维护操作包括对工业、商业、政府和住宅设施中的装置、设备、机械、建筑基础设施和辅助设施进行功能检查、维修、修理或更换, 旨在最大限度地减少生产或工艺中的停机时间,从而尽可能地保持特定工厂、设施或装置的生产率和盈利能力。
即使不是全部技术领域,对于如工业厂房、设施管理行业、海上运输、海上结构物等许多的技术领域都高度依赖有效的维护、修理和大修程序,该程序包括定期维护计划以维护和/或恢复工业、商业、政府和住宅设施中装置、设备、机械、建筑基础设施和辅助设施的预期功能。
然而,维护操作存在相当大的不确定性。时间方面存在不确定性, 即实际上何时需要维护/更换,就像特定维护操作的实际范围存在不确定性一样, 即哪些部件实际上需要维护/更换。
因此,如US2011/023110A1描述了一种用于检测表面磨损的光学传感器系统,该系统包括一根或多根光纤,每根光纤具有一个第二端,该第二端磨损表面下方给定深度的基体中设置有磷光体。据称,该系统依赖于监测磷光体发射到(或者更确切地说是返回到)光纤中的第二光子能, 以响应注入光纤中的第一光子能。因此, 当磨损导致磷光体从一个或多个所述光纤中移除时,检测器检测到由磷光体发射的第二光子能成比例减少,表明磨损已达到给定深度。
类似地, US2009/0262331A1描述了一种裂纹检测系统和一种用于检测负载工程结构中的裂纹的方法,该系统包括光源,该光源与穿过该结构的光纤耦合。所述光纤被描述为直径小于75pm。光源与光纤耦合,据描述在使用时,在没有裂缝的情况下来自光源的光脉冲将通过光纤并留在光纤的顶端, 因此光检测器不会检测到任何光,但如果出现裂缝,光纤可能会出线切口,这会导致反射,从而使光从裂缝反射回光检测器。因此, US2009/0262331A1中描述的系统和方法涉及负载工程结构而不是易损件。
US5581019描述了基于使用电气监控系统的维护方法和用于该维护方法的易损件,该方法使用由氟基合成树脂如聚四氟乙烯(PTFE)制成的垫圈或密封件,并且该垫圈或密封件包含传感器元件,该传感器元件根据电导率测量来实现损坏/泄漏检测功能。需要指出的是,除了基于电导率的传感器之外,这些垫圈或密封件可选地包括光纤,该光纤用于确定时域反射计(TDR)数据。除了基于电导率的传感器之外,TDR还依赖于相对复杂且昂贵的传感器,该传感器将用于确定时域反射仪(TDR)数据设备,该设备能够检测和分析来自光纤的瑞利后向散射。
此外,如KR A描述了由氟基合成树脂(例如乙烯四氟乙烯(ETFE)或聚四氟乙烯(PTFE))制成的密封件,该密封件包括具有泄漏检测功能的传感器元件。然而, KR A并未提及将光纤用作传感器元件的一部分。
无论如何,仍然需要改进维护操作中使用的流程和工具,这样就可以优化预测或监控何时需要进行维护/更换, 以及在需要维护/更换的情况下确定特定设备的哪些特定部件需要进行维护/更换。
本发明通过提供维护方法和用于该维护方法的易损件来满足这些需求。与现有技术中描述的方法和易损件相比,本发明依赖于由聚合物(例如ETFE或PTFE)制成的易损件(例如密封件或垫圈)与相对简单且价格低廉的基于光纤的损伤检测功能的结合, 当光从发光装置发射到所述一个根或多根光纤中时,该损伤检测功能基于在所述一个根或多根光纤的近端和远端处的可见光的发射和检测。因此在根据本发明的方法和易损件中, 只有当所述一根或多根光纤仍然允许(即如果一根或多根光纤尚未因易损件的过度磨损而受损)发射光a)基本上沿着给定易损件的整个圆周行进,或b)基本上沿着特定易损件的整个长度行进通过所述一根或多根光纤,才能在所述一根或多根光纤的近端和远端发射和检测可见光。通过这种方式,本发明能够监测何时达到预选的磨损水平,例如,沿动态密封件或垫圈圆周的任何位置。