Способ обнаружения дефектов подшипников турбокомпрессора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР С 5 вь 5 ЕТЕНИЯ(21) 4872895/27. ",:,.,т,е, прибегают в нелийейным преобразооа- (22)09.08,90 . ; ниям вибрации в виде логарифмического (46) 30.12,92 л Бюл, М 48 .,: : спектра с последующим обратным преобра- (71) Всесоюзное научно-производственное:зованием Фурье и выделением второй рообьединение турбохолодильной и газопере- . торн ой р ах моники ке п стра. А об качивающей техники "Союзтурбогаз", автоколебаниях ротора судят по превыше- (72) А.В,Погребняк, Э.Д.Тартаковский, нию уровня второй роторной рахмоники Е,А.Игуменцев и В.Е.Ивлюшин, .:нормированного значения. При обнаруже- (56) Авторское свидетельство СССР" нии автоколебаний ротора дополнительно М 1377651, кл. 6 01 М 15/00, 1985.: .:, . производят синхронное усреднение по оре- (54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ мени вибрационного сигнала с частотой . ПОДШИПНИКАТУРБОКОМПРЕССОРА,: синхронизации, равной 1/2 роторной гар- (57) Использование: турбокомпрессорос 1- моники; а затем выделяют уровень 1/2 ро.роение, в частности в области вибрацион-:торной гармоники путем прямого ной диагностики подшипников скольжейия. преобразования Фурье и о величине эазоСущность изобретения: способ обнаруже- ров в подшипниках ротора судят по превыния дефектов подшипника турбокомпрессо- шекио уровня 1/2 роторной гармоники ра заключается в том,что дойолнительно синхронизированного нормированного определяют кепстр вибрационного сигнала, " значения. 4 ил. ц а л .Изобретение относится.к турбокомп- сти (СКЗ) с максимальной длиной шкалы йрессоростроению, в частности к вибрацион-1,79 мм/с, в спектре по оси абсцисс отложе-, р ной диагностикеподшипников скольжения ны значения времени с максимальной дли- . р без остановки и разборки турбокомпрессо- ной шкалы 1 с; по осй ординат уровень Со ра, и может быть использовано во всех об- кепстра с максимальной длиной шкалы 8,66 ласгях народного хозяйства,где дБ; на фиг.2 - кепстр вибрации турбокомпприменякзтся турбокомпрессори с подшилрессора тепловоза ЗТЗОлл смаксимальнойд никами. скольжения: о 1 калой по оси абсцисс соответственно 31,3цель изобретенил - повышение натдвсжмс и 12 б мс, на Фиг. 3 - низконастотный йости йдолговечности путем повышения до-спектр после синхронного усреднения (ЕчН стоверности обнаружения дефектов., ЯРЕС) и спектр мощности (АОТОЯРЕС) вибНа фиг.1 представлен низкочастотный рации турбокомпрессора в частотном диаспектр (АОТО ЯРЕС) и кепстр (ССРЯЙОМ)пазоне до 400 Гц; на фиг. 4 - блок-схема вибрации. турбокомпрессора тепловоза , устройства для реализации предлагаемого ЗТЭ 10 М М 1087, В спектре по оси абсцисс - способа.отложейы значения частоты, с максималь-Установлено, что если спектрограмма ной длиной шкалы 400 Гц; по оси ординатсодержит периодические составляющие средйеквадратичное значение виброскоро- (гармоники), то существует зависимость1784851 3между гармониками спектра 1 и рахмониками кепстра Т, а также расстоянием междуотдельными гармониками Ж и частотой линий кепстра ЬТ; 1 = 1/1; Ь т = 1/Ь Т,Представленное соотношение продемонстрйровано на примере спектра и кепстра виброскорости корпусов подшипниковтурбокомпрессора 1 К. В спектре наблюдаютсядизельные гармоники Гц = 14 Гц, Юц"14 Гц,а в кейстре соответствующие дизельные рахмоники Т = 71,3 мс ЬТ 71,3 мс,Для идентификации роторных и половинных роторных гармоник (подшипниковых частот) вйбрации турбокомпрессора 15необходимо уменьшить разрешающую способность кепстра по времени.