监控发动机部件制造技术

一种使用一个或更多个涡流传感器(14)监控例如齿轮(24)的旋转发动机部件中的局部故障的方法，该涡流传感器(14)设置为随发动机部件(24)在工作期间的旋转与发动机部件(24)相互作用。涡流传感器(14)可以由监控齿轮(26)的一个或更多个齿(16)携载。设备(28)被设置为测量来自涡流传感器(14)的由于与旋转的发动机部件(24)相互作用而形成的输出信号。该输出信号被处理从而检测表示局部故障的输出信号的形状变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种使用一个或更多个涡流传感器(14)监控例如齿轮(24)的旋转发动机部件中的局部故障的方法，该涡流传感器(14)设置为随发动机部件(24)在工作期间的旋转与发动机部件(24)相互作用。涡流传感器(14)可以由监控齿轮(26)的一个或更多个齿(16)携载。设备(28)被设置为测量来自涡流传感器(14)的由于与旋转的发动机部件(24)相互作用而形成的输出信号。该输出信号被处理从而检测表示局部故障的输出信号的形状变化。【专利说明】监控发动机部件
本专利技术涉及监控发动机部件，更具体地涉及监控发动机中的例如齿轮、转子、轴、 甚至叶片的旋转构件的健康。
技术介绍
发动机监控系统的目的是通过减少或消除部件故障和计划外的停机来改善操作 和维护效率。对许多应用来说，监控齿轮箱的健康是至关重要的。作为一个示例，在风能产 业中，尽管齿轮箱的故障率低于某些其它风力涡轮机部件的故障率，产生的停机时间更长。 维修和/或替换离岸风力润轮机（off-shore wind turbine)的齿轮箱可以是特别费时的。 对于风力涡轮机和其它应用，该停机的费用、以及修理和替换部件的费用是改进齿轮箱监 控的目的中的一个重要目的。例如，齿轮箱和转子故障可能成为需要紧密监控的直升飞机 的风险。齿轮箱监控的其它应用包括汽车产业，特别是一级方程式赛车。 当前齿轮箱传感器使用诸如润滑油、异常振动或齿轮箱的发声测量值来诊断其情 况。对于各种测量值，许多不同的参数可以被认为是有用的，可以使用许多试图提供可靠数 据的不同的技术。例如，可以分析润滑油的含水量级别、酸度、温度或粘度。此外，也可以分 析在油内的金属颗粒或其它碎屑的数量、尺寸或成分，因为这些颗粒能够表示例如由于被 啮合的齿轮表面上的凹陷引起的部件磨损。但是，这样的非原位技术典型地检测到故障或 磨损时已经太晚，齿轮已经将要发生故障。因此，不能提前计划预防性维修。 在实践中，为了使得监控齿轮的健康更有价值，技术必须适合于尺寸、成本、准确 性和可靠性。此外，测量的参数应该合乎期望地提供足够的提前的齿轮故障警告以允许安 排部件替换并计划停机和维修。由于齿轮齿的操作环境和啮合性质，进行齿轮特别是齿轮 齿的健康的监控是很困难的。光学传感器、甚至电容传感器遭受油污染使得它们不可靠。光 探针特别容易受到污染损害，如果光发射器或光接收器被遮蔽，光探针将无法工作。依赖于 信号反射的其它传感器，例如雷达或声纳，具有类似的问题并且也不能提供足够高的分辨 率来检测小表面故障，例如裂缝和凹痕。由于背景发动机振动，振动或发声传感器变得不敏 感。另外，用于齿轮箱监控的振动和发声方法非常依赖统计数据分析（时域和频域信号处 理）-大量既费时又耗财的手工处理。 用于齿轮箱的健康监控的所有的当前技术都具有只能检测在故障即将来临时的 损害的缺点。如果设置健康监控系统是为了减少停机，那么建立有效的维修制度需要健康 监控系统的高度确定性。 齿轮箱监控特别缺少在故障之前成功检测齿轮齿损坏、高速轴故障和低速轴故障 的传感器技术。典型地选择用于齿轮箱监控的振动测量和光谱分析不能检测表面或靠近表 面出现故障。振动信号测量齿轮箱壳体运动或轴在它们的轴承中的移动。使用的传感器通 常是在壳体上和齿轮箱内的探针附近的加速计。壳体振动包含大量关于齿轮箱情况和故障 的信息，例如通过比较一段时间的信号能够检测错位。但是，许多故障起初就在高频并且通 常被背景噪音掩盖，相对的位移测量对这样的故障不那样灵敏。这使得很难检测磨损故障， 例如齿轮齿微小和很大的凹陷。
技术实现思路
