EA021908B1

Method, apparatus and computer readable medium for analysing the condition of a machine having a rotating part

Abstract

A method for analysing the condition of a machine having a rotating shaft, comprising the steps of generating an analogue electric measurement signal (S) dependent on mechanical vibrations emanating from rotation of said shaft; sampling said analogue measurement signal at a sampling frequency (f) so as to generate a digital measurement data signal (S) in response to said received analogue measurement data; performing a decimation of the digital measurement data signal (S) so as to achieve a digital signal (S) having a reduced sampling frequency (f, f); wherein said decimation includes the step of controlling the reduced sampling frequency (f, f) such that the number of sample values per revolution of the shaft (8) is kept at a substantially constant value; and receiving said digital signal (S) at an enhancer input performing a correlation in said enhancer so as to produce an output signal sequence (O) wherein repetitive signals amplitude components are amplified in relation to stochastic signal components performing a condition analysis function (F1, F2, Fn) for analysing the condition of the machine dependent on said digital signal (S) having a reducent sampling frequency (f, f).

EA021908B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 6

Term

No projected expiry on record.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Granted
  4. Today

23 claims: 4 independent, 19 dependent

  1. 1
    ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ анализа состояния машины (6), имеющей вращающуюся часть (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), причем способ содержит этапы, на которых формируют аналоговый электрический измерительный сигнал (З ЕА ) в зависимости от механических вибраций, происходящих в результате вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), причем этот аналоговый электрический измерительный сигнал (ЗЕА) включает в себя по меньшей мере одну составляющую (З Е , З С1 , З Е2 ) сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), причем упомянутая составляющая (З Е , З Е 1, З Е2 ) сигнала вибрации имеет частоту (ГД повторения, зависящую от скорости вращения (Г Е0Т ) вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704);дискретизируют (44) аналоговый электрический измерительный сигнал (З ЕА ) на первой частоте (Г З ) дискретизации так, чтобы формировать сигнал (ЗмД цифровых данных измерений в ответ на аналоговый электрический измерительный сигнал (З ЕА );фильтруют сигнал (Зми) цифровых данных измерений посредством цифрового фильтра (240), чтобы сформировать отфильтрованный сигнал (З Р , З РВМС ) цифровых данных измерений;генерируют (250) цифровой сигнал (Зв^^у) огибающей в ответ на упомянутый отфильтрованный сигнал (З Р , З РВМЕ ) цифровых данных измерений;выполняют прореживание (310, 310А, 310В, 470, 470А, 470В) цифрового сигнала (З ЕОТ ) огибающей так, чтобы обеспечивать цифровой сигнал (З ЕЕЕ 1, З ЕЕЕ2 ), имеющий уменьшенную частоту (Г ЗЫ , Г Ж2 ) дискретизации;при этом прореживание включает в себя этап, на котором выполняют первое прореживание (310, 310А, 310В) цифрового сигнала (Зезчу) огибающей так, чтобы обеспечивать первый цифровой сигнал (З^и^), имеющий первую уменьшенную частоту (Г Ж1 ) дискретизации, причем первая уменьшенная частота (Г ЗК1 ) дискретизации уменьшена на целочисленный коэффициент (М) относительно первой частоты (Г З ) дискретизации;и этап, на котором выполняют второе прореживание (470, 470А, 470В) так, чтобы генерировать второй цифровой сигнал (З ЕЕЕ2 ), имеющий вторую уменьшенную частоту (Г Ж2 ) дискретизации в зависимости от первого цифрового сигнала (З^ш);управляют второй уменьшенной частотой (Г ЗЕ2 ) дискретизации так, что число выборочных значений в расчете на оборот вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704) сохраняется равным практически постоянному значению;принимают упомянутый второй цифровой сигнал (З| Е| Д на входе (315, 320) модуля повышения отношения сигнал-шум;выполняют корреляцию в модуле (320, 94) повышения отношения сигнал-шум так, чтобы формировать последовательность (О, З м| л ) выходных сигналов, в которой составляющие (З с , З С1 , З С2 ) амплитуды повторяющихся сигналов, частота (Г Е ) повторения которых пропорциональна скорости (Г К0Т ) вращения, усиливаются относительно составляющих стохастических сигналов;выполняют функцию (Р1, Р2, Рп) мониторинга состояния для анализа состояния машины в зависимости от последовательности (О, З МЕР ) выходных сигналов, имеющей уменьшенную частоту (Г Ж1 , Г Ж2 ) дискретизации.
  2. 2
    Способ по п.1, в котором корреляцию выполняют так, чтобы усилить первые составляющие (Зс 1 ) амплитуды повторяющихся сигналов, имеющие первую частоту ГД) повторения и вторые составляющие (З Е2 ) амплитуды повторяющихся сигналов, имеющие вторую частоту (Г С2 ) повторения, причем первая частота (ГД 1 ) повторения и вторая частота (Г С2 ) повторения пропорциональны скорости (Г К0Т ) вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704) и первая частота (Г Е1 ) повторения отличается от второй частоты (Г Е2 ) повторения.
