Система и способ для определения состояния подшипника

Авторы патента:

ФРУ Томас (DE)

ХАССЕЛЬ Йорг (DE)

ПРОБОЛЬ Карстен (DE)

ТИШМАХЕР Ханс (DE)

G01M13/04 - испытание подшипников

Владельцы патента RU 2529644:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для определения состояния подшипника электрической машины. Способ заключается в том, что посредством сенсорного блока (20) определяют измеренное значение (21). Измеренное значение передают на блок (22) моделирования. Посредством блока (22) моделирования определяют результирующее значение (23), причем результирующее значение представляет собой, в частности, значение тока подшипника или значение, зависимое от тока подшипника. Результирующее значение (23) передают на блок (24) оценки, посредством которого результирующее значение (23) обрабатывают таким образом, что определяют значение состояния подшипника. При этом значения (25, 27) состояния подшипника или значения, зависимые от значений состояния подшипника, сохраняют вместе со значением (31) состояния выпрямителя (1) тока. Также заявлена измерительная система, реализующая указанный способ. Технический результат заключается в возможности моделировать ток или электрическую нагрузку подшипника. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу и устройству/системе для моделирования электрической нагрузки подшипника для подшипника электрической машины.

В подшипниках электрических машин, например электрическом генераторе или электродвигателе, вследствие электростатического заряда или при питании посредством мощного электронного исполнительного элемента может возникнуть нежелательное протекание тока. В случае этих токов подшипников речь идет отчасти о так называемых EDM (электроэрозионная обработка) - токах, при которых в подшипнике возникают электродуговые разряды. Особенно в смазочной пленке, которая находится между телами качения и вращающимися кольцами соответствующего подшипника, происходят пробои и разряды. Ввиду этого может иметь место преждевременное истирание смазочного средства и подшипника. Преждевременный отказ подшипника также является возможным следствием.

Задачей настоящего изобретения является предложить способ и устройство для моделирования тока подшипника или электрической нагрузки подшипника.

Решение этой задачи достигается, например, способом или системой согласно любому из пунктов 1-12 формулы изобретения.

Токи подшипника могут в электрических машинах вновь и вновь приводить к проблемам. В двигателях с питанием от сети возникают токи подшипника, которые являются результатом, например:

- несимметричности в магнитном контуре,

- технологических допусков и/или

- анизотропии материалов.

Они создают проблемы прежде всего при больших машинах в синусоидальной сети.

Асимметричное распределение магнитного потока в двигателе индуцирует напряжение в валу, которое обуславливает то, что низкочастотный ток протекает через подшипник. Эти токи подшипника циркулируют в замкнутом контуре: вал - подшипник - подшипниковый щит - корпус.

Этот недостаток устраняется, например, посредством прерывания протекания тока. Изоляция подшипника рациональным образом на стороне обслуживания может обеспечить решение этой проблемы.

Кроме того, токи подшипника также возникают из-за питания от преобразователя переменного тока (инвертора). Основой являются при этом, например, выпрямители тока с промежуточным контуром напряжения. В двигателях с питанием от инвертора возникают паразитные эффекты, которые могут проявляться посредством протекания тока через подшипник двигателя. Электродуговые разряды через смазочную пленку подшипника могут приводить к расплавлению материала в дорожках качения подшипника. Эти изменения могут в экстремальных случаях приводить к полному выходу из строя подшипниковой опоры.

Во избежание вредного тока подшипника в приводах трехфазного тока с питанием с использованием силовых электронных устройств применяются заземляющие щетки между ротором и корпусом. Тем самым достигается заземление ротора. В общем случае щетки заземления испытывают износ, так что затраты на обслуживание и поддержание в исправном состоянии повышаются. Кроме того, надежность контакта щеток заземления, особенно в неблагоприятных условиях окружающей среды, не всегда обеспечивается, что может приводить к возникновению токов подшипников и повышенному износу подшипников. Во избежание тока подшипника также возможны другие различные меры поддержки, как, например, исключение или минимизация повреждения подшипников, поддержка для аппаратных средств (другие кабели, лучшее заземление, выравнивание потенциала в системе, щетки заземления, фильтрация синфазных помех).

Для того чтобы увеличить срок службы подшипника, могут приниматься и другие меры. Например, может измеряться существующее на электрической машине электрическое напряжение, причем из результата измерения напряжения определяется напряжение синфазного сигнала, причем на основе напряжения синфазного сигнала определяется компенсационное напряжение и компонент электрической машины, который электрически соединен с подшипником, нагружается компенсационным напряжением, так что падающее на подшипнике напряжение подшипника по меньшей мере частично компенсируется.

Токи подшипника могут, таким образом, подавляться в зависимости от рабочей точки или от установки, то есть, в частности, в зависимости от состояния. Приложение компенсационного напряжения, определенного, в частности, на основе определения состояния, к подшипнику приводит к существенной компенсации напряжений подшипника, которые в противном случае при слишком больших значениях вызвали бы электродуговые разряды и, тем самым, токи подшипника. Остаточные напряжения подшипника слишком низки, чтобы вызывать электродуговые разряды в наносящей ущерб мере. В идеальном случае измеренные напряжения подшипников, ввиду компенсации, пропадают полностью.

Также можно определять существующее на подшипнике напряжение подшипника или ток подшипника, протекающий через подшипник, и совместно учитывать при определении компенсационного напряжения. Тем самым можно дополнительно улучшить качество компенсации.

В противоположность синфазному напряжению, которое представляет косвенный показатель, ток подшипника и напряжение подшипника являются прямыми показателями, которые обеспечивают возможность непосредственного контроля условий в соответствующем подшипнике. Определение и, в частности, обратная связь по этим прямым показателям обеспечивают возможность очень быстрой реакции на изменения состояния в подшипнике.

