Способ диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов вакуумного оборудования

 

Изобретение относится к исгалтательной технике и может Лыть использовано для ранней диагностики технического -состояния циклически нагруженных элементов, работающих в вакууме . Целью изобретения является повышение точности при раннем диагностировании технического состояния элементов вакуумного оборудования,что достигается измерением при помощи масс-спектрометра 5 частоты и амплитуды парциального давления характерных газов, вьщеляемых в вакуумную камеру I при повреждении циклически нагружаемых элементов (Сильфона 9, зубчатых колес 10,11) от двигателя 14 через муфту 13. Повышение парциального давления водорода в Вакуумной камере 1 указывает на повреждение кинематических пар (зубчатых колес 10,11), а азота - на повреждение гибкого герметизирукицего элемента (сильфона 9). Анализ полученных на самописце 20 виброграмм позволяет оценивать техническое состояние этих элементов вакуумного оборудования и проводить прогноз их отказов, 3 з.п. ф-лы, 3 нл. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„.SU„„4 683 (51)4 G О! N 3 32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2!) 4265730/25-28 (22) 22.06.87 (46) 07.02.89. Бил. !! 5 (72) Л.И.Волчкевич, Е.А.Деулин, В.Н.Кеменов, В,Н.Мусатов, Л.Н.Назаров, М.Ф.Онуприенко и А.Б.Усов (53) 620.178.311 (088,8) (56) Вибрации в технике. Справочник.

/Под ред. В,Н, Челонец. — M,-. Машиностроение, 1981, т.5 „

Измерения и испытания./Под ред.

М.Д.Генкина, 1981, с.496. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИ НАГРУЖЕНН!!Х

ЭЛЕМЕНТОВ ВАКУУМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для ранней диагностики технического .состояния циклически нагруженных элементов, работающих в вакууме. Целью изобретения является повышение точности при раннем диагности" ровании технического состояния элементов вакуумного оборудования,что достигается измерением при помощи масс-спектрометра 5 частоты и ампли туды парциального давления характерных газов, выделяемых в вакуумную камеру I при повреждении циклически нагружаемых элементов (сильфоиа 9, зубчатых колес 10,!I) от двигателя

14 через муфту 13, Повышение парциального давления водорода в Вакуумной камере 1 указывает на повреждение кинематических пар (зубчатых колес 10,11), а азота - на повреждение гибкого герметизирующего элемента (сильфона 9). Анализ полученных на самописце 70 виброграмм позволяет оценивать техническое состояние этих элементов вакуумного оборудования и проводить прогноз ик отказов.

3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1456837

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использонано для ранней диагностики технического состояния циклически нагру5 женных, элементов (как кинематических, так и герметизирующих), работающих в вакууме.

Целью изобретения является повышение точности при раннем диагностировании технического состояния элементов вакуумного оборудования, На фиг.1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 и 3 — характер изменения парцилльного давления водорода и азота соответственно в зависимости от наработки исследуемых элементов.

Устройство содержит вакуумную камеру 1 с системой откачки, состоящей из насоса 2, предварительной откачки, насоса 3 нысоковакуумного и вентилей 4. К вакуумной камере 1 пристыкован масс-спектрометр 5 типа 25

ИПДО-2 с омегатронным датчиком РМО40, тепловой вакууметр 6, ионизационный накууметр 7, а также планетарный вакуумный ввод 8 вращательного дви- жения, содержащий наиболее характерные элементы, используемые в вакуумных системах: сильфон 9, зубчатые колеса 10 и 11, подшипники 12 (расположенные в вакууме), На входном валу ввода 8 установлена муфта 13 для связи с двигателем 14 и диск

15 электронного счетчика 16 импуль" сов с датчиком на основе фотодиода

17 и источника 18 света, Масс-спектрометр 5, ионизационный вакууметр 7, 4 электронный счетчик 16 импульсов связаны с преобразователем 19 сигналов и самописцем 20.

Способ осуществляется следующим образом.

