Procedimiento para la detección de daños en engranajes.

Procedimiento para la detección de daños en fases de engranajes dentados (2,

3) con al menos una pareja deruedas dentadas (9, 10) que están engranadas entre sí, en el que a través de al menos un sensor de oscilaciones (9,10) se detectan señales de oscilaciones, que corresponden a las oscilaciones que aparecen en el funcionamiento dela fase del engranaje (2, 3), y las señales de oscilaciones detectadas son analizadas para detectan posibles daños,caracterizado porque

- por medio del sensor de oscilaciones (4, 5) se detecta una señal de oscilaciones, que corresponde a lasoscilaciones, que son provocadas a través del movimiento de rodadura y de impacto durante un engrane deldiente que tiene lugar bajo carga de la al menos una pareja de ruedas dentadas (9, 10),

- la señal de oscilación es comparada con una señal de oscilación de calibración,

- a partir de la desviación de la señal de oscilación con respecto a la señal de oscilación de calibración se calculael par de torsión que actúa sobre el engranaje (1), y

- el par de torsión calculado es tenido en cuenta en la evaluación de la señal de oscilación con respecto a posiblesdaños.

Procedimiento para la detección de daños en engranajes La invención se refiere a un procedimiento para la detección de daños en fases de engranajes dentados con al menos una pareja de ruedas dentadas que están engranadas entre sí, en el que a través de al menos un sensor de oscilaciones se detectan señales de oscilaciones, que corresponden a las oscilaciones que aparecen en el funcionamiento de la fase del engranaje, y las señales de oscilaciones detectadas son analizadas para detectan posibles daños. Por otro lado, la invención se refiere a un dispositivo para la detección de daños en fases de engranajes dentados.

En numerosas máquinas en el sector industrial, los engranajes representan componentes centrales. Éstos están sometidos en el funcionamiento a una solicitación fuerte y a desgastes unidos con ellas, que pueden conducir a daños que pueden tener como consecuencias un modo de funcionamiento empeorado y especialmente fallos del engranaje y de toda la máquina. Para reducir al minimizar o reducir los fallos de este tipo condicionados por daños y las pérdidas financieras implicadas con ello, se pretende observar el modo de funcionamiento del engranaje. En este contexto se emplean sistemas de supervisión de estado (Condition Monitoring Systems – CMS) , con lo que se puede observar en el funcionamiento continuo si un componente, por ejemplo un engranaje, trabaja correctamente o, en cambio, existe una función errónea o bien se desarrolla una función de este tipo. La aparición o bien la preexistencia de un daño se puede detectar de esta manera precozmente, de modo que se pueden iniciar medidas adecuadas para limitar el daño localmente o subsanarlo de una manera rápida y eficiente. Como consecuencia, a través de la detección precoz de daños se pueden mantener reducidas las limitaciones del funcionamiento o bien los tiempos de parada de la máquina.

Actualmente los sistemas de supervisión de estados de este tipo, especialmente en el contexto de la generación de energía a través de energía adquieren cada vez más importancia, puesto que debe garantizarse el funcionamiento duradero fiable de la instalación de energía eólica para el suministro continuo de corriente y es condición previa para un funcionamiento económico. Especialmente se presta atención aquí a la supervisión del estado del engranaje, puesto que el engranaje de la instalación de energía eólica muestra los tiempos de fallo máximos por caso de fallos entre los componentes de las instalaciones de energía eólica. Un tiempo de fallo largo está condicionado en este caso por procedimientos de reparación complejos y a veces por una mala accesibilidad a los componentes dañados.

Un sistema de supervisión de estados o bien un sistema de diagnosis de estados, como encuentra aplicación en el campo de la energía eólica, comprende, en general, una supervisión de la temperatura de la instalación, una supervisión del estado de aceite empleado en la instalación y una supervisión de las oscilaciones. En este último caso, se supervisan las oscilaciones implicadas con el funcionamiento de un componente por medio de sensores de oscilaciones adecuados, para poder detectar de esta manera las desviaciones del funcionamiento normal de la instalación de energía eólica o bien de sus componentes, que hacen referencia a un daño existente. También los parámetros de funcionamiento actuales como, por ejemplo, el número de revoluciones o la carga son supervisados y registrados.

La supervisión de estados se realiza en los procedimientos conocidos, en general, durante un periodo de tiempo prolongado. Para la detección de daños se comparan las señales detectadas con valores de referencia, que ha sido detectados en el marco de una medición de calibración o han sido obtenidos con la ayuda de métodos de simulación. Se puede llevar a cabo una catalogación de signaturas de oscilación, que han sido detectadas en el caso de presencia de un daño y que están disponibles entonces para la comparación con signaturas de oscilaciones a detectar en el futuro. Solamente se puede realzar un pronóstico de daños fiable en este caso a través de comparación cuando han predominando parámetros de funcionamiento idénticos durante la detección de las signaturas de oscilaciones catalogadas y las signaturas de oscilaciones, con las que éstas son comparadas.