本专利技术力图提供监控例如齿轮箱的发动机部件的健康的新颖和改进的方法。 根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于监控旋转发动机部件的表面或靠近表面 的故障的装置，该装置包括一个或更多个电感传感器，所述电感传感器由可移动构件携载， 所述可移动构件被设置成在所述旋转发动机部件和所述传感器的相对运动期间使所述传 感器经过所述旋转发动机部件的一部分表面。优选地，电感传感器是以400kHz至10MHz，更 优选1-2MHZ范围内的频率被AC驱动的涡流传感器。 通过将传感器与可移动构件相结合，能够扫描在发动机部件的整个表面上的传感 器，使得传感器能够在裂缝形成且达到能够导致严重故障的水平之前检测表面中（或靠近 表面）的局部变化。在高频使用AC驱动涡流传感器时，磁场被限制成探查旋转构件的表面 或表面附近，例如达到25 μ m的深度。这表示能够检测例如在齿表面上擦伤的磨损。传感 器提供部件表面条件的直接描述并且能够单独使用或与其它传感器技术结合使用以改善 发动机监控，例如在如风力涡轮机或直升飞机的应用中监控齿轮箱和/或转子轴。在发动 机工作期间当部件旋转时进行监控，由此提供动态健康检查。 由于传感器的感应性质，不需要与旋转发动机部件的物理接触，避免了额外的负 载，同时油和/或污垢的污染也不再成为问题。电感传感器检测穿入发动机部件或由发动 机部件产生的磁场变化，该变化表示特别是当涡流传感器以相对高的频率被AC驱动时形 成表面或靠近表面的故障，例如裂缝或凹痕。包括导电部分的任何发动机部件能够被电感 传感器监控。感兴趣的金属部件可以包括发动机轴和齿轮。 电感传感器能够使用任何合适种类的磁场传感器，例如固态传感器或线圈。电感 传感器可以包括例如霍尔效应传感器的一个或更多个固态传感器以检测在例如含铁的铁 磁发动机部件中的表面变化。当电感型近距离传感器可以被用来检测表面故障，本专利技术的 目的是能够准确地检测小规模裂纹，例如由于腐蚀或侵蚀（例如大凹陷或小凹陷）造成 的早期金属损失。这需要高频率灵敏度的电感传感器。还期望的是能够监控非铁部件。 电感传感器优选包括一个或更多个涡流传感器。通过检测由感应的涡电流产生的辅磁场 (secondary magnetic field)，这样能够精确地检测发动机部件的导电材料的表面处或表 面下方的裂纹的传感器是有益的。使用涡流传感器能够监控任何金属发动机部件或甚至例 如具有导电涂层的塑料部件的非金属部件的表面故障。 优选地，涡流传感器是AC驱动（有源型）传感器从而能够调整AC驱动信号的频 率。最优选地，涡流传感器被高频AC激励而驱动从而将被监控的旋转构件的渗透深度减 小，因此能够准确检测表面故障，例如大凹陷和小凹陷以及表面裂缝。涡电流以400kHz至 10MHz，优选地至少1MHz最大10MHz，典型在l-2MHz范围内的频率被驱动。 使用例如至少500kHz，优选1MHz的相对高频AC驱动的涡流传感器是有益的，能够 有效检测例如划痕、擦伤、小凹陷和大凹陷、渗碳硬化和散裂的表面损伤。这样的表面故障 由磨损造成。磨损是能够以任何速度影响机械传动系统的故障模式。由于相邻部件的滑动 和在部件之间的接触区域中的高压，磨损由从例如齿轮齿的表面的材料移除造成。润滑不 佳能加速磨损的积聚。在齿轮箱中，磨损通常发生在齿上，因为这种区域经受最大的压力和 磨损。根部裂纹在航天齿轮总是重大问题。 电感传感器提供幅值与传感器和被监控的表面之间的距离成比例的输出信号 (例如，电压）。如果表面磨坏，那么随着信号幅值变化能够检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监控旋转发动机部件在工作期间的的局部故障的方法，包括：设置一个或更多个涡流传感器以随着所述发动机部件在工作期间的旋转与所述发动机部件相互作用；测量由于与所述旋转发动机部件相互作用产生的来自涡流传感器的输出信号；以及检测表示局部故障的输出信号的形状变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：噶玛吉·辛格·查纳，
申请(专利权)人：ISIS创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB