通過(guò)監(jiān)視原子氫滲透來(lái)監(jiān)測(cè)部件的環(huán)境弱化的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】系統(tǒng)，包括用于應(yīng)用的至少一個(gè)部件(10)，在應(yīng)用中所述部件經(jīng)受赫茲應(yīng)力或交替的赫茲應(yīng)力或變化的赫茲應(yīng)力合并結(jié)構(gòu)應(yīng)力，以及，至少一個(gè)傳感器(20)，其原位設(shè)置，用于監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透。
【專利說(shuō)明】通過(guò)監(jiān)視原子氫滲透來(lái)監(jiān)測(cè)部件的環(huán)境弱化的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和方法，用于監(jiān)測(cè)在一種應(yīng)用中的至少一個(gè)部件的環(huán)境弱化，在所述應(yīng)用中該部件經(jīng)受應(yīng)力或交替的赫茲應(yīng)力或組合的結(jié)構(gòu)和赫茲應(yīng)力。
【背景技術(shù)】
[0002]根本原因分析是一類解決問(wèn)題的方法，旨在查明問(wèn)題或事件的根本原因，以建立有效的糾正措施，從而防止該問(wèn)題或事件再次發(fā)生。
[0003]根本原因分析已被成功用于許多機(jī)器故障調(diào)查。
[0004]根本原因分析結(jié)果可以用來(lái)重新設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)器以改善發(fā)生故障的部件的工作條件。根本原因分析結(jié)果還可以用于監(jiān)測(cè)和控制根本原因參數(shù)，如負(fù)荷，溫度，電雜散電流，潤(rùn)滑故障和氫擴(kuò)散通量。重新設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)和控制，可用于避免或至少減少過(guò)早失效的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005]在機(jī)器的過(guò)早失效中，根本原因分析涉及發(fā)生故障的部件的負(fù)荷和強(qiáng)度。這種分析開(kāi)始于分析機(jī)器運(yùn)行條件，外部負(fù)荷，內(nèi)部機(jī)器共振，負(fù)荷和自始至終的運(yùn)行條件，下至摩擦學(xué)接觸條件，乃至部件內(nèi)的詳細(xì)應(yīng)力場(chǎng)。
[0006]機(jī)器系統(tǒng)的復(fù)雜性，大量相互作用的部件，運(yùn)行中負(fù)荷的不確定性，環(huán)境和運(yùn)行條件，使得部件的應(yīng)力分析比較困難。應(yīng)力分析中的不確定性取決于負(fù)荷的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件。渦輪機(jī)械，如風(fēng)力機(jī)，船用吊艙，泵和風(fēng)扇可能存在難以估計(jì)真實(shí)負(fù)荷的運(yùn)行條件。應(yīng)力分析中的不確定性還與約束和簡(jiǎn)化有關(guān)，常進(jìn)行所述約束和簡(jiǎn)化以加快模擬或者使模擬變得可能。柔性結(jié)構(gòu)中的軸承可能得到很不好的支撐，因?yàn)楦淖兞巳蜐L子中的應(yīng)力分布。滾動(dòng)元件可能進(jìn)一步被強(qiáng)制移動(dòng)，傾斜，甚至部分堵塞，這造成現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)力比起計(jì)算所得出的更高。
[0007]強(qiáng)度分析涉及部件的研究，如軸承，齒輪，潤(rùn)滑劑，殼體或軸。檢查了與規(guī)格書(shū)和公
差的一致性。
[0008]研究了來(lái)自故障部件上的負(fù)荷接觸以及腐蝕的磨損，污跡，磨痕，微點(diǎn)蝕，剝落，塑性變形，表面損壞，裂縫，磨損圖案的跡象。還研究了部件的近表面和亞表面材料衰退，殘余應(yīng)力變化和X-射線譜線增寬，微結(jié)構(gòu)變化和疲勞發(fā)展以及潤(rùn)滑劑的老化。相鄰部件上的損壞，磨損，負(fù)荷或腐蝕跡象提供了更多的信息。相鄰部件上的損壞的缺乏也可能對(duì)機(jī)器的運(yùn)行條件，其負(fù)荷和環(huán)境條件提供知識(shí)。
[0009]故障經(jīng)常是在后期階段檢測(cè)到，在那時(shí)初始故障模式部分地隱藏于次級(jí)故障背后。將應(yīng)力，負(fù)荷循環(huán)，溫度和材料強(qiáng)度與疲勞和斷裂計(jì)算進(jìn)行比較。將這些研究結(jié)果與故障觀測(cè)進(jìn)行比較。當(dāng)根本原因故障分析不確鑿時(shí)，負(fù)荷和應(yīng)力估算兩者往往均有不確定性，部件的環(huán)境弱化同樣如此。
