DE4123576A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE CAUSE OF CONTAMINATION IN SLIDING BEARINGS - Google Patents

METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE CAUSE OF CONTAMINATION IN SLIDING BEARINGS

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DE4123576A1 DE19914123576 DE4123576A DE4123576A1 DE 4123576 A1 DE4123576 A1 DE 4123576A1 DE 19914123576 DE19914123576 DE 19914123576 DE 4123576 A DE4123576 A DE 4123576A DE 4123576 A1 DE4123576 A1 DE 4123576A1
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Description

Verfahren und Anordnung zur Ursachenerkennung von Anstreifer­ scheinungen in Gleitlagern finden Anwendung bei Gleitlagerun­ gen, insbesondere von Turbinen, Pumpen, Elektromotoren und Verbrennungskraftmaschinen.Method and arrangement for the cause detection of scrapers Forms in plain bearings are used for plain bearings particular of turbines, pumps, electric motors and Internal combustion engines.

Die Erfindung soll die Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern verzögerungsfrei erkennen, um die betreffende Ma­ schine vorbeugend außer Betrieb zu nehmen.The invention is intended to explain the causes of grazing in Detect slide bearings without delay to the relevant Ma take preventive measures out of service.

Rotoren großer Turbomaschinen und Pumpen werden ausnahmslos durch Gleitlager im Gehäuse geführt. Elektromotoren und Ver­ brennungskraftmaschinen großer Leistung besitzen Gleitlager. Für spezielle Abdichtungsaufgaben zwischen Rotor und Gehäuse werden ebenfalls Gleitpaarungen, z. B. Gleitringdichtungen eingesetzt. Diese Lagerungen haben große Belastungen aufzu­ nehmen und werden bei hohen Drehzahlen betrieben. Sie bestim­ men deshalb maßgeblich die Zuverlässigkeit der Aggregate. Der Überwachung solcher Gleitlager wird deshalb größte Aufmerk­ samkeit geschenkt.Rotors of large turbomachinery and pumps are invariably guided by plain bearings in the housing. Electric motors and Ver Large-capacity combustion engines have slide bearings. For special sealing tasks between rotor and housing are also sliding pairings, z. B. mechanical seals used. These bearings have great loads take and are operated at high speeds. You determine This is why the reliability of the units is decisive. The Monitoring such plain bearings is therefore the greatest attention donated.

Die betriebliche Praxis zeigt aber, daß vor allem geringfü­ gige, beginnende Veränderungen in der Lagerung infolge Abnut­ zung (Verschleiß, Ermüdung), Überbeanspruchung (Unwucht), Un­ regelmäßigkeiten in der Schmierung (Temperatur, Menge, Ver­ schmutzung), thermische Einwirkungen auf die geometrische Lage der in der Regel mehrfach abgestützten Rotoren noch im­ mer unzureichend diagnostiziert werden (Sturm; Uhlemann: Ma­ schinenbautechnik, Berlin 34 (1985) 3, S. 129-30 132).The operational practice shows, however, that especially low gige, beginning changes in storage due to Abnut (wear, fatigue), overstressing (unbalance), Un regular lubrication (temperature, quantity, ver pollution), thermal effects on the geometric Location of the usually multiple supported rotors still in the insufficiently diagnosed (Sturm, Uhlemann: Ma Schinenbautechnik, Berlin 34 (1985) 3, pp. 129-30 132).

Reibungszustandsänderungen von hydrodynamischer Flüssigkeits­ reibung in Mischreibung können mit Hilfe der Schallemissions­ analyse verzögerungsfrei erfaßt werden. Friction state changes of hydrodynamic fluid friction in mixed friction can be measured with the help of sound emission analysis be detected without delay.  