При оценке и/или компенсации токов подшипника имеет значение то, что состояние соответствующего подшипника известно. Посредством измерения токов заземления, токов вала и напряжений вала можно пытаться выполнить электрическое описание состояния подшипника двигателя. Тем самым можно косвенным образом в свою очередь получить выводы о протекании тока в подшипнике.

Посредством применения внешних измеренных значений (например, токов заземления, клеммного напряжения, напряжения вала (напряжения подшипника), температуры подшипника, колебания, числа оборотов, непрямых токов подшипника через шунтирование изоляцией, крутизны напряжения, частоты импульсов и т.д.) можно на основе имитационной модели вычислить внутренние измеряемые значения (величины зазора для смазки подшипника, емкость подшипника токи подшипника и т.д.). Кроме того, является возможным посредством комбинации внутренних и внешних значений вычислить так называемые параметры процесса, такие как, например:

- частотность пиков тока подшипника;

- частотность пиков напряжения;

- частотность значений крутизны напряжения;

- формирование отношения текущей частотности к приведению в действие установки;

- разделение в классы частотности и вычисление повышения на интервале времени дельта Т;

- вычисление энергии, передаваемой через зазор для смазки подшипника из произведения измеренного напряжения подшипника и вычисленного тока подшипника посредством интегрирования по времени; и/или

- состояние подшипника.

Также возможна оценка передаваемой через зазор для смазки подшипника энергии или плотности мощности. Тем самым обеспечивается возможность оценки срока службы подшипника.

В способе определения состояния подшипника для подшипника электрической машины посредством сенсорного блока определяется измеренное значение. Сенсорный блок является, например, следующим:

- датчиком тока;

- датчиком напряжения;

- датчиком Холла;

- суммой всех датчиков или множества датчиков, которые размещены на или вокруг подшипниковой опоры двигателя (датчики температуры, датчики колебания, щетки для измерения напряжения подшипника и т.д.);

- измерителем напряжения в клеммовой коробке двигателя;

- преобразователем тока около линий заземления и силовых линий или вала и/или

- тому подобным.

Измеренное значение является, например, аналоговым измеренным значением или цифровым измеренным значением тока или напряжения.

Измеренное значение или множество измеренных значений передается на блок моделирования. Блок моделирования может, например, быть инвертором (при вычисленных значениях) или сенсорным/управляющим блоком (например, системой мониторинга состояния CIPLUS CMS), процессором, находящимся на двигателе, и т.д. Посредством блока моделирования может определяться результирующее значение. Результирующее значение представляет собой, например, значение тока подшипника или значение, зависимое от тока подшипника. Результирующее значение может передаваться на другой блок. Результирующее значение является, например, также графическим представлением, сообщением тревоги, предупредительным сообщением и/или светофороподобным представлением вышеназванных значений, таких как величина зазора для смазки подшипника, емкость подшипника, ток подшипника, частотность пиков тока подшипника, частотность пиков напряжения и т.д.

Дополнительным блоком является, например, блок оценки, причем посредством блока оценки результирующее значение обрабатывается таким образом, что определяется значение состояния подшипника. Блок оценки может, например, быть реализован аппаратными средствами и/или программным обеспечением. Также блок моделирования может быть реализован аппаратными средствами и/или программным обеспечением.

Блок моделирования и блок оценки могут быть реализованы одним и тем же аппаратным блоком, так что моделирование и оценка осуществляются, например, на одном и том же процессорном блоке.

Также, например, возможно, что вычисление результирующих значений и/или значений состояния подшипника может осуществляться на встроенном управляющем компьютере. Встроенный управляющий компьютер имеет для этого имитационную модель, посредством которой осуществляется вычисление параметров. Встроенный управляющий компьютер является, например, системой управления с программируемой памятью (SPS), компьютерным числовым управлением (CNC), регулируемым выпрямителем тока и т.п. Также может выполняться комбинация из сенсоров и блока оценки/моделирования в системе мониторинга состояния.

Блок оценки или блок моделирования имеет, например, устройство отображения на экране, устройство вывода индикации на экран, причем на устройстве вывода индикации на экран, в частности, представляется результирующее значение. Возможен также вывод данных в форме графика или значения посредством принтера, акустического и/или визуального сообщения, светофора (трехцветного представления) и т.п. Кроме того, может также представляться значение состояние подшипника. В одной форме выполнения устройства вывода индикации на экран оно имеет указатель (цифровой или механический), посредством которого может представляться значение. Если индицируемое значение превышает пороговое значение, то в одной форме выполнения устройства вывода индикации может индицироваться предупреждение.

В одной форме выполнения способа измеренные значения обрабатываются в блоке моделирования и/или блоке оценки в реальном времени. При этом результирующие значения и/или значения состояния подшипника могут представляться человеку, то есть оператору, в реальном времени. Реальное время означает, что обработка или представление осуществляется актуальным образом. Сдвиг по времени может возникать ввиду, например, времени вычисления или времени передачи данных.

В одной форме выполнения способа результирующие значения или значения, зависимые от результирующих значений, сохраняются вместе со значением состояния выпрямителя тока. Значения состояния выпрямителя тока, который питает электрическую машину (электрический двигатель), подшипник которой контролируется, являются, например, следующими:

- напряжение промежуточного контура,

- максимальный ток,

- максимальное напряжение,

- текущая мощность,

- импульсный образец,

- импульсная частота,

- момент времени переключения импульсного образца и т.д.

Для выполнения способа могут использоваться различные системы для определения состояния подшипника электрической машины.

Подобная система для определения состояния подшипника для подшипника электрической машины имеет, например, блок моделирования, сенсорный блок и/или блок оценки, причем блок моделирования предусмотрен для обработки данных сенсорного блока, и причем блок оценки предусмотрен для обработки данных блока моделирования.

