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ES2583414T3 - Procedimiento para vigilar el deterioro de un eje - Google Patents

Procedimiento para vigilar el deterioro de un eje Download PDF

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ES2583414T3
ES2583414T3 ES12721215.7T ES12721215T ES2583414T3 ES 2583414 T3 ES2583414 T3 ES 2583414T3 ES 12721215 T ES12721215 T ES 12721215T ES 2583414 T3 ES2583414 T3 ES 2583414T3
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axis
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Hans-Henning Klos
Dirk Scheibner
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Siemens AG
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Abstract

Procedimiento para vigilar el deterioro de un eje mediante - colocación de al menos una cinta extensiométrica (Rs)en una superficie exterior del eje, - detección de una deformación del eje en base a una señal de medida (Ub) de la cinta extensiométrica (Rs), de las que al menos hay una, - detección de la temperatura del eje, - detección de emisiones sonoras del eje, que son un indicador de un deterioro del eje, mediante evaluación de la señal de medida (Ub) en la gama de los ultrasonidos, evaluándose la señal de medida (Ub) adicionalmente en función de la temperatura del eje.

Description

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PROCEDIMIENTO PARA VIGILAR EL DETERIORO DE UN EJE DESCRIPCION
La presente invencion se refiere a un procedimiento para vigilar el deterioro de un eje. Ademas se refiere la presente invencion a un dispositivo para vigilar el deterioro de un eje.
Los ejes se utilizan para transmitir una fuerza o un par de giro y se utilizan usualmente en maquinas electricas, engranajes y sistemas de cojinetes. Para evitar que fallen estos aparatos, debe vigilarse el deterioro del eje, que puede presentarse por ejemplo como consecuencia de solicitaciones mecanicas a las que esta sometido el eje. De esta manera puede evitarse una sobrecarga del eje y con ello una potencial rotura del eje.
Para poder detectar la carga a la que esta sometido el eje, se mide hoy en dfa usualmente el par de giro que actua sobre el eje. Para este fin, se aplican o adhieren a la superficie exterior del eje cintas extensiometricas. La aportacion de energfa y la transmision de los datos de medida relativos al eje que gira se realizan entonces bien a traves de anillos rozantes o bien mediante telemetna. Pero una deteccion directa del dano en curso en el eje no se realiza normalmente. Un tal objeto se conoce por ejemplo ya por el documento JP 2009 243908 A.
Es objetivo de la presente invencion que pueda vigilarse con mas exactitud el deterioro de un eje de manera sencilla. Este objetivo se logra mediante un procedimiento segun la reivindicacion 1 y mediante un dispositivo segun la reivindicacion 8.
Ventajosos perfeccionamientos de la presente invencion se indican en las reivindicaciones secundarias.
El procedimiento correspondiente a la invencion para vigilar el deterioro de un eje incluye la colocacion de al menos una cinta extensiometrica en una superficie exterior del eje, la captacion de una deformacion del eje en base a una senal de medida de la cinta extensiometrica, de las que al menos hay una y la deteccion de emisiones sonoras del eje mediante evaluacion de la senal de medida en la gama de los ultrasonidos.
Primeramente se coloca o aplica al menos una cinta extensiometrica en el eje. Esto puede realizarse por ejemplo con el correspondiente adhesivo especial, que se deforma lo menos posible bajo cargas mecanicas. La cinta extensiometrica puede colocarse para ello a lo largo de la direccion perimetral del eje, a lo largo de la direccion axial del eje u oblicuamente al respecto. Como consecuencia de una deformacion mecanica del eje, se deforma tambien la cinta extensiometrica, con lo que vana su resistencia electrica. La variacion de la resistencia electrica puede detectarse por ejemplo con el correspondiente puente de medida.
Con la cinta extensiometrica pueden detectarse adicionalmente emisiones sonoras que se generan en el eje. La fuente de tales emisiones sonoras u ondas de tensiones son fenomenos de deterioro en el material del eje. Este fenomeno se conoce tambien bajo el concepto de Acoustic Emission (emision acustica). Estas emisiones sonoras que se generan en el eje y que se forman en el material del eje son un indicador de un deterioro progresivo del material, por ejemplo microfisuras. Asf pueden captarse con una cinta extensiometrica, que usualmente se utiliza para vigilar un par de giro que actua sobre el eje, adicionalmente emisiones acusticas. Asf puede detectarse de manera sencilla un deterioro progresivo del eje. Con ello no tiene que utilizarse ningun sensor adicional para detectar el deterioro del eje. Asf puede detectarse por primera vez, adicionalmente a la carga por par de giro, tambien la destruccion de la estructura del material. Con al menos una cinta extensiometrica resulta posible asf una deteccion directa de la formacion de fisuras en el eje, resultando posible un aviso temprano. Asf pueden evitarse paradas no planificadas.
