Способ диагностирования машины

 

Изобретение м.б. использовано для диагностирования технического состояния механизмов и машин, работающих в жидкой смазке, и работы маслоочистительной системы. Цель изобретения - повышение точности и расширение области диагностирования. Отобранную пробу масла растворяют в разжижителе или нагревают до получения установленной вязкости, и сепарируют из масла ферромагнитные частицы магнитной фильтрацией (МФ) на заданном режиме с помощью электромагнита с катушкой и щелевым зазором. Измеряют разность индуктивного сопротивления фильтрованного и нефильтрованного масла, а по полученному результату судят о содержании частиц в масле. В качестве заданного режима МФ принимают режим тонкостью МФ, соответствующей размеру частиц износа j - Л xf, гдеЯкь размер частиц, характеризу-- ющий конец периода нормальной работы объекта и начало работы с нарушением технического состояния. Режим МФ устанавливают негомогенностью магнитного поля в щелевом зазоре фильтра и временем воздействия на частицы. Сепарируют из масла частицы размером Я Дкр и по количеству частиц судят о работоспособности агрегата. Определяя содержание ферромагнитного железа в масле при разных Лм, можно получить обширную информацию о механизме износа и своевременно обнару- .жить все отклонения от нормального режима работы механизма. 5 ил. с S (Л 00 ел 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

G 0f М 15/00

KFCAR)39 П

13 „,. . ., 1.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3859463/25-06 (22) 11. 12,84 (46) 23.11.87. Бюл. ¹ 43 (75) А.К.Соон (53) 621.43.001.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 987471, кл. С 01 М 15/00, 1981. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МАШИНЫ (57) Изобретение м.б, использовано для диагностирования технического состояния механизмов и машин, рабо- тающих в жидкой смазке, и работы маслоочистительной системы. Цель изобретения — повышение точности и расширение области диагностирования. Отобранную пробу масла растворяют в разжижителе или нагревают до получения установленной вязкости, и сепарируют из масла ферромагнитные частицы магнитной фильтрацией (МФ) на заданном режиме с помощью электромагнита с катушкой и щелевым зазором. Измеряют разность индуктивного сопротивления фильтрованного и нефильтрованного масла, а по полученному результату судят о содержании частиц в масле.

В качестве заданного режима МФ принимают режим тонкостью МФ, соответствующей размеру частиц износа )Я, где — размер частиц, характеризующий конец периода нормальной работы объекта и начало работы с нарушением технического состояния. Режим МФ устанавливают негомогенностью магнитного поля в щелевом зазоре фильтра и временем воздействия на частицы. Сепарируют из масла частицы размером

3. > Л„Р и по количеству частиц судят о работоспособности агрегата. Определяя содержание ферромагнитного железа в масле при разных Я „„, можно получить обширную информацию о механизме износа и своевременно обнаружить все отклонения от нормального режима работы механизма. 5 ил.

35

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования технического состояния механизмов и ма5 шин, рабдтающих в жидкой смазке, и работы маслоочистительной системы.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области диагностирования, 10

На фиг. 1 показана схема фильтра для реализации способа; на фиг. 2 кривые сравнения чувствительности ряда методов диагностирования в зависимости от размера частиц, на фиг.3 — кривые зависимости размеров частиц износа (А) и их количества (Б) от времени работы (t), на фиг, 4 кривые распределения частиц износа (В) по размерам (Х) и чувствитель- 20 ность (Г) электромагнитной фильтрации; на фиг ° 5 — кривые сравнения чувствительностей метода фильтрации (Д) с фракционным коэффициентом (Е) отсева дизельного масла для картон- 25 ного фильтра. фильтр для осуществления способа содержит корпус 1, катушку 2, сердечники 3 электромагнитов, маслопровод 4 и регулируемое гидравлическое g0 сопротивление 5.

Способ заключается в следующем

Отбирают пробу масла из машины, механизма, фильтра и т.д. Растворяют пробу в раэжижителе или нагревают ее до получения установленной вязкости.

