CN102538667A - 用于监视构件磨损的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监视构件磨损的系统和方法，具体而言，用于监视运动构件(10)的系统(20)包括指向运动构件(10)的输入装置(22)。该输入装置(22)生成反映运动构件(10)的位置的信号(28)。与输入装置(22)通信的处理器(24)接收来自输入装置(22)的信号(28)并生成反映运动构件(10)的位置的曲线(32)。用于监视运动构件(10)的方法包括在运动构件移动时记录运动构件(10)并用曲线表示运动构件(10)的位置。

Description

用于监视构件磨损的系统和方法

技术领域

本发明总体涉及用于监视构件磨损的系统和方法。例如，本发明的特定实施例可用于检测、分析和/或预测运动构件的圆度、振动、维护和/或修理间隔和/或操作变化。

背景技术

燃气涡轮机、泵、风扇、发电机、马达和其它形式的商业设备常包括在静止构件内或紧邻静止构件移动的构件。运动构件与静止构件之间的间隙是平衡机械效率和性能与制造和维护成本的一个重要设计考虑。具体而言，运动构件与静止构件之间减小的间隙一般改善了设备的效率和性能。然而，减小的间隙也可增加实现减小的间隙的制造成本，并且还可增加归咎于作为减小的间隙的结果的运动构件与静止构件之间的增加的刮擦、摩擦或其它冲击的维护成本。增加的制造和维护成本在具有相对高成本、大质量或其中运动构件以相对高的速度移动或旋转的商业设备中特别引人关注。在可能的情况下，可使用轴承、万向节、润滑剂和适合于润滑和/或减少运动构件与静止构件之间的摩擦的其它机械装置将运动构件联接到静止构件上。例如，轴颈轴承可安装在旋转构件周围，以将该旋转构件联接到静止构件上。轴颈轴承保持静止，而轴颈轴承内的轴承和/或润滑剂的组合允许旋转构件相对于静止构件自由旋转。

各种制造和操作问题可产生运动构件与静止构件之间的偏心、失圆或未对准，这些问题可导致运动构件与静止构件之间的过度振动、摩擦、磨损或其它不希望的相互作用。例如，旋转构件和静止构件的制造公差可导致旋转构件与静止构件之间的轻微偏心。尽管在组装期间的静态调节可减少这些偏心，但商业设备的运转所易发生的正常磨损可产生旋转构件与静止构件之间额外的偏心。例如，轴承油顶升、轴承结构的热生长、相关设备的振动、不均匀的热膨胀、滑动和重力下垂是可增加旋转构件与静止构件之间已存在的偏心度或增加新的偏心度的运转所易发生的正常磨损的少数实例。最终，旋转构件与静止构件之间的偏心的数量和大小如果未连续监视和修正将引起旋转构件与静止构件之间无法接受的振动、摩擦、磨损或其它不希望有的相互作用。

本领域中已知用于检测和监视运动构件与静止构件之间的磨损的各种系统和方法。例如，运动构件与静止构件之间的过度磨损可产生增加的振动和/或升高的温度。因此可使用加速计或应变仪来测量振动级别以识别或预测即将发生的构件故障。然而，加速计和应变仪典型地必须与运动构件和/或静止构件物理接触，而此物理接触并非总是可能的。另外，其它相关的构件可导致运动构件和/或静止构件的振动，其降低了加速计或应变仪的灵敏度和/或精确度。

也可使用光纤系统、涡流系统和电容系统来检测和监视运动构件中的振动和/或温度。尽管这些系统不需要与运动构件的直接物理接触，但这些系统典型地要求与运动构件或静止构件以毫米或微米级靠拢以有效工作。另外，温度是构件磨损的一个较慢和较不可靠的指标，并且系统在发生损坏之前可能无法检测出轻微的温度变化。基于激光的系统典型地不需要此类靠拢并且可对温度变化更敏感；然而，基于激光的系统要昂贵得多并且因此可能是成本高昂的。

尽管这些系统和方法的每一种均具有不同的有效程度，但每一种系统和方法也包括各种缺点或局限性。因此，用于检测、分析和/或预测运动构件与静止构件之间的对准、间隙、偏心度或失圆的变化的系统和方法的进一步改进将会是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中进行论述，或可从说明变得显而易见，或可通过本发明的实施而获悉。

本发明的一个实施例是一种用于监视运动构件的系统。该系统包括定向在运动构件处的输入装置，且该输入装置生成反映该运动构件的位置的信号。处理器与输入装置通信，且该处理器接收来自输入装置的信号并将该信号转换为笛卡尔坐标系中的有序对。