[0010]環(huán)境引起的弱化或開(kāi)裂可以在各種應(yīng)力條件下被發(fā)現(xiàn)。開(kāi)裂可以由脆化進(jìn)程以及陽(yáng)極溶解驅(qū)動(dòng)。鼻或原子氫有時(shí)可以關(guān)聯(lián)到環(huán)境引起的弱化和廣泛的裂紋擴(kuò)展。
[0011]環(huán)境引起的強(qiáng)度降低由腐蝕和摩擦腐蝕過(guò)程二者造成。
[0012]腐蝕反應(yīng)歸因于金屬和存在于金屬周圍環(huán)境中的氧化劑之間發(fā)生的不可逆的氧化還原反應(yīng)。金屬的氧化密不可分地耦合于氧化劑的還原，即
[0013]金屬+氧化劑一被氧化的金屬+還原劑
[0014]發(fā)生以下反應(yīng):
[0015]陽(yáng)極部分反應(yīng)Fe — Fe2++2e_
[0016]陰極部分反應(yīng)2Η++2Θ— — H2
[0017]總體反應(yīng)Fe+2H+ — Fe2++H2
[0018]在陰極反應(yīng)中，通過(guò)兩個(gè)氫原子的重新結(jié)合形成氫氣，所述兩個(gè)氫原子在陰極表面上分別形成。
[0019]H++e _>Hads該Volmer反應(yīng)產(chǎn)生表面上吸附的氫原子。它通常是限速反應(yīng)。在第二步中，氫原子重新結(jié)合成氣體。兩個(gè)過(guò)程是已知的
[0020]Hads+H+->H2Heyrovsky 反應(yīng)
[0021]Hads+Hads->H2Tafel 反應(yīng)
[0022]另外，被吸附的氫也可以擴(kuò)散進(jìn)入金屬。
[0023]HadsOHni Hni溶解于部件中的氫
[0024]如潤(rùn)滑劑中的化學(xué)化合物可降低氫重組率。Hni至H2的關(guān)聯(lián)增加。高強(qiáng)度鋼基體中的Hm含量增加會(huì)增加氫脆風(fēng)險(xiǎn)和/或增加裂紋增長(zhǎng)速率。氫原子會(huì)擴(kuò)散或捕獲在可逆和不可逆陷阱中。陷阱的性質(zhì)、溫度和應(yīng)力場(chǎng)決定一個(gè)陷阱是可逆的或不可逆的。
[0025]原子氫可擴(kuò)散進(jìn)入金屬部件一段可測(cè)量的距離。一個(gè)厚度為0.5mm的鋼板可在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)被H-擴(kuò)散穿透。氫可能在距其初始位置一段距離導(dǎo)致高強(qiáng)度部件的脆化和開(kāi)裂。
[0026]濕度和水分增加腐蝕和摩擦腐蝕過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。水的吸濕性驅(qū)動(dòng)顯著量的水進(jìn)入和離開(kāi)潤(rùn)滑劑。待機(jī)時(shí)水含量增加，并且，在運(yùn)行操作中水含量減少。在待機(jī)腐蝕試驗(yàn)中觀察到軸承壽命降低多至100倍。
[0027]具有高添加劑含量的齒輪油可能例如會(huì)在待機(jī)期間釋放水(可能包括離子化合物和極性組分)。水是表面活性的，并且，冷凝的或游離水可能濃縮在金屬部件之間的裂隙，凹坑以及狹溝中，這可能導(dǎo)致腐蝕。
[0028]摩擦腐蝕是一種材料退化過(guò)程，由腐蝕和磨損的綜合效應(yīng)導(dǎo)致。通過(guò)去除鈍化和腐蝕保護(hù)表面層，磨損影響腐蝕速率，同時(shí)，腐蝕改變摩擦，磨損過(guò)程和磨損率。潤(rùn)滑接觸的摩擦腐蝕的另一特點(diǎn)是活性金屬表面暴露于電解質(zhì)。與例如酸的反應(yīng)可能會(huì)形成Hads。這進(jìn)一步增加了將原子氫Hm引入受應(yīng)力部件的風(fēng)險(xiǎn)。
[0029]根本原因分析可以例如用于減少或消除腐蝕或摩擦腐蝕的不利影響，這發(fā)生于許多工程領(lǐng)域并且會(huì)顯著降低機(jī)械部件的使用壽命。鼻(nasal)金屬氫的檢測(cè)將是根本原因分析的重要工具。它也可用于監(jiān)測(cè)部件和機(jī)器，以檢測(cè)部件和零部件的環(huán)境弱化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0030]本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)和方法，用于監(jiān)測(cè)至少一個(gè)金屬部件，例如軸承或齒輪，它適合于在應(yīng)用中使用，其中它經(jīng)受赫茲應(yīng)力或交替的赫茲應(yīng)力或交替的赫茲應(yīng)力與結(jié)構(gòu)應(yīng)力的組合，即，所述至少一個(gè)部件允許機(jī)器的兩個(gè)或多個(gè)部分之間的受限的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通常為旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。該部件被配置為與機(jī)器的另一部件/部分處于滾動(dòng)，滑動(dòng)和滾動(dòng)，摩擦，或結(jié)構(gòu)接觸，或它們的任意組合，并且其通常使用潤(rùn)滑劑，例如油，油脂或石墨。所述至少一個(gè)部件不旨在用于石油，天然氣或任何烴流體的輸送或存放，即，所述至少一個(gè)部件不是例如管道。
