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DE19710409A1 - Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Schwingungsparameters der Grundschwingung und/oder mindestens einer Oberschwingung einer Maschine - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Schwingungsparameters der Grundschwingung und/oder mindestens einer Oberschwingung einer Maschine

Info

Publication number
DE19710409A1
DE19710409A1 DE1997110409 DE19710409A DE19710409A1 DE 19710409 A1 DE19710409 A1 DE 19710409A1 DE 1997110409 DE1997110409 DE 1997110409 DE 19710409 A DE19710409 A DE 19710409A DE 19710409 A1 DE19710409 A1 DE 19710409A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vibration
machine
rotating body
harmonic
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE1997110409
Other languages
English (en)
Inventor
Bernhard Deck
Thomas Oettli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Priority to DE1997110409 priority Critical patent/DE19710409A1/de
Publication of DE19710409A1 publication Critical patent/DE19710409A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/14—Determining imbalance
    • G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
    • G01M1/22—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested and converting vibrations due to imbalance into electric variables

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Schwingungsparameters der Grundschwingung und/oder mindestens einer Oberschwingung einer Maschine nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
STAND DER TECHNIK
Mit dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus dem von Prof. Dr. sc. techn. Eugen Philippow herausgegebenen Taschenbuch Elektrotechnik, Band 1, Allgemeine Grundlagen, VEB Verlag Technik Berlin, 2. Auflage, 1981, S. 735 und 736, bekannt ist. Dort ist ein Schwingungsmeßgerät angegeben, bei dem mittels Permanentmagnet- oder piezoelektrischen Gebern niederfrequente mechanische Schwingungen z. B. an Antriebs- und Kraftmaschinen detektiert und auf einem Oszilloskop angezeigt werden. Schwingungsvorgänge werden ggf. frequenzselektiv (über Zusatzfilter) mittels eines Effektivwert- und Spitzenwertmessers erfaßt. Mit Hilfe von Lissajous-Figuren läßt sich die Signalfrequenz bestimmen. Diese Messungen erfolgen ohne Bezug zur Kreisfrequenz des Rotors dieser Maschinen.
Bei Maschinen mit rotierenden Teilen ist es erwünscht, Schwingungsparameter speziell von solchen Grund- und/oder Oberschwingungen zu kennen, die nur von deren rotierenden Teilen herrühren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 2 definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Schwingungsparameters der Grundschwingung und/oder mindestens einer Oberschwingung einer Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß nur solche Schwingungsparameter erfaßt werden, die von einem rotierenden Teil der Maschine herrühren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in einem abhängigen Patentanspruch definiert.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Unwucht von Maschinen besser erfaßt werden kann. Die Messung ist adaptiv, d. h., die erfaßten Meßgrößen sind an eine variable Drehzahl des rotierenden Teils der Maschine angepaßt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Maschine mit einer rotierenden Welle, einem Drehzahlmesser, mit Schwingungsdetektoren und einer Auswerteinrichtung,
Fig. 2 ein Signalbild, das mit dem Drehzahlmesser gemäß Fig. 1 aufgenommen wurde, und
Fig. 3- 5 Signalbilder, die mit Schwingungsdetektoren gemäß Fig. 1 aufgenommen wurden.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine schematisch in Fig. 1 dargestellte Maschine (1) mit einem drehbaren rotierenden Körper bzw. mit einer drehbaren Welle (2) weist an verschiedenen Meßstellen 3 aktive Wandler bzw. Schwingungsdetektoren (S1-S3) auf, mit denen zeitabhängige Schwingungsmeßsignale (x1-x3) detektiert und über nicht dargestellte Analog/Digitalwandler an einen Rechner bzw. Mikroprozessor (4) geliefert werden. Als Schwingungsdetektoren (S1-S3) werden bevorzugt piezoelektrische Wandler verwandt, die an solchen Stellen auf dem Gehäuse der Maschine (1) befestigt sind, an denen Kenntnisse über die Schwingungsparameter besonders gute Rückschlüsse auf eine etwaige Unwucht erwarten lassen. In einem geringen Abstand zur Welle (2) ist ein kapazitiver Schwingungsdetektor (S4) angeordnet, der ausgangsseitig ein Schwingungsmeßsignal (x4) liefert, welches Rückschlüsse auf eine etwaige Unwucht der Welle (2) ermöglicht. Der Schwingungsdetektor (S4) ist parallel zur Achse der Welle (2) beweglich bzw. verschiebbar.
Mit der Welle (2) steht ein Drehzahlmesser (3) zum Detektieren von dessen Drehzahl bzw. Grundfrequenz (f1) in Wirkverbindung, der ausgangsseitig ein zur Grundfrequenz (f1) proportionales Signal über einen nicht dargestellten Analog/Digitalwandler an den Rechner bzw. Mikroprozessor (4) liefert.
Fig. 2, in der auf der Abszisse eine Zeit (t) in s und auf der Ordinate eine Meßspannung (U) eines induktiven Drehzahlgebers des Drehzahlmessers (3) in V aufgetragen sind, zeigt den zeitlichen Verlauf dieser Meßspannung (U). Der zeitliche Abstand T zwischen steilen Abtastimpulsen zu Zeitpunkten (t0) und (t1) definiert eine Periode bzw. die Schwingungsdauer der Grundschwingung bzw. Grundfrequenz (f1) der Welle (2) gemäß:
T = 1/f1 = 2 . π/ω,
wobei ω die Kreisfrequenz bedeutet. Dabei wird die Periode (T) durch Abtasten mit einer Abtastfrequenz eines nicht dargestellten Oszillators bestimmt, dessen Frequenz so groß ist, daß die schmalen Spannungsimpulse sicher erfaßt werden.
Die Fig. 3-5 zeigen den zeitlichen Verlauf der mittels der Schwingungsdetektoren (S1-S3) aufgenommenen Schwingungsmeßsignale (x1-x3). Auf den Ordinaten sind die Schwingungsamplituden in µm aufgetragen und auf den Abszissen jeweils die Zeit (t) in s. Es zeigt sich, daß die Schwingungsmeßsignale (x1) und (x3) wenig Oberschwingungen aufweisen, im Unterschied zum Schwingungsmeßsignal (x2).
Im Mikroprozessor (4) werden Amplituden An einer n. Teilschwingung der Maschine (1) gemäß:
An= (C2 + D2)0,5,
ein Phasenwinkel αn einer n. Teilschwingung der Maschine (1) bezüglich des Zeitpunktes (t0) der Grundfrequenz (f1) der Welle (2) gemäß:
αn = arc tan (D/C) und
eine Frequenz fn einer (n - 1). Oberschwingung zur Grundfrequenz (f1) gemäß:
fn = n . f1
berechnet und ausgangsseitig zur Verfügung gestellt. Dabei bedeuten:
xm(t) ein m. Schwingungsmeßsignal (x1-x4) von einem m. Schwingungsdetektor (S1-S4), m = 1, 2, 3, . . .
Mit den Schwingungsmeßsignalen (x1-x3) gemäß den Fig. 3-5 und der Periode (T) gemäß Fig. 2 wurden vom Mikroprozessor (4) folgende Schwingungsparameter berechnet und ausgegeben:
Bezugszeichenliste
1
Maschine
2
Welle von
1
3
Drehzahlmesser, Detektor der Grundfrequenz f1
von
2
4
Rechner, Mikroprozessor
An
Amplitude der n. Teilschwingung
f1
Drehzahl, Grundfrequenz, Grundschwingung von
2
fn
Frequenz der (n - 1). Oberschwingung zu f1
n Nummer der Teilschwingung
S1-S4 Schwingungsdetektoren
t Zeit
t0, t1 Zeitpunkte
T Periode, Schwingungsdauer der Grundschwingung
U Meßspannung von
3
x1-x4 Schwingungsmeßsignale von S1-S4
αPhasenwinkel
αn
Phasenwinkel der n. Teilschwingung
ωKreisfrequenz