В одной форме выполнения системы блок моделирования имеет модель для моделирования подшипника. Модель может, например, служить для вычисления вызывающей образование кратеров (точечных повреждений) энергии для рассматриваемого подшипника.

В одной форме выполнения системы блок моделирования имеет имитационную модель для вычисления зазора для смазки подшипника, емкости подшипника и/или тока подшипника из параметров машины и внешних измеренных значений. Параметрами машины являются, например, геометрические размеры двигателя, пазы, изоляция, длины, числа пазов и т.д. Из них вычисляются емкости рассеяния двигателя, и создается имитационная модель. При этом может применяться емкостная эквивалентная схема двигателя как часть модели.

Точное описание состояния подшипника(ов) посредством имитационной модели может также предоставить выводы о состояниях износа подшипников двигателя и/или пластичной смазки подшипников. При оценке остаточного срока службы конечный пользователь может точнее планировать свои интервалы технического обслуживания и, тем самым, предотвращать незапланированные отказы.

Постоянная времени разряда и энергия разряда зависят от толщины смазочной пленки в подшипнике. Предварительно может, например, приниматься характеристическая кривая относительно того, какие толщины смазочной пленки приводят к каким постоянным времени и электрическим емкостям. Вместе с коэффициентом напряжения подшипника (BVR) и синфазным напряжением инвертора отсюда может быть получен вывод об энергии, вызывающей кратерообразные повреждения. Могут также применяться параметры, производные от постоянной времени и энергии, например энергия на единицу объема при определенном напряжении.

Способ для определения толщины смазочной пленки через постоянную времени заряда может также применяться на испытательном стенде для подшипников. На этом испытательном стенде определяются толщины смазочной пленки как функция числа оборотов, нагрузки подшипника и температуры. Результатом является параметрическая поверхность, которая интегрируется в имитационную модель. На основе внешних измеренных значений можно теперь сделать вывод относительно толщины смазочной пленки. 3D-характеристические кривые могут, таким образом, определяться на предварительном этапе на испытательном стенде. Также возможно описанный в отношении испытательного стенда метод перенести на онлайновое измерение.

При динамическом процессе возникновения тока подшипника энергия искрового разряда может быть особенно опасной, если разряд происходит в течение короткого времени, так что энергии достаточно, чтобы испарить металл или даже распылить его как плазму, прежде чем энергия будет отведена по теплоотводу со звуковой скоростью. Типовые времена, за которые энергия, приводящая к кратерообразным повреждениям, высвобождается, прежде чем энергия будет отведена, находятся в пределах от 100 пс до 1 нс.

Характеристические кривые, например, относительно постоянных времени могут аналитически вычисляться или моделироваться численным методом и в отношении времени разряда в зависимости от толщины смазочной пленки измеряться. Характеристические кривые образуют затем «мостик» между механическим параметром «толщина смазочной пленки» и уносом материала посредством испарения, который приводит к образованию рифлей. Также на основе комбинации электрической, термодинамической и механической моделей может оцениваться воздействие колебаний, которые вызываются в нормальном режиме или вследствие предварительного повреждения (надрез вследствие транспортировки или монтажа).

Если теперь измеренные значения, которые относятся к подшипнику, в качестве входных параметров применяются для расчетной модели, то тем самым становится возможным определять действительно релевантные параметры, также не распознанные пользователем.

Данные двигателя и системы для формирования модели могут подаваться через простую систему ввода на измерительное устройство (с датчиком). К вычислительному блоку (которым является, например, блок моделирования и/или блок оценки) подключен соответствующий измерительный блок (в частности измерительное устройство), который определяет релевантные внешние данные (например, напряжение между проводником и землей, напряжение на валу, параметры подшипника при функционировании). Комбинация с датчиком тока подшипника также возможна.

Сенсорных блоков может быть более одного. Например, для каждой подшипниковой опоры - один блок. Для измерения клеммных напряжений и параметров заземления - тройной блок и т.д. В одной форме выполнения с каждым сенсорным блоком соединен блок оценки. Однако также возможно соединение двух блоков оценки. Например, вывод о том, имеют ли место при определенном токе подшипника контурные токи, может быть получен комбинацией по меньшей мере двух блоков (положительный пик тока подшипника 1, отрицательный пик тока подшипника 2 -> контурный ток).

Из полученных данных блока моделирования и/или блока оценки могут также делаться логические выводы (следствия) из RCM-предположений и приниматься меры, исходя из состояний износа подшипника и пластичной смазки подшипника. Здесь RCM означает ориентированное на надежность поддержание в исправном состоянии. Под этим, например, может пониматься следующее:

- сокращение интервалов смазки,

- сокращение интервалов смены пластичной смазки,

- сокращение интервалов смены подшипника и т.д.

Имитационная модель, которая, например, исполняется на управляющем компьютере измерительного устройства, может в качестве основы встраиваться в модель двигателя, которая, например, может исполняться на современных платформах моделирования двигателя. Посредством такой электрической модели можно описать высокочастотное поведение двигателя. ВЧ модели дополняются механическими моделями подшипника.

На стадии проектирования установки является возможным за счет встраивания этих моделей в моделирование установки, которое учитывает свойства источника питания, инвертора и системы заземления, получать выводы о возможно проявляющихся критичных нагрузках подшипника. Возможные пути устранения затруднений могут тестироваться уже при моделировании. Моделированные значения с фазы проектирования установки могут теперь, при вводе в соответствующие параметры процесса, служить в качестве сравнительных параметров для идентичной или почти идентичной имитационной модели системы мониторинга состояния (СМ). Возможные различия между реальным функционированием и значениями моделирования могут, таким образом, обнаруживаться и целенаправленно анализироваться. Возможные меры устранения неисправностей таким способом могут выполняться быстрее и эффективнее.

