DE3245505A1

DE3245505A1 - Verfahren zur schadensfrueherkennung

Info

Publication number: DE3245505A1
Application number: DE19823245505
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 4130 Moers Vykoupil
Original assignee: RHEIN WESTFAEL TECH UEBERWACH
Current assignee: RHEIN WESTFAEL TECH UEBERWACH
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE3245505C2

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur
Schadens früherkennung an einem im Betrieb Körperschall emittierenden Bauteil einer Maschine, insbes. einer Maschine mit rotierenden Bauteilen, wobei an der Maschine ein erster Körperschallparameter im hochfrequenten Bereich und ein zweiter Körperschallparameter im tieffrequenten Bereich des Frequenz spektrums gemessen und beide Meßwerte verglichen werden. Der Vergleich geschieht zumeist per Computer. - Das gattungsgemäße Verfahren gehört zur Methode der Schadensfrüherkennung durch Bestimmung des Schwingungsverhaltens des zu überwachenden Bauteils. Diese Methode wird hauptsächlich bei der überwachung von Wälzlagern, Getrieben und bei Turbinenanlagen eingesetzt. Bei der Schadensfrüherkennung durch Körperschallmessung wird zur Beurteilung des Zustandes eines Bauteiles die Veränderung seines Schwingungsverhaltens betrachtet. Da die Energie, die zur Änderung des Schwingungsverhaltens eines Bauteiles notwendig ist, relativ niedrig ist, kann mit Hilfe dieser Methode ein eintretender Schaden unter Umständen bereits in seinem Anfangsstadium erkannt werden. Als Körperschallparameter können im Rahmen dieser Maßnahmen direkt oder indirekt gemessen werden, der Effektivwert der Beschleunigung, das erste Integral dieser Beschleunigung, d. h. die Schwingungsgeschwindigkeit oder die Schnelle, das zweite Integral dieser Beschleunigung entsprechend dem ersten Integral der Schwingungsgeschwindigkeit, d. h.
die Auslenkung oder der Weg.
Mit Hilfe eines heute zumeist elektronischen Frequenzanalysators können die Meßwerte analysiert, transformiert und verknüpft werden.
Bei einem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (ölhydraulik und pneumatik, 1981, S. 568-573) werden der erste Körperschallparameter und der zweite Körperschallparameter im gleichen Bereich des Frequenzspektrums gemessen, und zwar zu verschiedenen Zeiten.
Der erste Körperschallparameter wird gemessen, wenn sich die Maschine und damit das zu überwachende ,Bauteil oder eine äquivalente Maschine aus gleicher Fertigungsserie, im Neuzustand befinden. Der so gemessene erste Körperschallparameter wird gespeichert und bildet einen Referenzwert, mit dem der zweite Körperschallparameter verglichen wird, der zu späterer Zeit beim Betrieb der Maschine im gleichen Frequenzbereich gemessen wird.
Eine Abweichung vom Referenzwert gilt als Zeichen für das Eintreten eines Schadensfalles. Entsprechend arbeitet man in der Praxis auch mit zwei Körperschallparametern, deren erster im hochfrequenten Bereich und deren zweiter im tieffrequenten Bereich gemessen werden. Da der zweite Körperschallparameter nicht gleichzeitig mit dem ersten oder Referenzparameter gemessen wird, erfolgt seine Messung nicht kohärent. - Kohärenz bezeichnet bekanntlich das Vorliegen definierter Beziehungen (Korrelationen) zwischen den Phasen sich überlagernder Wellen, allgemein zwischen den Zufallsvariablen von beliebigen, in der Physik auftretenden, stochastischen Prozessen. Die Kohärenz von Wellen hat deren Interferenzfähigkeit zur Folge.
Die bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen sind insofern nicht frei von Nachteilen, als der Referenzparameter nicht auf andere Maschinen, auch nicht auf andere Maschinen gleicher Bauart, übertragbar ist und für jede Maschine, z. B. im Zusammenhang mit einer Abnahme oder einer Inbetriebnahme, separat ermittelt werden muß. Er fällt nicht bei den Messungen, die zur Schadensfrüherkennung an der Maschine überwachend durchgeführt werden, gleichsam von selbst an. Hinzukommt, daß die Frequenz spektren stark von den Betriebsbedingungen abhängig sind und daher eine Zustandsüberwachung auf dieser Grundlage zuverlässig zumindest dann kaum möglich ist, welnn sich bei der überwachung auch die Betriebsbedingungen, z. B. die Umdrehungszahlen, ändern.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß unabhängig von der vorgeschalteten Ermittlung von Referenzwerten eine Schadensfrüherkennung durchgeführt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß aus dem Meßwert des ersten Körperschallparameters das Autoleistungsspektrum G11 und aus dem Meßwert des gleichzeitig gemessenen zweiten Körperschallparameters das Autoleistungsspektrum G22 sowie aus beiden Meßwerten das Kreuzleistungsspektrum G12 gebildet werden, daß aus den Leistungsspektren G11, G22 und G12 die Kohärenzfunktion = G12/G11 G22 gebildet wird, und daß bei Ansteigen des Wertes von t2 die Maschine, der das Bauteil angehört, außer Betrieb genommen und/oder das Bauteil ausgetauscht wird. Im Rahmen der Erfindung kann unmittelbar oder mittelbar mit der Kohärenzfunktion gearbeitet werden. Eine Ausführungsform, die mittelbar mit der Kohärenzfunktion arbeitet, ist dadurch gekennzeichnet, daß aus der Kohärenzfunktion die Größe 72 G22 gebildet und bei Ansteigen des Wertes dieser Größe die Maschine, der das Bauteil angehört, außer Betrieb genommen und/oder das Bauteil ausgetauscht wird. - Es versteht sich im Rahmen der Lehre der Erf-indung, daß der Vergleich des hochfrequenten und tieffrequenten Signals mittels der Kohärenzfunktion für eine bestimmte Frequenz erfolgen muß. Das hochfrequente Signal wird dazu demoduliert. Durch die Demodulation wird die Trägerfrequenz des hochfrequenten Signals - z. B. 2000 kHz - unterdrückt, und es bleibt die tieffrequente Amplituden-Modulation übrig. Das demodulierte hochfrequente Signal wird gleichsam in ein tieffrequentes Signal umgewandelt. Der dazu erforderliche Demodulator ist ein handelsübliches Gerät (welches ähnlich in jeden Rundfunkempfänger eingebaut ist).
Bei den Autoleistungsspektren und dem Kreuzleistungsspektrum handelt es sich um bekannte Größen der Random Data Analysis (vgl. Bendat, Piersol "Engineering applications of correlation and spectral analysis", John Wiley & Sons), die mit handelsüblichen Frequenzanalysatoren ermittelt werden können. überraschenderweise lassen diese Größen bei Verwirklichung der Lehre der Erfindung eine Schadensfrüherkennung sicher zu, ohne daß, wie eingangs beschrieben, vorab ein Referenzwert ermittelt werden muß.-Die Erfindung beruht insoweit auf der zur Erfindung gehörenden Erkenntnis, daß sich vor Eintreten eines Schadens an einer Maschine die Korrelationen zwischen den angegebenen Meßwerten ändern, und zwar im Sinne eines Ansteigens der oben angegebenen Werte. Bei der normal arbeitenden Maschine, in der auch ein beginnender Fehler sich noch nicht ausprägt, sind die genannten Werte konstant. Da nur das Ansteigen dieser Werte ermittelt werden muß, z. B. als erste Ableitung nach der Zeit, bedarf es eines Referenzwertes nicht. Die konstante Größe fällt vielmehr bei der Bildung der ersten Ableitung gleichsam heraus.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführenden Rechnungen erfolgen mit Hilfe eines dafür eingerichteten Computers, wie er bei Korrelationsuntersuchungen üblich ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das in der Figur dargestellte Schema zeigt eine Maschine 1, die zum Zwecke der Schadens früherkennung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überwachen ist. Mit Hilfe eines Aufnehmers 2 wird an der Maschine 1 ein erster Körperschallparameter im hochfrequenten Bereich des Frequenzspektrums gemessen. Mit Hilfe des Aufnehmers 3 wird ein zweiter Körperschaliparameter im tieffrequenten Bereich gemessen. Die beiden Meßwerte werden auf besondere Weise verglichen. Sie werden dazu über einen Vorverstärker 4 bzw. einen Vorverstärker 5 mit Filter einem Frequenzanalysator 6 zugeführt. Vor dem Frequenzanalysator, im hochfrequenten Zweig, befindet sich der oben erläuterte Demodulator D.
Der Frequenzanalysator 6 erzeugt das Autoleistungsspektrum G11 und das Autoleistungsspektrum G22 sowie außerdem das Kreuzleistungsspektrum 012. Diese Leistungsspektren werden in einen Computer 7 eingeführt, der daraus die Kohärenzfunktion 22 0212/011 G22 bildet. Der Wert ist konstant, wenn die Maschine ordnungsgemäß und ohne beginnenden Schaden läuft und steigt an, wenn ein Schaden sich ausbildet.

