Способ прогнозирования критической неисправности движущегося узла по акустико-эмиссионным данным

Авторы патента:

G01N29/14 - с использованием акустической эмиссии (G01N 29/06 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2750635:

Акционерное общество "РОТЕК" (АО "РОТЕК") (RU)

Использование: для прогнозирования критической неисправности движущегося узла по акустико-эмиссионным данным. Сущность изобретения заключается в том, что вблизи анализируемых узлов прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, полученные в ходе штатной работы узлов акустические сигналы от датчиков сохраняют и считают эталонными, улавливают акустические сигналы от датчиков при последующей работе движущихся узлов, сравнивают полученные на предыдущей стадии акустические сигналы с эталонными сигналами, по разнице вида акустических сигналов, сравненных на предыдущей стадии, делают вывод об отклонении функционирования движущихся узлов от эталонного, при этом по времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение предполагаемого дефекта в узле, а по характеру акустического сигнала определяют тип предполагаемого дефекта, анализируют изменение во времени разницы акустических сигналов от эталонного, получая скорость изменений, и вычисляют время наступления критической неисправности узла и ее тип, вычисленное время сообщают эксплуатирующему движущиеся узлы, осуществляя профилактику образования дефектов, данные предыдущих этапов используют для прогнозирования состояния данных или аналогичных движущихся узлов в будущем времени. Технический результат: обеспечение возможности предсказывать наступление критических событий, связанных с внутренними неисправностями движущихся узлов.

Изобретение относится к области техники, а более конкретно - к способу использования акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования образования дефектов в движущихся узлах.

Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации, управлении и мониторинге строительных и технологических конструкций различного назначения, включая конструкции, используемые в промышленности, энергетике, машиностроении, коммунальном хозяйстве и других отраслях.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа использования акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования образования дефектов в движущихся узлах, который позволил бы предсказывать наступление критических событий, в первую очередь, связанных с внутренними неисправностями и сбоями, либо критическим ростом каких-либо значений показателей, описывающих движущиеся узлы, в первую очередь подшипники, и связанных с появлением сигналов акустической эмиссии от их внутренних дефектов.

Согласно ГОСТ 27655-88, Акустическая эмиссия (Эмиссия волн напряжений, Звуковая эмиссия, Ультразвуковая эмиссия, Акустическое излучение) - испускание объектом контроля (испытаний) акустических волн.

Наиболее близким к данному изобретению является патент RU 2371691 C1 СПОСОБ МОНИТОРИНГА МАШИН И СООРУЖЕНИЙ (2008.04.22), включающий измерение посредством, по крайней мере, одного датчика параметров вибрации объекта, определение и анализ значений параметров вибрации объекта мониторинга в месте установки датчика, отличающийся тем, что используют датчик, синфазно измеряющий три ортогональных проекции вектора ускорения, определяют вектор деформации объекта мониторинга в месте установки датчика, накапливают массив векторных величин деформации, отображают на мониторе, по крайней мере, для одной частоты вибрации годограф вектора деформации относительно системы координат, связанной с объектом мониторинга, и определяют наличие анизотропии в деформациях элемента объекта мониторинга в месте установки датчика.

Однако рассмотренный прототип имеет следующие существенные недостатки:

- не является универсальным для различных типов движущихся узлов;

- зависит от процессов вибрации и не учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов движущихся узлов;

- не позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов;

- не предназначен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов, в будущем времени.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в реализованном согласно настоящему изобретению способе использования акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования образования дефектов в движущихся узлах, предусматривающий следующие стадии:

1) вблизи анализируемых узлов прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии;

2) полученные в ходе штатной работы узлов акустические сигналы от датчиков, сохраняют и считают эталонными;

3) улавливают акустические сигналы от датчиков при последующей работе движущихся узлов;

4) сравнивают полученные на предыдущей стадии акустические сигналы с эталонными сигналами;

5) по разнице вида акустических сигналов, сравненных на предыдущей стадии, делают вывод об отклонении функционирования движущихся узлов от эталонного, при этом по времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение предполагаемого дефекта в узле, а по характеру акустического сигнала определяют тип предполагаемого дефекта;

6) анализируют изменение во времени разницы акустических сигналов от эталонного, получая скорость изменений и вычисляют время наступления критической неисправности узла и ее тип;

7) вычисленное время сообщают эксплуатирующему движущиеся узлы, осуществляя профилактику образования дефектов;

8) данные предыдущих этапов используют для прогнозирования состояния данных или аналогичных движущихся узлов в будущем времени.