Первоначально производят откачку из вакуумной камеры 1 с помощью насосов 2 и 3 до требуемого вакуума. С помощью вентилей 4 регулируют очередность подсоединения насоса ? предва50 рительной откачки и высоковакуумного насоса 3, Давление в вакуумной системе контролируют с помощью теплового 6 и ионизационного 7 вакууметрон. При достижении рабочего вакуума включают масс-спектрометр 5, элект55 ронный счетчик 16 импульсов, преобразователь 1 9 сигналов, самописец 20.

Производят запуск двигателя 14,который через муфту 13 начинает вращать нал ввода 8 вращательного движения, что приводит н движение сильфон 9, зубчатые колеса 10 и 11, подшипники

1?. Масс-спектрометр 5 регистрирует парциальные давления характерных газов, ныделяющихся в накуумиронанный объем при разрушении циклически нагруженных элементов (с начала процесса разрушения и по мере его развития), Через преобразователь 19 сигнала регистрируемые данные выво-. дят на самописец 20. Диск 15 имеет отверстие, которое позволяет датчику на основе фотодиода 17 и источника 18 света регистрировать каждый его оборот, и, таким образом, с помощню электронного счетчика 16 импульсон — частоту вращения нходного вала ввода 8, а значит и частоты циклического нагружения элементов планетарного накуумного ввода 8— сильфона 9, зубчатых колес 10 и 11, подшипников 12, которые пропорциональны частоте вращения входного вала. Сигналы со счетчика 16 импульсов поступают через преобразователь 19 сигналов на самописец 20.

Пример, Проводят раннюю диагностику циклически нагруженных элементов в герметичной планетарной зубчатой передаче (ГПП), как типового механизма вакуумного оборудования.

При проведении испытаний от двигателя 14 типа ПБСТ23У4 с тиристорной системой управления типа 37091 через муфту 13 движение передают на входной вал вакуумного ввода 8.

При этом зубчатое колесо 10, установленное на эксцентричной шейке входного вала ГПП,.с помощью подшипника совершает плоскопараллельное движение и, находясь в зацеплении с зубчатым колесом 11, вращает его, Вместе с зубчатым колесом 11 вращательное движение совершает выходной нал ГПП, установленный íà подшипниках 12. При этом сильфон 9, сдеформированный за счет рабочего эксцентриситета шеек входного вала, совершает колебательное движение. В вакуумной камере 1 поддерживается постоянное давление 10" Па (что обеспечинается системой откачки, состоящей из насосов 3 и 2 и вентилей 4).

Муфта 13 имеет срезной штифт для регистрации превышения крутящим моментом допустимой величины, что соот 1456837 ветствует частичному или полному заклиниванию передачи. На зубчатое колесо 11, кольца и сепараторы подшипников 12 наносят твердосмазочное покрытие на основе дисульфида молибдена (МоЯ ) типа "Димолит-4" толщиной

5-10 мкм.

Регистрацию контролируемых параметров производят периодически. В начале испытаний с помощью вакууметров 7 и 6 контролируют уровень вакуума в камере 1, с помощью массспектрометра 5 измеряют базовый уровень парциальных давлений водорода и азота, амплитуды их колебаний. В

: дальнейшем используют относительные единицы измерения, т.е. измерения парциального давления и амплитуды его колебания производят относительно базовых величин в относительных единицах. На первом этапе испытаний измерения производят через каждый час работы устройства: записывают значение общего давления в камере, парциальные давления водорода и азота, амплитуды колебаний давлений.

Колебания давления на первом этапе определяют в основном случайными факторами. Частота вращения входного вала в промежутках времени между измерениями составляет 100 об/мин,При измерении — 10 об/мин. При приближении к предполагаемому наименьшему значению ресурса циклически нагруженных элементов период замеров уменьшают. (Для зубчатых колес 10 и

11 и подшипников 1? ориентировочные значения ресурсов получают экспериментально, для сильфонов 9 рассчитывают и проверяют экспериментально).

На втором этапе измерений после наработки передачей ГПП 4,9 .10 циклов нагружения (в оборотах входного вала) регистрацию контролируемых параметров производят через каждые

20 мин работы устройства при постоянной частоте вращения входного вала

1 0 об/мин. Результаты измерений выводят на самописец ?О через преобразователь 19 сигналов. Величина парциального давления водорода на первом этапе измерения и в начале второго возрастает незначительно, также как и амплитуда его колебаний.(в

I,l-1,2 раза), Парциальное давление азота в системе практически не меня-. ется. При наработке 5,12 .10 оборотов входного вала наблюдается возрастание парциального давления водорода и амплитуды его колебаний (фиг.2).