Сепарируют из масла ферромагнитные частицы. Причем осуществляют это магнитной фильтрацией на заданном режиме с помощью электромагнита (фиг. 1) с 40 катушкой 2 и щелевым зазором, например, гидравлическим сопротивлением 5.

Измеряют разность индуктивного сопротивления фильтрованного и нефильтрованного масла, а по полученному результату судят о содержании частиц в масле.

В качестве заданного режима маг-нитной фильтрации принимают режим с тонкостью фильтрации, соответствую- 50 щей размеру частиц износа Я >Лир где Л„ — размер частиц, характери*эующий конец периода нормальной работы объекта и начало работы с нарушением технического состояния„ причем режим фильтрации устанавливают негомогенностью магнитного поля в щелевом зазоре фильтра и временем воздействия на частицы путем изменения величины тока в катушках, ширины щелевого зазора и расхода жидкости через фильтр, сепарпруют из масла частицы размером (з,1„ и по количеству частиц судят о работоспособности агрегата.

При осуществлении способа через маслопровод 4 протекает исследуемое масло или раствор масла с содержанием ферромагнитных примесей. Расход масла регулируется гидравлическим сопротивлением 5. При включении тока в катушках электромагнита на частицу ферромагнитного железа в масле в щелевом зазоре воздействует магнитная сила и она зависима от ее размеров, магнитных свойств и условий фильтрации. При выключении тока электромагнита через фильтр протекает масло с начальным содержанием ферромагнитных частиц.

Содержание ферромагнитных частиц железа в масле, размеры которых выше установленного, определяют измерением изменения индуктивного сопротивления индикаторной катушки, через которую протекает фильтрованное или нефильтрованное масло. Соответствие между минимальным размером определяемых частиц железа и условиями фильтрации устанавливают ранее экспериментально сравнением распределения размеров частиц фильтрованного и нефильтрованного работавшего масла.

Выбор нижней границы размеров определяемых частиц железа соответственно объекту диагностирования осуществляется исходя из уравнения материального баланса элементов износа, в данном случае железа, в системе смазки. Вводя новый параметр- (размер изношенных частиц) в известное уравнение и учитывая отсутствие железа в доливах свежего масла, пренебрегая в первом приближении потери частиц железа расходом работавшего масла и осаждения частиц железа внутри системы смазки, получают уравнение в виде

=v(я)dt

- р, ; (а).к (tÄz.), где K (t Л ) — концентрация частиц железа размерами в.работавшем масле, — момент времени, М вЂ” масса масла в системе смазки, V(t,L.) — скоз

13 рость поступления в систему смазки частиц железа размерами л, r

1,..., R — - порядковый номер маслоочистительного устройства, 7, () средняя интенсивность осаждения частиц железа размерами 3 в r-м маслоочистительном устройстве, Р— скорость прохождения масла через r-e маслоочистительное устройство.

Известно, что плотность распределения размеров частиц износа хорошо аппроксимируется функцией распределения Вейбулла. Следовательно, и средняя величина V(6 t R ) в промежут1 ке времени и t имеет приблизительно распределение Вейбулла по размерам частиц, параметры распределения которой характеризуют вид износа. Определяя содержание ферромагнитного железа в масле при разных Л,„ц можно получить обширную информацию о механизме износа и своевременно обнаружить все отклонения от нормального режима работы механизма.

Наличие в маслоочистительной системе смазки двигателя современных высокоэффективных центрифуг обеспечивает очистку масла от частиц примесей размером более 2 мкм до 87 от их общего количества. Выбирая нюкнюю границу размеров определяемых ферромагнитных частиц равной 2 мкм, можно оценить эффективность очистки масла центрифугой и обнаружить нарушения в ее работе.

При наличии в системе очистки масла масляных фильтров надо для контроля их работоспособности выбирать нижнюю границу размеров определяемых частиц. Накопление частиц больших размеров при нормально работающей системе очистки масла может указать на снижение эксплуатационных свойств масла.

Для достижения цели выбирают размер изношенных частиц, который характеризует переход от дисперсного состава генерируемых частиц износа в масле нормально работающего объекта

1 к дисперсному составу частиц износа неисправного механизма.