Como consecuencia de las velocidades del viento claramente variables, sin embargo, una instalación de energía eólica está expuesta a un espectro de carga amplio, y los parámetros condicionados por el funcionamiento se extienden sobre una zona amplia. Por lo tanto, en general, no es posible o sólo con gasto alto depositar valores de referencia para todos los estados de funcionamiento concebibles del sistema. Por este motivo, se trabaja, por ejemplo, con una llamada técnica de curvas envolvente. A la señal de referencia se asocia en este caso, respectivamente, un valor mínimo y un valor máximo, con lo que se estima y se define la zona de las desviaciones condicionadas por el funcionamiento. Una desviación es interpretada entonces como condicionada por daño cuando la señal se encuentra fuera de esta ventana de referencia. Sin embargo, esto está unido con inexactitudes y debe utilizarse un experto para una detección fiable de daños, que analiza las señales detectadas y puede identificar daños posibles en virtud de su experiencia. Esto se considera un inconveniente, puesto que especialmente en virtud de la pluralidad de instalaciones de energía eólica instaladas, hay que contar con que no están disponibles expertos suficientes y, además, su utilización para la detección de daños va unida con altos costes.

Por lo tanto, los esfuerzos se dirigen a mejorar el análisis de los datos detectados en el marco de la supervisión de estados con respecto a daños presentes. En este caso, para un pronóstico fiable de los daños es especialmente necesario separar las modificaciones de las señales detectadas, que han sido provocadas por una variación de los parámetros actuales de funcionamiento, de las modificaciones condicionadas por daños.

En el marco de la publicación “Detecting Incipient Wind Turbine Gearbox Failure: The Signal Analysis Method for On-Line Condition Monitoring”, de CJ Craptree y col. European Wind Energy Conference 2010 (EWEC 2010) se propone normalizar las señales detectadas en el marco de la diagnosis de estados sobre uno de los parámetros de funcionamiento, aquí la carga, con lo que debe mejorarse la fiabilidad de la detección de daños. Además, se presenta un método de análisis para la supervisión de estados en-línea, a través de la cual se detectan estados iniciales del engranaje en una fase temprana, utilizando y comparando varias señales independientes, que han sido registradas en el marco de la supervisión de estados. En este caso, se utilizan para este principio de parámetros múltiples especialmente oscilaciones del engranaje registradas y el nivel del aceite.

La presente invención tiene el cometido de indicar otro procedimiento para la detección de daños, que posibilita una detección o previsión fiable de daños en engranajes, pudiendo realizarse la detección de daños de forma automática y que se puede aplicar de forma económica.

Este cometido se soluciona de acuerdo con la invención porque por medio del sensor de oscilaciones se detecta una señal de oscilaciones, que corresponde a las oscilaciones, que son provocadas a través del movimiento de rodadura y de impacto durante un engrane del diente que tiene lugar bajo carga de la al menos una pareja de ruedas dentadas. La señal de oscilación es comparada con una señal de oscilación de calibración y a partir de la desviación de la señal de oscilación con respecto a la señal de oscilación de calibración se calcula el par de torsión que actúa sobre el engranaje. A continuación el par de torsión calculado es tenido en cuenta en la evaluación de la señal de oscilación con respecto a posibles daños.

La invención se basa en el reconocimiento de que los dientes de una pareja de ruedas dentadas que están engranados se deforman cuando se aplica una carga. La deformación depende en este caso según la Ley de Hook para el caso elástico lineal de la fuerza existente y de la constante de resorte del componente deformado. Por lo tanto, en el caso de fases de engranajes dentados, la rigidez del diente junto con el par de torsión existente determinan en qué medida tiene lugar una deformación de los dientes en el engrane. Esta relación se aprovecha de acuerdo con la invención para calcular el par de torsión.