Con preferencia se filtra la senal de medida para la evaluacion en una gama de frecuencia de 80 a 150 kHz con un filtro pasabanda. Las emisiones acusticas o senales de Acoustic Emission se encuentran usualmente en la gama de frecuencias de 80 a 150 kHz. Estas frecuencias dependen del material. Por ejemplo para el acero son tfpicas frecuencias de 110 kHz. Para extraer las componentes de senal de estas emisiones sonoras a partir de la senal de medida de la cinta extensiometrica, se preve un filtrado pasabanda en la gama de la frecuencia caractenstica del material del eje. Para el filtrado pasabanda de la senal de medida pueden utilizarse entonces filtros electronicos o digitales. Asf pueden captarse de manera sencilla las emisiones acusticas generadas en el eje.
En otra forma de ejecucion se determina para evaluar la senal de medida una curva envolvente de la senal de medida. Una tal senal de curva envolvente puede determinarse por ejemplo rectificando y sometiendo a un filtrado pasobajo las senales de medida. Mediante la curva envolvente de la senal de medida resulta posible una evaluacion sencilla de la senal de medida.
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Con preferencia se detectan las emisiones acusticas en funcion del tiempo. En otras palabras se evalua la senal de medida o bien las emisiones sonoras captadas en la senal de medida en funcion de los llamados fenomenos de deterioro o eventos. Un parametro caractenstico de la actividad de deterioro es el llamado Event-Rate (tasa de eventos), es decir, la cantidad de fenomenos de Acoustic Emission por unidad de tiempo. Asf puede detectarse una formacion progresiva de fisuras en el eje de manera sencilla y fiable.
Con preferencia se determina en base a la senal de medida adicionalmente un par de giro que actua sobre el eje y se evaluan las emisiones sonoras captadas en funcion del par de giro que actua sobre el eje. Cuando la fisura del eje es progresiva, depende la resistencia a la flexion del eje de la posicion. Esto se observa de manera creciente en la evaluacion del par de giro del eje. Las emisiones sonoras por unidad de tiempo se presentan entonces sobre todo para el par de giro maximo. De esta manera puede clasificarse la causa de las emisiones sonoras o fenomenos de Acoustic Emission. Cuando resulta una dependencia de las emisiones sonoras respecto al par de giro que actua sobre el eje, entonces la causa probable es una fisura creciente en el eje. De esta manera puede detectarse con especial fiabilidad un deterioro, en particular una formacion de fisuras en el eje.
En el marco de la invencion se evalua la senal de medida adicionalmente en funcion de una temperatura del eje. Las senales sonoras o Acoustic Emission pueden tambien resultar de una dilatacion termica del material debido a rozamiento interno. Por ello debe captarse adicionalmente la temperatura del eje, para asegurarse de que las senales de Acoustic Emission solo indican en un estado termicamente estable una sobrecarga del eje. Asf puede detectarse con especial fiabilidad un deterioro del eje.
En otra forma de ejecucion preferente se detecta en base a la senal de medida adicionalmente el dano de un cojinete acoplado mecanicamente con el eje, filtrandose la senal de medida para captar el dano del cojinete en una gama de frecuencias de 30 a 50 kHz con un filtro pasabanda. Adicionalmente al la deteccion de fisuras en el eje, pueden vigilarse mediante evaluacion de la senal de medida de la cinta extensiometrica tambien ejes acoplados ngidamente, en particular el anillo interior del cojinete. Igualmente pueden captarse en base a la senal de medida un dano existente, cuando se evalua la senal de medida en una gama de frecuencias que se encuentra por debajo de las frecuencias de las emisiones sonoras. Por ejemplo puede filtrar la senal de medida de la cinta extensiometrica para ello en la gama de 30 a 50 kHz, en particular en una gama de frecuencias alrededor de 40 kHz. Esta frecuencia depende del material y de las dimensiones del cojinete. Con ello puede detectarse de manera sencilla con una cinta extensiometrica dispuesta sobre el eje adicionalmente un dano en un cojinete acoplado mecanicamente con el eje. Con ello puede pensarse tambien en una vigilancia de danos de otros componentes que estan unidos o acoplados mecanicamente con el eje.
Al respecto se evalua la senal de medida para detectar el dano del cojinete con referencia en funcion de una velocidad de giro del eje. Si existe una relacion de dependencia entre la componente de senal de la senal de medida que indica un dano del cojinete y la velocidad de giro del eje, esto puede indicar que esta danado el cojinete. Asf puede determinarse fiablemente un dano en el cojinete.