特别地,本发明能够对相对较大尺寸的动态密封件或垫圈的沿圆周任何位置何时达到预选择的磨损水平进行监控,例如用于纸浆和造纸行业的动态密封件或垫圈的直径通常为至毫米,和/或用于石油和天然气及海上工业的动态密封件或垫圈的直径通常为毫米至毫米。类似地,对于线性应用,本发明能够对对从特定易损件一端到另一端的任何位置何时达到预选磨损水平进行监控,该易损件的长度可达30 km。如果需要,所述动态密封件或垫圈可配备多条光纤(即而不仅仅是一根光纤),这将允许收集有关磨损程度的更详细数据/信息。根据本发明的方法和易损件所获得的关于磨损程度的数据/信息可用于优化维护任务,而这是根据现有技术的方法和易损件所不可能做到的。本发明的方法和易损件对于机械装置或结构的易损件特别有用,在这些机械装置或结构中,对易损件的实际磨损程度的常规调查手段是复杂的或不可能的。本发明的方法和易损件将适用于例如易损件实际上隐藏在其内部的大型机械装置,例如在纸浆和造纸机械内部,或无法或很难检查相关磨损表面的大型建筑,例如长桥或风车。此类机械装置或结构中易损件的直径通常为毫米至毫米。
维护操作本质上既可以是计划的也可以是非计划的,但所谓的预防性和/或预测性维护操作通常是具有成本效益的实践,从而能够保持设备随时准备运行,并最大限度地减少特定装置、设备、机械、建筑基础设施和/或辅助设施无法用于其预期目的的次数或时长。
纠正性维护策略不会在发生故障前更换零件,而预防性维护策略的目标是在故障发生前更换零件。
因此,预防性维护(PM)是由职员进行的保养和维修, 目的是通过在初期故障发生或发展为主要缺陷之前对其进行系统检查、检测和纠正,从而使设备保持在令人满意的运行状态。
预防性维护(PM)策略可以进一步细分为基于使用的预防性维护和基于状态的预防性维护。
在基于使用的PM下,测量零件已被使用的总时间,并在达到某个阈值水平时进行维护。在基于状态的P M中,有时也称为预测性维护(P dM),对零件的实际状态进行监控,并根据所述零件在任何给定时间点的实际状态来规划和执行维护。因此,基于状态的P M(或P dM)与基于使用的P M不同,这是因为基于状态的P M(或P dM)依赖于设备的实际状况而不是平均或预期寿命统计数据来预测何时需要维护。
在上述背景下,本发明提供了一种用于所谓的基于状态的预防性维护(PM)或预测性维护(P dM)的方法以及该方法中使用的易损件,该预防性维护(P M)或预测性维护(P dM)基于检测易损件过度磨损。该易损件主要由滑动层组成或至少部分地被滑动层覆盖,该滑动层主要由聚合物材料组成,并且该易损件包括一根或多根光纤,可选地该一根或多根光纤通过反射器或分路器互连,该光纤在近端连接到近端光检测装置且在远端连接到远端光检测装置。
具体而言,本发明提供了一种基于所谓状态的预防性维护(P M)或预测性维护(P dM)的方法,该方法用以检测易损件的过度磨损,该易损件,
a)主要由滑动层组成或至少部分地被滑动层覆盖,该滑动层主要由聚合物材料组成,例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基(PFA)、 四氟乙烯-全氟丙烯(FEP), ETFE、 FEP、 LCP、三氟氯乙烯(E-CTFE)、 PE、 PEEK、PET、 PVDF、 THV和/或类似物, 以及
b)包括一根或多根光纤,该光纤安装在所述聚合物材料中、嵌入所述聚合物材料中、缩进(indented in)所述聚合物材料中或与所述聚合物材料熔接,其中,
-至少一根第一光纤在其近端连接到近端光检测装置,该近端光检测装置包括第一元件, 当光从发光装置发射到所述至少一根第一光纤的近端时,该第一元件发射可见光,及
