Способ диагностики механизмов с вращающимися узлами

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для диагностики технического состояния механизмов с вращающимися узлами. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности работы в режимах с переменной частотой вращения. Способ заключается в том, что вибросигнал, пропорциональный вибрациям механизма, дискретизируют через равные промежутки времени, регистрируют дискретную последовательность, которую затем интерполируют, аппроксимируют зависимость мгновенной оборотной частоты вращающегося механизма от времени, на основании которой повторно дискретизируют интерполированный вибросигнал в моменты времени, соответствующие заданному углу поворота вращающегося узла, и определяют характеристики вибросигнала в частотной и временной областях. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для диагностики технического состояния механизмов с вращающимися узлами.

Известен способ диагностики механизмов с вращающимися узлами, реализованный в адаптивном спектроанализаторе [1] в котором поступающий на вход сигнал подвергается фильтрации с целью выделения интересующей гармонической составляющей. Формируется импульсная последовательность с периодом повторения импульсов, равным периоду выделенной гармонической составляющей, далее формируются импульсы умножения частоты, которые управляют дискретизацией исходного сигнала. Дискретная последовательность подвергается гармоническому анализу. Этот способ позволяет отслеживать флуктуации частоты (до 30%), подстраивая частоту дискретизации.

Однако этот способ оказывается неприемлемым при значительных изменениях частоты (значительных угловых ускорениях) из-за ограниченной устойчивости применяемых здесь умножителей частоты (реализуемых обычно с помощью схем ФАПЧ). Адаптация по ходу регистрации ограничивает быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ диагностики механизмов с вращающимися узлами, заключающийся в определении амплитуды и фазы гармонической составляющей сигнала [2] По этому способу для исследования сигнала формируют импульсы с периодом повторения, равным периоду измеряемой гармонической составляющей, фиксируя тем самым (в случае применения способа к исследованию вибраций вращающихся узлов) моменты времени, соответствующие определенному угловому положению узла, исследуемый сигнал дискретизируют по времени и регистрируют его цифровую последовательность на интервале, кратном периоду импульсной последовательности, синтезируют передаточную характеристику фильтра, воспроизводят и фильтруют исследуемый сигнал, измеряют параметры отфильтрованного сигнала.

Однако по такому способу нельзя измерять параметры составляющих сигнала, когда их частота непрерывно изменяется (например в режимах разгона и выбега), поскольку, как известно, изменение частоты составляющей приводит к размыванию ее спектральной линии, снижая достоверность результата.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей способа диагностики механизмов с вращающимися узлами в режимах с переменной частотой вращения (например, разгон или выбег) без принципиальных ограничений на изменение частоты вращения при повышении достоверности диагностики.

Это достигается тем, что в известном способе диагностики механизмов с вращающимися узлами, заключающемся в том, что через равные интервалы времени дискретизируют вибросигнал, пропорциональный вибрациям механизмов, регистрируют дискретную последовательность вибросигнала, одновременно с этим фиксируют моменты времени, соответствующие определенному угловому положению вращающегося узла механизма, определяют характеристики вибросигнала в частотной и временной областях, после регистрации дискретной последовательности интерполируют вибросигнал, аппроксимируют зависимость мгновенной оборотной частоты вращающегося узла механизма от времени, на основании которой повторно дискретизируют интерполированный вибросигнал в моменты времени, соответствующие заданному углу ΦL поворота вращающегося узла ΦL = L·(360/M), где L 0; 1; 2; 3; M-1, M число отсчетов повторно дискретизированного сигнала за один оборот ротора, для последующего определения его характеристик в частотной и временной областях.