El dispositivo correspondiente a la invencion para vigilar el deterioro de un eje incluye al menos una cinta extensiometrica, que puede aplicarse a una superficie exterior del eje, pudiendo detectarse una deformacion del eje en base a la senal de medida de al menos una cinta extensiometrica y un dispositivo de medida, configurado para detectar emisiones sonoras del eje mediante evaluacion de la senal de medida en la gama de los ultrasonidos.
Las ventajas y perfeccionamientos descritos en relacion con el procedimiento correspondiente a la invencion son validos de la misma forma para el dispositivo correspondiente a la invencion.
La presente invencion se describira ahora mas en detalle en base a los dibujos adjuntos. Al respecto muestran:
figura 1 una representacion esquematica de un dispositivo para vigilar el deterioro de un eje; figura 2 una senal de medida de una cinta extensiometrica en funcion del tiempo; figura 3 una senal de medida filtrada en pasabanda segun la figura 2 y figura 4 una senal de curva envolvente de la senal de medida segun la figura 3.
Los ejemplos de ejecucion descritos a continuacion mas en detalle representan formas de ejecucion preferentes de la presente invencion.
La figura 1 muestra un dispositivo 10 para vigilar un deterioro de un eje. El dispositivo 10 incluye una cinta extensiometrica Rs, representada en el presente caso como resistencia electrica. La cinta extensiometrica Rs esta conectada junto con otras tres resistencias electricas R1, R2 y R3 segun un puente de Wheatstone. La conexion en puente se alimenta desde la fuente de alimentacion 12 con una tension de
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alimentacion Us. La senal de medida Ub de la cinta extensiometrica Rs puede tomarse como tension del puente correspondiente al puente de medida.
En el eje no representado aqu pueden estar dispuestas igualmente varias cintas extensiometricas Rs. La cinta extensiometrica Rs puede estar configurada por ejemplo como hilo de resistencia sobre una lamina. La cinta extensiometrica Rs puede estar fabricada a partir de un metal o de un semiconductor. La cinta extensiometrica Rs esta adosada con preferencia mediante un adhesivo especial a la superficie exterior del eje. Como consecuencia de una deformacion mecanica del eje, se deforma mecanicamente tambien la cinta extensiometrica Rs. Debido a la deformacion mecanica, vana la resistencia electrica de la cinta extensiometrica Rs. La variacion de la resistencia electrica de la cinta extensiometrica Rs provoca una modificacion de la senal de medida Ub.
En el caso presente se divide la senal de medida Ub. Esto se indica mediante las flechas 14 y 16. Mediante un filtro pasobajo 18 se atenuan las componentes de senal de alta frecuencia de la senal de medida Ub. La senal de medida Ub filtrada en pasobajo se conduce a un dispositivo detector 22. El dispositivo detector 22 esta configurado para captar el momento de giro que actua sobre el eje en funcion de la senal de medida Ub filtrada en pasobajo. Ademas se filtra en pasabanda la senal de medida Ub con un filtro pasabanda 20. Al respecto se filtra la senal de medida Ub con preferencia en una gama de frecuencias de 80 a 150 KHz con un filtro pasabanda 20. Mediante el filtrado pasabanda de la senal de medida Ub en esta gama de frecuencias pueden captarse emisiones sonoras en el eje, que tambien se conocen bajo la denominacion de Acoustic Emission. La senal de medida Ub filtrada en pasabanda se lleva a un segundo dispositivo detector 24, con el que pueden evaluarse senales de Acoustic Emission. Los dispositivos detectores 22 y 24 pueden estar configurados igualmente como un dispositivo detector comun.
La figura 2 muestra un primer grafico, en el que se representan amplitudes de la senal de medida Ub en funcion del tiempo t. Mediante la evolucion en el tiempo de la senal de medida Ub pueden detectarse componentes de senal de alta frecuencia, por ejemplo en las gamas 26 y componentes de senal de alta frecuencia, por ejemplo en las gamas 28. Las componentes de senal de alta frecuencia en las gamas 28 se forman como consecuencia de emisiones sonoras del eje o bien senales de Acoustic Emission en el eje.
Para poder detectar componentes de senal de alta frecuencia, se filtra la senal de medida Ub mediante el filtro pasabanda 20. Por ejemplo se filtra en pasabanda la senal de medida Ub en la gama de frecuencias entre 90 y 150 kHz. La senal de medida U'b filtrada en pasabanda se representa en la figura 3. En la senal de medida U'b filtrada en pasabanda solo pueden detectarse las componentes de senal de alta frecuencia en las gamas 28. Con la senal de medida U'b filtrada en pasabanda pueden detectarse facilmente las emisiones sonoras generadas en el eje. Estas emisiones sonoras o senales de Acoustic Emission pueden ser un signo de una formacion progresiva de grietas del eje.
