Воронцов Олександр Григорович. Iнформаційно-вимірювальні системи високочастотної вібродіагностики роторних машин

Краткое описание

Воронцов Олександр Григорович. Iнформаційно-вимірювальні системи високочастотної вібродіагностики роторних машин : Дис... д-ра наук: 05.11.16 - 2003.

Воронцов О.Г. Інформаційно - вимірювальні системи високочастотної вібродіагностики роторних машин. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.16 інформаційно вимірювальні системи. Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця, 2003.
У дисертації розроблені теоретичні засади формування комплексних частотно-енергетичних діагностичних параметрів, що відображуються у високочастотній вібрації опори кочення роторної машини, і узагальнена модель опори як перетворювача збурень, викликаних дефектами, у параметри вібрації. Запропоновано нові методи діагностики, що забезпечують виграш у вірогідності винесення діагнозів за рахунок більш повного використання діагностичної інформації, що міститься у високочастотній вібрації:
Зроблено аналіз складових похибок вимірювань діагностичних параметрів, які істотно впливають на вірогідність діагностики при використанні частотно енергетичних діагностичних ознак. Зроблено обґрунтування структури, параметрів і керуючих алгоритмів вимірювальних каналів систем високочастотної вібродіагностики, що використовують комплексні частотно-енергетичні діагностичні параметри і запропоновані варіанти їхньої реалізації.
Проведено експериментальні дослідження, що підтверджують адекватність розробленої теорії й ефективність запропонованих методів.

У дисертаційній роботі вирішена наукова проблема, яка полягає в обґрунтуванні та розробці методів високочастотної вібродіагностики, здатних забезпечити підвищений рівень вірогідності діагнозів у складних умовах отримання діагностичної інформації, що дозволяє розширити галузь застосування методів вібродіагностики на роторні машини з низькими оборотними частотами і перейти до обслуговування їх на основі об'єктивних оцінок фактичного стану.
Основні наукові й прикладні результати роботи містять положення, котрі перераховані далі.
1. Вперше створені теоретичні засади формування комплексних частотно енергетичних діагностичних параметрів, що відтворюються високочастотною вібрацією опори кочення, які включають:
- Узагальнену модель опори кочення, яка подана у вигляді перетворювача параметрів дефектів у комплексні діагностичні параметри, котра ґрунтується на тому, що в смузі власних резонансів елементів опори має місце воднораз амплітудна й частотна модуляція випадкового несучого коливання, збуджуваного у контактах кочення підшипника, у той час як у більш високочастотній області переважає амплітудна модуляція. Зазначене положення дає підстави для вибору інформативної області частот у широкосмуговому періодично - нестаціонарному вібропроцесі, що відображає вібрацію опори, а так само для вибору інформативних діагностичних параметрів і методів їхнього виділення.
- Комплексну частотно енергетичну ознаку, що містить усереднені інтенсивності вібрації в оточеннях заданих інформативних точок її ЧЧР в якості простих діагностичних параметрів й метод одержання їхніх оцінок на основі реалізації високочастотної вібрації опори.
- Метод первинної діагностики роторної машини на основі комплексного використання точкових оцінок частотно - енергетичного діагностичного параметра. Метод відрізняється використанням процедури прийняття діагностичних рішень за результатами зміни параметрів законів розподілу обраних інформативних точок перетину ЧЧР для моменту часу впливу дефекту. У порівнянні з відомими методами, що використовують для виділення діагностичних ознак усереднення за часом і частотою, даний метод забезпечує виграш у вірогідності за рахунок використання комплексної ознаки, поданої інтенсивностями високочастотної вібрації на множині обраних інформативних точок частотно часового вікна.
- Метод вібродіагностики роторних машин на основі використання багатомірного розподілу запропонованого частотно - енергетичного діагностичного параметра. Виграш, що забезпечується даним методом, досягається завдяки урахуванню інформативної ваги кожної простої ознаки, яка входить у комплексну. Отримані співвідношення для оцінювання вірогідності діагностики, якими обґрунтовано зменшення ймовірності пропуску дефекту за рахунок збільшення кількості інформативних точок. Метод сприяє зниженню ймовірності як пропуску дефекту, так і ймовірності його помилкового виявлення й доцільний для винесення діагнозів на подальших стадіях розвитку дефекту.
- Удосконалений метод діагностики на основі частотно часових квадратичних детекторів, заснований на використанні запропонованого методу оцінювання усередненої інтенсивності вібрації у межах частотно часового інформативного вікна. Метод може забезпечити діагностику тихохідної роторної машини (оборотна частота менш 5 Гц), стосовно до якої, традиційні методи високочастотної вібродіагностики виявляються неефективними.
2. Вперше розроблена узагальнена математична модель для оцінювання похибок, що внесені у ВК впливом зовнішніх збуджуючих факторів і позасмугових низькочастотних завад,. яка дозволила обґрунтувати структури й алгоритми для реалізації технічних засобів каналу з поліпшеними метрологічними характеристиками і поліпшеним співвідношенням «сигнал - завада».
3. Удосконалені структури ВК ІВС високочастотної вібродіагностики і розроблені алгоритми керування ними, які засновані на автоматичному настроюванні параметрів каналів під конкретні умови вимірювань, узгодженні частотних властивостей ВК із вимірювальним сигналом і завадами, обмеженні імпульсних завад. Виграш у співвідношенні «сигнал завада», забезпечуваний пропонованими засобами, складає 3 - 10 дБ.
4. Розроблені математичні метрологічні моделі ВК віброприскорення систем високочастотної вібродіагностики. На відміну від відомих моделей, запропоновані моделі дозволяють врахувати вплив слабких нелінійностей ВК та позасмугових завад на результат вимірювань, що суттєво впливає на вірогідність високочастотної вібродіагностики. Розроблена методика метрологічної атестації ВК й виконано метрологічну атестацію каналів вимірювання віброприскорення дослідницького комплексу й ВК ІВС вібродіагностики для промисловості.
5. Запропоновані рекомендації з експериментальних досліджень і розробки засобів високочастотної вібродіагностики. Обґрунтовані вимоги до апаратних, алгоритмічних і програмних засобів дослідницького апаратно програмного комплексу, який розроблено й створено.
6. Виконано експериментальні дослідження частотних властивостей опори кочення як джерела вібросигналів, що несуть інформацію про стан об’єкта діагностування. Побудовано модель опори і розроблені рекомендації з визначення параметрів моделі на основі експериментальних даних. Модель використовувалася при оцінці адекватності розробленої теорії формування комплексних діагностичних параметрів опорою кочення і показала задовільну збіжність результатів.
7. Виконано експериментальні дослідження діагностичних параметрів, заснованих на оцінках розподілу СГП вібрації в області високих і середніх частот. Виконано експериментальне дослідження діагностичних параметрів, заснованих на ЧЧР густини енергії вібрації опори кочення.
Результати експериментів підтвердили теоретичні висновки про характер деформації розподілу СГП вібрації при дії навантаження на опору, що цілком узгоджується з теоретичним обґрунтуванням формування діагностичних параметрів опорою в процесі амплітудної (область високих частот) й амплітудно частотної модуляції (область середніх частот).
8. Розроблені й створені експериментальні зразки ІВС вібродіагностики для підприємств гірничої промисловості України й Росії, впровадження яких підтвердило ефективність запропонованих методів.