本发明的另一实施例是一种用于监视运动构件的系统，该运动构件包括指向运动构件的输入装置。该输入装置生成反映运动构件的位置的信号。与输入装置通信的处理器接收来自输入装置的信号并生成反映运动构件的位置的曲线。

本发明也可包括一种用于监视运动构件的方法。该方法包括随着运动构件移动而记录运动构件并用曲线表示运动构件的位置。

本领域的普通技术人员在阅读说明书以后将更好地理解此类实施例的特征和方面及其它。

附图说明

本发明的完整和能够实现的公开内容、包括其对本领域的技术人员而言的最佳模式在说明书的剩余部分、包括对附图的引用中更具体地论述，在附图中：

图1是进行测试的装置的简化平面图；

图2是根据本发明的一个实施例的系统的简化图；以及

图3示出了由图2中所示的系统产生的示例性曲线。

零部件列表

10    运动构件

12    轴

14    带轮

20    系统

22    输入装置

24    处理器

26    输出装置

28    来自输入装置的信号

30    外周界

32    曲线

34    预定极限

36    输出信号

具体实施方式

现将详细说明本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。详细说明使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和说明中使用同样或类似的标号来指代本发明的同样或类似的零件。

各实例作为本发明的说明来提供，而并非对本发明的限制。事实上，对本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，能够在本发明中做出改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可用于另一实施例以产生再一实施例。因此，本发明旨在涵盖诸如落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类改型和变型。

本发明的实施例提供可用于监视运动构件中的磨损的系统和方法。在本发明的范围内的实施例可记录一些或全部运动构件的移动。构件的运动可以由逐渐的磨损、不正确的组装、构件损坏或实质上需要操作人员干预的任何事件造成。可将记录的构件的运动图示或用曲线表示在例如笛卡尔坐标系中。然后可将图示或曲线与预定曲线比较，并且如果图示或曲线超过预定曲线，则可执行修正动作。修正动作可包括对构件的运动进行寻址的任何动作。例如，修正动作可包括启动警告灯、调节维护和/或检查计划、调节油顶升压力、起动附加泵以增加润滑流体的压力或供给和/或立即停止旋转的构件。

图1提供了要通过本发明的任何实施例监视的进行测试的示例性装置的简化图。本发明并不限于进行测试的任何特定装置，并且进行测试的装置可包括任何移动的构件。例如，运动构件10可为发电机、马达、涡轮机或压缩机中的转子，或实质上任何移动的机器中的任何构件。在图1中，运动构件10作为通过带轮14驱动的轴12示出，例如可存在于风扇、发电机、马达、压缩机或其它机器中。本领域的普通技术人员会容易地理解本发明并不限于任何特定的运动构件，并且本发明的替代实施例实质上可与沿任何方向移动或旋转的任何构件一起使用。

图2提供了用于监视根据本发明的一个实施例的运动构件10的系统20的简化图。如图2中所示，系统20一般包括输入装置22、处理器24和输出装置26。输入装置22可包括本领域中已知的能够在运动构件10移动或旋转时监视和/或记录运动构件10的任何传感器。例如，输入装置22可为网络摄像机、模拟或数字照相机、模拟或数字摄像机或记录仪、红外线传感器或类似装置。输入装置22可定位在与运动构件10相距任何适当的距离处，并且输入装置22的位置可以是可调节的以适应周围环境或环境变化，例如输入装置22与运动构件10之间的照明、阴影或其它阻碍，使得输入装置22可观察运动构件10的全部或仅一部分。例如，如图2中所示，输入装置22可在适当的距离处指向运动构件10使得输入装置22能够监视和/或记录运动构件22的整个表面。在替代实施例中，输入装置22可定位成更靠近运动构件10并因此能够监视和/或记录运动构件10的仅一部分。

输入装置22在运动构件10移动或旋转时监视和/或记录运动构件10。输入装置22然后生成反映运动构件10的每个记录位置的信号28。信号28可为模拟或数字信号。例如，可对用作输入装置22的照相机编程以便以特定间隔对运动构件10照相。所选的特定间隔将取决于多个操作因素，比方说例如运动构件10的线性速度或旋转速度、希望的分辨率、计划维护或修理之间的间隔和/或对于特定运动构件10的具体修理历史记录。在每张照片或帧之后，照相机可生成反映运动构件10的每个记录位置的信号28并将其传输到处理器24。例如，由照相机生成并传输到处理器24的信号28可包括运动构件10在每个位置的静止照片。可类似地对网络摄像机、摄影机或记录仪或红外传感器编程以记录运动构件10的连续运动并将连续记录的移动作为反映运动构件10的连续运动的信号28流向处理器24。

