Способ диагностики состояния механизма в процессе эксплуатации и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики состояния механизма в процессе эксплуатации. Этот механизм облучают электромагнитными колебаниями, которые затем принимают и анализируют. Из спектра выделяют составляющие, коррелирующиеся с параметрами механизма, выявленными при экспуатации кондиционного механизма. Производят сравнение амплитуд и частот этих составляющих и оценивают состояние механизма. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики технического состояния механизмов, удаленных от места проведения контроля, а также функционирующих в гермозонах и агрессивных средах.

Известны способ и устройство диагностики технического состояния механизмов, основанные на регистрации отраженных от механизма электромагнитных колебаний. Анализируют спектр этих колебаний и по его составляющим определяют состояние механизма.

Однако известные способ и устройство непомехоустойчивы, так как не регламентированы параметры и режимы облучения механизма указанными колебаниями и приема их после взаимодействия с контролируемым механизмом.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости, расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения возможности диагностики технического состояния механизмов, удаленных от места проведения контроля, функционирующих в вакууме, гермозонах и агрессивных средах, а также повышение достоверности диагностики.

Это достигается тем, что в способе диагностики технического состояния механизмов, заключающемся в том, что в процессе эксплуатации диагностируемого механизма регистрируют диагностические параметры его движущихся элементов, производят сравнение зарегистрированных диагностических параметров с их эталонными значениями, по результатам сравнения производят оценку технического состояния механизма. Для этого облучают компоненты диагностируемого механизма электромагнитным излучением с длиной λ волны, удовлетворяющей соотношению 0,01D ≅ λ ≅ D, где D максимальный размер движущихся элементов механизма. Регистрируют электромагнитный сигнал, отраженный движущимися элементами механизма, подвергают зарегистрированный электромагнитный сигнал спектрально-корреляционному и статистическому анализу, выбирают из полученного спектра частотные составляющие, уровень Н которых составляет не менее 0,0001Н_max где H_max уровень максимальной частотной составляющей спектра. В качестве диагностических параметров используют амплитуды и частоты выбранных составляющих спектра.

В устройстве поставленная цель достигается тем, что его компоненты выполнены в виде анализатора спектра, последовательно связанного с ним блока выделения информативных составляющих с пороговым уровнем входных сигналов не менее 0,0001Н_max, где H_max максимальный уровень частотной составляющей спектра, включенных на его выходе блока хранения и блока сравнения сигналов, опорный вход которого соединен с выходом блока хранения.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства диагностики; на фиг.2 спектральные характеристики отраженного объектом диагностики электромагнитного сигнала.

Устройство, реализующее способ диагностики технического состояния механизмов в процессе их эксплуатации, содержит источник 1 электромагнитных колебаний с антенной 2 излучения, ориентированной на объект 3, приемную антенну 4 с преобразователем 5 электромагнитных колебаний, последовательно соединенные блок 7 выделения информативных составляющих спектра и блок 8 блока 7 выделения информативных составляющих спектра, а выход с вторым входом блока 8 обработки.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Источник 1 электромагнитных колебаний вырабатывает узкополосные электромагнитные колебания, которые излучаются антенной 2 в направлении движущихся элементов диагностируемого механизма 3, например лопаток газотурбинного двигателя. Вращающиеся элементы механизма при облучении их электромагнитным сигналом вызывают модуляцию этого сигнала, что приводит к появлению в его спектре дополнительных спектральных составляющих, несущих информацию о кинематических и конструктивных характеристик этих элементов.

Экспериментально установлено, что появление дополнительных спектральных составляющих возможно в том случае, если длина λ волны зондирующего электромагнитного сигнала не превышает линейные размеры D движущихся элементов и агрегатов.

При уменьшении λ ниже некоторого значения, обычно менее 0,01.0,1 от максимального линейного размера движущихся элементов, число дополнительных спектральных составляющих значительно увеличивается, что затрудняет обработку спектров и принятие диагностического решения. Рабочие частоты и длины волны зондирующего сигнала, оптимальные для диагностики механизмов с различными линейными размерами его движущихся элементов, приведены в таблице.

Для возможности диагностирования механизма длина зондирующего электромагнитного сигнала должно удовлетворять соотношению 0,01D ≅ λ ≅ D, где D максимальный линейный размер движущихся элементов механизма.