До сих пор в реальных установках во многих местах предпринимались бесцельные изменения в надежде на реализацию правильной модификации. Это является дорогостоящим. За счет предварительного использования моделирования работа может точно ограничиваться той работой, которая ведет к устранению проблемы. На практике за счет этого обеспечиваются преимущества по времени и затратам.

Посредством измерений определяются колебания, при необходимости также температура и другие измеренные значения, например состояние пластичной смазки. Измеренные значения поступают в механическую модель. Температура также может быть известной, причем измерение температуры осуществляется предпочтительно вблизи подшипника. Толщина смазочной пленки взаимосвязана с температурой. Если температура не измеряется, то ее следует оценить или задать постоянной. Оценка может следовать, например, из температуры двигателя (обмотки). На основе механической модели определяется толщина смазочной пленки. Предпочтительным образом это делается в частотной области или во временной области, например, динамически.

При простом методе рассмотрения может приниматься применение постоянного зазора для смазки. С использованием толщины смазочной пленки и других данных, таких как напряжение на подшипнике или косвенных значений, из которых можно вывести напряжение на подшипнике или сопоставимый параметр, с помощью характеристик или модели можно определить энергию, приводящую к образованию кратера, или сопоставимый параметр, который учитывает временной теплоотвод (термодинамическое рассмотрение).

На основе данных для подшипника (например, геометрических данных и данных материала) и модели для уноса материала (например, объема рифлей, энергии сублимации, энергии испарения и/или энергии плавления на единицу объема) можно определить ожидаемый срок службы подшипника. Сравнение с требованиями указывает, необходимы ли изменения. Они могут затем, при необходимости, оцениваться при новом проходе схемы. В зависимости от необходимых изменений может потребоваться полный проход или необходим только частичный проход.

Посредством более сложного формирования модели можно также охватить различные элементы схемы, например посредством модели, которая одновременно охватывает энергию, вызывающую образование кратера, и унос материала. Является предпочтительным, если посредством модели или характеристической кривой комбинируются измерения с моделированием и термодинамическим рассмотрением, в частности теплоотводом.

В одной форме выполнения способа после определения состояния подшипника предпринимается механическое изменение подшипника и/или электрической машины. При этом под определением состояния подшипника понимается следующее:

- определение, оценка и/или вычисление тока подшипника;

- определение, оценка и/или вычисление износа подшипника;

- определение, оценка и/или вычисление остаточного времени подшипника и т.д.

Под механическим изменением подшипника и/или электрической машины понимается следующее:

- меры относительно изоляции подшипника;

- установка щеток заземления;

- установка симметрично экранированного кабеля подключения двигателя;

- установка экранированного контактирования над 360^о соединениями;

- ВЧ заземление одного или более компонентов, как, например, электрической машины, подшипника и/или инвертора;

- соединение в сеть заземления установки;

- выполнение выравнивания потенциала в системе и/или

- использование синфазного фильтра.

В одной форме выполнения способа после определения состояния подшипника предпринимается механическое изменение подшипника и/или электрической машины, после чего выполняется дальнейшее определение состояния подшипника.

Система может быть выполнена таким образом, чтобы модель или модели выполнялись на встроенном управляющем компьютере. Управляющий компьютер может, например, представлять собой управление с программируемой памятью или также главный управляющий компьютер.

В системе для контроля подшипника может применяться блок оценки для определения по меньшей мере одного из следующих значений:

- тока подшипника;

- энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;

- плотности энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;

- значения для срока службы подшипника и/или остаточного срока службы;

- значения для состояния износа подшипника или

- значения для состояния истирания пластичной смазки подшипника.

В одной форме выполнения системы она содержит выпрямитель тока, причем выпрямитель тока информационно-технически соединен с по меньшей мере одним из следующих блоков:

- с блоком моделирования;

- с сенсорным блоком;

- с блоком оценки или

- с комбинацией этих блоков.

За счет этого информационно-технического соединения на соответствующий блок могут передаваться данные, относящиеся к напряжению, току, импульсному образцу, энергии, действительной мощности, реактивной мощности, напряжению промежуточного контура, частоте, чтобы эта информация там обрабатывалась.

Другие возможные признаки, преимущества и особенности изобретения следуют в качестве примера из нижеследующего описания вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг.1 - принципиальное представление структуры динамоэлектрической машины с окружающими частями установки;

Фиг.2 - система для определения состояния подшипника для подшипника электрической машины;

Фиг.3 - способ для определения состояния подшипника для подшипника электрической машины;

Фиг.4 - способ проверки срока службы подшипника.

Соответствующие друг другу части обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг.1 показывает принципиальное представление структуры динамоэлектрической машины с окружающими частями установки. При этом, в частности, инвертор 1 через соединительные линии 7 подключен к динамоэлектрической машине, которая находится внутри корпуса 10 двигателя и имеет статор 11 и ротор 12, который через подшипники 14 и вал 13 через муфту 9 приводит в действие нагрузочную машину 8 или приводится ею.

Электрическое соединение между инвертором 1 и динамоэлектрической машиной через соединительный кабель 7 имеет экран 6 кабеля, который имеет соответствующее соединение с заземлением инвертора или корпуса двигателя. Как инвертор 1, так и нагрузочная машина 8 через заземление 2 или 4 соединены с землей 3. Также двигатель может быть соединен с землей, на чертеже это вообще не показано. Двигатель может, например, иметь две точки заземления. Одна точка заземления лежит, например, в области основания двигателя. Другая точка заземления лежит, например, в области клеммной коробки двигателя. Инвертор 1, в частности как инвертор с промежуточным контуром напряжения, проявляет свое выходное напряжение посредством регулируемого включения промежуточного контура постоянного напряжения на выходе. Переход между положительным и отрицательным потенциалами в быстрой последовательности приводит в двухпозиционном выпрямителе переменного тока к характеристике напряжения, у которой сумма трехфазного напряжения не равна нулю, и получается так называемое синфазное напряжение. Каждое из этих действий переключения напряжения с большой крутизной обуславливает высокочастотные возбуждения с вытекающими отсюда токами, которые через паразитные пути возвращаются назад к источнику.

