[发明专利]部件故障检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及在旋转设备或机器动态操作期间检测动力传输联接件的联接缺陷的装置。具体地，本发明涉及检测动力传输联接件的联接缺陷的装置，所述动力传输联接件包括具有一个或多个柔性元件的柔性组件。

背景技术

对于旋转和往复运动设备，在由于长距离或难以接近而妨碍加工厂的旋转和往复运动设备的实时监测的应用中，通常使用非侵入式监测系统。旋转和往复运动设备的有效操作和维护对于最大化生产和最小化停机时间是关键的。非侵入式监测系统用于在发生设备的毁灭性故障之前检测或预测设备缺陷，毁灭性故障可导致生产容量损失和人员可能受伤。

期望在设备在现场时检测和定位设备缺陷，从而不干扰生产。从生产移开设备用于例行检查是不希望的，因为在停机期间生产损失。

在过去开发了监测具体应用和确定与旋转设备和机器有关的部件故障的声音发射换能器和装置。美国专利4,493,042等提出了应用声音监测来检测和判断滚柱轴承的故障。其它发明在开发具体信号处理算法以基于声音发射数据来确定部件故障时完成，EP2031386A1。

通常，迄今为止使用的用于检测与旋转设备和机器有关的部件故障的声音发射技术使用声音发射传感器，其放置在部件或部件周围结构上以检测传输通过结构（结构声音发射传感器）的声波。

动力传输联接件是以1：1的速度比在驱动和从动机器的轴端部之间传输扭矩的部件。它们包含在传动系中以补偿由于轴的安装公差和操作移位引起的轴端部之间的微小不对齐且最小化与不对齐有关的轴承负载。联接件的一种最常见工业应用是在精炼厂中用来连接驱动器和泵或驱动器和压缩机。

在图1以截面图示出的典型动力传输联接件中，轮毂102或适配器设置在从动和驱动设备两者的轴端部上，传输单元104将轮毂102连接在一起，以将驱动和扭矩从驱动设备传输给从动设备。柔性组件106作为每个轮毂102和传输单元104之间的接口配置，以吸收从动和驱动设备之间的角向、径向和轴向不对齐。柔性组件106的示例是在John Crane? T Series?和M Series?联接件中可见的柔性膜，其中，柔性组件106包括一系列柔性元件108，如图2所示。柔性元件108以并置接合关系堆叠在一起，柔性组件108通过偶数个螺栓110，112交替地紧固到轮毂102和传输单元104，螺栓110，112穿过围绕柔性元件108角向隔开的孔114。

在轴每转期间，柔性组件（106）和各个柔性元件（108）暴露于由于驱动扭矩引起的扭转应力和由于轴不对齐引起的弯曲应力。

当在指定设计极限内操作联接件时，柔性元件实现超过10⁶负载循环的理论无限工作寿命。然而，如果条件超过指定极限，操作超出不对齐极限和/或扭矩传输超出设计极限，那么由于柔性组件106的柔性元件108中的疲劳应力破裂，联接件将最终发生故障。

在大多数情况下从第一裂缝开始多天（周）内产生的这种故障可能由于第二次损坏机器或驱动，生产中断且在一些情况下具有严重的健康和安全风险而具有昂贵的后果。

由于每个柔性组件106包括一系列独立柔性元件108，因而难以检测柔性组件106的独立柔性元件108的故障。在操作期间，每个柔性元件108发射不同声音轨迹或信号。

最重要的，柔性组件106的故障启动随着各个柔性元件108之间的磨损（即，摩擦）开始，随后是第一柔性元件108的故障，随后是第二柔性元件108的故障，等等。因而，在柔性组件106的毁灭性故障之前，联接件能够工作一定时间。

使用结构声音发射来检测由联接件100的柔性元件108中的缺陷发出的声音发射不太可能成功且在任何现有检测技术下不可能，因为结构声音发射传感器可能不能放置靠近联接件膜单元，而需要放置在机器外壳上一定距离远处，其中，因而声音必须通过多个部件接口，这消除了检测周围机器的噪音（轴承噪音，过程噪音等）内的信号的机会。例如，对于图1所示的联接件，对于与美国专利4,493,042等所述的检测装置一起使用的结构声音发射传感器，声音将需要从柔性元件108传输到螺栓110，112，从螺栓110，112传输到轮毂102，从轮毂传输到机器轴，从轴传输到连接轴承（也是声音发射的强源），且从轴承传输到放置结构传感器的外壳。

然而，根据本发明，已经发现使用声音发射传感器来直接检测在25 kHz至90 kHz之间范围内的高频气载声波且将这些传感器中的一个或多个靠近联接件在1 cm和200 cm之间放置，可以检测柔性元件缺陷的声波。