DE4032299C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Überwachen eines drehbaren Bauteiles, insbesondere einer Rotorwelle, die eine nahe dem Bauteil angebrachte erste Aufnahmevor richtung für die Drehlage des Bauteiles und eine nahe dem Bauteil angebrachte zweite Aufnahmevorrichtung für die ra diale Schwingung des Bauteils und eine Anzeigeeinrichtung für den Alarmfall umfaßt, und bei der die zweite Aufnahme vorrichtung für die radiale Schwingung mit einem Frequenz filter verbunden ist, mit dem die erste Aufnahmevorrich tung für die Drehlage des Bauteils über eine Triggerlei tung verbunden ist, so daß am Ausgang des Frequenzfilters die Amplitude einer Drehzahlharmonischen und die Phasenver schiebung zwischen einer vorgegebenen Drehlage des Bau teils und der Drehlage des Bauteils, bei der die Drehzahl harmonische den positiven Amplitudenwert erreicht, als Vek tor ansteht, der einem Speicher zugeführt werden kann.The invention relates to a device for monitoring a rotatable component, in particular a rotor shaft, which a first receptacle attached near the component direction for the rotational position of the component and a near Component attached second cradle for ra diale vibration of the component and a display device for the alarm case, and the second recording device for radial vibration with one frequency Filter is connected to which the first receiving device device for the rotational position of the component via a trigger line device is connected so that at the output of the frequency filter the amplitude of a speed harmonic and the phase ver shift between a given rotational position of the building partly and the rotational position of the component at which the speed harmonic reaches the positive amplitude value as Vek gate is pending, which can be fed to a memory.
Eine solche Einrichtung ist aus der Firmenschrift "Shaft Crack Detection Methodology" der Bently Nevada Corporation 1988 bekannt. Das Verfahren beim Gebrauch dieser bekannten Einrichtung sieht vor, daß ein Referenzvektor - gemessen am zu überwachenden Bau teil im fehlerfreien Zustand - in einem Amplituden-Phasen- Diagramm dargestellt wird. Im gleichen Diagramm werden dann Vektoren dargestellt, die am Bauteil im aktuellen Zu stand bestimmt worden sind. Die Vektoren beschreiben Dreh zahlharmonische der Schwingung des Bauteils. Drehzahlharmo nische sind Frequenzkomponenten der radialen Schwingung des Bauteils. Ob das Bauteil fehlerhaft ist, wird dadurch ermittelt, daß Referenzvektor und Vektor im aktuellen Zu stand des zu überwachenden Bauteiles direkt miteinander ver glichen werden. Dazu ist um die Spitze des Referenzvektors eine Akzeptanzregion angeordnet. Diese ist begrenzt durch jeweils eine obere und eine untere Schranke für die Ampli tude und für die Phase. Falls die Spitze des Vektors im aktuellen Zustand des zu überwachenden Bauteiles in dieser Akzeptanzregion liegt, wird angenommen, daß das Bauteil fehlerlos ist. Liegt jedoch die Spitze des Vektors außer halb der Akzeptanzregion, ist von einem Fehler am Bauteil auszugehen, und das Bauteil muß überprüft werden. Eine Über prüfung, ob die Spitze eines Vektors im aktuellen Zustand in einer bestimmten Region liegt, ist sehr aufwendig. Sie bedarf vieler Vergleichs- und Rechenschritte.Such a device is from the company publication "Shaft Crack Detection Methodology "of the Bently Nevada Corporation in 1988 Method of using this known device provides that a reference vector - measured on the building to be monitored partly in the fault-free state - in an amplitude phase Diagram is shown. Be in the same diagram then vectors are shown that are on the component in the current Zu were determined. The vectors describe rotation number harmonic of the vibration of the component. Speed harmon niches are frequency components of the radial vibration of the component. This determines whether the component is defective determines that the reference vector and vector in the current Zu the component to be monitored was directly related to one another be compared. This is around the top of the reference vector arranged an acceptance region. This is limited by one upper and one lower barrier for the ampli tude and for the phase. If the tip of the vector in current state of the component to be monitored in this Acceptance region, it is assumed that the component is flawless. However, the tip of the vector is outside half of the acceptance region, is from a defect in the component go out, and the component must be checked. An over checking whether the tip of a vector is in the current state located in a certain region is very complex. they requires many comparison and calculation steps.