На кепстрограмме обйаРужМЙ"перваяТр 4,3 мс и вторая 2 Тр =8,54 мс рахмоники,"соответствующие роторной гармонике 1 р - 20: 232 Гц и половйнной роторной гармонике1/21 р = 116 Гц спектра (фиг, 2), Кроме того,обнаружена известная дизельная рахмонйка Тд = 71,3 мс, Таким образом, с помощью. второй рахмоники кепстра идентифицировайы роторная й половинная"роторная гармоники вибрации турбокомпрессора,перекрываемые источники сйльн 0 го посторойнего шума дизельными гармониками).По турбокомп рессору с цилиндрическими подшипниками скольженйя, были идентифицированы роторная гармоника 1 р = 232Гц и половинная роторная гармоника 1/21 р ==116 Гц, значительно превышающая амплитуду роторной гармоники (фиг, 1). Например, половинная роторная -гармоникасоставляет 7,63 мм/с, а роторная 1,6 мм/с.Автоколебатальные режимы вращения ротора обнаружены на всех испытываемыхтурбокомпрессорах. Амплитуда половинной роторной гармоники спектра вибрации1/21 р - 136 Гц составляет 6,67 мм/с и соизмерима самплитудой дизегьной гармоники6,82 мм/с (фиг. 3). Роторная гармоника турбокомпрессо ра при этом с оста вл яет 451,7 мм/с. "Таким образом, в низкочастотном спектре вибрации турбокомпрессора обнаружена подшипниковая частота половинная. роторная гармоника) и установлена связь 50обнаруженных диагностическйх признаковс дефектами в подшипниках скольжения, вчастности автоколебаниями ротора. ПорогОвый уровень второй роторной рахмойикикепстра устанавливается для каждого типа 55турбокомпрессора и ойределяет тот уровень, превышение которого в условиях эксплуатации позволяет выявить начальнуюстадию разрушения подшипнйка т.е. определить отклонение технического состояния контролируемого турбокомпрессора от беэдефектного.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 смысле эффективно с точки зрения устранения некоррелировайных шумов, наложенных на повторяющиеся (периодические) сигналы, и способствуют существенному увеличению отношения сигнала к шуму, Однако для применения процесса усредненйя во временной области необходимо знание синхронизирующей частоты,При обработке вибросигйалов турбокомпрессоров, после обнаружения роторных гармоник и подшипниковых частот, проводитсясинхронное усреднение во временной области с помощью дополнительного фильтра. Синхронизация роторной гармоники 1 р = 273 Гц и подшипниковой частоты фиг,3) позволила повысить уровень шума более чем в два раза и выделить рельефнее амплитуды исследуемых чвстот в спектре, Например, амплитуда роторной гармоникиуменьшилась со значения 9,78 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 роторной гармоники, устанавливается для каждого типа турбокомпрессора и определяет тот уровень, превышение которого в условиях эксплуатаций позволяет выявить дальнейшую стадию разрушения подшипника и определить значительные отклонения зазоров в подшипниках контролируемой турбомашины от бездефектной.Для реалйзации способа обнаружения дефектов в подшипнике турбокомп рессорапредлагается устролство (фиг. 4), содержащее вибродатчик 5, который посредством подковообразного магнита 4 крепится к корпусу турбскомпрессора 1, Электрический сигнал с датчика 5 подается и усиливается в логарифмическом усилителе 6. Усиленный электрический сигнал (напряжение). пропорциональный величине виброскорости колебаний корпуса турбомашины влогарифмическом масштабе поступает на следящий полосовой фильтр 7, настроенный на половинную частоту вращения ротора 1 р/2, где 1 р - частота вращения ротора. Полоса пропускания фильтра Ю = макс Гмин, Где 1 макс 1 мин - л 13 ксимальнзЯ и л 1 инимальная частота пропускания фильтра вы- нения с нормированным уровнем одной втобирается из условия: т макс 1 мин ( 1,26; ЬГЛр рой гармоники спектра через демультипли 0,26, т,е, частота полосы пропускания не катор и аналого-цифровой преобразовательпревышает 1/3 октавы, .10 подается на индицирующее устройство., Максимальное и минимальное значе 11, где отображается уровень синхронизиние частоты фильтра равно Гмакс (Гр + рованной подшипниковой частоты и иден- .