Способ спектрального анализа вибрации двигателя

 

СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ, преимущественно газотурбинного, путем записи сигналов колебаний в одном канале магнитофона на ленте, движущейся со скоростью, пропорциональной частоте вращения двигателя, записи в другом канале сигнала маркирующей частоты и при воспроизведении записи путем перемещения ленты с постоянной скоростью фильтрации сигналов колебаний по гармонике и частотам, кратным частоте вращения, амплитудного детектирования и регистрации на одной из осей двухкоординатного самопишущего потенциометра, а на другой оси сигнала маркирующей частоты, преобразованной в величину, пропорциональную частоте вращения двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, при преобразовании сигнала маркирующей частоты в величину, пропорциональную § частоте вращения двигателя, указан .ный сигнал усиливают и ограничивают по амплитуде, интегрируют и посЛе усиления амплитудно детектируют и усредняют.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 4(51) G 01 M 15/00

° : . ««ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и 0THpbf04 (21) 3367413/25-06 (22) 21. 12. 81 (46) 15.02.85. Бюл. Ф 6 (72) М.В. Колмаков (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (53) 621.438-55(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство .СССР

Ф 480292, кл. С 01 М 15/00, 1973. (54) (57) СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ВИБРАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ, преимущественно газотурбинного, путем записи сигналов колебаний в одном канале магнитофона на ленте, движущейся со скоростью, пропорциональной частоте вращения двигателя, записи в другом канале сигнала маркирующей частоты и при воспроизведении записи путем перемещения ленты с постоянной скоростью фильтрации сигналов колебаний по гармонике и частотам, кратным частоте вращения, амплитудного детектирования и регистрации на одной из осей двухкоординатного самопишущего потенциометра, а на другой осисигнала маркирующей частоты, преобразованной в величину, пропорциональ" ную частоте вращения двигателя, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьипения точности, при преобразовании сигнала маркирующей частоты в величину, пропорциональную частоте вращения двигателя, указан.ный сигнал усиливают и ограничивают по амплитуде, интегрируют и посМе усиления амплитудно детектнруют и усредняют.

1 10600

Изобретение относится к области испытания двигателей, в частности к способам измерения вибрации двига-1 теля, преимущественно газотурбинно го.

Известен способ спектрального анализа вибрации двигателя, преимущественно газотурбинного, путем записи сигналов колебаний в одном канале магнитофона на ленте, движущейся со скоростью, пропорциональной частоте вращения двигателя, записи в другом канале сигнала маркирующей частоты и (при воспроизведении записи путем перемещения ленты с постоянной скоростью) фильтрации сигналов колебаний по гармоникам и частотам, кратным частоте вращения, амплитудного детектирования и регистрации на одной из осей двухкоординатного само- 20 пишущего потенциометра, а на другой оси — сигнала маркирующей частоты, преобразованной в величину, пропор циональную частоте вращения двигателя 1 3.

Однако известный способ не обеспечивает требуемой точности определения частоты и амплитуды колебаний, кратных частоте вращения двигателя, так как низка точность частотного де- З0 тектирования сигнала маркирующей частоты.

Целью изобретения является повышение точности.

Это достигается тем, что по спосо-!

35 бу спектрального анализа вибрации двигателя, преимущественно газотурбинного, путем записи сигналов коле- . баний в одном канале магнитофона на ленту, движущуюся со скоростью, 40 пропорциональной частоте вращения двигателя, записи в другом канале сигнала маркирующей частоты и (при воспроизведении записи путем перемещения ленты с постоянной скоростью)

45 .фильтрации сигналов колебаний по гармоникам и частотам, кратным частоте вращения, амплитудного детектирования и регистрации на одной из осей двухкоординатного самопишущего по50 тенциометра, а на другой оси — сигнала маркирующей частоты, преобразованной в величину, пропорциональную частоте вращения двигателя, при преобразовании сигнала маркирующей час55 тоты в величину, пропорциональную частоте вращения двигателя, указанный сигнал усиливают и ограничивают по амплитуде, интегрируют и после

12 усиления амплитудно детектируют и усредняют.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 структурная схема детектора периода.

Устройство содержит магнитофон 1 (минимум с двумя входами и соответствующими им выходами) с электродвигателем 2 (например, переменного тока, но не исключается применение шаговых электродвигателей, электродвигателей постоянного тока и т.п.) для перемещения магнитной ленты, соединенным через переключатель 3 и блок привода 4 (например двух или трехкратный усилитель мощности с интеграторами либо с фазорасщепителями, либо сервосистему и т.д.) с датчиком оборотов 5, например индуктивным тахогенератором переменного тока или иньм датчиком оборотов двигателя 6 при записи колебаний и с источником 7 стабильной частоты, например, сетью 50 Гц, при воспроизведении и обработке.

