Стенд для вибрационной диагностики роторных систем

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам вибрационных испытаний роторных систем. Технический результат направлен на улучшение технических возможностей вибродиагностики роторных систем в режимах эксплуатации. Стенд для вибрационной диагностики роторных систем содержит возбудитель механических колебаний и приемник колебаний, установленные на общее основание и соединенные между собой. Кроме того, стенд содержит измерительную систему, состоящую из датчиков измерения вибрации, установленных на опорах подшипников качения и фотоэлектрического датчика, измеряющего число оборотов роторной системы, а также содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЭВМ на базе персонального компьютера, содержащего программные блоки обработки сигналов. Причем, приемник колебаний выполнен в виде вала с двумя дисками. Один из датчиков измерения вибрации виброизмерительного комплекса соединен через фильтр с двухканальным анализатором сигналов и измерительным магнитофоном, соединенным через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ. Второй датчик измерения вибрации соединен двухканальным анализатором сигналов, виброметром, фазометром и магнитофоном, также соединенным через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к исследованию оборудования, и может быть использовано для диагностирования технического состояния роторных систем, в частности к выявлению дисбаланса, дефектов подшипников качения или электродвигателя, усталостных трещин в оборудовании общего машиностроения.

Известно устройство комплексной диагностики подшипников качения, содержащее оснастку, датчики для регистрации и измерений параметров испытаний, соединенные через аналого-цифровые преобразователи с ЭВМ на базе ПК с программами физических моделей и процедур регистрации и обработки результатов испытаний [заяв. №2004108229/28, G01M 13/00, опубл. 20.10.2005, Бюл. №29]. В стенде возможна установка подшипников в переналаживаемую оснастку испытательного стенда, с приложением к подшипникам радиальной, осевой при необходимости той и другой нагрузок одновременно. Недостатком указанного устройства является то, что диагностика подшипников качения производится без нагрузки.

Известен стенд для вибрационных испытаний длинномерных изделий, содержащий вибровозбудитель с платформой, установленное на платформе приспособление для крепления испытуемого изделия [патент №1840349, G01M 7/00, опубл. 10.10.2006, Бюл. №28]. Стенд обеспечивает вибрационные испытания длинномерных крупногабаритных устройств на воздействие вибрационных нагрузок по трем направлениям, причем приспособления для крепления имеют минимальные габаритные размеры и максимальную жесткость в направлениях передаваемой нагрузки. Недостатком этого стенда является отсутствие обоснованной системы контроля за параметрами вибрации.

Известен стенд для осуществления способа стендовых испытаний натуральных образцов штанг и моделей штанг на усталостную прочность при подаче одновременно постоянной и/или переменной нагрузок, направление которых совпадает с осью штанги [патент №2284494, G01M 15/00, опубл. 27.09.2006, Бюл. №27]. Диагностику проводят для выявления и развития усталостных трещин. Недостатком этого способа является невозможность контролирования состояния вибронагруженности образцов в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Предлагаемое изобретение направлено на обеспечение стендовых испытаний роторных систем, в условиях, наиболее приближенных к условиям, возникающим при работе различных роторных систем и имеющим разные дефекты: дисбаланс, усталостные трещины, дефекты подшипников качения, электродвигателя, муфты.

Указанная задача решается тем, что в стенде для вибрационных испытаний, содержащем возбудитель механических колебаний и приемник колебаний, установленные на общее основание и соединенные между собой, и измерительную систему, состоящую из датчиков измерения вибрации, установленных на опорах подшипников качения и фотоэлектрического датчика, измеряющего число оборотов роторной системы, а также содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЭВМ на базе персонального компьютера, содержащего программные блоки обработки сигналов, согласно изобретению приемник колебаний выполнен в виде вала с двумя дисками, один из датчиков измерения вибрации виброизмерительного комплекса соединен через фильтр с двухканальным анализатором сигналов и измерительным магнитофоном, соединенным через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ, а второй датчик измерения вибрации соединен двухканальным анализатором сигналов, виброметром, фазометром и магнитофоном, также соединенным через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ, а фотоэлектрический датчик через частотомер и фазометр связан с АЦП и ЭВМ.

Кроме того, в качестве источника механических колебаний в качестве источника колебаний взят электродвигатель с нагрузочным устройством.

Кроме того, в качестве источника механических колебаний взят только электродвигатель.

Кроме того, в некоторых случаях для калибровки измерительного комплекса источником ускорений является генератор сигналов, соединенный через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ.

Кроме того, в некоторых случаях для создания дисбаланса на дисках закреплены добавочные массы.

Установка на стенде нескольких датчиков приема вибрационного сигнала позволяет регистрировать вибрационные характеристики в нескольких точках по нескольким направлениям одновременно.

Подача через электродвигатель, соединенный с нагрузочным устройством, постоянной или переменной нагрузок позволяет моделировать на стенде реальные нагрузки, действующие на роторную систему.

Прикрепление добавочных масс к дискам роторной системы позволяет более полно исследовать дисбаланс роторной системы.

Конструкция стенда позволяет диагностировать и адекватно фиксировать появление усталостных трещин различной глубины в роторной системе.

При диагностировании подшипников качения, имеющих различные дефекты, появляется возможность исследования проявлений различных дефектов подшипниковых узлов в роторной системе.

Установка на стенде фотоэлектрического датчика позволяет определить число оборотов, совершенных роторной системой при испытаниях.

Замер вибрационного сигнала, исходящего от роторной системы, позволяет при проведении ее диагностики регистрировать характеристики, соответствующие различным дефектам роторной системы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дана общая схема стенда; на фиг.2 - то же с комплектом измерительной аппаратуры.

