Способ обнаружения дефектов подшипников турбокомпрессора Советский патент 1992 года по МПК G01M13/04 

Изобретение относится к турбокомп- рессоростроению, в частности к вибрационной диагностике подшипников скольжения без остановки и разборки турбокомпрессора, и может быть использовано во всех областях народного хозяйства, где применяются турбокомпрессоры с подшипниками скольжения.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности путем повышения достоверности обнаружения дефектов.

На фиг. 1 представлен низкочастотный спектр (AUTO SPEC) и кепстр (CEPSRUM) вибрации турбокомпрессора тепловоза ЗТЭЮМ № 1087. В спектре по оси абсцисс отложены значения частоты, с максимальной длиной шкалы 400Тц; по оси ординат среднеквадратичное значение виброскорости (СКЗ) с максимальной длиной 1,79 мм/с, в спектре по оси абсцисс отложены значения времени с максимальной длиной шкалы 1 с; по oci4 ординат уровень кепстра с максимальной длиной шкалы 8,66 дБ; на фиг. 2 - кепстр вибрации турбокомпрессора тепловоза ЗТЭЮМ смаксимальной шкалой по оси абсцисс соответствен но 31,3 мс и 125 мс; на фиг. 3 - низкочастотный спектр после синхронного усреднения (ENH SPEC) и спектр мощности (AUTOSPEC) вибрации турбокомпрессора в частотном диапазоне до 400 Гц; на фиг. 4 - блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Установлено, что если спектрограмма содержит периодические составляющие (гармоники), то существует зависимость

4. О© СЛ

ежду гармониками спектра f и рахмоника- и кепстра Т, а также расстоянием между тдельными гармониками Af и частотой линий кепстра AT: f 1/t; Af 1/АТ.

Представленное соотношение продемонстрировано на примере спектра и кепстра виброскорости корпусов подшипников урбокомпрессора ТК-34. В спектре наблю- аются дйзёльные гармоники fg 14 Гц, Afg 14 Гц, а BtfkericTpe соответствующие дизельные рахмоники Тд 71,3 мс АТд 71,3мс.

Для идеятификации роторных и половинных роторных гармоник (подшипниковых частот) вибрации турбокомпрессора необходимо уменьшить разрешающую способность кепстра по времени.

На кепстрограмме обнаружены первая ,3 мс и вторая 2ТР 8,54 мс рахмоники, соответствующие роторной гармонике fp

232 Гц и половинной роторной гармонике 1/2fp 116 Гц спектра (фиг. 2), Кроме того, обнаружена известная дизельная рахмоии- ка Тд 71,3 мс. Таким образом, с помощью

второй рахмоники кепстра идентифицированы роторная и половинная роторная гармоники вибрации турбокомпрессора, перекрываемые источники сильного постороннего шума (дизельными гармониками),

По турбокомпрессору с цилиндрическими подшипниками скольжения, были идентифицированы роторная гармоника fp 232

Гц и половинная роторная гармоника 1/2fp 116 Гц, значительно превышающая амплитуду роторной гармоники (фиг. 1). Например, половинная роторная гармоника составляет 7,63 мм/с, а роторная 1,6 мм/с. Автоколебательные режимы вращения ротора обнаружены на всех испытываемых турбокомпрессорах. Амплитуда половинной роторной гармоники спектра вибрации 1/2fp 136 Гц составляет 6,67 мм/с и соизмерима с амплитудой дизельной гармоники 6,82 мм/с (фиг. 3). Роторная гармоника турбокомпрессора при этом составляет 1,7 мм/с.

Таким образом, в низкочастотном спектре вибрации турбокомпрессора обнаружена подшипниковая частота (половинная роторная гармоника) и установлена связь обнаруженных диагностических признаков с дефектами в подшипниках скольжения, в частности автоколебаниями ротора. Пороговый уровень второй роторной рахмоники кепстра устанавливается для каждого типа турбокомпрессора и определяет Гот уровень, превышение которого в условиях эксплуатации позволяет выявить начальную стадию разрушения подшипника т.е. определить отклонение технического состояния контролируемого турбокомпрессора от бездефектного.

Обнаружение роторных гармоник и подшипниковых частот, связанное с выделением сигнала, в общем случае осуществляется увеличением отношения сигнала к шуму путем синхронного усреднения по времени. Выделение сигналов в описанном выше

0 смысле эффективно с точки зрения устранения некоррелированных шумов, наложен- . ных на повторяющиеся (периодические) сигналы, и способствуют существенному увеличению отношения сигнала к шуму. Од5 нако для применения процесса усреднения во временной области необходимо знание синхронизирующей частоты.

При обработке вибросигналов турбокомпрессоров, после обнаружения ротор0 ных гармоник и подшипниковых частот, проводится синхронное усреднение во временной области с помощью дополнительного фильтра. Синхронизация роторной гармоники fp 273 Гц и подшипниковой

5 частоты (фиг, 3) позволила повысить уровень шума более чем в два раза и выделить рельефнее амплитуды исследуемых чвстот в спектре. Например, амплитуда роторной гармоники уменьшилась со значения 9;78

0 мм/с до 4,78 мм/с, а амплитуда подшипниковой частоты с 6,67 мм/с до 2,62 мм/с.