Сущность способа состоит в том, что одновременно с первичной дискретизацией и регистрацией вибросигнала фиксируются моменты времени, соответствующие определенному угловому положению узла, далее апроксимируется зависимость оборотной частоты от времени, а на основании этой аппроксимации определяются моменты повторной дискретизации, соответствующие заданному углу ΦL поворота вращающегося узла ΦL = L·(360/M), где L 0; 1; 2; 3; M-1, M число отсчетов повторно дискретизированного сигнала за один оборот ротора, интерполируется исходный сигнал и проводится повторная дискретизация интерполированного сигнала. К полученной после повторной дискретизации последовательности применяется спектрально-корреляционный анализ. Вместо спектрально-корреляционного анализа можно использовать анализ моментов распределения плотности вероятности.

Т. е. способ заключается в адаптации анализа сигнала к изменению оборотной частоты путем предварительного исследования этого изменения и отстройки от него за счет выбора моментов времени для повторной дискретизации.

Существо изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство состоит из: первого датчика 1, второго датчика 2, дискретизатора 3, счетчика интервалов времени 4, тактового генератора 5, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 7, блока интерполяции сигнала 8, блока аппроксимации зависимости частоты от времени и повторной дискретизации 9, гармонического анализатора 10.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Исследуемый объект воздействует на вибродатчик 1, выдающий на выходе исследуемый сигнал x1(t), несущий информацию о состоянии объекта, который поступает на дискретизатор 3, работающий с постоянной тактовой частотой, задаваемой тактовым генератором 5. Одновременно исследуемый объект воздействует на датчик 2, генерирующий опорный сигнал x2(t), несущий информацию о частоте вращения, который с помощью счетчика 4 преобразуется в цифровой код T_i, соответствующий интервалам времени между моментами прохождения узлом определенных угловых положений, тем самым фиксируя эти моменты. Цифровой код T_i накапливается в ОЗУ 7 в виде последовательности. Счетные импульсы на блок 4 поступают с тактового генератора 5. АЦП 6 преобразует отсчеты исследуемого сигнала x1(t_j) с дискретизатора 3 в цифровой код x_i, который также накапливается в ОЗУ 7. Затем по последовательностиT_i}блок 9 аппроксимирует зависимость частоты вращения от времени и определяет с учетом предварительно установленных требований моменты времени t_L повторной дискретизации. Они в данном случае задаются угловым положением вала через шаг дискретизации по углу ΦL = L·ΔΦ, который определяется по формуле ΦL = (360/M),
где
M число отсчетов повторно дискретизированного сигнала за один оборот. Блок 8 на основании накопленной в ОЗУ 7 последовательности отсчетов исследуемого сигналаx_j} интерполирует исходный вибросигнал, определяет его значения для моментов времени t_L и выдает соответствующую последовательностьy_L} которая далее подвергается гармоническому анализу блоком 10 (например, Фурье-анализу). Результат этого анализа используется непосредственно для определения технического состояния объекта.

Использование постоянного шага по углу поворота вала для задания моментов повторной дискретизации позволяет интерпретировать результаты Фурье-анализа, используемые для определения спектрально-корреляционных характеристик, аналогично стационарному случаю.

Формула изобретения

Способ диагностики механизмов с вращающимися узлами, заключающийся в том, что через равные интервалы времени дискретизируют вибросигнал, пропорциональный вибрациям механизмов, регистрируют дискретную последовательность вибросигнала, одновременно с этим фиксируют моменты времени, соответствующие определенному угловому положению вращающегося узла механизма, определяют характеристики вибросигнала в частотной и временной области, отличающийся тем, что после регистрации дискретной последовательности интерполируют вибросигнал, аппроксимируют зависимость мгновенной оборотной частоты вращающегося узла механизма от времени, на основании которой повторно дискретизируют интерполированный вибросигнал в моменты времени, соответствующие заданному углу ФL поворота вращающегося узла,
ФL L · (360/M),
где L 0; 1; 2; 3; М 1, М число отсчетов повторно дискретизированного сигнала за один оборот вращающегося узла,
для последующего определения его характеристик в частотной и временной области.

РИСУНКИ

Рисунок 1