За счет реализации заявленного авторами способа достигаются следующие технические результаты:

- он является универсальным для различных типов движущихся узлов;

- не зависит от процессов вибрации и учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов движущихся узлов;

- позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов;

- предназначен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов, в будущем времени.

Настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующем описании мониторинга и предсказания состояния водонапорной башни, имеющей емкость для хранения воды и электромеханический турбинный насос для ее нагнетания в емкость.

На поверхности водонапорной башни прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, получаемые от подшипников электромеханического турбинного насоса.

Полученные в ходе штатной работы узлов акустические сигналы от датчиков, сохраняют и считают эталонными.

Далее улавливают акустические сигналы от датчиков при последующей работе движущихся узлов - подшипников насоса.

Сравнивают полученные на предыдущей стадии акустические сигналы с эталонными сигналами.

По разнице вида акустических сигналов, сравненных на предыдущей стадии, делают вывод об отклонении функционирования движущихся узлов от эталонного, при этом по времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение предполагаемого дефекта в узле, а по характеру акустического сигнала определяют тип предполагаемого дефекта - в данном случае фиксируется сигнал акустической эмиссии, связанный с застреванием шариков в обойме шарикоподшипника и разрушением части шариков.

Анализируют изменение во времени разницы акустических сигналов от эталонного, получая скорость изменений и вычисляют время наступления критической неисправности узла и ее тип.

По разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта;

Вычисленное время сообщают муниципальным службам водоснабжения, экспуатирующим водонапорную башню и насос, осуществляя профилактику образования дефектов.

Данные предыдущих этапов используют для прогнозирования состояния подшипников турбонасоса в будущем времени.

После чего прогнозируется время текущего ремонта и смена подшипников.

По сравнению со способами известными авторам, заявляемый способ обладает высокой универсальностью и гибкостью и позволяет достичь лучших результатов, является универсальным для различных типов движущихся узлов, не зависит от процессов вибрации и учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов движущихся узлов, позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов, удобен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов движущихся узлов, в будущем времени.

Литература

1. Математическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. И.М. Виноградов. 1977-1985.

2. М.Г. Сухарев Методы прогнозирования - Серия Прикладная математика в инженерном деле М: 2009.

3. ГОСТ 27655-88 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ. Термины, определения и обозначения. - УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28.03.88 №787.

Способ прогнозирования критической неисправности движущегося узла по акустико-эмиссионным данным, предусматривающий следующие стадии:

2) полученные в ходе штатной работы узлов акустические сигналы от датчиков сохраняют и считают эталонными;

3) улавливают акустические сигналы от датчиков при последующей работе движущихся узлов;

4) сравнивают полученные на предыдущей стадии акустические сигналы с эталонными сигналами;

6) анализируют изменение во времени разницы акустических сигналов от эталонного, получая скорость изменений, и вычисляют время наступления критической неисправности узла и ее тип;

Использование: для комплексного технического мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций посредством акустико-эмиссионного сбора данных. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих акустические сигналы, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции, а также по меньше мере один датчик виброперемещения, по меньше мере один датчик наклона конструкции и по меньшей мере один датчик линейного перемещения конструкции; полученные акустические сигналы от датчиков, а также сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения, полученные на предыдущей стадии, сохраняют; по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта; сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы по их источнику: пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии, активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии, критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения считают критическими или закритическими, если хотя бы один из них выходит за заранее установленные рамки либо выход за установленные рамки имеет высокое значение.

