DE4023663C2

DE4023663C2 - Verfahren zur Diagnose der mechanischen Eigenschaften einer Maschine, die rotierende Bauteile aufweist

Info

Publication number: DE4023663C2
Application number: DE19904023663
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr Ing Lattka; Wolfgang Dipl Ing Utz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: DE4023663A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Diagnose der mechanischen Eigenschaften von Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der US- Patentschrift 43 80 172 bekannt, in der angegeben ist, den Betriebszustand der Maschine gezielt vorübergehend zu verän dern und die dadurch auftretende Veränderung des Frequenz spektrums der Schwingungen der Maschine als Indikator für ei nen Schaden zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Verfahren so weiterzubilden, daß die automatisierte Überwachung auf einfache Weise mit Hilfe einer Kenngröße möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnah men gelöst. Vor teilhafte Weiterbildungen sind in dem Unteranspruch ange geben.

Die 1. Harmonische ist immer die drehfrequente Schwingung oder bei Zahnradgetrieben die Zahneingriffsfrequenz.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert, wobei

Fig. 1 ein prinzipielles Blockschaltbild einer Anordnung zur Erfassung und Auswertung von Maschinenschwingungen,

Fig. 2 und 4 Amplitudenspektren der Maschinenschwingungen und

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Auswertung der Maschinenschwin gungen darstellen.

Es werden gemäß dem Ausführungsbeispiel zur Auswertung von Ma schinenschwingungen nach der Fig. 1 Körperschallsignale an einem Maschinengehäuse G gemessen und in einer Auswerte einheit A verarbeitet. In einem Transientenrecorder TR der Aus werteeinheit A wird das analoge Körperschallsignal vorgefiltert und digitalisiert, wobei ein Signalprozessor SP eine weitere Bandbegrenzung des Frequenzbandes ausführt und die Frequenz funktion (z. B. durch Fast-Fourier-Transformation (FFT)) be rechnet. Auf der Spektralebene werden dabei die einzelnen harmonischen Frequenzen ausgesucht. Es werden die 1/2te, 1.te, 2.te, 3.te. Harmonische ausgefiltert und nach der Kenn größengleichung bearbeitet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird die Relation der Veränderung der Zuwächse der i-ten (i = 0,5; 2; 3) harmonischen Frequenzen zu den Veränderungen der 1. Har monischen während der T-Folgemessungen nach der folgenden Kenn größengleichung für die Kenngröße R_i ermittelt:

Die Größen A_i stellen hier die Amplituden der Harmonischen der Grundfrequenz (i = 1, entspricht A₁) zu Zeitpunkten t (z. B. t = 7 für 7 Tage einer Woche) dar. Die Kenngröße R_i gibt die Relation der jeweiligen Amplituden der verschiedenen Harmoni schen (i = 0,5; 2; 3) zur Grundfrequenz (i = 1) über verschie dene Meßzeitpunkte wieder. Gemäß der Fig. 2 bedeuten:

A_it . . . i-te Harmonische (letzte Messung t)
A_i(t-1) . . . i-te Harmonische (vorletzte Messung (t-1))

ΔA_0,5 = A_0,5t - A_0,5(t-1) Zuwachs (Veränderung der 0,5. Harmonischen
ΔA₁ = A_1t - A_1(t-1) Zuwachs (Veränderung) der 1. Harmonischen
ΔA₂ = A_2t - A_2(t-1) Zuwachs (Veränderung) der 2. Harmonischen
ΔA₃ = A_3t - A_3(t-1) Zuwachs (Veränderung) der 3. Harmonischen
ΔA_i = A_it - A_i(t-1) ΔA_i . . . Zuwachs der i-ten Harmonischen (i = 0,5; 1; 2; 3)

So besteht die Möglichkeit festzustel len, welche Harmonische in einem vorgegebenen Zeitabschnitt schneller gewachsen ist, um daraufhin sich anbahnende Schäden (z. B. Wellenriß oder Zahnradverschleiß) im Frühstadium ent decken zu können. In der Fig. 3 ist ein Flußdiagramm eines Computerprogramms zur Durchführung der Kenngrößenermittlung dargestellt, dessen Anwendung an drei Fällen, nämlich der Wellenrißfrüherkennung, der Zahnradverschleißerkennung und der Erkennung von Schäden an Schaufeln, beispielsweise einer Tur bine, gezeigt wird.

