СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к машиностроению и подшипниковой промышленности и может быть использовано для диагностики подшипников в энергетике, нефтяной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и на транспорте для оперативного контроля износа подшипников по состоянию.

Известен способ контроля подшипника роторной системы, включающий измерение вибрации по корпусу подшипника, значение амплитуды вибрации, интервалов времени между положительными выбросами амплитуды вибрации. Затем определяют коэффициент вариации между измеренными интервалами времени, а наличие и количество дефектов подшипника определяют по величине интервала времени между выбросами амплитуды вибрации и коэффициенту вариации, сравнивая с экспериментальными эталонными зависимостями. Авторское свидетельство №1719953 A1 SU. Недостатком данного способа диагностики является низкая достоверность контроля. Это обусловлено тем, что устанавливается количество дефектов, но не определяются размер дефекта и его месторасположение в подшипнике и, следовательно, нет возможности установить динамику развития дефекта (роста раковины, трещины и других разрушений на поверхностях беговых дорожек подшипника и телах вращения).

Указанные недостатки снижают достоверность контроля.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля и измерение размеров дефекта, образовавшегося в результате неправильного монтажа и (или) эксплуатации в подшипнике и определение местоположения дефекта в подшипнике без останова оборудования.

Сущность способа заключается в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника или на поверхности одного из невращающихся колец подшипника в заданной полосе частот от 30 кГц до 300 кГц в равные, последовательные промежутки времени.

Данный способ диагностики подшипников отличается от способа диагностики подшипников (авторское свидетельство №1719953 A1 SU) тем, что с целью повышения достоверности контроля износа подшипника определяют с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени (τ ), определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота подшипника. Причиной, которая способствует значительному увеличению амплитуды сигналов акустической эмиссии вращающегося подшипника, являются удары и микроудары от перекатывания дефектных поверхностей тел качения, на которых имеются раковины, сколы, шелушения по поверхности беговых дорожек подшипника или от ударов и микроударов при перекатывании тел качения по беговым дорожкам подшипника, на которых имеются сколы, раковины, трещины и шелушение.

Размер дефекта, т.е. разрушение вдоль беговой дорожки в мм, определяют по формуле

P=π · DnΔ t,

где Р - размер дефекта в мм,

n - число оборотов в сек,

Δ t - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующих один за другим неразрывно по времени в сек,

π - 3,14,

D - диаметр внутреннего или наружного кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм.

Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой (измеренного) значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии Т_инт с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии Т_инт, при этом значение Т_инт измеренного должно совпадать с одним из расчетных значений Т_инт.

Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии (Т_инт) соответствует виду дефекта:

- дефекту наружного кольца,

- дефекту внутреннего кольца,

- дефекту тел вращения.

Дефект наружного кольца при Т_инт=1/(0,5-zn-[1-d/Dу-соsγ ])сек. Дефект внутреннего кольца при T_инт=1/(0,5-zn-[1+d/Dy-cosγ ]) сек. Дефект тела вращения T_инт=1/(nDy/d-[1-(d/Dy)²cos ²·^{γ]) сек.}

Где Т_инт - интервал времени между выбросами амплитуды,

z - число шариков (тел качения),

Dy - диаметр окружности, проходящей через центры шариков (тел качения) мм,

d - диаметр шарика (тела качения),

γ - угол контакта тел качения (указывается в каталоге),

n - число оборотов в сек.

О состоянии подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта такого типа, исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника.

Пример

Производится диагностирование насосного оборудования на нефтеперерабатывающем предприятии с помощью электронного устройства, соединенного с датчиком. Электронное устройство работает на основании способа диагностики, описанного выше.

Работник по графику обходит производственные цеха и обследует с помощью данного портативного, переносного прибора насосное оборудование с целью обнаружения аварийно работающих подшипниковых узлов.

Датчик прибора устанавливается на корпусе подшипникового узла работающего оборудования, включается прибор и производятся измерения акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе подшипника.

Производится диагностирование подшипника электродвигателя нефтяного насоса. Электродвигатель работает с частотой вращения 50 оборотов в секунду (n=50 об/сек).

Технические характеристики роликового подшипника.

Диаметр внутреннего кольца подшипника до поверхности беговой дорожки в мм D_В=55.

Диаметр окружности, проходящей через центры роликов, в мм Dy=77.

Диаметр ролика в мм d=15.

Число роликов в подшипнике z=8.

Угол контакта тела вращения указывается в каталоге. Для роликового подшипника cosγ =1.

С помощью переносного электронного устройства измерены следующие параметры:

Т_инт - интервал времени между максимальными, неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии в сек (см. чертеж).