Bekannt sind Verfahren und Anordnung zur Maschinenelementezu­ standsbestimmung (DD-PS 2 48 036) sowie Nachweisverfahren für Partikel im Schmierspalt von Gleitlagern (DD-PS 2 80 263). Diese Verfahren verwenden die Impulsdichte als Diagnosepara­ meter und erfordern die Einstellung eines Diskriminatorpegels zur Trennung von Stör- und Nutzsignalen. Durch Analyse im Zeit-, und Frequenz- und Wahrscheinlichkeitsbereich sollen Frequenz und Amplitude periodischer Veränderungen der Im­ pulsdichte als Maß für den Schädigungszustand ermittelt wer­ den. Das Ergebnis der Signalanalyse ist jedoch vom einge­ stellten Diskriminatorpegel abhängig, so daß quantitativ falsche Aussagen entstehen.Known methods and arrangement for Maschinenelementezu Stand determination (DD-PS 2 48 036) and detection method for Particles in the lubrication gap of plain bearings (DD-PS 2 80 263). These methods use the pulse density as a diagnostic paradigm meters and require the setting of a discriminator level for the separation of interfering and useful signals. Through analysis in the Time, frequency and probability range Frequency and amplitude of periodic changes of the Im Pulse density determined as a measure of the damage state who the. The result of the signal analysis, however, is from Discriminator level dependent, so that quantitatively wrong statements arise.

Als weiterer Nachteil erweist sich der hohe apparative und zeitliche Aufwand für Analyse und Bewertung.Another disadvantage is the high apparatus and time required for analysis and evaluation.

International bekannte Verfahren verwenden die Form der Ein­ hüllenden des Schallemissionssignals über einem Schallemis­ sionsereignis (EP 02 09 862) bzw. die Periodizität der Ein­ hüllenden (EP 00 28 081) zur Bestimmung der Schallemissions­ ursachen, wobei auf die Reibungsursachen nicht geschlußfol­ gert werden kann. Das ist ein Nachteil. Eine Bestimmung der Ursachen von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, d. h. der Ermittlung des direkten Kontaktes zwischen Welle und Lager­ schale, ist mit den bekannten Verfahren und Anordnungen nicht möglich.Internationally known methods use the form of Ein shrouding the sound emission signal over a noise emission sion event (EP 02 09 862) or the periodicity of Ein enveloping (EP 00 28 081) for determining the acoustic emission cause, but not conclude on the causes of friction can be gert. That's a disadvantage. A provision of Causes of scrapping in plain bearings, d. H. the Determination of direct contact between shaft and bearing shell, is not with the known methods and arrangements possible.

Dem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, zur Ursachenermitt­ lung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern die Schallemis­ sion als Diagnoseparameter zu ermitteln und nach erfolgter Frequenzanalyse eine Kennzahl zu bilden.The method is based on the task for causal purposes of glancing phenomena in slide bearings the Schallemis sion as a diagnostic parameter and after that Frequency analysis to form a key figure.

Erfindungsgemäß wird die Schallemission am Gleitlager von einem Schallemissionssensor mittels bekannter Verfahren er­ faßt, in ein elektrisches Signal gewandelt, einer Filterung und Verstärkung zugeführt. Aus dem gefilterten Signal wird ein Schallemissionsparameter gebildet, der einer frequenzse­ lektiven Überwachungseinheit zugeleitet wird, die von der Drehfrequenz der Welle gesteuert wird. Als Schallemissionspa­ rameter kann der Effektivwert, die Hüllkurve oder die Impuls­ dichte der Schallemission verwendet werden. Aus dem Vergleich der Amplituden A kann eine Diagnosekennzahl bestimmt werden, die innerhalb bestimmter Wertebereiche unterschiedlichen Rei­ bungsursachen zuzuordnen ist. Die Diagnosekennzahl wird aus den Amplituden A der einfache, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters in der FormAccording to the invention, the noise emission at the sliding bearing of a sound emission sensor by known methods he takes, converted into an electrical signal, a filtering and amplification supplied. From the filtered signal is  a sound emission parameter is formed, which is a frequenzse is sent to a selective monitoring unit, which is Rotation frequency of the shaft is controlled. As Schallemissionspa rameter can be the rms value, the envelope or the impulse density of the sound emission can be used. From the comparison the amplitudes A can be determined a diagnostic code, the different Rei within certain ranges of values attributable to causes of causes. The diagnostic code will be off the amplitudes A of the single, double and one and a half times Drehfrequenten shares of the sound emission parameter in the shape

mit fn Drehfrequenz der Rotorwelle ermittelt. Auf den ein­ einhalbfachen drehfrequenten Anteil des Schallemissionspara­ meters kann verzichtet werden, falls bekannt ist, daß An­ streiferscheinungen vorliegen.determined with f n rotational frequency of the rotor shaft. On the one and a half times the rate of rotation of Schallemissionspara meters can be waived, if it is known that there are on streaking.