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der Einrichtung zum Überwachen eines drehbaren Bauteiles gemäß dem Oberbegriff des einzigen Anspruchs, diese Einrichtung derart weiterzubilden, daß sie mit einfachen Mitteln schnell und zuverlässig einen Ver gleich zwischen Referenzvektor und Vektor im aktuellen Zu stand des zu überwachenden Bauteiles ermöglicht und daher genauso schnell erkennen läßt, ob das Bauteil fehlerhaft ist oder nicht.The invention is based, based on the task Device for monitoring a rotatable component according to the preamble of the single claim, this Training facility such that they a simple and quick means of ver immediately between the reference vector and vector in the current Zu status of the component to be monitored and therefore shows just as quickly whether the component is faulty is or not.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Frequenzfilter ein FFT-Glied ist und über eine Steuer einheit mit einem Referenzspeicher als Speicher des Refe renzvektors, nämlich des Vektors für das Bauteil im fehler freien Zustand, verbunden ist, daß die Steuereinheit bei der Aufnahme des Vektors für das Bauteil im aktuellen Zu stand direkt mit einem Subtrahierglied verbunden ist, dessen anderer Eingang direkt mit dem Referenzspeicher verbunden ist, und daß der Ausgang des Subtrahiergliedes mit einem ersten Eingang eines Komparators verbunden ist, an dessen zweitem Eingang ein Schwellwert anliegt und dessen Ausgang mit der Anzeigeeinrichtung verbunden ist.The object is achieved according to the invention in that the frequency filter is an FFT element and has a control unit with a reference memory as the memory of the Refe reference vector, namely the vector for the component in error free state, is connected that the control unit at the inclusion of the vector for the component in the current Zu was directly connected to a subtractor, its other input directly with the reference memory is connected, and that the output of the subtractor is connected to a first input of a comparator, a threshold is present at its second input and whose output is connected to the display device.
Das FFT-Glied (Fast-Fourier-Transformations-Glied) dient dazu, die radiale Schwingung des Bauteiles, die mit der zweiten Aufnahmevorrichtung registriert worden ist, einer Fourier- Analyse zu unterziehen. Dabei werden Drehzahlharmonische der radialen Schwingung bereitgestellt. Mit der ersten Aufnahmevorrichtung wird die Drehlage, das heißt, die Position des drehbaren Bauteiles im Raum, bestimmt. Dazu kann eine Markierung auf dem drehbaren Bauteil dienen, die von der fest positio nierten ersten Aufnahmevorrichtung erkannt wird. Über die Triggerleitung wird dem FFT-Glied die Drehlage des drehbaren Bauteiles mitgeteilt. Im FFT-Glied wird einerseits die Am plitude der Drehzahlharmonischen der mit der zweiten Auf nahmevorrichtung registrierten Schwingung festgehalten und andererseits die Phasenverschiebung zwischen dem Impuls des Drehlagensignals der ersten Aufnahmevorrichtung und dem nächsten Erreichen des positiven Amplitudenwertes der Dreh zahlharmonischen.The FFT (Fast Fourier Transform) link is used to the radial vibration of the component, which with the second Recording device has been registered, a Fourier Undergo analysis. The speed harmonics of the radial Vibration provided. With the first cradle the rotational position, that is, the position of the rotatable Component in space, determined. You can do this with a marker serve on the rotatable component, which of the fixed positio nated first recording device is recognized. About the Trigger line is the FFT link the rotational position of the rotatable Component communicated. On the one hand, the Am plitude of the speed harmonics of the second up recording device recorded vibration and on the other hand, the phase shift between the pulse of the Rotation position signal of the first recording device and the next reaching the positive amplitude value of the rotation number harmonic.