Способ использования акустико-эмиссионного сбора данных в целях мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций // 2750534

Использование: для мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций посредством акустико-эмиссионного сбора данных. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции; акустические сигналы от датчиков, полученные на первой стадии, сохраняют; по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта; сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы: пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии; активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии; критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии; закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии; полученные данные используются для мониторинга конструкций, причем для первых двух групп источников устанавливается режим наблюдения, а для двух следующих - режим оповещения о появлении и местоположении критических и/или закритически активных источников, при этом контролируется переход первых двух групп источников в последующие две группы; данные первых трех групп используют для прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций в будущем времени.

Способ непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов // 2750532

Использование: для непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности и/или внутри объекта, либо в его полости, либо в среде, заполняющей полости, созданной естественно или искусственно, размещают по меньшей мере два датчика, улавливающих непрерывно или периодически сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамических процессов в объекте; полученные в первой стадии сигналы от датчиков сохраняют; по разнице времени приема сходных сигналов от датчиков определяют локализацию процесса в объекте, а по характеру сигнала определяют тип процесса и полученные данные также сохраняют; сохраненные данные используют для построения стохастических или детерминированных функций, зависящих от времени и описывающих процессы в объекте с учетом места их локализации; на основе полученных на предыдущей стадии функций определяют тренды развития динамических процессов в объекте, тем самым прогнозируя его техническое состояние в заданный момент или интервал будущего времени.

Способ прогнозирования стойкости к циклическим нагрузкам пластинчатых и тарельчатых пружин из рессорно-пружинной стали // 2747473

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано в качестве метода неразрушающего контроля при оценке технического состояния металлоконструкций объектов. Сущность: осуществляют нагружение испытуемого образца в два этапа нагрузкой до его максимальной деформации, с одновременной регистрацией сигналов акустической эмиссии прибором, на первом из которых осуществляют кратковременное обжатие троекратно до максимальной деформации, на втором осуществляют нагружение образца постоянной нагрузкой до максимальной деформации и выдерживают определенное время.

Способ акустического мониторинга ходовой части транспортного средства // 2747379

Использование: для акустического мониторинга ходовой части транспортного средства. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют получение информации в виде акустического сигнала с ходовой части транспортного средства посредством установленных на ее элементах акустических датчиков, передающих получаемый акустический сигнал в вычислительный модуль, обработку сигнала, получение сведений о состоянии ходовой части, сравнение их с нормативными значениями, выдачу результата, получаемый акустический сигнал разделяют на группы по принципу локализации и относят каждую группу к соответствующему узлу ходовой части, далее обрабатывают сигналы каждой группы в отдельности по индивидуальному алгоритму, получают сведения о характеристиках звукового сигнала и его источнике, о состоянии узлов ходовой части, сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, полученными ранее на исправном транспортном средстве, выводят результаты для каждого узла с возможностью вывода информации по каждому элементу узла, при этом в каждой группе сигналов, разделенной по принципу локализации, сигналы распределяют по мощности и частоте, причем сигналы с максимальными значениями мощности, а также сигналы с минимальными и максимальными значениями частоты относят к пороговым, которые затем сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, в случаях выхода пороговых значений за диапазоны нормативных, считают, что элемент узла неисправен и выдают сигнал.

Способ контроля прочности оптического волокна // 2743737

Изобретение относится к области неразрушающего контроля прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла. В заявленном способе контроля прочности оптического волокна в контролируемом объекте создают напряжение и измеряют акустической сигнал, по результатам обработки которого выделяют сигнал акустической эмиссии и оценивают характеристики контролируемого объекта.

Способ определения срока безопасной эксплуатации стеклопластиковых трубопроводов // 2739715

Использование: для определения срока безопасной эксплуатации стеклопластиковых трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют предварительное изучение объекта контроля - трубопровода, установку на поверхность трубопровода преобразователей акустической эмиссии, проведение контроля плавным ступенчатым нагружением давления на уровне 0,5*Рраб, 0,75*Рраб, 1,0*Рисп и Рисп, где Рраб - разрешенное рабочее давление, Рисп - испытательное давление, вычисление скорости распространения сигналов акустической эмиссии, накопление, обработка и анализ данных, оценка результатов контроля классификацией источников акустической эмиссии на источник I класса - пассивный источник, источник II класса - активный источник, источник III класса - критически активный источник, источник IV класса - катастрофически активный источник.