Диагностируемый объект может быть разным при одной и той же машине, например техническое состояние узлов двигателя или маслоочистительной системы может быть разным. Нужно, чтобы механизмы генерирования или удаления

54045 частиц характеризовали разные размеры частиц.

Регулируют средний минимальный размер выфильтрованных частиц на этот размер изменением негомогенности магнитного поля в щелевом зазоре электромагнитного фильтра, изменением величины тока в катушках и/или ширины щелевого зазора, также времени магнитного воздействия. на частицу в активной зоне фильтра расходом жидкости через фильтр путем изменения гидравлического сопротивления масляной цепи в зависимости от расхода жидкости дополнйтельной диафрагмой.

Предлагаемый способ позволяет регулировать нижний предел определяемых частиц, и чувствительность по размерам частиц получается в виде кривых с или с (фиг.2). Для сравнения приведена также кривая чувствительности по размерам частиц самого распространенного метода диагнос2,, тирования — спектрального анализа масел (фиг. 2, кривая а,t). Видно,что спектральный анализ непригоден для анализа работавших масел с крупной фракцией частиц износа.

Зо Надо отметить, что если результат спектрального анализа пропорционален массе железа в масле,то феррография измеряет площадь, покрываемую ферромагнитными частицами на феррограмме, практически сумму площадей сечения частиц, не принимая во внимание третью размерность частиц. Предложенный способ дает результат по объему ферромагнитных частиц.

Для фильтрации мелких частиц использована ширина щелевого зазора около 0,14 мм. Для анализа более крупной фракции надо повысить шири45 ну щелевого зазора и время магнитного воздействия на частицу в активной зоне фильтра. Величину тока можно регулировать в более узком интер" вале, так как в слабом магнитном поле частица не намагничивается. Негомогенность магнитного поля в щелевом зазоре вычислять трудоемко и так как после этого надо решать численные интегралы для характеристики движения частицы в щелевом зазоре, то легче снять экспериментальные кривые влияния такого-то параметра фильтра на выфильтрованную способность по размерам частиц, маленький) эти частицы накапливаются в системе смазки и из-за наивысшей чувствительности спектральных приборов в этом диапазоне дают большой вклад в результат спектральных измерений.

Частицы больших размеров (примерно 5 или 10 мкм) удаляются в устройствах очистки масла зависимо от функции (Л) и у,, a скорость осаждения их внутри системы смазки считают пропорциональной концечтрации частиц соответственных размеров в масле.При постоянной скорости генерации их концентрация в масле стабилизируется на некотором уровне, Пример 1 ° Размер щелевого зазора электромагнитного фильтра

0,15 х 5 х 5 ммз. Величина тока в катушках (около 100 витков) при фильтрации ферромагнитных частиц 0,3 А.

Разбавляют работавшее масло в растворителе в массовом отношении 1: 1, Для иллюстрирования влияния нижней границы размеров определяемых частиц на результат измерения используют эффективный пример предотказного распределения частиц износа для двигателя ЯИЗ-238. На фиг. 4 наклонной штриховкой иэобра>кено распределение частиц износа по размерам нормально работающего двигателя (наработка двигателя 1100 ч), прямоугольной штриховкой — распределение частиц износа

Io размерам неиспранного двигателя (наработка двигателя по спектральному анализу соответственно 155,9 г/т, содержание железа 52,6 г/т, 99,3 г/т и 33,1 г/т), во втором случае даже ниже из-за уменьшения чувствительности спектрального плазменного анализатора для частиц с большими размерами.

Выбирая через щелевой зазор электромагнитного фильтра расход исследуемого растнора масла (0,008 мл/с),.".,олучаем чувствительность электромагнитной фильтрации по размерам частиц и виде кривой, изображенной сплошной линией на фиг,4. Получаемый результат измерения хара,ктеризует повышенный износ. Вклад частиц износа нормально работающегс двигателя в ре5

Расход масла регулируется дополнительным гидравлическим сопротивлением в виде диафрагмы в маслоканале фильтра. Расход жидкости определяет5 ся перепадом давления на диафрагме, который измеряется дифманометром и поддерживается постоянным с помощью пропорционально-интегрального регулятора. Гидравлическое сопротивление щелевого зазора в сравнении с гидравлическим сопротивлением диафрагмы должно быть оптимальным и оно регулируется перепадом давления на длине зазора, величиной заряда, шириной за- 15 зора и вязкостью жидкости.