Представление на фиг.2 показывает систему, которая содержит:

- сенсорный блок 20;

- блок 22 моделирования;

- блок 24 оценки;

- выпрямитель 1 тока.

Сенсорный блок 20 информационно-технически соединен с блоком 22 моделирования. Блок 22 моделирования информационно-технически соединен с блоком 24 оценки. Выпрямитель 1 тока информационно-технически соединен с блоком 24 оценки. Блок 24 оценки имеет блок 26 вывода данных для индикации (дисплей). От выпрямителя 1 тока значения 31 состояния могут передаваться на блок 24 оценки и там сохраняться. Функции блока 22 моделирования и блока 24 оценки могут быть реализованы в программном обеспечении с помощью аппаратных средств.

В одной форме выполнения блок 22 моделирования и блок оценки встроены в управляющий компьютер 36. Представленная на фиг.2 схематичная структура системы для оценки подшипника показывает, что может быть реализована оценка в реальном времени состояния подшипника.

Представление согласно фиг.3 показывает способ, каким образом может быть определено состояние подшипника. Посредством сенсорного блока 20 определяется измеренное значение 21. Измеренное значение 21 передается на блок 22 моделирования. Блок 22 моделирования имеет модель 33. Посредством модели 33, которая также может быть характеристической кривой, и измеренного значения 21 определяется результирующее значение 23. Результирующее значение 23 передается на блок 24 оценки. Блок 24 оценки имеет блок 26 вывода на экран индикации, которая может считываться оператором 29. С помощью результирующих значений 25, 26 определяется по меньшей мере одно значение 31 состояния контролируемого подшипника.

Представление согласно фиг.4 показывает способ проверки срока службы подшипника. Сначала выполняется измерение 40. Это касается, в частности, значений колебания и/или значений температуры. Через путь 42 данных значения передаются в механическую модель 44. С помощью этой механической модели 44 можно, например, определить толщину смазочной пленки, ее временной ход и/или соответствующую амплитудно-частотную характеристику. Эти значения (например, толщина смазочной пленки) через путь 46 данных передаются дальше, чтобы их ввести в характеристическую кривую 48 или модель 48 для определения энергии, вызывающей образование кратера. Эта промежуточная модель 48 (характеристическая кривая или модель для энергии, вызывающей образование кратера) не только посредством значений 46 загружается из механической модели 44, но и посредством других значений 47. Таковыми являются, например:

- температура;

- BVR (коэффициент напряжения на подшипнике);

- напряжение промежуточного контура инвертора 1;

- синфазное напряжение;

- напряжение на подшипнике и т.д.

Кроме того, по пути 41 данных измеренные значения из измерения 40 могут обрабатываться в модели 48.

По пути 50 данных результирующие значения, например энергия, вызывающая образование кратера, которые могут определяться посредством характеристической кривой или модели 48, поступают в модель для уноса материала 52. Данные подшипника по пути 51 данных загружаются в модель для уноса материала 52. Отсюда получается значение относительно прогнозируемого срока службы подшипника. Это значение для прогнозируемого срока службы подшипника по пути 54 данных передается на устройство 56 для оценки ожидаемого срока службы. Это устройство 56 по пути 55 данных загружается данными относительно требований к сроку службы подшипника.

Если, например, оценка ожидаемого срока службы слишком низкая, то может инициироваться изменение конструкции, после чего вновь инициируется измерение 40. Это показывается посредством пути 57 данных. Для случая, когда оценка ожидаемого срока службы может рассматриваться как удовлетворительная, эта информация по пути 58 данных может, например, графически выдаваться на дисплей 60.

1. Способ определения состояния подшипника электрической машины, в котором
посредством сенсорного блока (20) определяют измеренное значение (21),
измеренное значение передают на блок (22) моделирования,
посредством блока (22) моделирования определяют результирующее значение (23), причем результирующее значение представляет собой, в частности, значение тока подшипника или значение, зависимое от тока подшипника,
результирующее значение (23) передают на блок (24) оценки,
посредством блока (24) оценки результирующее значение (23) обрабатывают таким образом, что определяют значение состояния подшипника,
значения (25, 27) состояния подшипника или значения, зависимые от значений состояния подшипника, сохраняют вместе со значением (31) состояния выпрямителя (1) тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен блок отображения на экране (26), причем на блоке отображения на экране представляют результирующее значение (23).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеренные значения (21) обрабатываются в блоке (22) моделирования в реальном времени, причем значения (25, 27) состояния подшипника представляют оператору (29) в реальном времени.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что измеренные значения (21) обрабатывают в блоке (22) моделирования в реальном времени, причем значения (25, 27) состояния подшипника представляют оператору (29) в реальном времени.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после определения состояния подшипника выполняют механическое изменение подшипника и/или электрической машины, после чего выполняют дальнейшее определение состояния подшипника.

