Способ диагностики подшипников роторного оборудования на основе оценки микровариаций вращения вала Российский патент 2022 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики состояния подшипников роторного оборудования, примерами которого являются редукторы, турбины, двигатели и генераторы.

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.

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.

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.