Mit dem Ausgang des FFT-Gliedes ist eine Steuereinheit ver bunden, die die Wertepaare aus Amplitude und Phasenverschie bung aufnimmt. Dort wird aus den Wertepaaren ein Vektor ge bildet. Falls sich das Bauteil in einem fehlerfreien Zustand befindet, der beispielsweise beim Betriebsbeginn vorliegt, wird der dann bestimmte Vektor als Referenzvektor einem Refe renzspeicher zugeführt. Von einem später im aktuellen Zustand bestimmten Vektor wird dieser Referenzvektor subtrahiert. Dazu dient das Subtrahierglied. Die Differenz wird mit einem Schwellwert in einem Komparator verglichen, dem eine Anzeige einrichtung nachgeschaltet sein kann.A control unit is connected to the output of the FFT element bound, the value pairs from amplitude and phase shift exercise. There a vector is created from the value pairs forms. If the component is in a faultless condition located, for example, at the start of operations, the then determined vector becomes a reference vector as a reference limit memory supplied. From a later in the current state certain vector, this reference vector is subtracted. To serves the subtractor. The difference is with a Threshold value compared in a comparator, which is an indication device can be connected downstream.
Mit dieser Einrichtung nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß ein Fehler am drehbaren Bauteil, beispielsweise ein Riß, eine Zwängung, eine Spielvergrößerung oder eine Unwuchtänderung, mit einfachen Mitteln schnell und zuverlässig zu erkennen ist. Es muß nicht ein Umfeld um die Spitze eines Referenzvektors überwacht werden, was nur schwer möglich ist. Es wird vielmehr vorteilhafterweise mit einfachen Mitteln nur ein Betrag eines Vektors mit einem Schwellwert verglichen. Es müssen keine Vektoren mit einander verglichen werden. Trotzdem erzielt man schnell und zuverlässig eine Aussage über den Zustand des zu über wachenden Bauteiles.With this device according to the invention, the advantage achieved that an error in the rotatable component, for example a crack, a squeeze, a game enlargement or an imbalance change, quickly and with simple means can be reliably recognized. It doesn't have to be an environment the tip of a reference vector can be monitored what only is difficult possible. Rather, it will be advantageous with simple means using only an amount of a vector compared to a threshold. There are no vectors with be compared to each other. Nevertheless, you achieve quickly and reliably make a statement about the condition of the over waking component.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:The invention is explained in more detail with reference to the drawing:
Fig. 1 zeigt ein drehbares Bauteil mit zugeordneten Auf nahmevorrichtungen. Fig. 1 shows a rotatable component with associated recording devices.
Fig. 2 zeigt aufgenommene und umgeformte Signale sowie Amplitude und Phasenverschiebung. Fig. 2 shows recorded and transformed signals as well as amplitude and phase shift.
Fig. 3 zeigt Vektoren in einem Amplituden-Phasen-Polardia gramm. Fig. 3 shows vectors in an amplitude-phase polar diagram.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Abfolge von Differenzvektoren. Fig. 4 shows a possible sequence of difference vectors.
Fig. 5 zeigt eine Einrichtung zum Überwachen des drehbaren Bauteiles. Fig. 5 shows a device for monitoring the rotary member.
Ein drehbares Bauteil 1 nach Fig. 1, das um eine Drehachse 2 mit der Drehzahl n drehbar ist, weist am Rand eine Bezugsmarke 3 auf. Diese Bezugsmarke 3 kann beispielsweise ein Stahlplättchen sein. Der Bezugsmarke 3 zugeordnet befindet sich neben dem dreh baren Bauteil 1 eine erste Aufnahmevorrichtung 4 für die Dreh lage des Bauteiles 1. Dem drehbaren Bauteil 1 ist außerdem eine zweite Aufnahmevorrichtung 5 für den Schwingweg des Bauteiles 1 in radialer Richtung zugeordnet.A rotatable component 1 according to FIG. 1, which is rotatable about an axis of rotation 2 at the speed n, has a reference mark 3 on the edge. This reference mark 3 can be a steel plate, for example. The reference mark 3 is located next to the rotatable component 1, a first receiving device 4 for the rotational position of the component. 1 The rotatable component 1 is also assigned a second receiving device 5 for the vibration path of the component 1 in the radial direction.