6. Система для определения состояния подшипника для подшипника (14) электрической машины (10, 11, 12, 13), содержащая:
- блок (22) моделирования,
- сенсорный блок (20) и
- блок (24) оценки,
причем блок (22) моделирования предусмотрен для обработки данных (21) сенсорного блока (20) и причем блок (24) оценки предусмотрен для обработки данных блока (22) моделирования, причем блок моделирования (22) предусмотрен для определения результирующего значения (23), которое передается в блок (24) оценки, а блок (24) оценки обрабатывает результирующее значение (23) таким образом, что определяется значение (25, 27) состояния подшипника, причем значения (25, 27) состояния подшипника или значения, зависимые от значений состояния подшипника, сохраняются вместе со значением (31) состояния выпрямителя (1) тока.

7. Система по п.6, отличающая тем, что система выполнена с возможностью осуществления способа определения состояния подшипника электрической машины по любому из пп.1-5.

8. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок (22) моделирования имеет модель (33) для вычисления энергии, вызывающей образование кратера в подшипнике.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что модель (33) исполняется на встроенном управляющем компьютере (36).

10. Система по п.6, отличающаяся тем, что блок (24) оценки предусмотрен для определения по меньшей мере одного из следующих значений:
- тока подшипника;
- энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;
- плотности энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;
- значения для срока службы подшипника и/или остаточного срока службы;
- значения для состояния износа подшипника или
- значения для состояния истирания пластичной смазки подшипника.

11. Система по п.7, отличающаяся тем, что блок (24) оценки предусмотрен для определения по меньшей мере одного из следующих значений:
- тока подшипника;
- энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;
- плотности энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;
- значения для срока службы подшипника и/или остаточного срока службы;
- значения для состояния износа подшипника или
- значения для состояния истирания пластичной смазки подшипника.

12. Система по п.8, отличающаяся тем, что блок (24) оценки предусмотрен для определения по меньшей мере одного из следующих значений:
- тока подшипника;
- энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;
- плотности энергии, переносимой через зазор для смазки подшипника;
- значения для срока службы подшипника и/или остаточного срока службы;
- значения для состояния износа подшипника или
- значения для состояния истирания пластичной смазки подшипника.

13. Система по любому из пп.6-12, отличающаяся тем, что она содержит выпрямитель (1) тока, причем выпрямитель (1) тока информационно-технически соединен по меньшей мере с одним из следующих блоков:
- с блоком (22) моделирования;
- с сенсорным блоком (20);
- с блоком (24) оценки или
- с комбинацией этих блоков.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способу выявления структурного дефекта в механическом узле, содержащем вращающийся элемент. Способ включает этап предварительного анализа для определения характеристической частоты появления дефекта за один оборот вращения указанного элемента, а также следующие повторяющиеся этапы: измерение мгновенной скорости вращения вращающегося элемента; угловую дискретизацию указанного измерения с получением дискретизированного сигнала, характеризующего мгновенную скорость вращения указанного элемента; пространственный гармонический анализ дискретизированного сигнала с получением спектра мгновенной скорости вращения указанного элемента; контроль амплитуды спектра для характеристической частоты, чтобы на основании указанной амплитуды выявить появление соответствующего дефекта.

Модуль подшипника с сенсорным устройством // 2526319

Изобретение относится к модулю подшипника, который представляет собой стационарный сменный конструктивный блок для установки в подшипниках вала, особенно электрической машины.

Способ безразборной диагностики степени износа коренных подшипников двигателя внутреннего сгорания // 2517968

Изобретение может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания. Способ заключается в измерении расход масла через подшипник и определении степени износа коренных подшипников.

Беспроводная система измерения температуры опорных и упорных подшипников скольжения // 2516918

Изобретение относится к области машиностроения и касается обеспечения контроля температуры подшипников скольжения с самоустанавливающимися колодками или цельной втулкой различного динамического оборудования, например центробежных компрессоров.

Способ вибродиагностики механизмов по характеристической функции вибрации // 2514119

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для диагностирования машин в условиях производства или/и эксплуатации при отсутствии машин-эталонов с известными погрешностями, т.е.

Способ и система контроля вибрационных явлений, появляющихся в газотурбинном двигателе летательного аппарата во время работы // 2512610

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к области контроля состояния газотурбинных двигателей, и могут быть использованы для контроля вибрационных явлений, появляющихся в газотурбинном двигателе летательного аппарата во время работы.

Устройство для определения технического состояния подшипниковых узлов погружных электродвигателей // 2510655

Устройство относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению износа подшипниковых узлов погружных электродвигателей, и может быть использовано в народном хозяйстве для бесперебойного водоснабжения.

Машина и устройство для контролирования состояния предохранительного подшипника машины // 2504701

Изобретение относится к машине и способу контролирования состояния предохранительного подшипника машины. Способ контролирования состояния предохранительного подшипника (14) машины (12) заключается в том, что предохранительный подшипник (14) улавливает роторный вал (1) машины (12) при выходе из строя магнитного подшипника (6) машины (12).

Способ входного контроля подшипников // 2495393

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля состояния новых и бывших в эксплуатации подшипников. Способ заключается в следующем: подготавливают подшипник к сборке в соответствие с регламентированной технологическим процессом процедурой, устанавливают его на стендовое оборудование, имитируют условия и режимы работы в изделии и измеряют нормированное интегральное время микроконтактирования, по которому определяют вид смазки в подшипнике путем его сравнения со значением, соответствующим переходу к граничной смазке, 0 или 1.

Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя // 2478923

Изобретение относится к контролю и диагностике технического состояния межроторных подшипников (МРРП) двухвальных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использовано в авиадвигателестроении для раннего выявления дефектов в процессе изготовления, эксплуатации, технического обслуживания и/или ремонта ГТД.