[0031]該目的通過(guò)包括至少一個(gè)這樣的部件和至少一個(gè)傳感器的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述傳感器原位(in situ)布置，用于監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分原子氫滲透。
[0032]這樣的系統(tǒng)可以被用來(lái)提供所述至少一個(gè)部件的氫脆和機(jī)械故障風(fēng)險(xiǎn)的原位分析，從而提供所述至少一個(gè)部件的使用壽命的信息。所述系統(tǒng)還可以用于識(shí)別其中生成氫的系統(tǒng)部分或運(yùn)行周期階段。
[0033]所述至少一個(gè)傳感器的響應(yīng)時(shí)間可以是幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。然而，這樣的原位監(jiān)測(cè)允許有關(guān)穿過(guò)至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透的信息對(duì)比在例如部件故障的事件已經(jīng)發(fā)生后進(jìn)行根本原因分析的系統(tǒng)基本上實(shí)時(shí)獲取。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)因此可用于預(yù)報(bào)或預(yù)測(cè)可能的事件，在它們發(fā)生之前。
[0034]這樣一個(gè)用于測(cè)定或鑒定部件中環(huán)境弱化是否發(fā)生的系統(tǒng)具有重要價(jià)值，其可以確定根本原因，并且有利于改進(jìn)機(jī)器、其設(shè)計(jì)以及部件周圍環(huán)境。該系統(tǒng)可用于確定至少一個(gè)部件的環(huán)境弱化風(fēng)險(xiǎn)，可用于確定可能弱化所述至少一個(gè)部件的摩擦學(xué)條件，可用于選擇能夠降低環(huán)境弱化風(fēng)險(xiǎn)的潤(rùn)滑劑，并且，可以用于原位監(jiān)測(cè)至少一個(gè)部件的弱化。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器被設(shè)置成監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透的速率。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器布置在所述至少一個(gè)部件的外表面，借此，進(jìn)入部件金屬并最終到達(dá)所述部件的外表面的原子氫將在彼處被測(cè)定到?；蛘?，所述至少一個(gè)傳感器被集成到所述至少一個(gè)部件內(nèi)(傳感器的氫探頭可以例如插入到部件內(nèi))，優(yōu)選地，集成至所述至少一個(gè)部件的低應(yīng)力部分，在那里，其對(duì)部件功能具有較少或沒(méi)有干擾。
[0037]應(yīng)力是疲勞中與聞強(qiáng)度部件壽命減少有關(guān)的最聞指數(shù)的參數(shù)。因此，聞應(yīng)力水平區(qū)域中的應(yīng)力水平增加是非常不受歡迎的。當(dāng)滾道區(qū)域(其具有赫茲接觸)同時(shí)也是氫的進(jìn)入點(diǎn)時(shí)，將傳感器放在接近進(jìn)入點(diǎn)的需求(這能夠減少時(shí)間常數(shù)并且提升信號(hào)水平)和在高應(yīng)力區(qū)域中應(yīng)力場(chǎng)上傳感器的影響這兩點(diǎn)是沖突的。傳感器體積，傳感器形狀，傳感器位置和需要從部件通過(guò)機(jī)械加工去除的材料體積，這些需要結(jié)合對(duì)有關(guān)赫茲接觸高應(yīng)力場(chǎng)的影響進(jìn)行仔細(xì)檢查，
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器被設(shè)置成監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透，當(dāng)所述至少一個(gè)部件在使用時(shí)?？商娲鼗蛄硗獾?，所述至少一個(gè)傳感器被設(shè)置成監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透，當(dāng)所述至少一個(gè)部件不在使用，而是處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器包括以下中的至少一個(gè):壓力傳感器，包括溫度傳感器，基于Devenathan輸出單兀的傳感器，電化學(xué)電流傳感器，基于燃料電池原理的傳感器，具有一光纖布拉格光柵(FBG)被覆鈕膜的光學(xué)傳感器(借此，傳感機(jī)制是基于當(dāng)吸收氫時(shí)鈀膜/覆層引入的機(jī)械應(yīng)力。