Die zweite Aufnahmevorrichtung 5 liefert ein Gesamtsignal 6 nach Fig. 2. A steht für Amplitude und t für Zeit. Dieses Gesamtsig nal 6 wird einer Fourier-Analyse unterzogen. Dadurch erhält man Drehzahlharmonische 7, 8. Wenn n die Drehzahl und fn die Dreh frequenz ist, dann wird die i-te Drehzahlharmonische mit ixfn bezeichnet. Die erste Drehzahlharmonische 7 entsprechend 1xfn und die zweite Drehzahlharmonische 8 entsprechend 2xfn sind in Fig. 2 bei gleicher Zeitachse dargestellt. Die erste Aufnahmevorrichtung 4 gibt nach jeder Umdrehung des drehbaren Bauteiles 1 ein Signal ab. Man erhält so eine Signalfolge 9 gemäß Fig. 2, die dort auf der gleichen Zeitachse wie die Drehzahlharmonischen 7 und 8 dargestellt ist. Zur Überwachung des drehbaren Bauteiles 1 wird beispielsweise für die erste Drehzahlharmonische 7 die Amplitude 10 (Höhe des Maximums) bestimmt. Außerdem wird die Phasenverschiebung 11 zwischen dem ersten Signal der Signalfolge 9 und dem darauf folgenden Maximum der ersten Drehzahlharmonischen 7 bestimmt. Die Amplitude 10 und die Phasenverschiebung 11 bilden einen Vektor V, R. Ent sprechend kann ein Vektor V, R auch mit der zweiten Drehzahl harmonischen 8 aus einer Amplitude 12 und einer Phasenverschie bung 13 bestimmt werden.The second recording device 5 supplies an overall signal 6 according to FIG. 2. A stands for amplitude and t for time. This overall signal 6 is subjected to a Fourier analysis. This gives speed harmonics 7 , 8 . If n is the rotational speed and f n is the rotational frequency, then the i th speed harmonic is referred to as ixf n . The first speed harmonic 7 corresponding to 1xf n and the second speed harmonic 8 corresponding to 2xf n are shown in FIG. 2 with the same time axis. The first receiving device 4 emits a signal after each rotation of the rotatable component 1 . A signal sequence 9 according to FIG. 2 is thus obtained, which is shown there on the same time axis as the speed harmonics 7 and 8 . To monitor the rotatable component 1 , the amplitude 10 (height of the maximum) is determined, for example, for the first speed harmonic 7 . In addition, the phase shift 11 between the first signal of the signal sequence 9 and the subsequent maximum of the first speed harmonic 7 is determined. The amplitude 10 and the phase shift 11 form a vector V, R. Accordingly, a vector V, R can also be determined with the second speed harmonic 8 from an amplitude 12 and a phase shift 13 .
Bei Messungen an einem Bauteil 1 im fehlerfreien Zustand er hält man einen Referenzvektor R nach Fig. 3. Spätere Messungen im aktuellen Zustand des Bauteiles 1 ergeben Vektoren V. Diese Vektoren R, V sind in Fig. 3 in einem Polarkoordinatensystem dargestellt. Dabei ist die Phasenverschiebung 11, 13 als Winkel und die Amplitude 10, 12 als Länge aufgetragen. Bei einem be kannten Verfahren zum Überwachen eines drehbaren Bauteiles 1 wird untersucht, ob der Vektor V in einem Umfeld (Akzeptanzregion) U endet, das so festgelegt ist, daß es die Spitze des Referenz vektors R mit Fehlerbreiten für Amplitude und Phasenverschie bung umgibt. Diese Untersuchung entfällt beim Verfahren gemäß der Erfindung. Danach wird nämlich ein Differenzvektor D aus dem Vektor V und dem Referenzvektor R gebildet. Die Größe dieses Differenzvektors D, bzw. sein Betrag, können mit einfachen Mitteln mit einem Schwellwert S verglichen werden.In the case of measurements on a component 1 in the fault-free state, a reference vector R according to FIG. 3 is obtained . Later measurements in the current state of component 1 result in vectors V. These vectors R, V are shown in FIG. 3 in a polar coordinate system. The phase shift 11 , 13 is plotted as an angle and the amplitude 10 , 12 as a length. In a known method for monitoring a rotatable component 1 , it is examined whether the vector V ends in an environment (acceptance region) U which is defined such that it surrounds the tip of the reference vector R with error widths for amplitude and phase shift. This examination does not apply to the method according to the invention. After that, a difference vector D is formed from the vector V and the reference vector R. The size of this difference vector D, or its amount, can be compared with a threshold value S using simple means.