Прогнозирующее техническое обслуживание роликовых подшипников // 2534562

Настоящее изобретение относится, в общем, к прогнозирующему техническому обслуживанию роликовых подшипников, в частности к ориентированному на техническое обслуживание мониторингу на основе состояния роликовых подшипников в сервомоторах, работающих на произвольно переменной низкой скорости и с (циклическими) реверсированиями движения, к примеру в сервомоторах, используемых в разливочных машинах или распределительном оборудовании упаковочных линий, выполненных с возможностью формировать запечатанные упаковки, содержащие продукты питания. Заявленная группа изобретений относится к способам прогнозирования дефектов в роликовом подшипнике и к системе обработки цифровых сигналов, запрограммированной так, чтобы реализовывать способ. При этом способ прогнозирования дефектов в роликовом подшипнике, в котором роликовый подшипник включает в себя внутренние и внешние кольца и тела качения, распределенные равномерно под углом между ними, содержит: обработку (в DSP-системе 8) позиционного сигнала (x(t)), указывающего относительную угловую позицию внутреннего кольца относительно внешних колец, и сигнала (y(t)) вибрации (посредством акселерометра 7), указывающего связанные со скоростью вибрации в роликовом подшипнике, так что они соответствуют либо угловому смещению тел качения, равному целому числу угловых промежутков между смежными телами качения, либо целому числу полных оборотов внутреннего кольца относительно внешнего кольца; пространственную дискретизацию (в аналого-цифровой плате 9 сбора данных) обработанного сигнала (y(t)) вибрации на основе обработанного позиционного сигнала (x(t)); и прогнозирование дефектов в роликовом подшипнике на основе пространственно дискретизированного сигнала (y(t)) вибрации. Технический результат заключается в предоставлении технологии, которая дает возможность применения расчетного отслеживания по порядкам также к сервомоторам, которые работают на произвольно переменной низкой скорости вращения, подвержены циклическим реверсированиям движения и выполняют приблизительно один оборот вала в расчете на цикл, к примеру к сервомоторам, используемым в области техники упаковки продуктов питания, чтобы удовлетворительно прогнозировать дефекты роликовых подшипников сервомотора, тем самым давая возможность повышения эффективности текущих программ технического обслуживания машин, а также уменьшая эксплуатационные затраты и затраты на техническое обслуживание. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.

Упругая опора с регулируемой жесткостью для стендовых динамических испытаний роторов турбомашин // 2535435

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции упругих опор с изменяемой податливостью, применяемых в стендовых динамических испытаниях роторов турбомашин. Упругая опора с регулируемой жесткостью содержит подшипник, статорный элемент, жестко закрепленный на наружном кольце подшипника корпус, соединенный со статорным элементом посредством радиально-упругого элемента типа «беличьего колеса», а также оправку радиально-упругого элемента. Оправка выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры по направляющим, закрепленным на статорном элементе. Радиально-упругий элемент выполнен в виде шпилек цилиндрического сечения, а оправка радиально-упругого элемента выполнена с возможностью перемещения вдоль продольной оси опоры посредством привода. Изобретение позволяет обеспечить плавное изменение жесткости опоры при проведении стендовых динамических испытаний роторов турбомашин. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ (варианты) и устройство диагностики подшипника качения // 2536797

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к диагностике подшипников качения. Способ включает измерение интервалов времени, соответствующих перемещению, по меньшей мере, одного тела качения, по меньшей мере, на одно заданное расстояние, и интервалов времени, соответствующих полному повороту вращающегося кольца подшипника или его повороту, по меньшей мере, на один заданный угол. При этом формируют ряд из интервалов времени, являющихся разностью между интервалом времени, соответствующим перемещению тела качения, и интервалом времени, соответствующим повороту вращающегося кольца, и сравнивают значения характеристики этого ряда интервалов времени с заданными диапазонами значений. Устройство включает датчик перемещения тел качения или элементов сепаратора, блок измерения интервалов времени между импульсами, поступающими от датчика, датчик опорного сигнала, соответствующего полному обороту вращающегося внутреннего кольца подшипника и открывающего таймер общего счета, входящий в состав блока измерений интервалов времени между импульсами, и блок формирования и анализа рядов интервалов времени. Технический результат заключается в повышении точности измерений, чувствительности к дефектам подшипника и возможности более раннего обнаружения дефектов подшипника. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя // 2537669

Изобретение относится к способу комплексной диагностики технического состояния межроторных подшипников двухвальных авиационных и наземных газотурбинных двигателей методами вибродиагностики и может быть использовано в авиадвигателестроении. Вибродатчик устанавливают на вибровод, который фиксируют в окне осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления изолированно от корпуса двигателя. Вибровод устанавливают в упор к полке лопатки турбины высокого давления вблизи диагностируемого подшипника, величину прижима регулируют демпферной пружиной. Для оценки величины амплитуды вибрации, возбуждаемой межроторным подшипником, производят раскрутку ротора низкого давления с помощью ручного привода до частоты вращения 60-100 об/мин. Определяют значение пик-фактора и делают вывод о техническом состоянии межроторного подшипника. Технический результат изобретения - повышение достоверности результата при проведении оценки технического состояния межроторного подшипника.