La figura 4 muestra una curva envolvente U”b de la senal de medida U'b filtrada en pasabanda segun la figura 3. En base a la curva envolvente U”b de la senal de medida Ub o bien de la senal de medida U'b filtrada en pasabanda, pueden detectarse facilmente fenomenos de deterioro como consecuencia de emisiones sonoras. Ademas puede captarse de manera sencilla la llamada Event-Rate, es decir, la cantidad de fenomenos de Acoustic Emission por unidad de tiempo. Estos fenomenos de deterioro pueden detectarse facilmente en la senal de la curva envolvente U”b. Esto se muestra en la figura 4 mediante las flechas 30.
La senal de medida Ub, la senal de medida U'b filtrada en pasobajo y la curva envolvente U”b pueden evaluarse tambien en funcion del par de giro que resulta de la senal de medida Ub filtrada en pasobajo. Asf pueden detectarse fisuras en el eje de forma especialmente fiable. Adicionalmente a ello se tiene en cuenta la temperatura del eje en la evaluacion de la senal de medida Ub. Para este fin puede colocarse por ejemplo el correspondiente sensor de temperatura en el eje.
Adicionalmente a ello, puede evaluarse la senal de medida Ub en una tercera gama de frecuencias, por ejemplo en una gama de frecuencias entre 30 y 50 KHz. En base a una senal de medida Ub filtrada en pasabanda en esta gama de frecuencias puede detectarse por ejemplo un dano de un cojinete acoplado mecanicamente con el eje. Asf pueden detectarse con una cinta extensiometrica Rs el par de giro que actua sobre el eje, emisiones acusticas del eje y deterioros de un elemento acoplado mecanicamente con el eje.
Lista de referencias
10
dispositivo
12
fuente de alimentacion
14, 16
flecha
18
filtro pasobajo
20 filtrado pasabanda
22, 24 dispositivo detector
26 gama
28 gama
30 flecha
R1, R2, R3 resistencia
Rs cinta extensiometrica Rs
Ub senal de medida
U'b senal de medida filtrada en pasabanda
U”b curva envolvente
t tiempo

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para vigilar el deterioro de un eje mediante
    - colocacion de al menos una cinta extensiometrica (Rs)en una superficie exterior del eje,
    - deteccion de una deformacion del eje en base a una senal de medida (Ub) de la cinta extensiometrica (Rs), de las que al menos hay una,
    - deteccion de la temperature del eje,
    - deteccion de emisiones sonoras del eje, que son un indicador de un deterioro del eje, mediante evaluacion de la senal de medida (Ub) en la gama de los ultrasonidos,
    evaluandose la senal de medida (Ub) adicionalmente en funcion de la temperatura del eje.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1,
    caracterizado porque la senal de medida (Ub) para la evaluacion se filtra en una gama de frecuencias de 80 a 150 kHz con un filtro pasabanda.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2,
    caracterizado porque para evaluar la senal de medida (Ub) se determina una curva envolvente (U”b) de la senal de medida (Ub).
  4. 4. Procedimiento segun una de las la reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las emisiones sonoras se captan en funcion del tiempo (t).
  5. 5. Procedimiento segun una de las la reivindicaciones precedentes,
    caracterizado porque en base a la senal de medida (Ub) se determina adicionalmente un par de giro que actua sobre el eje y se evaluan las emisiones acusticas captadas en funcion del par de giro que actua sobre el eje.
  6. 6. Procedimiento segun una de las la reivindicaciones precedentes,
    caracterizado porque en base a la senal de medida (Ub) se detecta adicionalmente un dano de un cojinete acoplado mecanicamente con el eje, filtrandose la senal de medida (Ub) para captar el dano del cojinete en una gama de frecuencias de 30 a 50 kHz con un filtro pasabanda.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 6,
    caracterizado porque la senal de medida (Ub) para detectar el dano del cojinete se evalua en funcion de una velocidad de giro del eje.
  8. 8. Dispositivo (10) para vigilar el deterioro de un eje con
    - al menos una cinta extensiometrica (Rs) que puede adosarse a una superficie exterior del eje,
    - la captacion de una deformacion del eje que puede realizarse en base a una senal de medida (Ub) de una cinta extensiometrica (Rs), de las que al menos hay una y con
    - un dispositivo detector (22, 24) configurado para detectar emisiones sonoras del eje en la gama de los ultrasonidos, que son un indicador de un deterioro del eje, mediante evaluacion de la senal de medida (Ub),
    pudiendo captarse la temperatura del eje y evaluandose la senal de medida (Ub) adicionalmente en funcion de la temperatura del eje.
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