鈀膜/覆層中的應(yīng)力伸長(zhǎng)了膜/覆層，并改變了 FBG的布拉格波長(zhǎng))，半導(dǎo)體傳感器(借此，寬帶隙半導(dǎo)體碳化硅可以例如用作催化柵型場(chǎng)效應(yīng)器件(Pt-SiO2-SiC),其能夠在化學(xué)反應(yīng)高溫環(huán)境中檢測(cè)含氫物體)。任何類型的傳感器都可以用于監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透。[0040]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，系統(tǒng)被配置為提供信息如傳感器數(shù)據(jù)，或使用傳感器數(shù)據(jù)確定的信息，用于隨后的處理和分析和/或存儲(chǔ)。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，進(jìn)行如下設(shè)置，如果/當(dāng)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透到達(dá)一預(yù)定閾值時(shí)，防止所述至少一個(gè)部件的操作。一種視覺(jué)和/或音頻警報(bào)可以例如提供給系統(tǒng)的遠(yuǎn)程或本地用戶。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，該系統(tǒng)包括一個(gè)裝置，以確定材料的標(biāo)準(zhǔn)電位，施加電勢(shì)，溫度，電解質(zhì)濃度，電解質(zhì)的導(dǎo)電性，可用性和氧化劑強(qiáng)度和/或所形成的表面膜的速度和密度。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器(即整個(gè)傳感器或傳感器的至少所述原子氫滲透檢測(cè)部分)被設(shè)置在所述至少一個(gè)部件內(nèi)的應(yīng)力區(qū)域(即，一個(gè)點(diǎn)，一個(gè)面積或一個(gè)體積)的500mm內(nèi)，50mm內(nèi)，IOmm內(nèi)，5mm內(nèi)，2mm內(nèi)或Imm內(nèi)。
[0044]部件內(nèi)的應(yīng)力隨著時(shí)間和位置而變化。對(duì)于某些位置，來(lái)自滾動(dòng)和滑動(dòng)的接觸應(yīng)力場(chǎng)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)和來(lái)自制造的殘余應(yīng)力以及不斷變化的應(yīng)力場(chǎng)可能會(huì)加在一起。應(yīng)力場(chǎng)可能會(huì)由所述至少一個(gè)傳感器的引入而改變。在特定的位置的主應(yīng)力可通過(guò)總結(jié)那個(gè)位置的所有應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。
[0045]受應(yīng)力體積可被定義為部件中具有超過(guò)一特定數(shù)值的交替剪切應(yīng)力的體積。該數(shù)值可以是 200MPa，300MPa, 350M Pa, 400MPa, 500MPa 或更高。
[0046]在赫茲接觸中可定義最大接觸應(yīng)力和平均接觸應(yīng)力。
[0047]最大剪切應(yīng)力被發(fā)現(xiàn)位于在接觸以下小深度處。理想赫茲接觸中的應(yīng)力參數(shù)之間的關(guān)系是簡(jiǎn)單的。部件中的實(shí)際應(yīng)力場(chǎng)可能需要使用有限元或多重網(wǎng)格方法進(jìn)行更具深度的分析。
[0048]將至少一個(gè)傳感器引入系統(tǒng)，即使用和安裝特定傳感器以及去除任何材料以安裝所述傳感器不應(yīng)使得任何所述部件中的應(yīng)力體積增加超過(guò)10%或100%，不應(yīng)使得滾動(dòng)和滑動(dòng)元件朝向接觸圈的最大接觸應(yīng)力或平均接觸應(yīng)力增加超過(guò)0.1 %，I %，10 %或20 %，和/或，不應(yīng)使得最大交替剪切應(yīng)力增加超過(guò)0.1 %，I %，10 %或20 %。
[0049]最大接觸應(yīng)力可通過(guò)部件幾何形狀的改變例如通過(guò)制造空心滾子來(lái)降低，但高應(yīng)力體積隨即會(huì)增加。關(guān)于應(yīng)力幅度和應(yīng)力體積的考慮應(yīng)同時(shí)慎重考慮，而不能分開(kāi)。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器(即完整傳感器或傳感器的至少原子氫滲透檢測(cè)部分)被設(shè)置于原子氫滲透預(yù)期/已知發(fā)生的區(qū)域500mm之內(nèi)，50mm之內(nèi)，IOmm之內(nèi)，5mm之內(nèi)，2mm之內(nèi)，Imm之內(nèi)，所述區(qū)域例如是接觸表面，其中有如水或潤(rùn)滑劑的流體收集或腐蝕/摩擦腐蝕發(fā)生的區(qū)域。