处理器24与输入装置22通信以接收输入装置22所生成的信号28。编程到处理器24中的算法可将来自输入装置22的信号28转换为数字信号，如果该信号还不是数字信号，则可以图示、用曲线表示或以其它方式转换为数学方程以形成显示运动构件10的移动的曲线32。例如，处理器24可使用图像识别软件来检测通过输入装置22传输的运动构件10在静止照片或流视频中的外周界30。处理器24然后可将笛卡尔坐标系中的有序对分配给沿运动构件10的外周界30的离散点。处理器24然后可针对沿运动构件10的外周界30的所有离散点图示或用曲线表示有序对的集合。以此方式，运动构件10的外周界30的图示或曲线32可用于视觉地反映运动构件10的运动。

如文中所述，处理器24的技术效果是控制输入装置22的定时和操作并接收和处理输入装置22所生成的信号28。处理器24可为本领域中已知的任何计算机系统例如笔记本电脑、个人计算机、微型计算机、大型计算机或工业控制器、微控制器或嵌入式系统中所包括的单独的构件或子构件。文中所述的各种处理器24和计算机系统并不限于任何特定的硬件架构或构造。本文所述的系统和方法的实施例可通过适于以任何适当的方式提供希望功能的一个或更多通用或定制的处理器24来实施。处理器24可适于提供与本发明主题互补或不相关的附加功能。例如，一个或更多处理器24可适于通过存取以计算机可读形式提供的软件指令来提供所述的功能。当使用软件时，可使用任何适当的程序、脚本或其它类型的语言或语言的组合来实施本文包含的教导。然而，不需要排他地使用软件，或根本不需要使用软件。例如，如本领域的普通技术人员在不需要额外的详细说明的前提下会理解的那样，本文所述和公开的一些系统和方法也可通过硬连线逻辑或其它电路实施，包括但不限于专用电路。当然，计算机执行的软件和硬连线逻辑或其它电路的各种组合也可以是合适的。

本领域的普通技术人员应该理解的是，可通过使得系统可操作以执行此类方法的一个或多个合适的处理器24执行本文公开的系统和方法。如上所述，此类系统可存取收录计算机可读指令的一个或多个计算机可读介质，所述指令当由至少一个处理器24执行时使至少一个处理器24实施本发明主题的一个或多个方法。可使用任何合适的计算机可读媒体或介质来实现或实施本文公开的主题，包括但不限于磁盘、驱动器和其它磁基存储介质、光学存储介质，包括盘片(包括CD-ROM、DVD-ROM及其变型)、闪存、RAM、ROM和其它固态存储装置等。

图3提供了由系统20产生以示出运动构件10的运动的示例性图示或曲线32。如图3中所示，处理器24已将来自输入装置22的信号28转换成显示运动构件10的外周界30的运动的曲线32。由于运动构件10旋转，曲线32表现为已随时间推移而移动以反映运动构件10的外周界30的对应的移动的一系列圆，该对应的移动可由轴12中的振动或偏心、缺乏润滑或一些其它磨损结果造成。

图3中示出的较厚的圆代表可编程到处理器24中的预定极限34。预定极限34可图形地表示运动构件10在开始一些修正动作之前的最大允许移动量。例如，预定极限34可代表导致运动构件10接触或抵靠相邻的静止构件刮擦的移动量。作为另一实例，预定极限34可代表产生商业设备中的过度振动、温度等的移动量。

因此可对处理器24编程，以将运动构件10的移动的曲线32与预定极限34进行比较。曲线32与预定极限34相交或交叉的每一处代表一关注点。可进一步对处理器24编程，以基于运动构件10的运动曲线32开始动作。处理器32启动的实际动作当然将取决于各种设计考虑，例如所涉及的特定构件和编程到处理器24中的特定预定极限34。例如，预定极限34可仅代表运动构件10在定期检查之间的最大允许移动。这种情况下，当处理器24检测出运动构件10的运动曲线32与预定极限34相交或交叉时，处理器24可仅对输出装置26生成输出信号36。输出信号36可启动提醒操作检查运动构件10的警告灯。在替代实施例中，输出信号36可包括允许操作人员调节预先计划的修理或维护的修理或维护计划信息。经调节的修理和/或维护计划改善了特定商业设备的可靠性和操作，从而使特定商业设备更精确且可能延长的有用寿命。作为进一步的示例，预定极限34可指示运动构件10在该处抵靠另一相邻构件刮擦或冲击的点。在该情况下，当处理器24检测出运动构件10的运动曲线32与预定极限34相交或交叉时，处理器24可启动更直接和决定性的动作。例如，处理器24所生成的输出信号36可使商业设备跳机或自动停机，以防止对商业设备或附近人员的更重大或灾难性的损害。以这种方式，在本发明的范围内的系统20的实施例不仅可以检测运动构件10的过度运动，而且它们也可以精确定位关心的精确位置并启动恰当的修正动作，以最小化或防止运动构件10的过度运动所造成的任何损害。

