Способ виброакустической диагностики механизмов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 Н 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4770816/28 (22) 09.11,89 (46) 07,03.93.Бюл,Q 9 (71) Волгодонский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института атомного энергетического машиностроения (72) Г,Ф.Карпов (56) Адаменков К.А, Методы шумовой диаг. ностики оборудования первого контура Нововоронежской АЭСI Вопросы атомной науки и техники, Сер. Физика и техника ядерных реакторов: Научно-техн. сборник.

Вып.6 (19).— М.:, 1981, с.73-76„ (54) СПОСОБ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ,цИАГНОСТИКИ МЕХАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к измерительИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения технического состояния механического оборудования.

Цель изобретения —. повышение достоверности диагностирования, Поставленная цель достигается тем, что по способу, включающему регистрацию виброакустического сигнала, излучаемого контролируемым исправным механизмом, преобразование.его в электрический сигнал, формирование эталонного аплитудного спектра, через интервал времени формирование первого текущего амплитудного спектра для исправного механизма, определение первого приведенного спектра путем вычисления отношения амплитуды на каждой частотной полосе текущего амп,. ЯЛ, 1800285 А1 ной технике и может быть использовано для определения технического состояния механического оборудования. Цель изобретения — повышение достоверности диагностирования. Для определения диагностического параметра используется выборка из совокупности приведенных амплитуд на всех частотных полосах получаемых амплитудных спектров. Определение состава выборки производится по признаку минимизации дисперсии приведенных амплитуд при изменении режима работы исправного объекта, а корректировка состава выборки информативных частотных полос производится по признаку минимизации диагностического параметра при изменении режима работы исправного объекта, в литудного спектра к амплитуде на соответствующей частотной полосе эталонного амплитудного спектра, формирование через заданный интервал времени второго текущего амплитудного спектра для механизма с неизвестным техническим состоянием,: О© формирование второго приведенного спек- Ql тра. определение дисперсии фактора путем вычисления дисперсии средних значений приведенных амплитуд по каждому приведенному спектру,. определение остаточной дисперсии путем вычисления дисперсии приведенных амплитуд внутри каждого приведенного спектра, определение диагностического параметра путем вычисления отношения дисперсии фактора к остаточной дисперсии, сравнение значения диагностического параметра с пороговым значением.

1800285 диагностирование контролируемого механизма по результатам сравнения, после получения эталонного и первого текущего амплитудных спектров изменяют режим работы контролируемого механизма, определяют дополнительный .текущий амплитудный спектр для исправного механизма, определяют дополнительный приведенный спектр, сравнивают первый и дополнительный текущие приведенныеспектры, определяют частотные полосы, нэ которых приведенные амплитуды не изменили своего значения, затем в npoqecce диагностики, контролируемого механизма с неизвестным техническим состоянием через заданные интервалы времени определяют текущие амплитуды и приведенные спектры только в выбранных частотных полосах.

Диагностический параметр, определенный в соответствии с методикой однофэкт. ного дисперсионного анализа, представляет собой отношение дисперсиу фактора яф2 к ОСтатОЧНОй дИСПЕрСИИ Sec . Гдв дИСперсия факторе — сумма квэдрэтоа отклоне-. ний средних приведенных амплитуд(гя1) по выборкам из каждого приведенного спектра от общей средней приведенной амплитуды (fA) по всем выбранным частотным полосам(К) и всем используемым приведенным спектрам (n), причем для того, чтобы обеспечить несмещенность оценки факторной дисперсии, сумма квадратов отклонений делится на соответствующее число степеней свободы — число текущих приведенных спектров(п), используемых в расчете, минус единица:

f (m-m1 г» и — 1 а остаточная дисперсия — сумму квадратов отклонений приведенных амплитуд(я1 1) в выборке из каждого приведенного спектра от средней в данной выборке (иц). Причем для того, чтобы обеспечить несмещенность

" оценки остаточной дисперсии, сумма квадратов отклонений делится на соответствующее число степеней свободы — число . текущих приведенных спектров, используемых в расчете (и), умножается на разность: количество выбранных информативных частотных полос (К) из первичного амплитудного спектра минус единица: и