Erfindungswesentlich ist außerdem, daß der Schallemissionspa­ rameter mit einer Integrationszeitkonstante arbeitet, die der Dauer von maximal 1/10 Wellenumdrehung entspricht.Essential to the invention is also that the Schallemissionspa parameter with an integration time constant that the Duration of a maximum of 1/10 shaft revolution corresponds.

Der Anordnung liegt die Aufgabe zugrunde, das erfindungsge­ mäße Verfahren zu realisieren.The arrangement is based on the object, the erfindungsge to realize appropriate procedures.

Die Aufgabe ist nach der Anordnung dadurch gelöst, daß bei der am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzselektive Überwa­ chungseinheit liegt, deren Ausgänge mit einer Bewertungslogik verbunden sind.The problem is solved by the arrangement in that at at the output of the processing unit to form the Schallemissionsparameters a frequency-selective Überwa unit whose outputs have evaluation logic are connected.

Die praktische Realisierung kann sowohl mit analogen als auch mit digitalen Baugruppen erfolgen. The practical realization can be with both analog and done with digital assemblies.  

Erfindungsgemäß wird folgende technische Fortschrittlichkeit erreicht:According to the invention, the following technical progressiveness reached:

  • 1. Möglichkeit der verzögerungsfreien vollautomatischen Er­ mittlung der Ursachen für Anstreiferscheinungen in Gleit­ lagern, z. B. Lagerverkantung, Schmierstoffmangel, Unwucht.1st possibility of delay-free fully automatic Er investigating the causes of grazing in sliding doors store, z. B. Lagerverkantung, lack of lubricant, Unbalance.
  • 2. Eindeutige Zustandserkennung und Anzeige durch Anwen­ dung einer einfach zu bildenden Diagnosekennzahl aus den Amplituden der Frequenzkomponenten des Schallemissionspa­ rameters.2. Unique status recognition and display by user tion of an easily formed diagnostic code from the Amplitudes of the frequency components of Schallemissionspa rameters.
  • 3. Geringer apparativer Aufwand der automatischen Überwa­ chungsanlage bei einfacher Bedienungsführung.3. Low equipment cost of the automatic Überwa with simple operation guidance.
  • 4. Universelle Anwendbarkeit an einer großen Anzahl gleitge­ lagerter Maschinen zur Fertigungskontrolle, Montagekon­ trolle und Betriebsüberwachung.4. Universal applicability to a large number of sliding stocked machines for production control, assembly cons trolls and operational monitoring.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.The invention will be described below with reference to two embodiments explained.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

Fig. 1 Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Schmiermittelmangel Fig. 1 frequency spectrum of the short-term effective value of the noise emission in the absence of lubricant

Fig. 2 Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Rotorunwucht Fig. 2 frequency spectrum of the short-term effective value of the sound emission at Rotorunwucht

Fig. 3 Frequenzspektrum des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission bei Lagerverkantung Fig. 3 frequency spectrum of the short-term effective value of the sound emission Lagerlagerantung

Fig. 4 Ausführungsbeispiel der Anordnung Fig. 4 embodiment of the arrangement

Beispiel 1example 1

Die in einem Gleitlager bei Anstreiferscheinungen der Rotor­ welle an der Lagerschale entstehende hochfrequente Schall­ emission wird von einem Schallemissionssensor, der am Lager­ gehäuse befestigt ist, aufgenommen und in ein elektrisches Signal gewandelt, in einem Hochpaßfilter von niederfrequenten Störanteilen getrennt, in einem Verstärker verstärkt und an­ schließend in einem Kurzzeiteffektivwertmesser zum Kurzzeit­ effektivwert der Schallemission verarbeitet.The in a plain bearing in case of squashing the rotor wave on the bearing shell resulting high-frequency sound Emission is provided by a sound emission sensor, which is in stock Housing is attached, received and in an electrical Signal converted, in a high pass filter of low frequency Disturbance parts separated, amplified in an amplifier and on closing in a short-term rms meter for short time Effectively processed the sound emission.

