреднения может быть выполнена в нескольких вариантах. Предпочтительной является схема усреднения, выполненная на операционном усилителе. Оценка технического состояния подшипников данным способом производится следующим образом. Вибрация измеряется вибропреобразователем 1. С помощью фильтра 2 выделяется информативная по 26494 лоса частот, в которой проявляется вибрация подшипников. Ключи 3, 4 и формирователь 5 обеспечивают временную селекцию (стробирование), выделяя импульсы, связанные с конкретным подшипником в каждом периоде вращения вала. формирователь 5 представляет собой датчик (обмотку из изолированного медного провода на ферритовом кольце), который надевается на провод зажигания, и связанные с датчиком ждущие мультивибраторы. Соударения в подшипниках во времени жестко связаны с импульсом зажигания, поэтому подбором длительности импульсов ждущих мультивибраторов можно выделить любой интервал времени в пределах периода вращения вала. Временные диаграммы формирователя 5 показаны на фиг.2. Если за один оборот необходимо выделить несколько интервалов времени, то, соответственно, используется несколько мультивибраторов. Отфильтрованные и отселектированные во времени сигналы усредняются и подаются на входы логического блока 12 и амплитудных селекторов 10 и 11. При этом среднее значение параметра вибрации первого канала используется в качестве порогового для второго канала и наоборот. Параметром вибрации может быть амплитуда вибросмещения, виброскорости или виброускорения (в зависимости от типа датчика). Если импульсы, поступающие на входы амплитудных селекторов, превышают пороговые уровни, то на входах последних появляются сигналы с некоторой амплитудой, которая усредняется в устройствах 8 и 9, и результаты усреднения подаются на входы логического блока 12. Логический блок представляет собой четыре схемы совпадения и четыре компаратора, формирующие "единичные" сигналы для управления схемами совпадения. Индикация состояния подшипников осуществляется с помощью светодиодов, включенных на выходе схем совпадения, которые загораются при наличии дефектов. Рассмотрим варианты оценки технического состояния подшипников, расположенных на одной шейке коленчатого вала (фиг.З). Здесь 5, и 52 - зазоры в подшипниках (компрессорном и силовом); F, и F2 - силы, действующей на подшипники со стороны поршней; Д t, и Д t 2 - время действия F, и F2. Рассмотрим четыре возможных варианта: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1) 6, и 52 имеют допустимые значения; 2) 6, - увеличен, й2 - в норме; 3) 52 - увеличен, 6, - в норме; 4) 5, и 52 - увеличены. 8 первом варианте при нормальных зазорах ударные импульсы не превышают допустимых значений по амплитуде При этом колебания подшипника П г , связанного с подшипником Л,, при перекладках поршня стабильны и имеют небольшой разброс по амплитуде в моменты At, и наоборот. Пусть А, - амплитуда основных колебаний первого подшипника, А2 - амплитуда колебаний первого подшипника, вызванных ударами во втором подшипнике (фиг.4), х|ср - среднее значение колебания -в интервале времени, а х а - среднее значение этих колебаний после временной селекции. Аналогично обозначим амплитуды и средние значения для второго подшипника В,, В2 (фиг.4), у 1 с р , у2ср. В первом варианте величины А,, А^ в і . в 2 - Х.СР ^СР' Ун». У*» и м е * > т допустимые значения. Во втором варианте при увеличенном зазоре 5t сила F, возрастает и, соответственно, возрастает амплитуда ударных импульсов с резонансной частотой подшипника П г Амплитуда ударных импульсов в моменты At, с резонансной частотой подшипника П2 увеличивается незначительно, т.к. зазор 82 небольшой и контакт вала с подшипником стабильный. При этом амплитуда импульсов с резонансной частотой подшипника П, в моменты действия силы F2 будет нестабильной, т.к. нестабильный контакт вала с подшипником из-за большого зазора 5 Г Значения А,, В, и х1ср возрастают, х1ср с выхода устройства усреднения подается на вход амплитудного селектора 11 и, если х1ср больше А^ В2, то у 2ср равняется нулю, т.к. сигналы на вход устройства 9 усреднения не проходят. Аналогичное распределение значений В 2- А 2- Уїср и х іср б У Д е т П Р И увеличенном 50 зазоре во втором подшипнике (третий вариант). Наибольшая неопределенность наступает при обоих увеличенных зазорах 6, и 52. Ударные импульсы при воздействии 55 сил F, и F2 в моменты времени At, и АХ2 с соответствующими резонансными частотами имеют повышенные амплитуды. Колебания с резонансной частотой подшипника П2 в момент действия силы 8 26494 довательно, на выходах амплитудных сеF, будут иметь большой разброс амплитуд лекторов 10, 11 появятся сигналы, и х1ср из-за нестабильного контакта с валом. и у ^ не равняется нулю. Аналогичным образом возбуждаются Таким образом, комбинация сигналов резонансные колебания подшипника П, в Х ,СР- х гс Р . Уїср. У2ср Д а е т возможность отмоменты времени At2. дельно оценить техническое состояние подПри увеличенных зазорах в обоих подшипников, имеющих тесную кинематичесшипниках возрастают амплитуды А, и В2. кую связь. Амплитуды "пассивных" колебаний В, и Способ контроля технического состояАз будут иметь разброс значений из-за нестабильного контакта с валом. х1ср. и 10 ния подшипников коленчатого вала может быть применен на компрессорных станциях у1с будут меньше, чем во втором вариангазопроводов и подземных хранилищ газа. те при одном увеличенном зазоре. Сле 6 10 11 8 9 12 Фиг.1 Фиг г 1- импульс зажигания 2 - вибросигнал, 3 • импульс первого \і)льтивпбраторсі, 4 - ммл)льс вюрого мультивибратора. 5- интервалы вибросигнала, выде іенньіе вторым мультивибратором 26494 Ft \\\\\ 777 п 777 П \\\\\ Фиг. 3 ' Фиг. Упорядник Техред М. Келемеш Коректор М. Куль Замовлення 512 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл м 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101