Стенд для вибрационных испытаний роторных систем (фиг.1) содержит основание 1, на котором установлен возбудитель механических колебаний - асинхронный электродвигатель 2, соединенный с валом при помощи муфты 3, кроме того, на основании крепятся две опоры 4, кронштейн датчика 5, кроме того, в опорах на подшипниках качения установлен вал 6 с двумя дисками 7. Так же стенд снабжен нагрузочным устройством 8, для изменения нагрузки, передаваемой электродвигателем. Так же в дисках выполнены отверстия, в которых возможно закрепление добавочных масс 9 для создания дисбаланса.

Для экспериментального изучения вибраций роторной системы на подшипниках качения используется контрольно-измерительная аппаратура, показанная на фиг.2 и обеспечивающая запись измерения на ЭВМ для последующей обработки методами частотного и статистического анализа. Виброизмерительный комплекс включает в себя датчики ускорений (пьезоэлектрические акселерометры) 10, один из датчиков ускорения виброизмерительного комплекса соединен через фильтр 11 с двухканальным анализатором сигналов 12 и с измерительным магнитофоном 13, соединенным через аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП) с блоком управления ЭВМ 15, а второй датчик соединен двухканальным анализатором сигналов 12, магнитофоном 13, виброметром 16 и фазометром 17, также соединенным через аналого-цифровой преобразователь 14 (АЦП) с блоком управления ЭВМ 15, а фотоэлектрический датчик 18 через частотомер 19 и фазометр 17 связан с указанными блоками 11, 12, 14 и 15. Кроме этого, для калибровки измерительной системы подключался генератор сигналов 20. Кроме того, ЭВМ на базе персонального компьютера снабжена программным блоком обработки сигналов 21. В некоторых случаях можно устанавливать на стенде образцы валов, содержащих усталостные трещины различной глубины, или диагностировать подшипники качения с различными дефектами.

Стенд работает следующим образом.

Приемник колебаний - роторная система, состоящая из вала 6 с двумя дисками 7, соединяется при помощи муфты 3 с возбудителем колебаний - электродвигателем 2 и через стыковочное устройство соединяется с нагрузочным устройством 8. Подаваемая нагрузка имеет постоянную и/или переменную составляющие, а направление совпадает с направлением оси вала. Один из датчиков измерения вибраций 10, который может быть установлен на корпусе подшипниковых узлов 4 и/или на основании 1, и/или на электродвигателе 2, соединен через фильтр 11 с двухканальным анализатором сигналов 12 и измерительным магнитофоном 13 и связан через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14 с блоком управления ЭВМ 15. Этот канал обеспечивает измерения с преобразованием частот. А второй датчик измерения вибрации 10 соединен двухканальным анализатором сигналов 12, виброметром 16, фазометром 17 и магнитофоном 13, также связан через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14 с блоком управления ЭВМ 15. Этот канал обеспечивает измерения без преобразования частот. Фотоэлектрический датчик 18, установленный на специальном кронштейне 5 на основании 1, через частотомер 19 и фазометр 17 связан с АЦП 14 и ЭВМ 15. Полученные вибросигналы обрабатываются в специальном программном блоке ЭВМ 21, и по полученным характеристикам проводят диагностику для выявления различных дефектов в роторных системах: дисбаланс, усталостные трещины, дефекты подшипников качения, электродвигателя, муфты. Анализ полученных вибрационных характеристик определяет вид и величину дефекта в роторной системе. Для калибровки измерительной системы используется генератор сигналов 20, который подает сигнал непосредственно на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14 и блок управления ЭВМ 15. Для исследования дисбаланса в роторных системах на дисках 7 возможно закрепление добавочных масс 9. Для исследования появления усталостных трещин в роторных системах можно устанавливать на стенде образцы валов, содержащих усталостные трещины различной глубины. Для исследования различных дефектов подшипниковых узлов можно диагностировать подшипники качения с различными дефектами.

Таким образом, данное изобретение направлено на расширение технических возможностей вибродиагностики роторных систем в режимах эксплуатации и предназначено не только для анализа влияния дефектов на характеристики вибраций, но и для решения обратной задачи: оценки параметров технического состояния по результатам измерения вибраций и разделения влияния различных дефектов на вибросигналы.

1. Стенд для вибрационной диагностики роторных систем, содержащий возбудитель механических колебаний и приемник колебаний, установленные на общее основание и соединенные между собой, и измерительную систему, состоящую из датчиков измерения вибрации, установленных на опорах подшипников качения и фотоэлектрического датчика, измеряющего число оборотов роторной системы, а также содержащий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЭВМ на базе персонального компьютера, содержащего программные блоки обработки сигналов, отличающийся тем, что приемник колебаний выполнен в виде вала с двумя дисками, один из датчиков измерения вибрации виброизмерительного комплекса соединен через фильтр с двухканальным анализатором сигналов и измерительным магнитофоном, соединенным через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ, а второй датчик измерения вибрации соединен двухканальным анализатором сигналов, виброметром, фазометром и магнитофоном, также соединенным через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ, а фотоэлектрический датчик через частотомер и фазометр связан с АЦП и ЭВМ.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника колебаний установлен электродвигатель с нагрузочным устройством.

3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника механических колебаний установлен электродвигатель.

4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что для калибровки измерительного комплекса стенд снабжен генератором сигналов, соединенный через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с блоком управления ЭВМ.

5. Стенд по п.2 или 3, отличающийся тем, что для создания дисбаланса на дисках закреплены добавочные массы.