Способ диагностирования и прогнозирования технического состояния твердотельных конструкций технических систем

Изобретение относится к области испытаний технических систем и предназначено для диагностирования и прогнозирования технического состояния твердотельных конструкций технических систем (1). Для диагностирования производится измерение и спектральные преобразования оптических и акустических сигналов. На контролируемой твердотельной конструкции технической системы (1) установлен источник механических возмущений, содержащий камеру сгорания (2) с оптической вставкой (3) для получения оптического сигнала. Акустические датчики (5-13) установлены на контролируемых участках твердотельных конструкций технических систем. Оптические и акустические сигналы соотносят в блоках деления (17, 18) в реальном масштабе времени при фиксированных цикловых подачах топлива с минимальными и номинальными спектрами оптических и минимальными и номинальными спектрами акустических сигналов. Определяют относительные величины оптических и акустических спектров сигналов и сравнивают между собой. На основе этого сравнения диагностируют техническое состояние твердотельных конструкций технических систем. Если относительные величины оптических спектров сигналов будут равны относительным величинам акустических спектров сигналов, то подтверждают пригодность контролируемой технической системы к дальнейшей эксплуатации. Прогнозирование осуществляют экстраполированием относительных величин спектров оптических и акустических сигналов. Приближающиеся усталостные разрушения прогнозируют по изменению относительных величин относительных спектров акустических сигналов, изменяющихся при деформации в кристаллической решетке металла. При этом оптические спектры сигналов до момента разрушения остаются неизменными. Технический результат заключается в повышении достоверности и точности диагностирования и прогнозирования технического состояния, расширении диапазона испытываемых твердотельных конструкций технических систем. 1 ил.

 

Изобретение относится к области испытаний твердотельных конструкций технических систем и механизмов.

Известно устройство для диагностики двигателя внутреннего сгорания, в котором через прозрачный элемент и световод светоизлучение в процессе сгорания топлива с помощью фотоэлектрического преобразователя преобразуется в электрический сигнал и поступает на осциллограф, что позволяет осуществить диагностику основных систем и механизмов двигателя. АС СССР №436991, МПК G01M 15/00, 1974 г., принятый за аналог.

Недостатками способа, реализованного с помощью данного устройства для диагностики двигателя внутреннего сгорания, являются неточность и ограниченность применения.

Прототипом является способ диагностирования и прогнозирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы (RU №2151384, МПК G01M 15/00, F02M 65/00, 2000 г.), заключающийся в том, что производят измерения и преобразования сигналов, возникающих в результате взрыва топливной смеси в камере сгорания, отличающийся тем, что сигнал с оптического датчика преобразуется в комплексный оптический спектр, а сигнал с акустического датчика в комплексный акустический спектр, определяют относительный комплексный показатель путем деления акустического спектра на оптический, по величине которого и судят о техническом состоянии двигателей внутреннего сгорания в процессе их работы и прогнозируют процессы разрушения материалов деталей двигателя.

Основными недостатками прототипа являются: то, что он не имеет возможности функционирования при выключенном двигателе, большие затраты при подготовке к запуску, особенно авиационных двигателей, нерегламентированный расход топлива, обеспечение дополнительной безопасности такого рода работ при проведении испытаний, а также значительные методические погрешности, связанные с определением относительного комплексного показателя путем деления акустического спектра на оптический, по величине которого судят о техническом состоянии двигателя внутреннего сгорания.

В этой связи поставлена задача расширения функциональных возможностей способа, повышения достоверности и точности, уменьшения габаритов, веса и стоимости предлагаемого способа.

Указанные техническая задача осуществляется за счет того, что в способе диагностирования и прогнозирования технического состояния твердотельных конструкций технических систем, включающем измерения и спектральные преобразования оптических и акустических сигналов, поступающих от датчиков, установленных на контролируемых участках, согласно изобретению оптические и акустические сигналы соотносят в блоках деления в реальном масштабе времени с минимальными номинальными спектрами оптических и минимальными номинальными спектрами акустических сигналов, определяют относительные величины спектров оптических и акустических сигналов при фиксированных цикловых подачах топлива, сравнивают между собой и на основе этого сравнения диагностируют техническое состояние твердотельных конструкций технических систем, при этом если относительные величины оптических спектров сигналов будут равны относительным величинам акустических спектров сигналов, то в этом случае подтверждают пригодность контролируемой технической системы к дальнейшей эксплуатации, а прогнозирование осуществляют экстраполированием относительных величин спектров оптических и акустических сигналов, при деформации в кристаллической решетке металла изменяются значения относительных спектров акустических сигналов, по изменению этих значений прогнозируют приближающиеся усталостные разрушения, при этом относительные величины оптических спектров сигналов до момента разрушения остаются неизменными.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака, представлении таких признаков во взаимосвязи либо измерении его вида.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

