用于检测设备部件上脉冲机械作用的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于检测设备部件（２）上脉冲机械作用的方法和装置，其中用设置在设备部件（２）上的传感器（４）连续地获取设备部件（２）中存在的运行噪声，并将其转换为测量信号（Ｍ）。根据本发明专利技术，对测量信号（Ｍ）进行傅立叶变换。由大量以这种方式确定的幅值频谱推导出评估函数（Ｋ），所述评估函数表示在设备部件（２）上出现脉冲机械作用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测设备部件上脉冲机械作用的方法和装置。为了及时识别干扰并避免严重的损失后果，在很多应用场合下都需要连续监控设备部件，例如化学生产工艺技术中的输送管或涡轮机的有序运行。在现有技术中已知多种方法用于这种监控。例如在EP 0 765 466 B1中建议借助于对准涡轮机叶片的微波监控涡轮机叶片的振动。根据对涡轮机叶片上反射的微波的调制能够推断出涡轮机的振动状态。在DE 198 57 552 A1所公开的方法中，通过测量轴末端的转速获知涡轮机轴的断口。在DE 198 43 615 C2中建议借助于分析通过设置在进气或排气区域内的声波记录器所记录的测量信号的频谱识别热机传动的状态。在DE 197 27 114 C2中，为了对机器进行监控，获取出现的固体声波信号，而不是通过空气传播的声波。在这种已知方法中，也对由固体声波记录器采集的测量信号的频谱分别进行分析。在DE 195 45 008 C2公开的方法中，在机器运行期间，也对由监控传感器，例如加速度传感器所获取的测量信号的频谱进行分析，并与参考频谱比较。在US 4,888,948中，为了能够确定燃气轮机中的杂质部分(Fremdteil)，在燃气轮机的进气口处设置了一个传感器，采集由杂质感生的电荷。一个特别的问题在于，由流动带来、并在设备部件上出现松动部分，所述松动部分只引起脉冲、短时间的作用，因此对该作用进行可靠的检测是很困难的。这种问题例如可能在为避免过热在燃烧室中衬有陶瓷瓷砖的燃气轮机中出现。这些陶瓷瓷砖由于在燃烧室中出现的压力转换波动动态地承受高负荷。其中可能发生下列情况所述瓷砖的部分在各自支架上断裂，夹杂在废气的流动中，并且撞击燃气轮机的第一导叶级。这可能导致导叶涂层的损坏以及对后面设置的导叶级的干扰。另外存在这样的危险，即由于部分断裂已经损坏的瓷砖完全脱离支架，并因此可能导致燃气轮机的相当大的损坏。在这种情况下，出现小的松动部分或单个瓷砖的松动表明需要完全拆除一块或多块瓷砖，及时断开燃气轮机并及时更换受损瓷砖，以避免更大的损失。为了监控在设备部件上的这种撞击，WO 01/75272 A2在原理上公开了借助于适当的传感器通过其中产生的固体声波来检测撞击。但是这里尤其在燃气轮机中出现了问题，即正常的运行噪声太高，使得由整块瓷砖撞击燃气轮机的导叶在传感器上产生的信号分量小于由正常运行噪声产生的背景信号，这样尤其是较小部分出现松动的情况不能单独通过监控固体声波信号的振幅来检测。因此为了改善信噪比，在这篇文献中建议对测量值传感器检测到的测量信号进行带通或高通滤波，以这种方式消除在涡轮机正常运行中产生的固体声波信号。因此本专利技术的目的在于，提供比现有技术中已知方法更好的检测设备部件上脉冲机械作用的方法。另外，本专利技术的另一个目的是提供一种实现这种方法的装置。根据本专利技术，用具有权利要求1所述特征的方法实现第一个目的。在所述检测设备部件上脉冲机械作用的方法中，用设置在设备部件上的传感器连续获取在设备部件中存在的运行噪声，并将其转换为测量信号。根据本专利技术，提供了下列方法步骤a)在时间上前后连续、最好相互重叠的时间间隔内，在预定的频率下测定测量信号的频谱的幅值，b)对于每个时间间隔和每个预定频率确定所述幅值相对于平均幅值的偏差，c)根据为每个预定频率确定的偏差，为每个时间间隔推导出评估函数，d)将所述评估函数与一个门限值进行比较，并且将超过门限值作为存在表示机械作用的脉冲信号分量的标注。本专利技术是基于这样的考虑，即在由传感器直接获得的测量信号的频谱中出现的瞬时现象(通过碰撞产生的脉冲固体声波)比在原来的测量信号中更容易识别。此外，由于在多个频率中将当前频谱与平均频谱进行比较，所以统计偏差被进一步抑制，因此相应提高了该方法的灵敏度。以这种方式，对较小的断裂部件也可进行可靠的检测，这样例如在监控燃气轮机的情况下，识别由较小断裂部件开始断裂所预示的瓷砖完全松动的开始，并能够在瓷砖完全断裂并导致燃气轮机严重的损坏之前更换受损的瓷砖，由此能够避免更大的损坏。