[0051]該傳感器可包含應(yīng)力，負(fù)荷，溫度，振動(dòng)，位移，陀螺儀傳感元件。這些可以使用相同的應(yīng)力考慮并以任意組合設(shè)置于傳感器體積內(nèi)。
[0052]部件材料和熱處理可以更換，以提供具有更高強(qiáng)度或更高疲勞強(qiáng)度的材料以補(bǔ)償根據(jù)上面所述的來(lái)自傳感器位置的應(yīng)力增加所造成部件的壽命減少。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述至少一個(gè)傳感器(即完整傳感器或傳感器的至少原子氫滲透檢測(cè)部分)被設(shè)置在與原子氫滲透預(yù)期/已知發(fā)生的區(qū)域相距一段距離，其中氫擴(kuò)散時(shí)間小于I分鐘，I小時(shí)，10小時(shí)，100小時(shí)，1000或10，000小時(shí)。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器(即完整傳感器或傳感器的至少原子氫滲透檢測(cè)部分)被布置在所述至少一個(gè)部件的至少一個(gè)腔體內(nèi)，或邊緣，或表面。所述至少一個(gè)傳感器可以例如布置在所述至少一個(gè)部件的至少一個(gè)腔體內(nèi)(例如在滾子中的腔體內(nèi))，或外邊緣/表面。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)傳感器(即完整傳感器或傳感器的至少原子氫滲透檢測(cè)部分)被布置為監(jiān)測(cè)軸承滾道處的氫滲透。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，所述至少一個(gè)部件包括滾珠軸承，滾柱軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，球形滾子軸承，螺線管滾子軸承，止推滾珠軸承，止推滾柱軸承，錐形滾柱止推軸承，車輪軸承，牽引驅(qū)動(dòng)器，凸輪或離合器系統(tǒng)，輪轂軸承單元，轉(zhuǎn)盤(pán)(slew)軸承，滾柱絲杠，滾珠絲杠，齒輪或具有移動(dòng)赫茲接觸的任意其他機(jī)械中的至少部分。
[0057]本發(fā)明還涉及一種方法，用于監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的至少一個(gè)部件，其經(jīng)受交替赫茲應(yīng)力。該方法包括以下步驟:提供根據(jù)本發(fā)明的任意實(shí)施方案的系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透。
[0058]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明任意實(shí)施方案的系統(tǒng)或根據(jù)本發(fā)明任意實(shí)施例的方法的使用，以監(jiān)測(cè)腐蝕、摩擦腐蝕或潤(rùn)滑劑，即選擇合適的潤(rùn)滑劑或監(jiān)測(cè)所使用的潤(rùn)滑劑的性能，和/或調(diào)度部件維護(hù)和/或潤(rùn)滑。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0059]本發(fā)明將在下文中通過(guò)非限制性實(shí)施例并參考附圖來(lái)進(jìn)一步解釋。
[0060]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例組成系統(tǒng)的一部分的部件；
[0061]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)。
[0062]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)。
[0063]圖4是流程圖，概括了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的步驟。
[0064]應(yīng)當(dāng)注意的是，附圖并未按比例繪制，并且，為清楚起見(jiàn)，某些特征的尺寸被夸大。
【具體實(shí)施方式】
[0065]圖1示出了用于一個(gè)應(yīng)用的部件10，在其中它經(jīng)受交替赫茲應(yīng)力，即滾動(dòng)元件軸承，其尺寸范圍可以從直徑IOmm到幾米，并具有從幾十克到幾千千克的負(fù)荷承載能力。該部件10可以是任意尺寸的，并且具有任意負(fù)荷承載能力。所示出的軸承部件10具有一內(nèi)圈12,—外圈14和一組滾動(dòng)元件16。滾動(dòng)元件軸承10的內(nèi)圖12,外圈14和/或滾動(dòng)元件16，以及優(yōu)選地，該滾動(dòng)元件軸承10的所有滾動(dòng)接觸部件，由鋼或陶瓷制造。