Способ диагностики повреждения деталей машин // 2540195

Изобретение относится к области диагностики повреждения деталей машин в процессе их непрерывной эксплуатации и может быть использовано для определения технического состояния машинных агрегатов и обеспечения их безопасной, ресурсосберегающей эксплуатации. В способе диагностики измеряют уровень вибрации в информативных точках корпуса машины в информативной полосе частот, строят тренды изменения вибрации во времени, сравнивают полученные значения с критическими границами и по результатам сравнения судят о состоянии деталей машины. Наблюдают изменение тренда вибрации на протяжении всего жизненного цикла машины; селектируют скачкообразные изменения вибрации во времени; строят тренды амплитуд выбросов вибрации, их отношений и приращений; запоминают стадии повреждения деталей машины. Изобретение направлено на предотвращение аварий машин в условиях непрерывной эксплуатации путем повышения достоверности обнаружения деградации деталей машин за счет регистрации на ранних стадиях развития дефектов амплитуд выбросов вибрации, по наличию которых делается заключение о наличии в машине процесса усталостного разрушения ее деталей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Система и способ для заблаговременного распознавания повреждения в подшипнике // 2550500

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических машинах. Технический результат - повышение точности оценки токов подшипников в отношении потенциального повреждения соответствующего подшипника. В системе и способе заблаговременного распознавания повреждения в подшипнике обеспечивается анализ причины, вызывающей повреждение тока подшипника. Для заблаговременного распознавания возникновения повреждений в подшипнике, вызванных протеканием тока подшипника, осуществляются следующие этапы: формирование оценки на основе по меньшей мере одного долговременного измерения по меньшей мере одного измеряемого параметра, характерного для возникновения токов подшипника во время работы подшипника в зависимости от амплитуды тока подшипника, и формирование отображения результатов измерений на основе оценки и оценивание отображения на основе распознавания образов. Предложено также устройство для осуществления способа. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для диагностики технического состояния межроторного подшипника двухвального газотурбинного двигателя // 2552389

Изобретение относится к устройству для комплексной диагностики технического состояния межроторных подшипников двухвальных газотурбинных двигателей методами вибродиагностики и может быть использовано в авиадвигателестроении. Контроль технического состояния межроторного подшипника выполняют на неработающем двигателе. Предварительно на этапе изготовления определяют собственные частоты устройства и отстраивают их от резонансных частот элементов двигателя и измеряемых рабочих частот вибрации контролируемых подшипников. Перед началом работ демонтируют заглушки окон осмотра передней части рабочих лопаток турбины высокого давления. В резьбовое соединение окна вворачивают полый цилиндрический стакан, в который посредством прижимного винта устанавливают вибровод с размещенным на нем низкочастотным или высокочастотным вибродатчиком и системой обработки вибрационного сигнала. Вибровод устанавливают в упор к полке лопатки турбины высокого давления, величину прижима регулируют прижимным винтом, воздействующим на демпферную пружину. Для оценки величины амплитуды вибрации, возбуждаемой межроторным подшипником, производят раскрутку ротора низкого давления с помощью ручного привода. Вибросигнал от межроторного подшипника через диск и полку рабочей лопатки турбины высокого давления проводится виброводом на вибродатчик. Осуществляют анализ вибросигнала в режиме постобработки и диагностируют наличие повреждения подшипников. Технический результат заключается в повышении достоверности результата измерений при проведении оценки технического состояния межроторного подшипника. 2 ил.

Стенд для испытаний газодинамических подшипников // 2556304

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытаниях и доводке газовых подшипников высокооборотных турбомашин. Стенд содержит статор, в котором размещен ротор, установленный в двух опорах, выполненных с возможностью размещения в них испытуемых газодинамических подшипников. Каждая из опор снабжена датчиками перемещений, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось вращения ротора, датчиком температуры и узлом подвода воздуха. Узел подвода воздуха подключен к источнику сжатого воздуха и содержит нагреватель для изменения температуры подаваемого воздуха и клапан с электроприводом, связанным с блоком управления. Ротор снабжен диском, массогабаритные параметры которого соответствуют параметрам рабочего колеса компрессора турбомашины. Стенд имеет также датчик частоты вращения и датчик вибрации. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей стенда. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ обнаружения повреждения, по меньшей мере, одного опорного подшипника двигателя // 2558007

Заявленное изобретение относится к области измерительной техники, и может быть использовано для контроля износа двигателя. Способ содержит следующие этапы: в течение всего периода измерения Р считывают текущий вибрационный сигнал (Vc) механической вибрации компонентов двигателя; в течение периода P дискретизируют сигнал (Vc); сигнал синхронизируют относительно изменений режима N; сигнал преобразуют в частотный сигнал для получения частотных спектральных полос, упорядоченных по режиму N; вычисляют среднее значение амплитуд спектральных полос, чтобы получить текущую вибрационную сигнатуру (Sc) двигателя; вычисляют степень отклонения (Δ) между сигнатурой (Sc) и нормальной контрольной вибрационной сигнатурой (Ss); и степень отклонения (Δ) сравнивают с указателями дефектов заранее сформированной базы данных, объединяющей теоретические повреждения опорных подшипников двигателя, для определения потенциальных повреждений опорного подшипника. Технический результат заключается в возможности проведения диагностики в реальном времени и повышении точности обнаружения дефектов на различных режимах вращения вала двигателя. 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

Устройство для измерения осевого биения наружного кольца подшипника качения // 2561317

Изобретение относится к устройствам для измерения осевого биения наружных колец подшипников качения, преимущественно радиальных и радиально-упорных, применяемых на различных производствах. Устройство содержит основание с перпендикулярно установленной на нем стойкой, в которой выполнены верхний и нижний пазы. Нижний паз выполнен с возможностью монтажа и перемещения в нем стержня, на котором перпендикулярно установлен дополнительный стержень с измерительным индикатором и наконечником, упираемым в середину базового торца наружного кольца подшипника качения. В верхний паз с натягом установлена поверочная плита, выполненная в виде диска, на лицевой поверхности которого ступенчато выполнены радиальные пояски для установки и центрирования подшипников качения различного диаметра, а в центре диска выполнено резьбовое отверстие для болта, фиксирующего подшипник качения на диске через прижимную планку, на одной из поверхностей которой ступенчато выполнены радиальные пояски, по своим размерам соответствующие радиальным пояскам, выполненным на диске. Технический результат - расширение арсенала технических средств, позволяющих измерять осевое биение наружных колец подшипников качения различных размерных групп. 1 ил.