Prediction of hydrodynamic stability loss in water-lubricated plain bearings based on the Lyapunov exponent

• Autorzy: Batko W. , Blaut J. , Korbiel T.

Warianty tytułu

PL

Analiza przydatności analizy wykładnika Lapunova w prognozowaniu utraty hydrodynamicznej stabilności w łożysku ślizgowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article proposes a new algorithm for data analysis for diagnostics and the prediction of the loss of hydrodynamic stability in plain bearings associated with the appearance of oil vortexes in the lubricant. Their formation is related to the increase of the vibration energy of the spigot, which affects the change of the monitored movement of the shaft in the bearings. These vibrations are controlled by a measuring instrumentation installed on the bearings. The proposed solution was related to the research on the usefulness of nonlinear analysis of diagnostic signals represented by a time series. These signals are the results of measurements of the displacement of the shaft of the rotor machine in relation to the bearing of the plain bearing. The operation of the proposed method is aimed at recognizing the loss of hydrodynamic bearing stability. In particular, we analysed the usefulness of changes in the value of the Lyapunov exponent of monitored signals to early detection of occurring disturbances in the work of a plain bearing. Observations of the increase of its value, before a significant increase in the value of monitored vibrations, confirmed its usefulness as a valuable diagnostic symptom for forecasting the loss of hydrodynamic stability of hydrodynamic plain bearings.

PL

W artykule zaproponowano nowy algorytm analizy danych do diagnostyki i prognozy utraty hydrodynamicznej stabilności w łożysku ślizgowym, związanej z pojawianiem się wirów olejowych w czynniku smarnym. Ich powstawanie jest związane ze wzrostem energii drgań czopa, co wpływa na zmianę monitorowanego ruchu wału w panwi łożyska. Drgania te są kontrolowane przez zainstalowaną na łożyskach instrumentalizację pomiarową. Zaproponowane rozwiązanie związano z badaniami przydatności metod nieliniowej analizy sygnałów diagnostycznych reprezentowanych szeregami czasowymi. Sygnały te są wynikami pomiarów przemieszczeń czopa wału maszyny wirnikowej względem panwi łożyska ślizgowego. Działanie zaproponowanej metody ukierunkowane jest na rozpoznawanie utraty hydrodynamicznej stabilności łożyska. W szczególności poddano analizie przydatności zmian wartości wykładnika Lapunowa monitorowanych sygnałów do wczesnego wykrycia pojawiających się zaburzeń w pracy łożyska ślizgowego. Obserwacje wzrostu jego wartości przed istotnym wzrostem wartości monitorowanych drgań potwierdziły jego przydatność jako wartościowego symptomu diagnostycznego do prognozowania utraty hydrodynamicznej stabilności pracy hydrodynamicznych łożysk ślizgowych.

Słowa kluczowe

EN

vibration diagnostics; non-linear methods of analysis; diagnostic signals; stability of hydrodynamic bearing nodes; vibration monitoring

PL

diagnostyka drganiowa; nieliniowe metody analizy; sygnały diagnostyczne; stabilność pracy; hydrodynamiczne węzły łożyskowe; monitoring drganiowy

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 3
• Strony: 7--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Batko W.

• AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

autor

Blaut J.

• AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

autor

Korbiel T.

• AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. Bagiński P., Żywica G.: Operational Problems Of High-Speed Foil Bearings Tested Under Laboratory Conditions. Journal of Machine Construction and Maintenance. Problemy Eksploatacji, 2017, 105(2), pp. 19-24.
• 2. Blaut J., Korbiel T., Batko W.: Application of the Teager-Kaiser energy operator to detect instability of a plain bearing. Diagnostyka, 2016, 17(4), pp. 99-105.
• 3. Fiebig W., Wróbel J.: Identyfikacja źródeł hałasu na przykładzie agregatu hydraulicznego. Inżynieria Maszyn, 2014, 19(2), pp. 92-97 (in Polish).
• 4. Bielawski P.: Diagnostics of marine propeller shafts. Journal of Polish CIMAC, 2011, 6(2), pp. 31-40.
• 5. Kiciński J.: Dynamika wirników i łożysk ślizgowych. Wydawnictwo IMP PAN, 2005 (in Polish).
• 6. Peruń G., Łazarz B.: Modelowanie uszkodzeń łożysk tocznych przekładni zębatych stanowiska mocy krążącej. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: TRANSPORT, 2008, 64, pp. 201-208 (in Polish).
• 7. Pennacchi P., Vania A., Chatterton S.: Nonlinear effects caused by coupling misalignment in rotors equipped with journal bearings. Mechanical Systems and Signal Processing, 2012, 30, pp. 306-322.
• 8. Lu X., Zhang J., Ma L., Lin J., Wang J., Dai H.: Effects of misalignment on the nonlinear dynamics of a two-shaft rotor-bearing-gear coupling system with rub-impact fault. Journal of Vibroengineering, 2017, 19(8), pp. 5960-5977.
• 9. Qing N., Feng K., Kesheng W., Binyuan Y., Wang Y.: A case study of sample entropy analysis to the fault detection of bearing in wind turbine. Case Studies in Engineering Failure Analysis, 2017, 9, pp. 99-111.
• 10. Rosenstein M., Collins J., De Luca C.: A practical method for calculating largest Lyapunov exponents from small data sets. Physica D: Nonlinear Phenomena, 1993, 65(1-2), pp. 117-134.
• 11. Caesarendra W., Kosasih B., Tieu A., Moodie C.: Application of the largest Lyapunov exponent algorithm for feature extraction in low speed slew bearing condition monitoring. Mechanical Systems and Signal Processing, 2015, 50-51, pp. 116-138.
• 12. Janjarasjitta S., Ocak H., Loparo K.: Bearing condition diagnosis and prognosis using applied nonlinear dynamical analysis of machine vibration signal. Journal of Sound and Vibration, 2008, 317(1–2), pp. 112-126.
• 13. Miąskowski W., Kiciński J.: Modelowanie uszkodzeń powierzchni panwi łożyskowych. Biuletyn WAT, 2007, 56(1), pp. 232-244 (in Polish).
• 14. Batko W., Banek, T.: Estymacja zaburzeń w systemach monitorujących. Kraków: Wydawnictwo AGO, 1997 (in Polish).
• 15. Bilosova A., Bilos J.: Vibration Diagnostics. Ostrava: ESF, 2012.
• 16. Blaut J., Korbiel T., Uliński A.: Analiza parametrów smarnych łożyska hydrodynamicznego smarowanego wodą o wybranych parametrach technologicznych. Przegląd Mechaniczny, 2015, pp. 6-39 (in Polish).
• 17. Korbiel T., Blaut J.: Ocena sprawności przekładni mechanicznej w oparciu o ocenę dyssypacji energii. Diagnostyka, 2014, 15(4), pp. 15-20 (in Polish).
• 18. Kosiński R.A.: Sztuczne sieci neuronowe, dynamika nieliniowa i chaos. Warszawa: WNT, 2014 (in Polish).
• 19. Morel J.: Drgania maszyn i diagnostyka ich stanu technicznego. Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej, 1995 (in Polish).

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).