-至少一根光纤(可选地为所述第一光纤)在其远端连接到远端光检测装置,该远端光检测装置包括第二元件, 当光(从所述发光装置发射到所述至少一根第一光纤的所述近端)从所述光纤(可选地为所述第一光纤)的远端发射时,该第二元件发射可见光,且所述易损件和一根或多根光纤的特征还在于,
c)从所述发光装置发射到所述至少一根第一光纤的所述近端中的光, 当从所述光纤(可选地为所述第一光纤)的远端发射时, 已经基本上沿着所述易损件的整个圆周行进,或已经基本上横穿所述易损件的整个长度通过所述一根或多根光纤,及
d)所述光沿着所述易损件的所述基本整个圆周行进的距离,或者当所述光横穿所述易损件的所述基本整个长度,在所述至少一根第一光纤的所述近端和所述光纤的所述远端(可选地为所述第一光纤)之间行进的距离,至少为500毫米,
-如果所述近端光检测装置和所述远端光检测装置均发射可见光,则得出所述易损件没有受到过度磨损的结论。
即使根据本发明的方法的检测装置主要依赖于可见光的发射,但从发光装置发射到根据本发明的方法的光纤近端的光可以是任何类型的, 即可见光、激光或红外光。
此外,本发明提供了一种用于所谓的基于状态的预防性维护(PM)或预测性维护(P dM)的易损件,该易损件,
a)主要由滑动层组成或至少部分地被滑动层覆盖,该滑动层主要由聚合物材料组成,例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟烷氧基(PFA)、 四氟乙烯-全氟丙烯(FEP), ETFE、 FEP、 LCP、三氟氯乙烯(E-CTFE)、 PE、 PEEK、PET、 PVDF、 THV和/或类似物, 以及
b)包括一根或多根光纤,该光纤安装在所述聚合物材料中、嵌入所述聚合物材料中、缩进(indented in)所述聚合物材料中或与所述聚合物材料熔接,其中,
-至少一根第一光纤在其近端连接到近端光检测装置,该近端光检测装置包括第一元件, 当光从发光装置发射到所述至少一根第一光纤的近端时,该第一元件发射可见光,及
-至少一根光纤(可选地为所述第一光纤),在其远端连接到远端光检测装置,该远端光检测装置包括第二元件, 当光(从所述发光装置发射到所述至少一根第一光纤的所述近端)从所述光纤(可选地为所述第一光纤)的远端发射时,该第二元件发射可见光,且所述易损件和一根或多根光纤的特征还在于,
c)从所述发光装置发射到所述至少一根第一光纤的所述近端中的光, 当从所述光纤(可选地为所述第一光纤)的远端发射时, 已经基本上沿着所述易损件的整个圆周行进,或已经基本上横穿所述易损件的整个长度通过所述一根或多根光纤,及
d)所述光沿着所述易损件的所述基本整个圆周行进的距离,或者当所述光横穿所述易损件的所述基本整个长度,在所述至少一根第一光纤的所述近端和所述光纤的所述远端(可选地为所述第一光纤)之间行进的距离,至少为500毫米。
图1示出了根据本发明的易损件和在根据本发明的方法中使用的发光装置的示意图。
图2示出了根据本发明的密封件形式的易损件的优选实施例,在本实施例中,采用嵌入光纤的动态密封件, ,如图所示,可将一根或多根纤维安装到密封件中,该密封件由根据本发明的聚合物材料制成。
图3以易损件(例如由根据本发明的聚合物材料制成并包含橡皮圈(rubber band)的动态密封件)示意图的形式描述了根据本发明的用于检测易损件过度磨损方法的使用原理,根据本发明的优选实施例,其中光纤配有分路器/透镜并与连接器和反射器互连,反射器可以是多个分路器。
图4示出了如何将一根或多根纤维安装到根据本发明易损件优选实施例的动态密封件中,这将能够指示由根据本发明的聚合物材料制成的动态密封件中不同位置的不同磨损率。
图5示出了根据本发明易损件的优选实施例,一根或多根纤维如何安装到动态密封件中,其中安装支架确保了每个纤维的更精确定位。安装支架可由在聚合物材料的上下文中适合的任何材料制成,所述动态密封件主要由,并且因此可以由如聚四氟乙烯、橡胶或任何合适的材料制成。