Первый вход магнитофона 1 для записи .колебаний соединен через виброметр 8 с датчиком колебаний 9, установленным на двигателе 6. Виброметр 8 обычно содержит усилители сигнала колебаний„ интеграторы для получения из ускорения колебаний скорости и перемещения, а на выходе— амплитудный детектор с фильтром и индикатором амплитуды колебаний.

Второй вход магнитофона 1 соединен с генератором 10 сигнала стабильной маркирующей частоты.

Первый выход магнитофона 1, по входу которого записываются колебания двигателя 6, соединен через полосовой фильтр 11 и амплитудный детектор 12 с амплитудным входом х двухкоординатного самопишущего потенциометра 13.

Устройство содержит также детектор периода 14 воспроизводимого сигнала переменной маркирующей частоты, вход которого соединен с вторым выходом магнитофона 1, по входу которого записывается сигнал стабильной маркирующей частоты, а выход детектора периода 14 соединен с частотным входом у двухкоординатного самопишущего потенциометра 13.

Детектор периода 14 выполнен из последовательно включенных (см, фиг. 2) усилителя-ограничителя 15, 106001 2 интегратора 16, усилителя 17, амплитудного детектора 18 средневыпрямленных значений сигнала с фильтром 19. Детектор периода 14 при воспроизведении и анализе может быть составлен из последовательно соединенных каскадов освободившегося от записи колебаний виброметра 8, а введение этих каскадов в соответст-. вующие режимы регуляторами вибромет- 10 ра 8 преобразует виброметр 8 в детекI тор периода 14.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

При записи для синхронизации 15 скорости перемещения магнитной ленты с частотой оборотов двигателя 6 направляют на электродвигатель 2 магнитофона 1 через переключатель 3 сформированные и усиленные в блоке 2б привода 4 сигналами датчика оборотов 5 одно-трехфазные напряжения переменного тока изменяющейся частоты.

Этим скорость перемещения ленты устанавливают пропорциональной пере менной при записи частоты оборотов двигателя 6, т.е. пропорциональной переменным кратным вращению частотам колебаний его агрегатов, узлов, деталей. Кратные вращению частоты колебаний также.кратны между собой.

На первый вход магнитофона 1 подают через виброметр 8 сложный сигнал с датчика колебаний 9, который записывают на магнитную ленту пос35 тоянными и кратными между собой длинами во .н записи (намагничивания) для каждой составляющей спектра сложного сигнала колебаний, поскольку частоты колебаний и. скорость лен-. 40 ты пропорциональны между собой.

В зависимости от принципа действия датчика колебаний 9 и регистрируемого параметра колебаний (например колебательной скорости, ускорения или

45 перемещения при записи вибрации, усилий от деформации, звукового давления при записи шума и т.п.) в виброметре 8 включают или не включают интеграторы.

На второй вход магнитофона 1 направляют с генератора 10 сигнал стабильной маркирующей частоты, например 1000 Гц, однако записывают маркирующий. сигнал из-за переменной скорости перемещения ленты, пропорциональной частоте оборотов двигателя 6, длиной волны, прямо пропорциональной частоте сигнала датчика оборотов 5 двигателя 6.

Затем продолжают обработку записей при воспроизведении сигналов с магнитной ленты при постоянной скорости ленты. Для этого подают через переключатель 3 на электродвигатель

2 магнитофона 1 напряжение от источника 7 стабильной частоты, например сети 50 Гц. Запись может быть также воспроизведена на другом магнитофоне, имеющем тот же стандарт дорожек, что и магнитофон t и постоянную скорость ленты.

Сигнал колебаний воспроизводят постоянными значениями частот спектральных составляющих и той же крат- ° ности между собой, что и на двигателе 6 при записи, а маркирующий сигнал воспроизводят с периодом, прямо пропорциональным частоте обо ротов двигателя 6 в каждый момент режима записи.

Сигнал колебаний с первого выхода магнитофона 1 фильтруют полосовым фильтром 11 по одной из кратных вращению двигателя 6 частот (гармоник, квазигармоник), детектируют амплитудно детектором 12 и регистрируют амплитуду отфильтрованной спектральной составляющей колебаний по входу х двухкоординатного самопишущего потенциометра 13.

Воспроизводимый сигнал маркирующей частоты с второго выхода магнитофона 1 подают на вход детектора периода 14, с выхода которого сигнал регистрируют по входу у двухкоординатного самопишущего потенциометра

13 в значениях частоты оборотов двигателя 6 или в кратных значениях частот спектральных составляющих колебаI н ий е го агре гатов, узлов, . деталей.