Приемная антенна 4 принимает отраженный объектом и несущий информацию о нем электромагнитный сигнал, который через преобразователь поступает на вход анализатора 6 спектра.

Многочисленные эксперименты показали, что информативными составляющими спектра при диагностике технического состояния механизмов путем их электромагнитного облучения являются те частотные составляющие, уровень Н которых составляет не менее 0,0001 Н_max, где H_max уровень максимальной частотной составляющей этого спектра.

С выхода анализатора 6 спектра полученный спектр поступает в блок 7 выделения информативных составляющих спектра, где производится селекция из всех составляющих спектра n наиболее интенсивных спектральных составляющих (где n 1,2,3.n определяется конструкцией конкретного элемента диагностируемого механизма), уровень Н которых составляет не менее 0,0001 Н_max, нормирование выбранных составляющих по амплитуде и частоте.

Число, амплитуда и частотное положение выбранных информативных составляющих спектра определяются кинематическими характеристиками (например, частотой вращения, стабильностью частоты вращения, временем установки заданной частоты и др.) и конструктивными характеристиками (например, линейными размерами, формой, положением и др.) движущихся элементов диагностируемого механизма.

Поэтому амплитуда и частота выбранных составляющих спектра являются диагностическими параметрами. Эти значения амплитуд и частот составляющих, определенные в блоке 7, поступают на вход блока 9 хранения и используются как эталонные значения для последующих циклов диагностики.

В блок 8 обработки на его первый вход поступают с выхода блока 7 выделения информативных составляющих спектра текущие значения диагностических параметров, а на его второй вход с выхода блока 9 хранения информация об эталонных значениях диагностических параметров. В блоке 8 производится оценка степени изменения информативных составляющих за время между двумя циклами диагностики по алгоритму G H_i H_iэ| Затем полученный результат сравнивается с пороговым значением диагностического параметра, который определяется при настройке системы диагностики. По результатам сравнения принимается диагностическое решение.

Использование предлагаемого способа технической диагностики машин и механизмов с подвижными элементами обеспечивает возможность диагностики машин и механизмов без непосредственного механического контакта средств технической диагностики с объектом диагностики, что обеспечивает диагностику удаленных, движущихся относительно средства диагностики объектов и объектов, функционирующих в особых условиях; в агрессивных средах, гермозонах, вакууме и пр. отсутствие технологических операций, выполняемых на объекте диагностики, что повышает оперативность ее проведения и снижает стоимость; возможность селективной диагностики отдельных элементов машин и механизмов путем изменения облучаемой зоны объекта диагностики и длины волны зондирующего сигнала.

Формула изобретения

1. Способ диагностики состояния механизма в процессе эксплуатации, заключающийся в том, что контролируемый механизм облучают электромагнитными колебаниями, принимают эти колебания после взаимодействия с этим механизмом, анализируют их спектр и по его параметрам определяют состояние механизма, отличающийся тем, что облучение производят колебаниями с длиной волны λ удовлетворяющей условию 0,01D≅ λ≅ D, где D максимальный линейный размер движущихся компонентов механизма, выделяют из спектра составляющие уровня не менее 0,0001 H_max, где H_max максимальный уровень составляющей спектра, коррелирующегося с кинематическими и конструктивными характеристиками механизма и его компонентов по амплитуде и частоте этих составляющих, сравнивают эти составляющие с заранее выявленными при эксплуатации кондиционных механизмов и по результатам сравнения оценивают состояние контролируемого механизма и его компонентов.

2. Устройство для диагностики состояния механизма и его компонентов в процессе эксплуатации, содержащее источник электромагнитных колебаний для облучения механизма и его компонентов, приемник электромагнитных колебаний и включенные на его выходе компоненты схемы для обработки и регистрации сигналов, отличающееся тем, что эти компоненты выполнены в виде анализатора спектра, последовательно связанного с ним блока выделения информативных составляющих с пороговым уровнем входных сигналов не менее 0,0001 H_max, где H_max максимальный уровень частотной составляющей спектра, включенных на его выходе блока хранения и блока сравнения сигналов, опорный вход которого соединен с выходом блока хранения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3