图6示出了根据本发明易损件的另一个优选实施例,一根或多根纤维如何安装到动态密封件中,其中安装支架确保了每个纤维的更精确定位。安装支架可由在聚合物材料的的上下文中适合的任何材料制成,所述动态密封件主要由,并且因此可以由如聚四氟乙烯、橡胶或任何合适的材料制成。
图7示出了根据本发明的易损件的优选实施例,如何将一根或多根纤维安装到动态密封件中。
图8示出了根据本发明易损件的优选实施例,如何将一根或多根纤维缩进密封件中,该易损件由橡胶或聚氨酯或任何适合与根据本发明的聚合物材料制成的动态密封件配合使用的材料制成,例如用于风力发电行业。
图9示出了根据本发明易损件的优选实施例,一根或多根纤维如何嵌入的动态密封件中,其中安装支架确保每个纤维在动态密封件中的更精确定位。安装支架可由橡胶或聚氨酯或任何适合与根据本发明的聚合物材料制成的动态密封件配合使用的聚合物材料制成,例如用于风力发电行业。
图10示出了根据本发明的易损件的优选实施例,通过在动态密封件中设置安装槽将一根或多根纤维安装到动态密封件中,该安装槽将每根纤维引导到准确位置。动态密封件中的安装槽可采用适用于特定聚合物材料的不同工艺制成,该聚合物材料是所述动态密封件的主要组分。
图11示出了根据本发明的易损件的优选实施例的动态密封件,该动态密封件装配有3根光纤。密封件是静止的,密封件的底层接触旋转的机器部件。旋转/移动的机器部件将导致动态密封件从底层磨损。在正常工作模式下,激光将穿过所有三根光纤,表明未检测到磨损。
图12示出了根据本发明的易损件的优选实施例的动态密封件,该动态密封件装配有3根光纤, 以及工作模式下的磨损检测系统。密封件的底层接触旋转的机器部件。在图中,密封件存在局部磨损。 由于局部磨损,一根光纤局部磨损/切割,光线无法穿过该光纤的整个长度。激光贯穿另外两根光纤。通过这种方式,一根光纤没有发光这一事实表明已经达到第一磨损水平,需要考虑维护活动。
图13示出了根据本发明的易损件的优选实施例的动态密封件,该动态密封件装配有3根光纤, 以及工作模式下的磨损检测系统。密封件的底层接触旋转的机器部件。在图中,密封件存在局部磨损。 由于局部磨损,两根光纤局部磨损/切割,激光无法穿过这两根光纤的整个长度。激光将贯穿另外一根光纤。通过这种方式,两根光纤没有发光这一事实表明已经达到第二磨损水平,需要考虑维护活动。图14示出了根据本发明的易损件的优选实施例的动态密封件,该动态密封件装配有3根光纤, 以及工作模式下的磨损检测系统。密封件的底层接触旋转的机器部件。在图中,密封件存在局部磨损。 由于局部磨损,所有3根光纤都局部磨损/切割,激光无法穿过任何光纤的整个长度。通过这种方式,任何光纤均未发出激光这一事实表明已经达到第三磨损水平,需要考虑维护活动。
图15示出了根据本发明易损件的优选实施例的动态密封件的一个示例,该动态密封件配备有一根光纤。 由于动态密封件的局部高度磨损或变形,光线不能穿过光纤的整个长度, 因此信号丢失。不发光的事实意味着已达到一定的磨损水平,需要考虑维护活动。
图16示出了根据本发明易损件优选实施例的动态密封件的工作原理,该动态密封件安装在机器中,该机器包括动态旋转部件和静态非旋转部件。动态密封件安装在机器的旋转部件和静态部件之间。可通过根据本发明的方法监测此类动态密封件的磨损率。
如上所述,本发明提供了一种基于状态的预防性维护(P M)或预测性维护(P dM)的方法以及用于该方法的易损件,该预防性维护(P M)或预测性维护(P dM)基于检测易损件的过度磨损,该易损件主要由滑动层构成或至少部分地被滑动层覆盖,该滑动层主要由聚合物材料组成,且该易损件包括一根或多根光纤,可选地这些光纤通过反射器或分路器互连,该光纤在近端连接至近端光检测装置,在远端连接至远端光检测装置。