{ mi) — а ) Амплитудные спектры, полученные на исправном оборудовании, работающем в одном режиме, отличаются друг от друга за счет случайных отклонений при взаимодействии деталей конструкции. При этом факторные и остаточные дисперсии отличаются незначимо, так как случайные величины— приведенные амплитуды в спектрах стационарного эргодического виброакустического

10 сигнала — принадлежат одной генеральной . совокупности. В этом случае диагностический параметр — отношение факторной и остаточной дисперсий — не превышает порогового значения для заданного уровня

15 значимости;

Приведенные спектры, полученные при работе исправного объекта диагностирования на разных режимах, отличаются не только из-зэ случайных отклонений при

20 взаимодействии деталей конструкции, но и из-эа изменения условий возбуждения и передачи колебаний при изменении нагрузки, Причем влияние режима работы на параметры елучайной величины — группы после>5 довательностей приведенных амплитуд в обрабатываемых приведенных спектрах— проявляется s изменении величины приведенных амплитуд не на всех частотных полосах приведенных спектров.

ЗО Обнаружить частотные полосы, на кото-. рых амплитуда приведенных спектров не меняется при изменении режима, можно, если после получения эталонного и первого . текущего амплитудных спектров изменить

З5 режим работымеханизма и получить дополнительный текущий амплитудный спектр для заведомо исправного механизма, вычислить дополнительный приведенный спектр и сравнивать с текущим приведен40 ным спектром.

Используя в дальнейшем для определения факторной и остаточной дисперсий приведенные амплитуды только на таких частотных полосах, получают диагностиче45 ский параметр — отношение дисперсии фактора к остаточной дисперсии, величина которого отражает только техническое состояние механизма и не зависит от режима его работы.

50 При получении амплитудных и приведенных спектров для механизма в неизвестном техническом состоянии (в процессе эксплуатации) для определения диагностического параметра также используются приведенные амплитуды только на выбранных частотных полосах, что позволяет контролировать техническое состояние механизма независимо от режима его работы.

Проводились исцытания предлагаемого способа диагностирования на вентиляторе

1800285

35

5 ляет использовать полученную выборку информативных частотных полос для определения технического состояния дру0 гих механизмов данного типа.

Для диагностирования механизмов другого типа необходимо заново определить состав выборки информативных частотных полос.

Использование при диагностировании

55 дефекта. Пороговое значение диагностического параметра для этого случая для уровня значимости 0,95 составило: Flop=2,6854, без автономной ходовой части с электродвигателем мощностью 1,5 кВт. Изменение режима работы производилось регулиро. вочными шайбами. Режим холостого хода обеспечивался перекрытием входного отверстия вентилятора.

Пьезоэлектрический вибропреобразователь устанавливался на подшипнике электродвигателя со стороны рабочего колеса.

Амплитудные спектры получались с помощью 1/3 октавного анализатора спектра в реальном масштабе времени 01012, причем для уменьшения случайной составляющей в изменчивости спектров каждый из текущих амплитудных спектров представлял собой средний по 240 исходным, получаемым с выхода анализатора спектра, а эталонный усреднялся по 120 исходным. Частотный диапазон анализатора спектра от

25до 20000 Гц. Таким образом, спектр представлял значения амплитуд виброакустического сигнала в 30 частотных полосах.

При испытаниях моделировались дефекты "разбаланс рабочего колеса." и "ослабление крепления электродвигателя к основанию", Холостому ходу соответствовала мощность электродвигателя 296 Вт, средний нагрузке — 675 Вт, максимальной нагрузке — 1140 Вт, Эталонные амплитудные спектры получались для исправного вентилятора, работающего при различных нагрузках. Первые текущие амплитудные спектры также получались для исправного вентилятора при различных нагрузках, Последний текущий спектр получался в условиях моделирования дефекта. Результаты испытаний представлялись в виде таблиц, где Н вЂ” нормальное техническое состояние, Р— моделирование дефекта "разбаланс рабочего колеса", 0— моделирование дефекта "ослабление крепления электродвигателя к основанию", Цифрами обозначался режим работы; 0— холостой ход, 3 — 396 Вт, 9 —. 1140 Вт.

В табл,1 представлены результаты определения диагностического параметра F при определении технического состояния вентилятора, работающего в различных режимах.