  3. 3
    Способ по п.2, в котором первая частота (ГД) повторения равна первому коэффициенту (к1), умноженному на скорость (Гкот) вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), и вторая частота (Г Е2 ) повторения равна второму коэффициенту (к2), умноженному на скорость (Г К0Т ) вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), при этом первый коэффициент (к1) и второй коэффициент (к2) являются положительными действительными величинами, большими или равными единице, и первый коэффициент (к1) отличается от второго коэффициента (к2).
  4. 4
    Способ по п.1, в котором на этапе обработки сигнала в модуле (320) повышения отношения сигнал-шум выполняют дискретную автокорреляцию для дискретного входного сигнала (З ЕЕЕ2 , З ЕЕЕ ).
  5. 5
    Способ по п.1, в котором последовательность (О, З МЕР ) выходных сигналов обеспечивают во временной области.
  6. 6
    Способ по п.1, в котором корреляцию в модуле (320) повышения отношения сигнал-шум обеспечивают способом формирования данных (О, З миР ) автокорреляции посредством выполнения последова- 36 021908 тельных операций преобразования Фурье над оцифрованным сигналом для обеспечения данных (О, §.) автокорреляции.
  7. 7
    Способ по п.1, в котором функция (Р1, Р2, Ри) мониторинга состояния является функцией выявления того, является ли состояние машины нормальным, в определенной степени ухудшенным или ненормальным.
  8. 8
    Способ по п.1 или 7, в котором функция (Р1, Р2, Рп) мониторинга состояния содержит функцию оценки, позволяющую установить характер и/или причину ненормального состояния машины.
  9. 9
    Способ по п.1, в котором упомянутый второй цифровой сигнал (§киэ 2 ) представляет механические вибрации, возникающие от вращения вала, которое способно вызвать возникновение вибрации с периодом повторения (Т е ), при этом способ содержит этапы, на которых делят второй цифровой сигнал (§ РЕЕ2 ) на первую часть сигнала и вторую часть сигнала и генерируют цифровой выходной сигнал (О) в ответ на первую часть сигнала и вторую часть сигнала;причем цифровой выходной сигнал (О) генерируют со вторым множеством (Ο εενοτη ) выборочных значений, причем второе множество (Ο εενοτη ) является положительным целым числом, меньшим, чем первое множество (Ι εενοτη ).
  10. 10
    Способ по п.1, содержащий этапы, на которых задают целочисленный коэффициент (М) на значение, пригодное для измерения состояний в сеансе измерения;сохраняют целочисленный коэффициент постоянным в течение сеанса измерения.
  11. 11
    Способ по п.1, содержащий этапы, на которых задают целочисленный коэффициент (М) в зависимости от детектированной скорости вращения Дкот) и принимают целочисленный коэффициент (М) в порт (404) первого прореживателя (310).
  12. 12
    Устройство для анализа состояния машины, имеющей вращающуюся часть (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), содержащее первый датчик, выполненный с возможностью формировать аналоговый электрический измерительный сигнал (§ ЕА ) в зависимости от механических вибраций, происходящих в результате вращения упомянутой вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), причем этот аналоговый электрический измерительный сигнал (§ ЕА ) включает в себя по меньшей мере одну составляющую (§ с , 8 С1 , § ϋ2 ) сигнала вибрации в зависимости от вибрационного перемещения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), причем упомянутая составляющая сигнала вибрации имеет частоту (Г Е ) повторения, зависящую от скорости (Г кот ) вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704);аналого-цифровой преобразователь (44) для дискретизации аналогового электрического измерительного сигнала (§ ЕА ) на первой частоте (Г§) дискретизации так, чтобы формировать сигнал (§мо) цифровых данных измерений в ответ на аналоговый электрический измерительный сигнал (§ ЕА );цифровой фильтр (240) для фильтрации сигнала (§мо) цифровых данных измерений так, чтобы сформировать отфильтрованный сигнал (§ Р , § РЕ мо) цифровых данных измерений;цифровой модуль (250) формирования огибающей для генерирования цифрового сигнала (§ ΕΝν ) огибающей в ответ на упомянутый отфильтрованный сигнал (§ Р , § РЕ мо) цифровых данных измерений;первый прореживатель (310, 310А, 310В) для выполнения первого прореживания сигнала (§ ΕΝν ) цифровых данных измерений так, чтобы обеспечивать первый цифровой сигнал (§ ΡΕΕ ι), имеющий первую уменьшенную частоту (Г§ Е1 ) дискретизации, причем первая уменьшенная частота (Г§ Е1 ) дискретизации уменьшена на целочисленный коэффициент (М) относительно первой частоты (Г§) дискретизации;второй прореживатель (470, 470А, 470В) для выполнения второго прореживания так, чтобы генерировать второй цифровой