根据本发明的易损件可具有任何可见或有形,并且相对稳定且具有三维表面(如x, y和z)的物理形式。
在本发明的优选实施例中,根据本发明的易损件将是实心的,并且将在一个维度内具有相对较大的平面,该平面被称为所述磨损件的基面,并且该基面整体表面将由线相交的面进一步限定。
棱柱,具有两个全等且平行的面的易损件,例如矩形棱柱的形式,例如立方体或薄板的形式,优选以围绕一个空心限定圆周的薄板的形式。本发明的易损件可以,然而,也可以是例如三棱柱、八棱柱或六棱柱的形式。
圆柱体,具有两个平行圆形底座的易损件,两个底座最好围绕一个中心限定一个圆周。
在根据本发明的优选实施例中,物体将包括但不限于棱柱或环面,优选为薄板,并且优选为具有围绕一个空心限定圆周的薄板。
在某些优选实施例中,根据本发明的易损件的一个维度(例如x)与的其他两个维度(例如y和z)相比可能相对较小,例如薄板。此外,在某些优选实施例中,根据本发明的易损件的一个维度(例如y)与其他两个维度(例如x和z)相比可能相对较大,例如薄板。
在本发明的上下文中, 易损件的圆周(circumference),例如具有圆形形状的易损件,是环绕其的(线性)距离。即在易损件具有圆形形状的情况下,其圆周为将该易损件的圆形边缘打开并拉直为线段后该线段的长度。换句话说,在本发明的上下文中, 当易损件不是圆形时, 圆周用作周长(perimeter)的同义词。
在本发明的上下文中,无论是易损件的整体尺寸还是部分尺寸,对于围绕空心限定圆周(即圆周或周长,视情况而定)的薄板,优选地按照其最大直径(也表示为)来定义,单位为mm、 cm或m,其他易损件的尺寸按照其长度来定义,单位为mm、cm或m。如果按照其直径定义,则在非圆形易损件的情况下,这将参考位于所述易损件的圆周(或周长,视情况而定)上的两个单独点之间的距离, 同时这两个单独点尽可能远离彼此。
根据本发明的方法和易损件中, 只有当所述一根或多根光纤仍然允许(即如果一根或多根光纤尚未因易损件的过度磨损而受损)发射光a)基本上沿给定易损件的整个圆周行进,或b)基本上沿特定易损件的整个长度行进通过所述一根或多根光纤,才能在所述一根或多根光纤的近端和远端发射和检测可见光。通过这种方式,本发明能够监测何时达到预选的磨损水平,例如,沿动态密封件或垫圈的圆周宽度的任何位置。特别地,本发明能够对相对较大尺寸的动态密封件或垫圈的沿圆周任何位置何时达到预选择的磨损水平进行监控,例如,用于纸浆和造纸工业中的动态密封件或垫圈的直径范围通常为至例如至毫米,例如至毫米,例如至毫米,例如至毫米,例如至毫米,例如至毫米,例如至毫米,例如至毫米,例如至毫米。
对于用于石油天然气和海上工业的动态密封件或垫圈,其直径的范围通常为至例如至例如至例如至例如至例如至例如至
类似地,对于线性应用,本发明能够对从特定易损件一端到另一端的任何位置何时达到预选磨损水平时进行监控,该易损件的范围可达30 km,例如20 km,例如15 km,例如10 km,例如5 km,例如4 km,例如3 km,例如2 km,例如1 km。如果需要,所讨论的动态密封件或垫圈可配备多根光纤(即而不仅仅是单根光纤),这可以收集有关磨损程度的更详细的数据/信息。根据本发明的方法和易损件所获得的关于磨损程度的数据/信息可用于优化维护任务,而这是根据现有技术的方法和易损件所不可能做到的。本发明的方法和易损件对于机械装置或结构的易损件特别有用,在这些机械装置或结构中,对易损件的实际磨损程度的常规调查手段是复杂的或不可能的。本发明的方法和易损件将适用于易损件实际上隐藏在其内部的大型机械装置,例如在纸浆和造纸机械内部,或无法或很难检查相关磨损表面的大型建筑,例如长桥或风车。此类机械装置或结构中易损件的直径通常为毫米至毫米。
