Способ диагностики элементов конструкции гребного винта

 

Использование: изобретение относится к области судостроения и может быть использовано при оценке технического состояния гребных винтов. Сущность изобретения: в качестве параметра изношенности элементов конструкции винта выбирают сигналы ЭДС индукции, для чего в зоне диагностики возбуждают внешнее локальное постоянное магнитное поле с силовыми линиями, направленными вдоль плоскости вращения лопастей винта, создают в процессе вращения винта в контролируемых элементах вихревые электрические токи, измеряют сигналы ЭДС индукции, сравнивают форму и амплитуду этих сигналов с сигналами, соответствующими исправному состоянию диагностируемых элементов, и судят о моментах появления дефектов и их развития по появлению отличий сравниваемых сигналов ЭДС индукции. 4 ил.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к способам диагностики элементов конструкции гребного винта, и может использоваться при оценке технического состояния гребных винтов.

Известен способ диагностики элементов конструкции гребного винта, в котором в качестве измеряемого параметра, связанного со степенью изношенности элементов конструкции гребного винта, выбраны измерения колебаний, вызванных вращением лопастей винта. Результаты измерений сравниваются с параметрами колебаний, заранее определенными и соответствующими исправному состоянию элементов конструкции винта.

Недостатком этого способа является то, что на его основе возможна диагностика лишь сборных гребных винтов, в которых представляется возможным за счет наличия индивидуальной заделки лопастей гребного винта регулируемого шага провести соответственно измерения выбранных параметров для каждой из лопастей винта и сделать суждение о наличии дефектов.

Однако однозначное суждение о дефекте, его местоположении, моменте его появления известный способ сделать не позволяет. Невозможна также диагностика элементов конструкции цельноизготовленных винтов, например цельнолитых.

Целью изобретения является повышение достоверности диагностики, определение моментов появления, развития и местоположения дефектов в элементах конструкции сборных или цельноизготовленных винтов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе диагностики элементов конструкции гребного винта, заключающемся в измерении параметров, связанных со степенью изношенности элементов конструкции, сравнении их с параметрами, заранее определенными и соответствующими исправному состоянию элементов конструкции винта, выбирают в качестве параметров, контролирующих развитие процесса износа и явлений усталостности в указанных элементах конструкции, сигналы электродвижущей силы индукции, для чего накладывают в зоне контроля внешнее локальное постоянное магнитное поле, направляют при этом силовые линии магнитного поля вдоль плоскости вращения лопастей винта, создают в контролируемых элементах конструкции винта вихревые токи путем вращения винта в постоянном магнитном поле, измеряют сигналы ЭДС индукции вторичного переменного магнитного поля, создаваемого вихревыми токами, сравнивают форму и амплитуду сигналов, измеренных в процессе эксплуатации гребного винта, с сигналами, соответствующими его исправному состоянию, и судят о моментах появления, развития и местоположения дефектов по моменту появления отличия по форме и амплитуде сравниваемых сигналов, развития этих отличий во временной и частотной областях.

На фиг. 1 представлена плоскость вращения лопастей гребного винта; на фиг. 2 вид на гребной винт в направлении оси вращения; на фиг. 3 характерные сигналы ЭДС индукции для исправного состояния элементов конструкции гребного винта; на фиг. 4 сигналы ЭДС индукции для неисправного состояния элементов конструкции гребного винта.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 гребной винт; 2 сигналы ЭДС индукции; 3 зона контроля, охватывающая поверхность лопасти, лопастную заделку ступицы; 4 силовые линии внешнего локального постоянного магнитного поля, направленные вдоль плоскости I-I вращения лопастей винта; 5 лопасть винта, входящая в состав сборного гребного винта или, например, в состав цельнолитого гребного винта; 6 лопасть винта, входящая при вращении винта в зону контроля; 7 вихревые токи, создаваемые в лопасти винта, используемые для целей диагностики; 8, 9 возможные направления вращения винта, не изменяющие физической картины процесса диагностики; 10 вторичное переменное магнитное поле, создаваемое вихревыми токами; 11 первичный преобразователь сигналов ЭДС индукции; 12 телеметрическая измерительная цепь; 13 регистрирующая аппаратура, например магнитофон; 14 аппаратура анализа сигналов ЭДС индукции во временной и частотной областях; 15 регулярные сигналы ЭДС индукции, одинаковые по форме и амплитуде, свидетельствующие о реализации способа диагностики и исправном состоянии, например, каждой лопасти гребного винта за каждый оборот винта; 16, 17 регулярные сигналы ЭДС индукции, свидетельствующие о реализации способа диагностики, однако изменение формы и амплитуды сигнала 17 показывает, что данная конкретная лопасть гребного винта приобрела дефект, подтверждаемый за каждый оборот винта; 18 направление силовых линий магнитного поля вне зоны контроля.