[0066]圖2示出了一個(gè)系統(tǒng)，其包括用于應(yīng)用至少一個(gè)的部件10，在其中，它經(jīng)受交替赫茲應(yīng)力，例如至少一個(gè)軸承或齒輪，布置在例如軸18的端部。
[0067]在所示的實(shí)施例中，傳感器20被布置在所述至少一個(gè)部件10的一個(gè)外表面上，在原位上，用于監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件10的至少一部分的原子氫滲透速率，所述至少一個(gè)部件10在使用時(shí)和不在使用時(shí)都進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0068]傳感器20可包括下列中的至少一種:壓力傳感器，電化學(xué)電流傳感器，基于燃料電池原理的傳感器，具有光纖布拉格光柵(FBG)并覆蓋有鈀膜的光學(xué)傳感器，半導(dǎo)體傳感器。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器,如表面聲波傳感器,也可以使用。
[0069]傳感器20例如可以使用氫探頭來(lái)檢測(cè)受控腔室內(nèi)一段時(shí)期內(nèi)的壓力上升，因?yàn)闅錃獯┻^(guò)部件材料進(jìn)入氫探頭。壓力積聚成正比于原子氫的通量，這可以通過(guò)執(zhí)行理想氣體定律來(lái)確定。溫度需要是已知的。如果氫探頭腔的體積和擴(kuò)散發(fā)生時(shí)所橫跨的橫截面面積是已知的，氫原子的通量可以被計(jì)算出來(lái)。傳感器20可包含排放開(kāi)關(guān)，壓力表，溫度計(jì)和排放閥。溫度計(jì)提供了用于校正環(huán)境溫度波動(dòng)所引起的壓力讀數(shù)變化的裝置。排放閥能夠以預(yù)定的時(shí)間間隔緩解壓力積聚，從而避免超過(guò)傳感器20的壓力計(jì)定額。
[0070]可選地，傳感器可以檢測(cè)電化學(xué)電流，其來(lái)自氫在施加電勢(shì)下的氧化，或外部電路中的電流，基于燃料電池原理，其中進(jìn)入一微型燃料電池的氫產(chǎn)生電流。
[0071]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，傳感器20的電極/探頭可以包括與被監(jiān)測(cè)的部件10相同的材料。
[0072]應(yīng)當(dāng)指出的是，傳感器20可設(shè)置在系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件10上，或者系統(tǒng)的每個(gè)部件10上。此外，也可以在系統(tǒng)的單個(gè)部件10上設(shè)置多個(gè)傳感器20。氫滲透/產(chǎn)生在系統(tǒng)的不同部分或部件10的不同部分中可能是不均勻的。
[0073]該系統(tǒng)可以包括一處理單元22，其設(shè)置為將獲得的和/或計(jì)算的有關(guān)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件10的至少一部分的原子氫滲透的信息24提供給遠(yuǎn)程或本地用戶或裝置，使用任意已知手段。該系統(tǒng)還可以包括本地或遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器26以存儲(chǔ)有關(guān)原子氫滲透的信息24。所述信息24可用于監(jiān)測(cè)腐蝕，摩擦腐蝕或潤(rùn)滑劑，和/或用于調(diào)度部件維護(hù)和/或潤(rùn)滑。
[0074]該系統(tǒng)可以被設(shè)置為避免所述一個(gè)部件10的操作，如果/當(dāng)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件10的至少一部分的原子氫滲透到達(dá)一個(gè)預(yù)定閾值時(shí)。
[0075]該系統(tǒng)還可以包括一個(gè)裝置來(lái)確定/測(cè)量材料的標(biāo)準(zhǔn)電位，施加電勢(shì)，溫度，電解質(zhì)濃度，電解質(zhì)的導(dǎo)電性，可用性和氧化劑強(qiáng)度和/或所形成的表面薄膜的速率和密度。來(lái)自這些裝置的數(shù)據(jù)也可以被提供到遠(yuǎn)程或本地用戶或設(shè)備和/或由系統(tǒng)存儲(chǔ)。
[0076]傳感器20可設(shè)置成連續(xù)收集數(shù)據(jù)，也可以是定期地，或者僅在預(yù)定時(shí)期內(nèi)，例如在待機(jī)期間或具有高速度和低負(fù)荷的運(yùn)行期間。
[0077]圖3以橫截面形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)，即軸承部件10。陰影區(qū)域20示出了其中至少一個(gè)傳感器20所可能布置的位置，該至少一個(gè)傳感器20布置在原位，以監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件10的至少一部分的原子氫滲透。