Δ t - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующих один за другим неразрывно по времени, в сек (см. чертеж).

Ось ОУ - значение амплитуд (А) сигналов акустической эмиссии в мкв.

Ось OX - текущее значение времени Т в сек.

При диагностировании получены данные Т_инт=0,0041 сек, Δ t=0,00029 сек.

Сначала определяются месторасположения дефекта по формулам:

Дефект тела вращения

T_инт=1/(n· Dy/d· [1-(d/Dy)²·^{cos2γ ])ceк=1/50· 70/15[1-(15/70)2·12])=0,0045 сек.}

Дефект наружного кольца

T_инт=1/(0,5· z· n· [1-d/Dy-cosγ ])ceк=1/(0,5·8-50· [1-15/70· 1])=0,00636 сек.

Дефект внутреннего кольца

T_инт=l/(0,5-z.n-[1+d/Dy· cosγ ])сек=1/(0,5· 8· 50· [1+15/70· 1])=0,0041 сек.

Следовательно, измеренное значение интервала времени между выбросами амплитуды Т_инт=0,0041 сек совпадает с расчетным значением Т_инт при дефекте внутреннего кольца.

Затем определяется размер дефекта по формуле

P=π · D_B·_{n· Δ t=3,14· 55· 50· 0,00029 сек=2,5 мм.}

Следовательно, разрушение (выкрашивание) беговой дорожки внутреннего кольца подшипника составляет 2,5 мм. После производства второго и последующего измерения можно с помощью предложенного способа диагностики контролировать и скорость дефекта подшипников качения.

Изобретение относиться к испытательной технике. Сущность: измеряют акустические сигналы акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника или на поверхности одного из невращающихся колец подшипника. Определяют с частотой выборки от 50 микросекунд до 0,1 микросекунды значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии, следующих последовательно и неразрывно по времени. Определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных за время не менее одного оборота подшипника и рассчитывают размер дефекта вдоль беговой дорожки в мм по заданной формуле. Местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой измеренного значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии. Каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии соответствует определенному виду дефекта. О состоянии подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта такого типа, исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника. Технический результат: повышение достоверности контроля. 1 ил.

Способ диагностики подшипников качения роторной системы, заключающийся в измерении акустических сигналов акустической эмиссии на корпусе вращающегося подшипника или на поверхности одного из невращяющихся колец подшипника в заданной полосе частот от 30 до 300 кГц в равные последовательные промежутки времени, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля износа подшипника, определяют с частотой выборки от 50 до 0,1 мкс значение выброса максимальных амплитуд сигналов акустической эмиссии следующих последовательно и неразрывно по времени (τ ), определяют время длительности выброса максимальных последовательных и неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии и интервал времени между выбросами максимальных неразрывных по времени сигналов акустической эмиссии за время не менее одного оборота подшипника и рассчитывают размер дефекта вдоль беговой дорожки по формуле

P=π · D· n· Δ t,

где Р - размер дефекта, мм;

n - число оборотов, с;

Δ t - время длительности выброса сигналов акустической эмиссии с максимальной амплитудой, следующих один за другим неразрывно по времени, с;

π = 3,14;

D - диаметр внутреннего или наружного кольца подшипника до поверхности беговой дорожки, мм;

а местоположение дефекта определяют на основании сравнения определенного диагностикой измеренного значения интервала времени между максимальными неразрывными по времени сигналами акустической эмиссии Т_инт с одним из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии Т_инт, при этом значение Т_инт измеренного должно совпадать с одним из расчетных значений Т_инт, каждый из трех рассчитанных по формулам интервалов времени между выбросами максимальных сигналов акустической эмиссии (Т_инт) соответствует виду дефекта:

дефекту наружного кольца при

Т_инт = 1/(0,5· zn· [l-d/Dy· cosγ ]), с;

дефекту внутреннего кольца при

Т_инт = 1/(0,5· zn· [1+d/Dy· cosγ ]), с;

дефекту тела вращения

Т_инт = 1/(nDy/d· [l-(d/Dy)²·^{cos2γ]), с,}

где Т_инт - интервал времени между выбросами амплитуды;

z - число шариков;

Dy - диаметр окружности, проходящей через центры шариков, мм;

d - диаметр шарика мм;

γ - угол контакта тел качения;

n - число оборотов, с;

причем о состоянии подшипника судят путем сравнения определенного диагностикой размера дефекта с допустимым размером дефекта такого типа исходя из технических и эксплуатационных характеристик подшипника.