Произведенный анализ частот колебаний парциального давления водороца позволяет установить, что частота гармонической составляющей спектра колебаний совпадает с частотой вхождения в контакт с зубчатым колесом

10 точки на зубчатом колесе I).

Заклинивание зубчатой передачи наступает при наработке 5,2I6 10 оборотов входного вала. К моменту заклинивания парциальное давление водорода увеличивается в три раза.

Амплитуца колебаний меняется более сложным образом. После наработки

5,1.2 10 циклов амплитуда колеба5 ний растет одновременно с ростом давления водорода. Далее наступает стабилизация колебаний (фиг.2).

Используя полученные зависимости, определяют место отказа и устанавливают возможность определения време25 ни наступления отказа. Для исследуемого ввода движения отказ наступает через 0,96.10 оборотов входного вала после начала роста парциального давления водорода и амплитуды его

30 колебания.

После замены зубчатых колес и подшипников испытания продолжают.Периодичность регистрации контролируемых параметров сохраняется прежней.

При наработке 8,437 10 оборотов входного вала регистрируют увеличение парциального давления азота и амплитуды его колебаний. После этого измерения проводят непрерыв o, Частота

4О пульсаций давления совпадает с частотой вращения входного вала. Общая картина изменения парциального давления азота иллюстрируется фиг.3,Одновременно с увеличением парциального давления азота увеличивается общее давление в системе.

От момента обнаружения пульсаций парциального давления азота до падения давления в системе до 5 10 Па передача нарабатывает 1,? .I0 циклов.

Таким образом, по появлению пульсаций давления азота с частотой циклического нагружения сильфона 9 определяют момент раскрытия микротрещины

55 на сильфоне и устанавливают воэможность прогнозирования падения цавления в системе до допустимого значения, определяемого требованиями технологического процесса.

1456837 отличающийся тем что, с целью повышения точности при раннем диагностировании технического состояния элементов вакуумного оборудова5 ния, в качестве параметров колебаний используют амплитуду и частоту колебаний парциального давления характерных газов, выделяющихся при разруше1р нии циклически нагруженных элементов в вакуумированном объеме.

2. Способ по п.l о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, частотный спектр парциального давления характерных газов регистрируют масс-спектрометрическим методом.

3, Способ по п,l, о т л и ч а ющ и й. с я тем, что, с целью повыше2р ния точности при диагностике состояния элементов в виде пар трения, в качестве характерного газа используют водород.

4. Способ по п.l, о т л и ч а ю—

25 шийся тем, что, с целью повышения точности щ и диагностике состояния гибких герметизирующих элементов, в качестве характерного газа используют азот.

Предлагаемый способ диагностики позволяет установить момент возникновения дефекта (симптома отказа) на ранней стадии и, контролируя интенсивность развития дефекта, предсказать момент выхода из строя диагностируемого элемента вакуумного оборудования, Это позволяет концентрировать ремонтные работы во времени и снизить простои оборудования из-за ремонтов, а также практически полностью использовать ресурс работы элементов и предотвратить потери обрабатываемых на оборудовании изделий за счет прерывания цикла их обработки из-за отказа.

Формула изобретения

I. Способ диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов вакуумного оборудования, заключающийся в том, что регистрируют частотный спектр параметров их колебаний,по которому путем сопоставления частот спектра с частотами циклического нагружения элементов судят о техническом состоянии элементов, Р аанасите пнь в

Z еаиниуи

Рн опнас л ельнике

2t ЕРини м цт ю Ю Юа з,оь à 8,1 юЬ,а а 5г а

Физ.z СЖЮ жб

Юка@жча

gart в,д ю г,жю жю грюю в юю

Фиг. а a@neet

@еФява

gaea

Составитель А.Грунина

Техред И.Верес Корректор И.Муска

Редактор В.Бугренкова

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7476/41 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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