在本专利技术的另一个有利实施方式中，通过求在不同时间间隔内所测定的幅值的时间滑动的平均值为每一个预定频率确定平均幅值。这样，实现了为比较而引入的平均频谱与随时间缓慢变化的工作条件的匹配，例如在出现燃气轮机的蜂鸣的情况下。在本专利技术的另一个优选实施方式中，对于每个预定频率，为多个前后连续的时间间隔测定所述幅值相对于平均幅值的标准差，并以此确定所述幅值相对于平均幅值的归一化的偏差。然后通过在每个预定频率上对每个归一化偏差求平方和，从这个偏差中对于每个时间间隔求得作为评估函数的当前参数值。特别地，在多个时间间隔上推导出滑动平均参数值，并且根据平均参数值和当前参数值之间的差来确定评估函数。由此进一步显著地提高了方法的灵敏度，即有用信号和背景信号之间的间隔。根据本专利技术，用具有权利要求6所述特征的装置实现第二个目的，其优点以及在其从属权利要求中提供的实施方式的优点由各自相应的方法权利要求的优点给出。为了进一步说明本专利技术来参考附图。如图所示附图说明图1是根据本专利技术的装置的实施例的简略原理图，图2是描述在没有外部作用下传感器获取的运行噪声随时间变化的曲线图，图3是描述通过在静止涡轮机中出现的脉冲机械作用，由传感器获取的测量信号随时间变化的曲线图，图4是描述图3的测量信号和图2的归一化运行噪声的重叠随时间变化的曲线，图5是燃气轮机中正常运行噪声的频谱，图6是在瀑布曲线图中频谱随时间的变化，图7是以更高的时间解析度来描述测量信号随时间变化的简化曲线图，图8是描述在预定频率中由测量信号通过快速傅立叶变换得到的频谱值随时间变化的曲线图，图9是描述在预定频率中频谱值的滑动时间平均值随时间变化的曲线图，图10是根据本专利技术通过信号分析推导出的评估函数随时间变化的曲线图。根据图1，在设备部件2，例如燃气轮机上设置多个传感器4，尤其是压电加速度传感器，所述传感器连续地获取在设备部件2中存在的、并以固体声波的形式传播的运行噪声。所述传感器4把固体声波信号转换为电测量信号，所述电测量信号在前置放大器6中被放大并被传送到多路模/数转换器8，所述多路模/数转换器连接到数字存储器10。分别被放大的测量信号M被数字化，被暂存，并传送到计算装置12做进一步处理，在所述计算装置中执行根据本专利技术的评估算法。对于每个信道，计算装置12都包括一个处理器，用于对由模/数转换器8传送的数据进行快速傅立叶变换FFT，还包括一个循环存储器(Ringspeicher)，用于存储N个通过傅立叶变换得到的频谱。由在计算装置12中获得的所谓离散傅立叶变换，根据在计算装置12中执行并将在下面详细说明的算法，为每个信道确定一个与时间t相关的评估函数K(t)，所述评估函数在一个比较装置14中与预定的门限值K0进行比较。超过门限值K0作为存在由瞬时机械作用引起的脉冲信号分量的标注，并产生相应的触发信号S。所述触发信号S被传送给一个瞬态记录器16，在所述瞬态记录器中记录在计算装置12中对于一个时间窗口所确定的数据，并传送给评估计算机18，以便能够利用该数据进行事后分析。图2表示由一个传感器4在约6.5s的时间内获取的放大后的测量信号(背景信号M0)。从这个图可以推断，正常运行噪声的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测在设备部件（２）上的脉冲机械作用的方法，其中用设置在所述设备部件（２）上的传感器（４）连续获取设备部件（２）中存在的运行噪声，并将其转换为测量信号Ｍ，其特征在于，所述方法包括以下步骤：ａ）在时间上前后连续的时间间隔（Δｔ）中 ，在预定频率（ｆ↓［ｉ］）下测定测量信号频谱的幅值Ａ，ｂ）对于每个时间间隔（Δｔ）并且对于每个预定频率（ｆ↓［ｉ］）确定所述幅值Ａ相对于平均幅值（Ａ）的偏差，ｃ）根据为每个预定频率（ｆ↓［ｉ］）所确定的偏差，为每个时间间隔推 导出一个评估函数（Ｋ），ｄ）将所述评估函数（Ｋ）与一个门限值（Ｋ↓［０］）进行比较，并将超过所述门限值（Ｋ↓［０］）作为表示机械作用的脉冲信号分量（有用信号Ｍ↓［１］）存在的标注。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝拉贝克托尔德，彼得雅克斯，迪特尔维默斯拉格，
申请(专利权)人：阿利发NP有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]