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Schwingungsparameters der Grundschwingung (f1) und/oder mindestens einer Oberschwingung einer Maschine (1)
  • a) mit mindestens einem rotierenden Körper (2),
  • b) wobei an mindestens einer Meßstelle der Maschine (1) ein Schwingungsmeßsignal (x1-x4) detektiert und
  • c) mindestens ein Schwingungsparameter der Grundschwingung (f1) und/oder mindestens einer Oberschwingung der Maschine (1) erfaßt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
  • d) daß zusätzlich die Grundfrequenz (f1) des mindestens einen rotierenden Körpers (2) detektiert wird und
  • e) daß mindestens eine Amplitude An einer n. Teilschwingung der Maschine (1) gemäß:An = (C2 + D2)0,5,berechnet und ausgangsseitig zur Verfügung gestellt wird, wobei
    xm(t) ein m. Schwingungsmeßsignal (x1-x4) von einem m. Schwingungsdetektor (S1-S4), m = 1, 2, 3, . . ., T = 1/f1 = 2 . π/ω und ω die Kreisfrequenz des rotierenden Körpers (2) bedeuten.
2. Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Schwingungsparameters der Grundschwingung (f1) und/oder mindestens einer Oberschwingung einer Maschine (1)
  • a) mit mindestens einem rotierenden Körper (2),
  • b) wobei an mindestens einer Meßstelle der Maschine (1) ein Schwingungsmeßsignal (x1-x4) detektiert und
  • c) mindestens ein Schwingungsparameter der Grundschwingung (f1) und/oder mindestens einer Oberschwingung der Maschine (1) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet,
  • d) daß zusätzlich die Grundfrequenz (f1) des mindestens einen rotierenden Körpers (2) detektiert wird und
  • e) daß mindestens ein Phasenwinkel αn einer n. Teilschwingung der Maschine (1) bezüglich des Zeitpunktes (t0) der Grundfrequenz (f1) der Welle (2) gemäß:αn = arc tan (D/C)berechnet und ausgangsseitig zur Verfügung gestellt wird, wobei
    xm(t) ein m. Schwingungsmeßsignal (x1-x4) von einem m. Schwingungsdetektor (S1-S4), m = 1, 2, 3, . . ., T = 1/f1 = 2 . π/ω und ω die Kreisfrequenz des rotierenden Körpers (2) bedeuten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Phasenwinkel αn einer n. Teilschwingung der Maschine (1) bezüglich des Zeitpunktes (t0) der Grundfrequenz (f1) der Welle (2) gemäß:αn = arc tan (D/C)berechnet und ausgangsseitig zur Verfügung gestellt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1037024A3 (de) * 1999-03-18 2007-06-20 Meritor Heavy Vehicle Systems, LLC Elektromagnetischer Schwingungsfühler

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US4408294A (en) * 1981-03-27 1983-10-04 General Electric Company Method for on-line detection of incipient cracks in turbine-generator rotors
DE4032299A1 (de) * 1990-10-11 1992-04-16 Siemens Ag Verfahren und einrichtung zum ueberwachen eines drehbaren bauteiles
DE4229340A1 (de) * 1992-09-04 1994-03-10 Schenck Ag Carl Verfahren zur Früherkennung eines Risses in einer rotierenden Welle

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Title
DE-Buch: ABC Technik und Naturwissenschaft, Bd. 1, A-K, Frankfurt/M. u.a.: Deutsch, im DPA eingeg. am 15.12.70, S. 327, 404 u. 405 *

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