Claims

Verfahren zur Schadens früherkennung Patentansprüche: h Verfahren zur Schadensfrüherkennung an einem im Betrieb örperschall emittierenden Bauteil einer Maschine, insbes. einer Maschine mit rotierenden Bauteilen, wobei an der Maschine ein erster Körperschallparameter im hochfrequenten Bereich und ein zweiter IRörperschallparameter im tieffrequenten Bereich des Frequenzspektrums gemessen und beide Meßwerte verglichen werden, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß aus den Meßwerten des ersten Körperschallparameters das Autoleistungsspektrum G11 und aus den Meßwerten des gleichzeitig gemessenen zweiten Körperschallparameters das Autoleistungsspektrum G22 sowie aus beiden Meßwerten das Kreuzleistungsspektrum G12 gebildet werden, daß aus den Leistungsspe]tren G11, G22 und G12 die Kohärenzfunktion γ² = G122/G11 G22 gebildet wird, und daß bei Ansteigen des Wertes von γ² die Maschine, der das Bauteil angehört, außer Betrieb genommen und/oder das Bauteil ausgetauscht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Kohärenzfunktion die Größe t2 G22 gebildet und bei Ansteigen des Wertes dieser Größe die Maschine, der das Bauteil angehört, außer Betrieb genommen und/oder das Bauteil ausgetauscht wird.