Пороговое значение синхронизированного уровня виброскорости, в частотном диапазоне соответствующем одной второй

5 роторной гармоники, устанавливается для каждого типа турбокомпрессора и определяет тот уровень, превышение которого в условиях эксплуатации позволяет выявить дальнейшую стадию разрушения подшип0 ника и определить значительные отклонения зазоров в подшипниках контролируемой турбомашины от бездефектной.

Для реализации способа обнаружения

5 дефектов в подшипнике турбокомпрессора предлагается устройство (фиг. 4), содержащее вибродатчик 5, который посредством подковообразного магнита 4 крепится к корпусу турбокомпрессора 1. Электриче0 ский сигнал с датчика 5 подается и усиливается в логарифмическом усилителе 6. Усиленный олектричэский сигнал (напряжение), пропорциональный величине виброскорости колебаний корпуса турбомашины

5 в логарифмическом масштабе поступает на следящий полосовой фильтр 7, настроенный на половинную частоту вращения ротора fp/2, где fp - частота вращения ротора. Полоса пропускания фильтра Af fM3Kc - ft-imi, где fM3Kc frnviH - максимальная и минимальная частота пропускания фильтра выбирается из условия: f макс fnnH 1,26; Af/fp ,26, . частота полосы пропускания не превышает 1/3 октавы.

Максимальное и минимальное значе- ние частоты фильтра равно Тмакс (fp + Дт)/2; fMMH (fp- Af)/2,T.e. фильтр настроен на половинную частоту вращения ротора. Такой частотный диапазон позволяет использовать необходимую разрешающую способность по частоте и во времени.

Отфильтрованный электрический сиг- .нал, пропорциональный среднеквадратичному значению виброскорости о логарифмическом масштабе в частотном ди- апазоне, соответствующем половинной частоте вращения ротора с фильтра 7 подается на специализированное цифровой устройство 8 микропроцессор, где преобразуется в величину кепстра и выделяется в виде вто- рой роторной рахмоники. Уровень второй роторной рахмоники капстра подается на устройство сравнения 9 (компаратор), содержащее демультипликатор.

Результат сравнения с нормированным уровнем второй рахмоники кепстра через демультипликатор и аналого-цифровой преобразователь 10 подается на индицирующее устройство 11, где отображается уровень кепстра. Если уровень вычисление- го значения кепстра в микропроцессоре 8 превышает нормированное значение в устройстве сравнения 9, то отфильтрованный электрический сигнал через демультипликатор устройства сравнения подается на спе- циализированное цифровое устройство микропроцессор 8, где происходит синхронное усреднение сигнала, а затем вычисление одной второй роторной гармоники. Частота синхронизированной одной второй роторной гармоники спектра подается на устройство сравнения 9. Результаты сравнения с нормированным уровнем одной второй гармоники спектра через демультипликатор и аналого-цифровой преобразователь 10 подается на индицирующее устройство 11, где отображается уровень синхронизированной подшипниковой частоты и идентифицируется окончательный диагноз. Питание схемы осуществляется от блока пи- танмя 12. Встроенный калибратор 13 и переключатель 14 обеспечивает самоконтроль устройства.

Формула изобретения Способ обнаружения дефектов подшип- ников-турбокомпрессора путем измерения уровня одной второй роторной гармоники спектра вибрации турбокомпрессора, определения автоколебаний ротора и зазоров в подшипниках скольжения и определения величины зазоров в подшипниках и автоколебаний ротора по превышению уровня одной второй роторной гармоники нормированного значения, отличающий- с я тем, что с целью повышения точности при использовании способа для турбокомпрессора двигателей внутреннего сгорания, дополнительно определяют кепстр вибрационного сигнала путем нелинейного преобразования вибраций в виде логарифмирования спектра с последующими обратными Преобразованиями Фурье и выделяют в виде второй роторной рахмоники кепстра, затем дополнительно производят синхронное усреднение по времени вибрационного сигнала с частотой синхронизации, равной одной второй роторной гармоники, а затем выделяютуровень одной второй роторной гармоники путем прямого преобразования Фурье и определяют величину зазора в подшипниках ротора по превышению уровня одной второй роторной гармоники синхронизированного нормированного значений.

I

Гча

С

Ci

(/{ 1 ЕКН SPEC С ./) НДС

Vi UJSrtH/c «МбLIN X О. 0Н % 40ЈШ LIN ЙГУР Г

STOBED

К Т«Г««

ДХ ; O.OHz v « Г /да(/

Использование: турбокомпрессорост- роение, в частности в области вибрационной диагностики подшипников скольжения. Сущность изобретения: способ обнаружения дефектов подшипника турбокомпрессора заключается в том, что дополнительно определяют кепстр вибрационного сигнала,7 т.е. прибегают в нелинейным преобразооа- ниям вибрации в виде логарифмического спектра с последующим обратным преобразованием Фурье и выделением второй роторной рахмоники кепстра. А об автоколебаниях ротора судят по преЕыше- нию уровня второй роторной рахмоники нормированного значения. При обнаружении автоколебаний ротора дополнительно производят синхронное усреднение по времени вибрационного сигнала с частотой синхронизации, равной 1/2 роторной гармоники, а затем выделяют уровень 1/2 роторной гармоники путем прямого преобразования Фурье и о величине зазо- ров о подшипника /, ротора судят по превышению уровня 1/2 роторной гармоники синхронизированного нормированного значения. 4 ил. (Л С

S 1 S4Wpfcrf - ii« й™ш4 iiv

Фаг.З

Sf fsJf sSJ