在本发明的一个特别优选实施例中,可以以某种方式跟踪动态密封件的磨损,这使得能够收集其磨损何时达到临界水平的信息,并且因此也能够预测动态密封件的预期额外寿命。在该实施例中,光纤以这样一种方式放置, 即发射光的损失将表明何时有足够的时间来计划更换密封件,从而可以避免突然的密封件故障以及随后的立即停产,从而导致高经济损失和高维护成本。
如本文所用, “磨损”是固体表面材料被破坏、逐渐去除或变形。磨损的原因可以是机械的(例如侵蚀)或化学的(例如腐蚀)。磨损和相关过程的研究称为摩擦学。机器元件的磨损以及疲劳和蠕变等其他过程会导致功能面退化,最终导致材料失效或功能丧失。因此,磨损具有很大的经济意义。
磨损率受多种因素的影响,例如载荷类型(例如,冲击、静态、动态)、运动类型(例如,滑动、滚动)和温度。根据摩擦系统,可以观察到不同的磨损类型和磨损机制。
磨损通常根据所谓的磨损类型进行分类,磨损类型发生在孤立或复杂的相互作用中。常见的磨损类型包括,粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳、微动磨损、侵蚀磨损、腐蚀和氧化磨损。其他不太常见的磨损类型是冲击磨损、气蚀磨损和扩散磨损。
每种磨损类型都是由一种或多种磨损机制引起的。例如,粘着磨损的主要磨损机制是粘着。磨损机制和/或子机制经常重叠并协同发生,产生比单个磨损机制总和更大的磨损率。
在摩擦接触过程中,表面之间会出现粘着磨损,这通常指磨损碎屑和材料化合物从一个表面到另一个表面的不必要位移和附着。
当坚硬粗糙的表面滑过较软的表面时,就会发生磨料磨损。ASTM国际标准将其定义为, 由于硬颗粒或硬突起被压在固体表面上并沿固体表面移动而导致的材料损失。
因此,如上所述,维护操作本质上既可以是计划的,也可以是非计划的,但所谓的预防性和/或预测性维护操作通常是具有成本效益的实践,可以保持设备随时准备运行,并最大限度地减少特定装置、设备、机械、建筑基础设施和/或辅助设施无法用于其预期目的的次数时间长度。
为了描述维护操作,可以将给定的设备描述为相关部件的集合。然后可以将维护操作视为主要(但不仅限于)更换给定设备的任何相关部件。不同的所谓维护策略决定了何时更换或维护特定设备的部件。最常发生的维护策略是预防性和纠正性维护。
在纠正性维护策略下,不会在发生故障之前更换零件,而预防性维护策略的目标是在故障发生之前更换零件。
虽然对于通常不会过度磨损的零件(例如电子产品)而言,纠正性维护可能是一个有吸引力的选择,但对于正常磨损的零件,遵循预防性维护策略可能是有益的。
在本发明的上下文中,预防性维护(PM)是由职员进行的保养和维修, 目的是通过在初期故障发生或发展为主要缺陷之前对其进行系统检查、检测和纠正,从而使设备保持在令人满意的运行状态。预防性维护(PM)是为避免设备故障或失灵而针对设备进行的工作, 因此通常是定期和例行的行动,专门用于防止故障的发生,包括如测试、测量、调整、零件更换和清洁。
PM背后的主要目标是使设备从一个计划服务到下一个计划服务,而不会出现任何因疲劳、疏忽或正常磨损(可预防项目)而导致的故障。这可以通过在故障实际发生之前阻止故障来实现。它旨在通过在易损件实际发生故障之前更换这些部件来保持和恢复设备可靠性。维护活动包括在指定时间段进行部分或全部大修、换油、润滑、微调等。此外,工人可以记录设备退化情况, 以便他们知道在导致系统故障之前更换或修理磨损的部件。理想的机器维护计划将防止任何不必要和昂贵的维修。
预防性维护(PM)策略可进一步细分为基于使用的预防性维护和基于状态的预防性维护。
在基于使用的PM下,测量零件的总使用时间,并在达到某个阈值水平时进行维护。