На чертеже представлена структурная схема реализации способа. Заявляемый способ реализуется с помощью структурной схемы, которая содержит контролируемую техническую систему 1, на которой жестко устанавливается источник механических возмущений 2, содержащий камеру сгорания, из которой с помощью оптической вставки 3 поступает оптический сигнал при сгорании топлива на световод 4, акустические датчики 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, жестко укрепленные на контролируемых участках системы 1. Оптический сигнал по световоду 4 поступает в блок коммутации 14, сигналы с акустических датчиков 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 также поступают на соответствующие входы блока коммутации. С выхода блока коммутации оптический сигнал и сигналы акустических датчиков 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 поступают на устройство спектрального преобразования - спектрометр 15. Далее преобразованные минимальный и номинальный оптические и минимальные и номинальные акустические сигналы поступают в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 16. Затем заданные минимальный и номинальный оптические сигналы поступают на блок деления 17, а минимальные и номинальные акустические сигналы поступают на блок деления 18, полученные значения относительных величин соотносят между собой в сравнивающем устройстве 19. На индикаторе 20 фиксируется информация о техническом диагностировании и прогнозировании времени достижения предельных разрушений контролируемой твердотельной конструкции технической системы.

Способ осуществляется следующим образом.

На контролируемой твердотельной конструкции технической системы устанавливают источник механических возмущений (задатчик механических возмущений), содержащий камеру сгорания 2, в которую в зависимости от режима работы поступает разное количество топлива, причем минимальное количество соответствует минимальной нагрузке, а номинальный режим требует большего количества топлива. При этом минимальное количество топлива при воспламенении его в камере сгорания вызывает меньшую интенсивность горения (минимальное светоизлучение) и вызывает меньшую ударную нагрузку на контролируемый объект - твердотельную конструкцию технической системы. Номинальный режим работы задатчика возмущений (рассматриваемый источник механических возмущений) создается большей цикловой подачей топлива, при этом возрастает интенсивность горения и светоизлучения. При этом фиксируют спектры светоизлучения топлива в камере сгорания, источника механических возмущений, и соотносят между собой спектры светоизлучений при минимальных и номинальных нагрузках. Так как задатчик механических возмущений действует на твердотельную конструкцию контролируемой технической системы, пьезоэлектрические датчики улавливают сигналы акустической эмиссии (излучение упругих волн), с помощью которых имеется возможность определить относительные спектральные характеристики контролируемой твердотельной конструкции на задаваемые воздействия от минимальных нагрузок до минимальных.

Прогнозирование осуществляют экстраполированием относительных величин спектров оптических и акустических сигналов. При деформации в кристаллической решетке металла изменяются значения относительных спектров акустических сигналов, и по изменению этих значений прогнозируют приближающиеся усталостные разрушения. При этом относительные величины оптических спектров сигналов до момента разрушения остаются неизменными.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области испытаний твердотельных конструкций технических систем;

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Способ диагностирования и прогнозирования технического состояния твердотельных конструкций технических систем, включающий измерения и спектральные преобразования оптических и акустических сигналов, поступающих от датчиков, установленных на контролируемых участках твердотельных конструкций технических систем, отличающийся тем, что оптические и акустические сигналы соотносят в блоках деления в реальном масштабе времени при фиксированных цикловых подачах топлива с минимальными и номинальными спектрами оптических и минимальными и номинальными спектрами акустических сигналов, определяют относительные величины оптических и акустических спектров сигналов, сравнивают между собой и на основе этого сравнения диагностируют техническое состояние твердотельных конструкций технических систем, при этом, если относительные величины оптических спектров сигналов будут равны относительным величинам акустических спектров сигналов, то в этом случае подтверждают пригодность контролируемой технической системы к дальнейшей эксплуатации, а прогнозирование осуществляют экстраполированием относительных величин спектров оптических и акустических сигналов, при деформации в кристаллической решетке металла изменяются значения относительных спектров акустических сигналов, и по изменению этих значений прогнозируют приближающиеся усталостные разрушения, при этом относительные величины оптических спектров сигналов до момента разрушения остаются неизменными.