Для получения каждого значения диагностического параметра использовались приведенные амплитуды во всех 30 частотных полосах двух приведенных спектров, один — для нормального технического состояния, другой — для условий моделирования

Из табл.1 видно, что если объект посто янно работает в режиме, близком к максимальной мощности, т.е. эталонный,и все текущие амплитудные спектры получены в этих условиях, то моделируемые дефекты выявляются с вероятностью 95, Даже если объект постоянно работает на одном режиме, но отличающемся от максимального, достоверность диагностирования уменьшается. Например, дефект "ослабление крепления электродвигателя к основанию" не определяется при холостом ходе объекта и при мощности электродвигателя, равной

0,5 от максимальной, При любых других сочетаниях условий получения исходных данных результат не улучшается.

В табл.2 приведены результаты определения F с использованием выборки приведенных амплитуд на шести информативных частотных полосах: 9-160 Гц, 14-500 Гц, 16800 Гц, 18-1250 Гц, 21-2500 Гц, 22-3150 Гц.

Пороговое значение диагностического параметра выбиралось для уровня значимости

0,95.

F для группы приведенных спектров

НО,НЗ означает результат оценки принадлежности двух случайных величин одной генеральной совокупности. Аналогично для групп НО, М3, Н9, и НЗ, НЗ, Н9, "дефект", Из табл.2 видно, что при отсутствии неисправности диагностический параметр для всех сочетаний режимов работы объекта диагностирования значительно меньше порогового значения, т;е. система диагностирования не реагирует на изменение режима работы объекта как во время получения эталонных амплитудных спектров, так и во время получения текущих амплитудных спектров, При появлении неисправности объекта диагностический параметр во всех случаях превышает пороговое значение, т.е, система диагностирования реагирует на возникновение дефекта независимо от режима работы объекта на всех стадиях получения исходных данных.

Состав выборки информативных частотных полос устойчив при диагностировании нескольких объектов одного типа, что позвомеханизмов приведенных амплитуд только на тех частотных полосах, на которых приведенные амплитуды не изменяются при изменении .режима работы механизма, позволит повысить достоверность диагно1800285

Таблица 1

Результаты определения диагностического параметра при использовании 30 частотных полос приведенных спектров

Таблица 2

Результаты определения диагностического параметра для выборки информационных. частотных полос. стирования путем исключения влияния режима работы объекта на результат диагностирования, Формула изобретения

Способ виброакустической диагностики механизмов, заключающийся в том, что регулируют виброакустический сигнал, излучаемый контролируемым исправным механизмом, преобразуют его в электрический сигнал, формируют эталонный амплитудный спектр, через интервал времени формируют первый текущий амплитудный спектр для исправного механизма, определяют первый приведенный спектр путем вычисления отношения амплитуды на каждой частотной полосе текущего амплитудного спектра к амплитуде на соответствующей частотной полосе эталонного амплитудного спектра, через заданный интервал времени формируют второй текущий амплитудный спектр для механизма с неизвестным техническим состоянием, определяют второй приведенный спектр, определяют дисперсию фактора путем вычисления дисперсии средних значений приведенных амплитуд по каждому приведенному спектру, определяют остаточную дисперсию путем вычисления дисперсии приведенных амплитуд внутри каждого приведенного спектра, определяют диагностический параметр путем вычисления отношения дисперсии фактора

5 к остаточной дисперсии, сравнивают значение диагностического параметра с пороговым значением, по результатам сравнения проводят диагностику контролируемо.

ro механизма, отличающийся, тем, 10 что, с целью повышения достоверности диагностирования, после получения эталонного и первого текущего амплитудных спектров изменяют режим работы контролируемого механизма, определяют допол15 нительный текущий амплитудный спектр для исправного механизма, определяют дополнительный приведенный спектр, сравнивают первый и дополнительный текущие приведенные спектры, определяют частот20 ные полосы, на которых приведенные амплитуды не изменили своего значения, затем в процессе диагностики контролируемого механизма с неизвестным техническим состоянием через заданные интервалы време25 ни определяют текущие амплитуды и приведенные спектры только на выбранных частотных полосах.

1800285

Продолжение табл.2.

Составитель 0;Несова.

Редактор Т.Мельникова Техред М.Моргентал

Корректор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1157 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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