сигнал (§ РЕЕ2 ), имеющий вторую уменьшенную частоту (Г§ К2 ) дискретизации в зависимости от первого цифрового сигнала (§ ΡΕΕ ι), причем второй прореживатель (470, 470А, 470В) выполнен с возможностью управлять второй уменьшенной частотой (Г§ Е2 ) дискретизации так, что число выборочных значений в расчете на оборот вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704) сохранено равным практически постоянному значению;модуль (320, 94) повышения отношения сигнал-шум, имеющий вход (315) для приема второго цифрового сигнала (§ РЕЕ2 ), причем модуль повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью осуществлять корреляцию так, чтобы формировать последовательность (О, §мо Р ) выходных сигналов, в которой составляющие (§ с , 8 С1 , § ϋ2 ) амплитуды повторяющихся сигналов, частота (Г Е ) повторения которых пропорциональна скорости (Г кот ) вращения, усиливаются относительно составляющих стохастических сигналов;и модуль (230, 290, 294, 290Р, 290Т), выполненный с возможностью осуществлять функцию (105, Р1, Р2, Рп) мониторинга состояния для анализа состояния машины в зависимости от последовательности (О, §.) выходных сигналов.
  13. 13
    Устройство по п.12, в котором модуль (320, 94) повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью осуществлять корреляцию так, чтобы усилить первую составляющую (§ Е1 ) амплитуды повторяющихся сигналов, имеющую первую частоту (Г Е1 ) повторения, и вторую составляющую (§ Е2 ) амплитуды повторяющихся сигна- 37 021908 лов, имеющую вторую частоту (Г С2 ) повторения, причем первая частота (ГЦ 1 ) повторения и вторая частота (Г С2 ) повторения пропорциональны скорости (Г кот ) вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704) и первая частота (Гщ) повторения отличается от второй частоты (ί ϋ2 ) повторения.
  14. 14
    Устройство по п.13, в котором первая частота (Г ы ) повторения равна первому коэффициенту (к1), умноженному на скорость (Г кот ) вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), и вторая частота (ί ϋ2 ) повторения равна второму коэффициенту (к2), умноженному на скорость (Г кот ) вращения вращающейся части (8, 7, 801, 701, 702, 703, 704), при этом первый коэффициент (к1) и второй коэффициент (к2) являются положительными действительными величинами, большими или равными единице, и первый коэффициент (к1) отличается от второго коэффициента (к2).
  15. 15
    Устройство по п.12, в котором модуль (320) повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью осуществлять обработку сигнала, включающую дискретную автокорреляцию для дискретного входного сигнала (§ КЕ в 2 , § кес ).
  16. 16
    Устройство по п.12, в котором модуль (320, 94) повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью обеспечивать последовательность (О, § мСР ) выходных сигналов во временной области.
  17. 17
    Устройство по п.12, в котором модуль (320, 94) повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью обеспечивать корреляцию способом формирования данных (О, § м л ) автокорреляции посредством выполнения операций прямого преобразования Фурье над оцифрованным сигналом для обеспечения данных (О, § МЕР ) автокорреляции.
  18. 18
    Устройство по п.12, в котором функция (Р1, Р2, Рп) мониторинга состояния является функцией выявления того, является ли состояние машины нормальным, определенной степени ухудшенным или ненормальным.
  19. 19
    Устройство по п.12 или 18, в котором функция (Р1, Р2, Рп) мониторинга состояния содержит функцию оценки, позволяющую установить характер и/или причину ненормального состояния машины.
  20. 20
    Устройство по п.12, в котором упомянутый второй цифровой сигнал (§ КЕ в 2 ) представляет механические вибрации, возникающие от вращения вала, которое способно вызвать возникновение вибрации с периодом повторения (Т К );при этом модуль повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью делить второй цифровой сигнал (§ КЕ в 2 ) на первую часть (2070) сигнала и вторую часть сигнала и модуль повышения отношения сигнал-шум выполнен с возможностью генерировать цифровой выходной сигнал (О) в ответ на первую часть (2070) сигнала и вторую часть сигнала;причем цифровой выходной сигнал (О) имеет второе множество (Ожога) выборочных значений, причем второе множество (Онлитн) является положительным целым числом, меньшим, чем первое множество Ожога).
  21. 21
    Устройство по п.12, в котором целочисленный коэффициент (М) задан в значении, пригодном для измерения состояний в сеансе измерения;целочисленный коэффициент сохранен постоянным в течение сеанса измерения.
  22. 22
    Устройство по п.12, в котором первый прореживатель (310) имеет порт (404) для приема целочисленного коэффициента (М);целочисленный коэффициент (М) задан в зависимости от детектированной скорости вращения ( Г кот)·
  23. 23
    Машиночитаемый носитель, содержащий компьютерную программу для инструктирования компьютеру выполнять этапы способа по любому из пп.1-11.
Independent claims23