Из разницы индуктивности рабочей катушки, через которую протекает фильтрованное или нефильтрованное работавшее масло, определяют по номограмме содержание ферромагнитных час.тиц размерами выше установленного, по которому оценивают техническое состояние диагностируемого объекта.

Для этого должны быть разработаны 25 допустимые предельные значения ферромагнитных частиц размерами выше установленного в масле, дающие гарантию (вероятность 957) на безотказную работу объекта в течение какогото интервала времени (например, между техническими обслуживаниями).

Из изложенного следует важность установки размеров определяемых частиц, иначе интерпретация полученных

35 результатов может оказаться совсем неправильной.

Для сравнения магнитных и спектральных методов приведены типичные кривые износа на фиг. 3, где сплошной линией изображено количество частиц износа на единицу времени, а штриховой линией — размер частиц износа. Повышенное накопление общего количества частиц износа в масле (информация по спектральному анализу) начинается после прохождения более 907. от времени между возникновением неисправности механизма и его отказом. Зато концентрация частиц

50 износа с большими размерами в масле начинает увеличиваться непосредст.венно после возникновения неисправности механизма.

Маленькие частицы (примерно размерами ниже 1 мкм) внутри системы смазки"не.осаждаются и не удаляются в устройствах очистки масла. При исправном механизме (расход масла зультат измерения незначительный.

Известно,что значительное повышение результата спектрального анализа работавших масел начинается относительно непосредственно перед отказом

7 . 1354 (концентрация элементов-индикаторов в масле двигателя после наработки двигателя 1280 ч составляет 3261 г/т, после чего произошел отказ двига. 5 теля).!

Пример 2, (Параметры электромагнитного фильтра как в примере 1).

Фракционный коэффициент отсева дизельного масла для масляного фильтра из картона имеет вид, изображенный узкой линией на фиг.5. Установив расход исследуемого раствора масла через щелевой зазор электромагнитного филь- 1б тра 0,07 мп/с, получим чувствительность фильтрации по размерам ферромагнитных частиц в виде линии Б на фиг.3. Результат измерения характе" ризует неисправность работы картонно- 2О го масляного фильтра.

Форму л а изобретения

Способ диагностирования машины, заключающийся в том, что отбирают пробу смазочного масла, подготавливают ее к исследованию растворением в разжижителе или нагреванием до установленной вязкости, сепарируют из

8 масла ферромагнитные примеси путем магнитной фильтрации на заданном режиме с помощью электромагнита с катушкой и щелевым зазором, измеряют разность индуктивного сопротивления фильтрованного и нефильтрованного масла и по полученному результату судят о содержании ферромагнитных частиц в масле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области диагностирования, в качестве заданного режима магнитной фильтрации принимают режим с точностью фильтрации, соответствующей размеру частиц износа Я ) А ср, где Л, — размер частиц, характеризующий конец периода нормальной работы объекта и начало работы с нарушением технического состояния, причем режим фильтрации устанавливают степенью негомогенности магнитного поля в щелевом зазоре фильтра и продолжительностью воздействия на частицы пу" тем изменения величины тока в катушках, ширины щелевого зазора и расхода, жидкости через фильтр, сепарируют иэ масла частицы размером Л > R р,и по количеству частиц судят о работоспособности агрегата.

1354045

УдЬ ЫФ Of

Пердп неисп.0 лрирабатни

Ю й70

Размер часл ии (a)

Фиг. 2 перипд етекгпиро1анця д, /37/й?за реАеаи

1354045

О

1 мкм

Составитель Н. Патрахальцев

Редактор А.1дандор Техред Л.Сердюкова Корректор А.Тяско.Заказ 5684/36 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

I . оа

Z0 гО

ôöã. 5