输出装置26与处理器24通信并且可包括本领域中已知的用于记录和/或传输信息的任何装置。例如，输出装置26可包括警告电路、打印机、记录系统或通知电路。输出装置26可向操作员传输与预定极限34有关的各种信息。例如，输出装置26可识别已超过的预定极限34、超过预定极限的运动设备10上的位置和/或操作人员可用于修正特定状态的选项清单。

参考图1、2和3描述和示出的系统20的各种实施例可在识别运动构件10的过度运动并做出响应方面提供若干益处。例如，显示运动构件10的运动的曲线32提供了可人工阅读和分析以判断趋势和/或预测运动构件10何时将移动超过预定极限34的历史记录。结果，可调节预防性或修正性维护计划以在运动构件10移动超过预定极限34之前执行预防性或修正性维护，从而防止和/或减少未计划的运行中断。作为另一实例，运动构件10可仅短暂地并以零星间隔移动超过预定极限，使过度移动的人工检测和精确定位变得困难。然而，根据本发明的实施例编程的处理器24可容易地、即时地和可靠地不仅识别其中运动构件10移动超过预定极限34的短暂瞬间，而且还识别运动构件10上超过预定极限的精确位置。

本领域的普通技术人员将容易地理解的是，如前文参考图1、2和3所述的系统20提供了用于监视运动构件10的方法。具体而言，该方法可包括在运动构件10移动或旋转时记录运动构件10并用曲线表示运动构件10的位置。该方法还可包括在运动构件10移动或旋转时使用摄像机记录运动构件10和/或将运动构件10的位置转换为数字信号。在替代实施例中，该方法可包括将运动构件10的位置转换为笛卡尔坐标系中的有序对和/或将运动构件10的位置与预定极限34进行比较。再其它实施例可包括生成反映运动构件10的位置的输出信号36，并且特定输出信号36可包括修理和/或维护计划信息中的至少一者。

此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并未不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种用于监视运动构件(10)的系统(20)，包括：

a.指向所述运动构件(10)的输入装置(22)，其中所述输入装置(22)生成反映所述运动构件(10)的位置的信号(28)；

b.与所述输入装置(22)通信的处理器(24)，其中所述处理器(24)接收来自所述输入装置(22)的所述信号并将所述信号(28)转换为笛卡尔坐标系中的有序对。

2.根据权利要求1所述的系统(20)，其特征在于，所述输入装置(22)为数字视频记录仪。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统(20)，其特征在于，所述处理器(24)将所述信号(28)转换为数字信号。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统(20)，其特征在于，所述处理器(24)将所述有序对与预定极限(34)进行比较。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统(20)，其特征在于，所述系统(20)还包括与所述处理器(24)通信的输出装置(26)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统(20)，其特征在于，所述处理器(24)向所述输出装置(26)生成输出信号(36)，其中所述输出信号(36)包括修理或维护计划信息中的至少一者。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统(20)，其特征在于，所述处理器(24)生成反映所述运动构件(10)的位置的曲线(32)。

8.根据权利要求7所述的系统(20)，其特征在于，所述处理器(24)将所述曲线(32)与预定极限(34)进行比较。

9.一种用于监视运动构件(10)的方法，包括：

a.在所述运动构件(10)移动时记录所述运动构件(10)；以及

b.用曲线表示所述运动构件(10)的位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述运动构件(10)移动时使用摄像机记录所述运动构件。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述运动构件(10)的位置转换为数字信号。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述运动构件(10)的位置转换为笛卡尔坐标系(20)中的有序对。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述运动构件(10)的位置与预定极限(34)进行比较。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括生成反映所述运动构件(10)的位置的输出信号(36)。

15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括生成包括修理或维护计划信息中的至少一者的输出信号(36)。

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