По мере изменения частоты оборотов двигателя 6 в процессе записи от минимального. до максимального значе-) ния или обратно в процессе воспроизведения и обработки пишущий механизм двухкоординатного самопишущего

I потенциометра 13 вычерчивает амплитудный спектр колебаний по одной as кратных вращению его агрегатов, узлов и деталей частот, например по "оборотной" частоте сиренной" частоте, частоте зацепления шестерен и т.п. двигателя. Для частоты (гармоники, квазигармоники) другой кратности воспроизведение и анализ повторяют, 5 10600 изменив плавно или скачком настройку полосового фильтра 11 на частоту этой составляющей. При наличии многоканального самописца с управляемой разверткой диаграммы по длине анализ может быть произведен одновременно несколькими или многими фильтрами по всем кратным частотам, представляющим интерес, или даже по всему диапазону частот (параллельный ана- 10 лиз) °

Частотное детектирование и обратно пропорциональное преобразование воспроизводимого сигнала маркирующей частоты осуществляют в детекторе 14 следующим образом..Сначала усиливают сигнал маркирующей частоты, имеющий на втором выходе магнитофона 1 величину порядка одного вольта и синусоподобную форму, в несколько щ сот или тысяч раз и одновременно ограничивают его в усилителе-ограничителе 15 на постоянном уровне амплитуды порядка одного нли нескольких вольт. При этом сигнал марки- 25 рующей частоты преобразуется в почти периодический сигнал прямоугольной формы типа меандр с постоянной ампли-. тудой и переменной частотой (периодом) . Затем интегрируют в интеграторе 16 прямоугольный сигнал и получают почти периодический сигнал треугольной формы с переменной амплитудой и частотой (периодом). Его усиливают „силителем 17» выпрямляют (де- 35 тектируют) амплитудным детектором 18 и усредняют фильтром 19.

Средневыпрямленное значение почти периодического треугольного сигнала, а также эффективное и амплитудное 4О

{пиковое) пропорциональны его изменяющемуся периоду, так как при интегрировании прямоугольного сигнала каждая составляющая его спектра делится на частоту, т.е. умножается на пе- 45 риод этой составляющей. В итоге продетектированный по периоду переменный по частоте при воспроизведении и обработке сигнал маркирующей частоты пропорционален переменной частоте оборотов двигателя 6 при записи колебаний в режиме разгона или остановки.

Из-за возможных и существующих помех на сигнал маркирующей частоты при всех преобразованиях сигнала при записи, воспроизведении и обработ, е в качестве амплитудного детекто12 б ра 18 и усредняющего фильтра 19 применяют детектор и фильтр средневыпрямленных значений. Детекторы эффективных и квазиэффективных значений в общем допустимы, так как являются отчасти усредняющими. Детектор пиковых значений, чувствительный только к максимальному или минимальному мгновенному значению сигнала на интервале периода, недопустим.

Он искажает среднее значение изменяющегося во времени периода сигнала маркирующей частоты за счет случайных помех (всплесков, выпадений сигнала с магнитной ленты, электрических и Магнитных шумов), наводок от сети 50 Гц, смещения нулевого уровня сигнала и т.п. Пиковый детектор теряет до существу всю информацию о процессе, кроме информации в точках максимума и минимума сигнала за период, продолжительность которого несоизмеримо больше, чем продолжительность бесконечно малой мгновенной части периода, к которой можно отнести результат измерения пикового значения. Кроме того, пиковые детекторы обладают известной инерцией {постоянная времени пикового детектора в большое число раз превышает постоянную времени детектора средневыпрямленных значений).

Это понижает точность регистрации при обработке частоты оборотов дви-! гателя 6 в динамике ее изменения и значительно замедляет обработку, вызывая необходимость более продолжи- тельной записи колебаний двигателя

6 с замедлением темпа изменения частоты оборотов двигателя 6 и, соответственно, большей продолжительностью воспроизведения и анализа колебаний.

Таким образом, данный способ обес-. печивает повышение точности спектрального анализа вибрации двигателя за счет того, что при его осуществлении производится непосредственное детектирование периода сигнала маркирующей частоты и прямая регистрация пропорционального ему сигнала частоты оборотов двигателя. Одновременно достигается высокая динамическая разрешающая способность анализа и высокое быстродействие в связи с тем, что операции ограничения, интегрирования, усиления, детектирования маркирующего сигнала практически безынерционны (задержка не более четверти перио1060012

0m ХАкксЬ У

Корректор Г. Решетник . редактор О, Юркова Техред Л.Коцюбняк

Заказ 324/2 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 да маркирующего сигнала). Фильтрация средневыпрямленного значения периода маркирующего сигнала производится на текущем интервале времени всего лишь в несколько десятков периодов, что 5 наряду с прямой регистрацией значения этого усредненного периода значительно короче и точнее, чем в проI ,тотипе операция частотного детектирования маркирующего сигнала (интервал усреднения сотни и тысячи периодов) и обратно пропорционального преобразования с переменной постоянной времени и чувствительностью регистрации обратно пропорциональным самопишущим потенциометром. Увеличение быстродействия и динамической разрешающей способности по частоте спектров обеспечивает также повышение амплитудной точности регистрации спектров, т.е. в итоге точности известного способа спектрального анализа.