Ьф 2; Фиин=(1 р - й)/2, т,е. Фильтр настроен . тифицируется окончательный диагноз,на половинную частоту вращения ротора; Питание схемы осуществляется от блока пи, Такой частотный диапазон позволяет ис-- тания 12, Встроенный калибратор 13 и перепользовать необходимую разрешающую 10 ключатель 14 обеспечивает самоконтрольспособность по частоте и во времени.- устройства.Отфильтрованный электрический сиг- Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и янал, пропорциональный среднеквадратич-Способ обнаружения дефектов подшипному значению виброскорости в ников-турбокомпрессора путем измерения, логарифмическом масштабе вчастотномди уровня одной второй роторной гармоникиапазоне, соответствующем половинной час-спектра вибрации турбокомпрессора, опретоте вращения ротора с фильтра 7 подается: деления автоколебаний ротора и зазоров вна специализированное цифровое устрой подшипниках скольжения и определенияство 8 микропроцессор, где преобразуется величины зазоров в подшипниках и автоков величину кепстра ивыделяется в виде вто "лебаний ротора по превышению уровня одрой роторной рахмоники, Уровень второй ной второй роторной гармоникироторной рахмоники капстра подается на: нормированного значения, отл и ч а ю щи йустройство сравнения 9 (компаратор); со- с ятем, что, с целью повышения точностидержащее демультипликатор.. при использованииспособа для турбокомпРезультат сравнения с нормированным"25 рессора двигателей внутреннего сгорания,уровнемвторой рахмоники капстра через . дополнительно определяют кепстр вибрадемультипликаторианалого-цифровой пре- ционного сигнала путемнелинейного преобразователь 10 подается на индицирую-образования вибраций в видещее устройство 11, где отображается логарифмированиясйектра"с последующиуровень кепстра. Если уровень вычисленно- ЭО ми обратными преобразованиями Фурье иго значения кепстра в микропроцессоре 8 . выделяют в виде второй роторной рахмонипревышает нормированное значейие в уст- ки кепстра, затем дополнительно произворойстве сравнения 9, то отфильтрованный дят синхронное усреднение по времениэлектрическийсигналчерездемультиплика-: вибрационного"сигнала с частотой синхро.торустройства сравнения подается на спе низации, равной одной второй роторнойциализированное цифровое устройствогармоники,азатем выделяютуровень одноймикропроцессор 8, где происходит,сикх- . второй роторйой гармоники путемпрямогоронное усреднение сигнала, а затем вйчис- преобразования фурье и определяют велиление одной второй роторной гармоники. чину зазора в подшипниках ротора по преЧастотасинхронизированнойодной второй 40 вышению уровня одной второй роторнойроторной гармоники спектраподается нагармоники синхронизированного нормиро-устройство сравнения 9. Результаты срав- ванного зйачения,, Чю(с е : О,ОН + 4 О ВВ ТОР Я 11 ФйО СЕ РЗ ТРиИ СН.У йФ 6О, ИОХ: О Обеу а 185 ауВЕТЕР ы О ЯЯ: Я 4ФО 2 НРРН У 3.131.71зноет еюми: ьоо гаек о,асгвеов рем ч. 7 6 х: зм 5 Онг дхангло тстФ 3, ЯО6. нЯЕи : О,44 гВ М ф ф, Я 3 ффР 1 Ух О. ООИ 44 М1784851 УТОРЕВ ру яито аоЕс си,я Составитель Е. ИгумеццевТехред М.Моргентал Коррект эктор Л а 4359 . Тираж . ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/Б изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 У 4Екн ЙРес Сн.Я ийс "У ЙИян( йб С 1 Й ОРЕТ т 2 Воин/а и /ЗЯ Зри И Ф ТИ ф: В.В Ряб х: УЗ В 5 мз