Der Zeitverlauf des Kurzzeiteffektivwertes der Schallemission weist bei Schmierstoffmangel oder Rotorunwucht im Falle eines Anstreifens der Rotorwelle an der Lagerschale Überhöhungen in Abständen von einer Wellenumdrehung auf. Im Frequenzspektrum dominiert die Drehfrequenz mit ihren Harmonischen (Fig. 1 und 2). Bei Lagerverkantung entstehen innerhalb einer Wellenum­ drehung im Falle eines Anstreifens der Rotorwelle an der La­ gerschale infolge Restunwucht zwei Erhöhungen der Reibungsin­ tensität. Im Frequenzspektrum dominiert deshalb die doppelte Drehfrequenz (Fig. 3).The time course of the short-term effective value of the sound emission has in the case of lubricant deficiency or rotor imbalance in the case of a rubbing of the rotor shaft on the bearing shell overshoots at intervals of one shaft revolution. In the frequency spectrum, the rotational frequency dominates with its harmonics ( FIGS. 1 and 2). When Lagerverkantung arise within a Wellenum rotation in the event of tearing of the rotor shaft on the La gerschale due to residual imbalance two increases the Reibungsin intensity. In the frequency spectrum, therefore, the double rotational frequency dominates ( FIG. 3).

Zwei frequenzselektive Überwachungseinheiten erfassen die Am­ plituden der drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Kompo­ nenten, die in einer Bewertungslogik zur DiagnosekennzahlTwo frequency-selective monitoring units detect the Am plituden the Drehfrequenten and double-rotational frequency Kompo nents that are in a valuation logic for the diagnosis key figure

mit fn Drehfrequenz der Welle verknüpft werden. Innerhalb be­ stimmter Wertebereiche läßt sich eine eindeutige Zuordnung zu Reibungsursachen treffen:be linked with f n rotational frequency of the shaft. Within certain ranges of values, a clear assignment to causes of friction can be made:

Diagnosekennzahl DR′ Diagnostic code D R ' Reibungsursachefriction cause <DR′1<D R ' 1 LagerverkantungStock canting DR′2 . . . DR′3D R ' 2. , , D R ' 3 Schmierstoffmangellack of lubricant <DR′4<D R ' 4 Rotorunwuchtrotor imbalance

Beispiel 2Example 2

Das im Schallemissionssensor 1 aufgenommene Schallemissions­ signal des Gleitlagers wird in einem Bandpaßfilter 2 (untere Grenzfrequenz 100 kHz, obere Grenzfrequenz 200 kHz), gefiltert und im Verstärker 3 um 40 dB verstärkt. Im Effektivwertmesser 4 wird für das Verstärkerausgangssignal der Effektivwert mit einer Integrationszeitkonstante, die der Dauer von 1/10 Wellenumdrehung entspricht, bestimmt. Aus dem Effektivwertverlauf werden im Bandpaßfilter die Amplituden von drei Frequenzanteilen bestimmt. Die Einstellung der Mittenfrequenzen erfolgt über eine Steuereinheit 8, an deren Eingang eine Drehzahlimpulsfolge (ein Impuls pro Umdrehung) anliegt. In der Bewertungslogik 6 wird die Diagnosekennzahl gebildet und infolge ihrer Einordnung in festgelegte Wertebereiche die aufgetretenen Anstreifursachen signalisiert.The recorded in the acoustic emission sensor 1 sound emission signal of the sliding bearing is in a bandpass filter 2 (lower limit frequency 100 kHz, upper limit frequency 200 kHz), filtered and amplified in the amplifier 3 by 40 dB. In the RMS 4 , the RMS value is determined for the amplifier output signal with an integration time constant corresponding to the duration of 1/10 shaft revolution. From the rms value curve, the amplitudes of three frequency components are determined in the bandpass filter. The setting of the center frequencies via a control unit 8 , at the input of a speed pulse train (one pulse per revolution) is applied. In the evaluation logic 6 , the diagnosis code is formed and signaled as a result of their classification into specified ranges of the Anstreif causes.