[0078]例如，至少一個(gè)傳感器(例如完整傳感器或至少是傳感器的原子氫滲透檢測(cè)部分)20可布置在所述至少一個(gè)部件的一個(gè)應(yīng)力區(qū)域(例如一個(gè)點(diǎn)，一個(gè)面積或一個(gè)體積)的500_以內(nèi)，50mm以內(nèi)，10mm以內(nèi)，5_以內(nèi)，2mm以內(nèi)或1_以內(nèi)。
[0079]受應(yīng)力體積可以被定義為部件中的這樣一個(gè)體積，其中具有超過(guò)200MPa，300MPa，350MPa，400MPa, 500MPa或更高的交替剪切應(yīng)力。傳感器和被去除以安裝傳感器的材料不應(yīng)使得任一所述部件中的應(yīng)力體積增加超過(guò)10%或100%，不應(yīng)使得滾動(dòng)和滑動(dòng)元件朝向接觸圈之間的最大接觸應(yīng)力或平均接觸應(yīng)力的增加超過(guò)0.1 %，I %，10 %或20 %，并且，不應(yīng)使得最大交替赫茲剪切應(yīng)力的增加超過(guò)0.1 %，I %，10 %或20 %。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述至少一個(gè)傳感器(例如完整傳感器或至少是傳感器的原子氫滲透檢測(cè)部分)20被布置在原子氫滲透預(yù)期/已知發(fā)生的區(qū)域的500mm以內(nèi)，50mm以內(nèi)，IOmm以內(nèi)，5mm以內(nèi)，2mm以內(nèi)或Imm以內(nèi)，所述區(qū)域例如接觸表面,其中流體,諸如水或者潤(rùn)滑劑收集或腐蝕/摩擦腐蝕發(fā)生的區(qū)域。
[0081]該傳感器可包括應(yīng)力，負(fù)荷，溫度，振動(dòng)，位移，陀螺儀傳感元件。這些可以通過(guò)任意合適的方式被安裝在至少一個(gè)傳感器體積內(nèi)。
[0082]圖4是流程圖，概括了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的步驟。該方法包括以下步驟:為應(yīng)用提供具有至少一個(gè)部件的系統(tǒng)，所述部件例如軸承或齒輪，在該應(yīng)用中，所述部件經(jīng)受交替的赫茲應(yīng)力，提供氫氣傳感器，例如監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的原子氫滲透的傳感器，以及，監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件的至少一部分的氫滲透。傳感器數(shù)據(jù)或源自傳感器數(shù)據(jù)的信息可用于監(jiān)測(cè)腐蝕、摩擦腐蝕或潤(rùn)滑劑，和/或調(diào)度部件維護(hù)和/或潤(rùn)滑，以及預(yù)測(cè)部件故障。
[0083]在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)的進(jìn)一步修改對(duì)于技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。
【權(quán)利要求】
1.系統(tǒng)，包括用于應(yīng)用的至少一個(gè)部件(10)，在應(yīng)用中所述部件經(jīng)受赫茲應(yīng)力或交替的赫茲應(yīng)力或交替的赫茲應(yīng)力結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力，以及至少一個(gè)傳感器(20)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)原位設(shè)置，用于監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被設(shè)置成監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被設(shè)置在所述至少一個(gè)部件(10)的外表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被集成入所述至少一個(gè)部件(10)。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被設(shè)置為當(dāng)所述至少一個(gè)部件(10)在使用中時(shí)監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被設(shè)置為當(dāng)所述至少一個(gè)部件(10)不在使用中時(shí)監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)包括下列中的至少一種:壓力傳感器，電化學(xué)電流傳感器，基于燃料電池原理的傳感器，具有光纖布拉格光柵(FBG)被覆鈀膜的光學(xué)傳感器，半導(dǎo)體傳感器，MEMS傳感器。