A través de las deformaciones condicionadas por la carga de los dientes que se encuentran engranados se modifica el desarrollo del engrane... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la detección de daños en fases de engranajes dentados (2, 3) con al menos una pareja de ruedas dentadas (9, 10) que están engranadas entre sí, en el que a través de al menos un sensor de oscilaciones (9, 10) se detectan señales de oscilaciones, que corresponden a las oscilaciones que aparecen en el funcionamiento de la fase del engranaje (2, 3) , y las señales de oscilaciones detectadas son analizadas para detectan posibles daños, caracterizado porque

- por medio del sensor de oscilaciones (4, 5) se detecta una señal de oscilaciones, que corresponde a las oscilaciones, que son provocadas a través del movimiento de rodadura y de impacto durante un engrane del diente que tiene lugar bajo carga de la al menos una pareja de ruedas dentadas (9, 10) ,

- la señal de oscilación es comparada con una señal de oscilación de calibración,

- a partir de la desviación de la señal de oscilación con respecto a la señal de oscilación de calibración se calcula el par de torsión que actúa sobre el engranaje (1) , y

- el par de torsión calculado es tenido en cuenta en la evaluación de la señal de oscilación con respecto a posibles daños.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque

- se detecta una señal de oscilación que corresponde a un engrane del diente de otra pareja de ruedas dentadas (9, 10) ,

- se compara la señal de oscilación con una señal de oscilación de calibración,

-a partir de la diferencia de las desviaciones de las dos señales de oscilación con respecto a las señales de 20 oscilación de calibración respectivas, se calcula el par de torsión que actúa sobre el engranaje (1) ,

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como señal de oscilación de calibración se utiliza una señal de oscilación, que corresponde a las oscilaciones, que son provocadas a través de los movimientos de rodadura y de impacto durante un engrane del diente, que tiene lugar bajo carga y número de revoluciones conocidos, de la al menos una pareja de ruedas dentadas (9, 10) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- se detectan señales de oscilaciones, que corresponden a varios engranes de dientes dispuestos en diferentes lugares en el engranaje (1) ,

- se forma el valor medio de las desviaciones de las señales de oscilación respecto de las señales de oscilación de calibración, y

- partir del valor medio se calcula el par de torsión.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- a partir de la señal de oscilación se calcula la duración del engrane del diente de la al menos una pareja de ruedas dentadas (9, 10) que están engranadas entre sí, y

-a partir de la desviación del desarrollo de la duración del engrane del diente respecto de una duración del 35 engrane del diente bajo carga y número de revoluciones conocidos, se calcula el par de torsión.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque como duración del engrane del diente se calcula la duración del engrane del diente entre el punto del comienzo del engrane A y el punto del final del engrane E y/o la duración del engrane del diente entre el punto inicial B de la zona de engrane individual y el punto final D de la zona de engrane individual entre dos dientes.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se lleva a cabo una supervisión y memorización continuas del valor del par de torsión detectado y se emite una señal de alarma cuando uno de los valores de par de torsión detectados está fuera de un intervalo de valores del par de torsión admisibles predeterminado.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque los valores del par de torsión son detectados y memorizados con resolución local y el mensaje comprende la indicación del valor del par de torsión inadmisible así como una indicación del lugar, en cuyo punto en el engranaje (1) se detectó el valor del par de torsión.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se aplica la transformada de Fourier en al menos una señal de oscilación.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- la señal de oscilación se representa en el espacio de frecuencias, y

- a partir de la señal de oscilación se filtra una parte que se encuentra en una gama de frecuencias predeterminada, en particular aquella parte que se extiende en un intervalo predeterminado de frecuencias alrededor de la frecuencia de base del engrane del diente.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la frecuencia básica del engrane del diente se calcula con la ayuda de un contador del número de revoluciones (6, 7) .

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal de oscilación es registrada por medio de registradores de oscilaciones de sonido corporal (4, 5) .

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal de oscilación es detectada por medio de registradores de oscilaciones de sonido del aire (4, 5) .

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal de oscilación es detectada por medio de sensores de oscilaciones (4, 5) de un sistema de supervisión de la condición.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se supervisa la temperatura del engranaje (19 y/o del dispositivo que comprende el engranaje (1) y se incorpora al mismo tiempo en la evaluación de la señal de oscilación con respecto a posibles daños.

16. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se supervisa el estado del aceite del engranaje, en particular la viscosidad y/o la pureza y/o la humedad y/u otros valores característicos del aceite del engranaje y se incorporan al mismo tiempo en la evaluación de la señal de oscilación con respecto a posibles daños.

17. Dispositivo para la detección de daños en fases de engranajes dentados (2, 3) , que comprende al menos un sensor de oscilaciones (4, 5) y un dispositivo de control (8) , en el que el sensor de oscilaciones (4, 5) está configurado para detectar una señal de oscilación, que corresponde a las oscilaciones, que son ocasionadas a través del movimiento de rodadura y de impacto durante un engrane de dientes, que se realiza bajo carga, de la al menos una pareja de ruedas dentadas (9, 10) y el dispositivo de control (8) está configurado para detectar daños en la fase del engranaje dentado (2, 3) utilizando el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.