Liste der BezugszeichenList of reference numbers

Fig. 4: Fig. 4:

1 Schallemissionssensor
2 Filter
3 Verstärker
4 Effektivwertmesser
5 Bandpaßfilter
6 Bewertungslogik
7 Drehzahlgeber
8 Steuerung für Bandpaßfilterung 1 sound emission sensor
2 filters
3 amplifiers
4 RMS meters
5 bandpass filter
6 Evaluation logic
7 speed sensor
8 Control for bandpass filtering

Claims (6)

1. Verfahren zur Ursachenermittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, bei dem die Schallemission am Gleitlager erfaßt, in ein elektrisches Signal gewandelt, einer Filte­ rung und Verstärkung zugeführt und anschließend zu einem Schallemissionsparameter verarbeitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter einer frequenz­ selektiven Überwachungseinheit zugeführt wird, die von der Drehfrequenz fR der Welle gesteuert wird, und in der eine Diagnosekennzahl DR in Form eines Differenzenquotienten aus den Amplituden A der einfachen, doppelten und einein­ halbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionspara­ meters in der Verknüpfung von gebildet und diese aus der Signalverarbeitung gewonnene Diagnosekennzahl DR angezeigt und innerhalb bestimmter Wertebereiche den Reibungsursachen zugeordnet wird.1. A method for determining the cause of ghosting in sliding bearings, wherein the acoustic emission detected on the sliding bearing, converted into an electrical signal, a filter tion and amplification and then processed to a sound emission parameter, characterized in that the acoustic emission parameter is fed to a frequency selective monitoring unit , which is controlled by the rotational frequency f R of the wave, and in which a diagnostic ratio D R in the form of a difference quotient of the amplitudes A of the single, double and one-half rotational speed components of Schallemissionspara meters in the linkage of formed and this obtained from the signal processing diagnostic code D R is displayed and assigned within certain ranges of the causes of friction. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schallemissionsparameter mit einer Integrationszeit­ konstante gebildet wird, die der Dauer von maximal 1/10 Wellenumdrehung entspricht.2. The method according to claim 1, characterized in that the sound emission parameter with an integration time constant is formed, the duration of a maximum of 1/10 Shaft rotation corresponds. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Schallemissionsparameter der Effektivwert, die Hüll­ kurve oder die Impulsdichte der Schallemission verwendet wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that as the sound emission parameter of the RMS value, the envelope curve or the momentum density of the acoustic emission used becomes.   4. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Diagnosekennzahl durch den Quotienten aus den Amplitu­ den A des drehfrequenten und doppeltdrehfrequenten Anteils des Schallemissionsparameters gebildet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the diagnostic code by the quotient of the Amplitu the A of the rotational frequency and double rotational frequency component the sound emission parameter is formed. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Diagnosekennzahl aus dem Effektivwert oder der Signal­ leistung der einfachen, doppelten und eineinhalbfachen drehfrequenten Anteile des Schallemissionsparameters ge­ bildet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the diagnostic code from the RMS value or the signal performance of simple, double and one and a half times rotational frequency components of the acoustic emission parameter ge is formed. 6. Anordnung zur Duchführung des Verfahrens zur Ursachener­ mittlung von Anstreiferscheinungen in Gleitlagern, wobei ein am Gleitlager angeordneter Schallemissionssensor mit dem Eingang eines Filters und Verstärkers verbunden ist, dessen Ausgang an einer Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters angeschlossen ist, gekenn­ zeichnet dadurch, daß am Ausgang der Verarbeitungseinheit zur Bildung des Schallemissionsparameters eine frequenzse­ lektive Überwachungseinheit liegt, die von einem Drehzahl­ geber gesteuert wird und deren Ausgänge mit einer Bewer­ tungslogik verbunden sind.6. Arrangement for the continuation of the procedure for causes averaging scuffing in plain bearings, wherein a arranged on the sliding bearing noise emission sensor with connected to the input of a filter and amplifier, its output to a processing unit for formation the sound emission parameter is connected, gekenn characterized in that at the output of the processing unit to form the sound emission parameter a frequenzse The selective monitoring unit is based on a speed controlled and their outputs with a Bewer logic are connected.
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