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置為提供有關(guān)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透信息(24)。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置為:如果/當(dāng)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透到達(dá)一個(gè)預(yù)定閾值時(shí)，防止所述至少一個(gè)部件(10)的操作。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，包括裝置，以確定材料的標(biāo)準(zhǔn)電位，施加電勢(shì)，溫度，電解質(zhì)濃度，電解質(zhì)的導(dǎo)電性，可用性和氧化劑的強(qiáng)度和/或所形成的表面薄膜的速率和密度。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被布置在所述至少一個(gè)部件(10)內(nèi)的應(yīng)力區(qū)域的500mm以內(nèi)，50mm以內(nèi)，1Omm以內(nèi)，5mm以內(nèi)，2mm以內(nèi)或Imm以內(nèi)。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被布置為這樣一種方式，即，使得所述至少一個(gè)部件(10)的滾動(dòng)和滑動(dòng)元件之間的最大接觸應(yīng)力或平均接觸應(yīng)力的增加不超過(guò)0.1 %，1 %或10 %或20 %。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被布置為這樣一種方式，即，使得在所述應(yīng)力區(qū)域中，所述最大赫茲剪切應(yīng)力的增加不超過(guò)0.1 %，1%或 10%或 20%。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被布置為這樣一種方式，即，將所述至少一個(gè)傳感器(20)引入所述系統(tǒng)使應(yīng)力體積的增加不超過(guò)1%，3%，10% 或 100%。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被布置為在其中原子氫滲透預(yù)期/已知發(fā)生的區(qū)域的500mm以內(nèi)，50mm以內(nèi)，IOmm以內(nèi)，5mm以內(nèi)，2mm以內(nèi)或Imm以內(nèi)。
16.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被布置在距離其中原子氫滲透預(yù)期/已知發(fā)生的區(qū)域一段距離，憑此氫擴(kuò)散時(shí)間少于I分鐘，I小時(shí)，10小時(shí)，100小時(shí)，1000小時(shí)或10，000小時(shí)。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被布置到所述至少一個(gè)部件(10)的至少一個(gè)腔體內(nèi)，或邊緣上或表面上。
18.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器(20)被設(shè)置為監(jiān)測(cè)軸承滾道的氫滲透。
19.根據(jù)任一前述權(quán)利要求的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)部件(10)包括滾珠軸承，滾柱軸承，滾針軸承，錐形滾柱軸承，球形滾柱軸承，螺線管滾子軸承，滾珠止推軸承，滾柱止推軸承，錐形滾子止推軸承，車輪軸承，輪轂軸承單元，轉(zhuǎn)盤(pán)軸承，滾珠絲杠，齒輪。
20.方法，用于監(jiān)測(cè)用于應(yīng)用的至少一個(gè)部件(10)，在應(yīng)用中部件(10)經(jīng)受交替的赫茲應(yīng)力，其特征在于，其包括步驟:提供如權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)穿過(guò)所述至少一個(gè)部件(10)的至少一部分的原子氫滲透。
21.如權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的系統(tǒng)或如權(quán)利要求19的方法的用途，用于監(jiān)測(cè)腐蝕、摩擦腐蝕或潤(rùn)滑劑，和/或用于調(diào)度 部件(10)的維護(hù)和/或潤(rùn)滑。
【文檔編號(hào)】G01N33/00GK103748451SQ201280033046
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】I·斯特蘭德?tīng)? 申請(qǐng)人:Skf公司