Для реализации предложенного способа диагностики элементов конструкции гребного винта 1, например, сборного или цельноизготовленного (цельнолитого) из сталей, например из нержавеющей стали, накладывают в зоне контроля 3 локальное постоянное магнитное поле 4, направляют при этом силовые линии этого поля вдоль плоскости вращения (сечение I-I на фиг. 1).

Зону контроля 3 выбирают, исходя из необходимости диагностики аварийно-опасных элементов конструкции гребного винта, например, лопастей винта, ступицы и т. п. Именно в эту зону накладывают внешнее локальное постоянное магнитное поле 4, силовые линии которого охватывают аварийно-опасные элементы лопасти винта 5, вращающиеся в процессе динамической работы и попадающие в зону контроля 3, где в контролируемых элементах 6 конструкции винта создают вихревые электрические токи 7 путем вращения винта (в любом из возможных направлений 8, 9 вращения) в постоянном магнитном поле (см. фиг. 2, сечение I-I, вид А). Измеряют сигналы ЭДС индукции 2 вторичного переменного магнитного поля 10, создаваемого вихревыми токами 7, используя первичный преобразователь 11, подсоединяемый телеметрической измерительной цепью 12 к регистратору сигналов ЭДС индукции 13, например к магнитофону, а также к аппаратуре анализа сигналов ЭДС индукции во временной и спектральной областях 14 (см. фиг. 2, вид А).

Сравнивают форму и амплитуду сигналов, измеренных в процессе эксплуатации гребного винта, с сигналами, соответствующими его исправному состоянию, и судят о моментах появления, развития и о местоположении дефектов по моментам появления отличия по форме и амплитуде сравниваемых сигналов, развития этих отличий во временной и частотной областях.

Предложенный способ диагностики элементов конструкции гребного винта основан на реализации диагностики непосредственно в условиях динамической работы элементов конструкции винта, при этом диагностируют, например, применительно к лопастям винта каждую лопасть винта за каждый оборот винта и при наличии дефекта измеренный сигнал ЭДС индукции подтверждает наличие этого дефекта и его дальнейшее развитие за каждый новый оборот винта, что характеризует высокую достоверность способа диагностирования. Эти особенности способа иллюстрируются характерными сигналами ЭДС индукции, измеренными при экспериментальном подтверждении работоспособности способа на одном из вариантов винта с лопастями.

На фиг. 3 приведены характерные сигналы ЭДС индукции при динамической работе винта с исправными лопастями, которые имеют регулярный вид 15. Сигналы одинаковы по форме и амплитуде. На фиг. 4 приведены характерные сигналы ЭДС индукции при динамической работе винта, одна из лопастей которого имела механический дефект в виде трещины. Сигналы от исправных лопастей винта имели форму и амплитуду 16, которые совпадали с формой, амплитудой для других исправных лопастей винта. Однако форма и амплитуда для лопасти с дефектом 17 имели отличные от исправных лопастей форму и амплитуду сигналов ЭДС индукции, подтверждаемых за каждый новый оборот винта и дающих возможность наблюдать за дальнейшим состоянием дефектной лопасти.

Анализ взаимосвязи видов дефектов с видом сигналов ЭДС индукции, соответствующих этим дефектам, дает возможность фиксировать местоположение дефектов и их количественные характеристики.

Поскольку внешнее постоянное локальное магнитное поле имеет структуру поля диполя 18, то замыкание силовых линий этого поля целесообразно реализовать за пределами зоны контроля 3.

Формула изобретения

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ГРЕБНОГО ВИНТА, заключающийся в том, что измеряют параметры, связанные со степенью износа элементов конструкции и сравнивают их заранее определенными параметрами, соответствующими исправному состоянию элементов конструкции винта, отличающийся тем, что в качестве параметра, характеризующего степень износа контрукции, принимают электродвижущую силу индукции, для чего возбуждают в зоне контроля внешнее локальное постоянное магнитное поле с силовыми линиями, направленными вдоль плоскости вращения лопастей винта, создают в контролируемых элементах конструкции винта вихревые токи путем вращения винта в постоянном магнитном поле, измеряют форму и амплитуду сигналов электродвижущей силы индукции вторичного переменного магнитного поля, создаваемого вихревыми токами, и определяют возникновение, развитие и местоположение дефектов по появлению отличий в форме и амплитуде сравниваемых сигналов и их развитию во временной и частотной областях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4