Dazu können nacheinander ermittelte Differenzvektoren D gemäß Fig. 4 in einem weiteren Polarkoordinatensystem dargestellt werden. Der Schwellwert S ist dabei als Schwellwert-Kreis 14 dargestellt. Der Schwellwert S wird überschritten, wenn ein Differenzvektor D den Kreis mit Radius S überschreitet. Eine Verbindungslinie 15 der Spitzen mehrerer Differenzvektoren D ist geeignet, einen Hinweis auf Veränderungen des drehbaren Bauteiles 1 zu geben.For this purpose, successively determined difference vectors D according to FIG. 4 can be represented in a further polar coordinate system. The threshold value S is shown as a threshold value circle 14 . The threshold value S is exceeded when a difference vector D exceeds the circle with radius S. A connecting line 15 of the tips of a plurality of difference vectors D is suitable for giving an indication of changes in the rotatable component 1 .
Eine Einrichtung zum Überwachen des drehbaren Bauteiles 1 nach Fig. 1 sieht gemäß Fig. 5 beispielsweise vor, daß die zweite Aufnahmevorrichtung 5 für das Gesamtsignal 6 mit einem FFT (Fast-Fourier-Transformation-Glied) 16 verbunden ist. Dort werden Drehzahlharmonische 7, 8 des Gesamtsignales 6 gebildet. A device for monitoring the rotatable component 1 according to FIG. 1 provides, according to FIG. 5, for example, that the second recording device 5 for the overall signal 6 is connected to an FFT (Fast Fourier Transformation Link) 16 . There, speed harmonics 7 , 8 of the overall signal 6 are formed.
Die erste Aufnahmevorrichtung 4 steht mit dem FFT-Glied 16 über eine Triggerleitung 17 in Verbindung. Dadurch ist es möglich, im FFT-Glied 16 Amplitude 10, 12 und Phasenverschiebung 11, 13 einer Drehzahlharmonischen 7, 8 zu bestimmen. Eine dem FFT-Glied 16 nachgeschaltete Steuereinheit 18 bildet aus den Wertepaaren für Amplitude und Phasenverschiebung 10, 11; 12, 13 Vektoren R, V. Sie führt einen im fehlerfreien Zustand des drehbaren Bauteiles 1 bestimmten Referenzvektor R einem Referenzspeicher 19 zu. Ein später im aktuellen Zustand des drehbaren Bauteiles 1 bestimmter Vektor V wird von der Steuereinheit 18 direkt einem nachgeschal teten Subtrahierglied 20 zugeleitet, dessen zweiter Eingang mit dem Referenzspeicher 19 verbunden ist. Am Ausgang des Subtrahier gliedes 20 steht also die Differenz von Vektor V und Referenz vektor R als Differenzvektor D an. Der Ausgang des Subtrahier gliedes 20 ist mit einem Komparator 21 verbunden, dessen anderer Eingang mit einem Schwellwert S belegt ist. Falls der Differenz vektor D, bzw. sein Betrag, den Schwellwert S überschreitet, steht am Ausgang des Komparators 21 ein Signal an, das einer An zeigeeinrichtung 22 zugeleitet wird. Mit dem Verfahren und der Einrichtung zum Überwachen eines drehbaren Bauteiles 1 nach der Erfindung können Fehler am Bauteil 1 schnell und zuverlässig erkannt werden.The first receiving device 4 is connected to the FFT element 16 via a trigger line 17 . This makes it possible to determine amplitude 10 , 12 and phase shift 11 , 13 of a speed harmonic 7 , 8 in the FFT element 16 . A control unit 18 connected downstream of the FFT element 16 forms from the value pairs for amplitude and phase shift 10 , 11 ; 12 , 13 vectors R, V. It feeds a reference vector R, which is determined in the fault-free state of the rotatable component 1 , to a reference memory 19 . A vector V determined later in the current state of the rotatable component 1 is fed directly by the control unit 18 to a subtractor 20 , the second input of which is connected to the reference memory 19 . At the output of the subtractor 20 , the difference between vector V and reference vector R is present as difference vector D. The output of the subtractor 20 is connected to a comparator 21 , the other input of which is assigned a threshold value S. If the difference vector D, or its amount, exceeds the threshold S, a signal is present at the output of the comparator 21 , which is fed to a display device 22 . With the method and the device for monitoring a rotatable component 1 according to the invention, defects on component 1 can be recognized quickly and reliably.
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Also Published As
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