Die ausgerechneten Kenngrößen R_i werden in Abhängigkeit von der Zeit, also im Trend, beobachtet. In die Abschlußaussage werden dabei auch Prozeßparameter einbezogen, die hier nicht näher er örtert sind.

Anwendung: Schäden an Leit- oder Laufschaufeln beispielsweise einer Turbine

Die in der Auswerteeinheit A gemäß Fig. 1 durchgeführte Signalanalyse der an einer Turbine gemessenen Schwingungen be steht aus folgenden Stufen:

1) Berechnung des Laufschaufeldrehklangs entsprechend Grund frequenz f₁, multipliziert mit der Zahl der Laufschaufeln, und des Leitschaufeldrehklangs entsprechend Grundfrequenz f₁, multipliziert mit der Zahl der Leitschaufeln.
2) Es wird die Relation der Veränderung des Laufschaufel drehklangs mit der Amplitude A₂ bzw. des Leitschaufeldreh klangs mit der Amplitude A₃ zu den Veränderungen der dreh frequenten Amplitude A₁ während der T-Folgemessungen nach der Kenngrößengleichung (1) untersucht: wobei hierA_it = Amplitude des Laufschaufeldrehklangs (i = 2) (Drehfrequenz × Schaufeln) bzw. des Leitschaufeldrehklangs (i = 3) im Meßzeitpunkt t),
A₁ = drehfrequente Amplitude,
T = folgende Messung (folgende Zeitabschnitte, z. B. Tage)darstellen.
Wenn die Relation R_i < 1 ist, dann wächst die i-te Amplitude A_i schneller als die drehfrequente Amplitude A₁ und ermög licht daher eine Aussage über Schäden an den Leit- und/oder Laufschaufeln.
3) Zusätzlich wird bei der Signalanalyse an Schaufeln, bei spielsweise einer Turbine, auch die Phase des Schaufel drehklangs untersucht, um eine verläßliche Aussage über Schäden zu erhalten. Es wird die Veränderung der Phase ϕ₂ des Laufschaufeldrehklangs bzw. der Phase des Leitschaufel drehklangs während der Folgemessungen zu der ersten Messung nach der folgenden Gleichung untersucht: wobei hierϕ_i = Phase des Laufschaufeldrehklangs (bei i = 2) bzw. Phase des Leitschaufeldrehklangs (i = 3)darstellt.

Wenn die Relation F_i < 1 ist, dann ist ein Phasenzuwachs und somit ein Turbinenschaden zu verzeichnen.

Die Analyse der Veränderungen der Parameter R_i und F_i er leichtert die Fehlersuche bei Leitschaufeln und Laufschaufeln in Turbomaschinen.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung ist vor allem bei der automatisierten Überwachung von Maschinen mit rotierenden Teilen, beispielsweise in Kraft werken, anwendbar.

Claims

1. Verfahren zur Diagnose der mechanischen Eigenschaften ei ner Maschine, die rotierende Bauteile aufweist, bei dem zur Erkennung von Schäden und/oder Verschleiß an den rotierenden Bauteilen die von diesen verursachten Schwingungen als Schwingungssignale an der Maschine erfaßt werden, die vorge filtert und digitalisiert werden und nach einer Frequenz transformation im Frequenzbereich aufgrund der Amplituden der Grundfrequenz und von Harmonischen ausgewertet werden, da durch gekennzeichnet, daß die Vorfilterung und die Digitalisierung in einem Transientenrecorder vorgenommen wer den und daß eine erste Kenngröße R_i nach folgender Gleichung ermittelt wird: wobeiA_1t die Amplitude der Grundfrequenz und
A_it die Amplitude der i-ten (0,5-ten, zweiten, dritten) Harmonischen bei der Messung t ist,
A_1(t-1) und
A_i(t-1) die Amplituden der Grundfrequenz und der i-ten Harmonischen bei der Messung (t-1) sind und
T die Anzahl der auf die erste Messung folgenden Messungen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zur Auswertung der erfaßten Schwingungssignale an Schaufeln, insbesondere an Turbinen, zusätzlich eine zweite Kenngröße F_i nach folgender Gleichung ermittelt wird: wobeiϕ_it und
ϕ_i(t-1) die Phase des Laufschaufeldrehklangs (bei i = 2) bzw. Phase des Leitschaufeldrehklangs (i = 3) bei den Messungen t und t-1
darstellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Schwingungssignale Körperschallsignale erfaßt werden.