Способ идентификации источников акустической эмиссии // 2737235

Использование: для идентификации и классификации источников акустической эмиссии (АЭ) на контролируемых объектах. Сущность изобретения заключается в том, что способ идентификации сигналов АЭ основан на установлении зависимости между численным значением энергии, рассчитанным для компонент вейвлет декомпозиции сигнала АЭ и Фурье-спектра компонент вейвлет декомпозиции и параметром, характеризующим тип разрушения материала, с учетом расстояния от источника до приемника сигнала АЭ.

Способы и устройство для тестирования датчиков акустической эмиссии // 2736283

Использование: для тестирования датчика акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования датчика акустической эмиссии содержит устройство управления технологическим процессом; датчик акустической эмиссии, связанный с устройством управления технологическим процессом, при этом датчик акустической эмиссии обнаруживает состояние эксплуатационной годности устройства управления технологическим процессом; и пьезоэлектрический эталонный генератор частоты, акустически связанный с датчиком акустической эмиссии для того, чтобы тестировать состояние эксплуатационной годности датчика акустической эмиссии.

Способ акустико-эмиссионного контроля металлических объектов и устройство для его осуществления // 2736175

Использование: для неразрушающего контроля конструкций с использованием метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе нагружения объекта дополнительно измеряют значение активности акустической эмиссии событий с заданным интервалом времени (0,5-10 с) для каждого канала, при снижении активности ниже минимально заданного значения Amin снижают пороговый уровень по амплитуде в два раза, а при превышении активности заданного значения Аmах пороговый уровень по амплитуде повышают в два раза, после чего строят амплитудное распределение событий от каждого источника, определяют параметры степенной связи амплитуды с частотой ее регистрации по значениям амплитуд, которые превышают максимальный порог срабатывания, достигнутый на протяжении всего испытания на канале, затем проводится аппроксимация полученной степенной зависимости до уровня амплитуды, соответствующей минимально допустимой величине амплитуды акта акустической эмиссии и исходя из полученных значений амплитуд определяют восстановленное число АЭ сигналов (суммарный счет), которые используют для определения потенциальной опасности каждого источника АЭ на объекте.

Способ определения механических характеристик высокоэнергетических материалов // 2750683

Использование: для контроля физико-механических свойств взрывачатых материалов (ВВ) по сигналам акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подготовку испытуемых образцов из исследуемого материала, которые подвергают механическим воздействиям в сочетании с синхронным регистрированием показателей контролирующих приборов и построением соответствующих графиков зависимостей величин деформаций от величин воздействующих нагрузок и времени, при этом первоначально подвергают испытаниям подготовленные образцы из материала взрывчатых веществ (ВВ), аналогичного исследуемому заданного состава, на основе результатов испытаний которых формируют базу данных (БД) критических нагрузок, соответствующих полному разрушению образцов данного материала, затем производят комплексное нагружение исследуемых независимых групп образцов ВВ механическим воздействиям последовательно усилий растяжения на одни группы образцов и усилий сжатия на другие группы образцов, проводя нагружение в этих группах в возрастающем режиме до момента, соответствующего максимальному значению активности АЭ, составляющей величину не более 55% от критической нагрузки, определенной по БД критических нагрузок, параллельно с нагружением контрольных образцов снимают показания регистрирующих приборов и строят графики зависимости акустико-эмиссионных параметров от времени нагружения и диаграммы деформирования, на основе построенных упомянутых графиков определяют максимальные значения активности АЭ, момента времени, соответствующего этому значению, нагрузку и деформацию образца, на основе полученных данных определяют искомые механические показатели испытуемых образцов ВВ. Технический результат: обеспечение возможности разработки информативного, достоверного и безопасного способа неразрушающего контроля изменения свойств ВВ в процессе воздействия на них различного рода механических усилий, имеющих место при эксплуатации и хранении ВВ. 1 табл., 3 ил.