Способ вибродиагностики валопровода турбоагрегата Советский патент 1990 года по МПК G01M7/00 

Ниже приведены формулы для одной характеристики жесткости и одной характеристики демпфирования, остальные характеристики определяют по аналогичным Формулам: , , (t . fnl anjcosof,

(clyy) ft.

П|

(n)

O . , M anj sin of

q «M j

Л1

(nj 1 ,2,... N),

где а

(nl

J

„1qw

измеренные амплитуды колебаний опоры в поперечном направлении от поперечно направленной силы вибратора, расположенного в j-й опоре;

измеренный сдвиг Фаз; величина возбуждающей силы. Дифференциальные уравнения колебали валопровода под действием диагностируемых дефектов, определяющих не- уравновешенность, учитывают силы инер поступательного перемещения масс, моментов инерции поворота, гироскопических моментов.

Уравнение колебаний валопровода, например, для плоскости XOY имеют вид (для плоскости XOZ структура уравнений аналогична, а правая часть равна кулю)

N

at

-W

uJ q 1 ,

3V ам2 э at J«u dt 3x

Qv

1

- uj -q cosujt ;

(1)

де XfZ - неподвижная система координат, ось X которой является осью опор турбоагрегата и направлена от пер- 50 вой опоры к последней, ось Z направлена вертикально вверх, а ось Y - влево, если смотреть с первой опоры на последнюю , 55 N - число опор турбоагрегата, cU - угловая скорость вращения валопровода;

5

tL - составляющая поступательного перемещения вдоль оси Y сечения валопровода с координатой X, обусловленного перемещением валопровода как жесткого тела и упругими деформациями изгиба; cf - составляющая угла поворота вокруг оси Z сечения валопровода с координатой X; m - погонная масса валопровода в сечении с координатой X; Q - составляющая вдоль оси Y поперечной силы в сечении валопровода с координатой х;

М

- составляющая изгибающего

момента, действующая вокруг оси в сечении валопровода с координатой У-, EJ - изгибиая жесткость валопровода в сечении с координатой X

Jn Hj - массовые полярный и экваториальный моменты инерции

(Rs)n

валопровода в сечении с координатой X;

составляющая вдоль оси у реакции в n-й опоре; хл - координата n-й опоры, о(х) - дельта-функция; q ч и q . - выражения для компонентов составляющих силовой и мо- ментной нагрузок, обусловленных дефектами.

Уравнения (1) замыкаются дифференциальными соотношениями для реактивных сил, возникающих в опорах, и диффе- ренииальными соотношениями между перемещениями опор и реактивными нагруэ ками.

Первый имеют вид (выражения для составляющих R2 имеют аналогичнй вид).

c(uv- v) + c,z(uz-vz) + ьэт LiL . Nrl« „(2) - q5со scot + q sinwt,

где (Суу, Су2)и

(hyy, ) - коэффициенты жесткости и демпфирования масляного слоя в n-й опоре,

q и q - вьфажения для компонентов

составляющих силовых нагрузок в опорах,определяющихся

характеристиками подшипников и кинематическими составляющими возбуждения, обусловленного дефектами. Вторые дифференциальные соотношения имеют вид (выражения для составляющих V2, имеют аналогичный вид)

(VM | (J njCQv) +

1 + (Sw)J d(Q)n

,j, dF

,M) (3)

- динамические характеристики жесткости и демпфирования системы опора-фундамент, полученные по результатам виброиспытаний опор.

Для того, чтобы определить влияние дефектов валопровода на вынужденную вибрацию5 задают всевозможные дефекты (поло 1ки лопаток, искривление, валопровода, радиальное угловое смешение и др.). Так5 например, для получения влияния искривления валопровода в месте с координатой X внешнее воздействие задают изломом оси валопровода ПР, значение которого принимается за единичное (величина излома соответствует прогибу 0,1 мм, угловое положение излома равно нулю градусов),см.Фиг.3. В этом случае выражения для нагрузок в уравнениях (1) и (2) имеют вид

q, m (Х-Х) 1(Х-Хпр)/

q3(J3 - Jn) I х-Хпр);

qy (С w + hyzw)n(x-Xnp)ternplv

.(х-хпр),

-hyyu(x-Xpp)n/) 1(Х-ХЛ|

(с

где 1(X) - единичная функция.

Полученную систему уравнений решают одним из известных методов. Б результате получают комплексные значения влияний на вынужденную вибрацию единичных дефектов a ,-(i 1,2, ... ,М, j 1,2, ...J).

)

5

Каждое значение а -- определяется величиной и Фазой. Число М определяет общее число характерных точек измерений вибрации турбоагрегата, к которым, как правило, относят измерения вибрации опор и вала на рабочей и резонансных частотах. Общее число вероятных дефектов J. Затем на диагностируемом турбоагрегате ocv ществляют измерение и регистрацию амплитуд и фаз вибрации в выбранных точках на рабочей и резонансных частотах, до и после возникновения дефекта и определяют изменение вибрации Л A; (i 1,2,,,., М) как векторную разность измерений вибрации до и после возникновения дефекта.

Определение диагностического параметра R . для каждого j-ro вероятного дефекта производят путем сравнения изменений вибрации и A (i - , ...М) с комплексными значениями влияния этого дефекма а - (i 1,2,...М) из услони минчмнзсши: приведенного значения математического ожидания квадрата расстояния мслду сравниваемыми значениями вибрации и влияниями дефектов о

Диагностический параметр равен

30

t IZ +DCZ,.,)

(О

HlQjl

где Z . и А

Ч.

Q . - расстетние

5

0

5

МРЖЦУ 1-м элементом изменения ьибрашш и влиянием j-ro дефекта I,jQj,- Qj - ко-шлсксное значение }-го

дефекта;

D(Z ,j ) - дисперсия расстояния Z ;, . Величина и угловое положение дефекта Q , минимизирующее расстояние (4), определяется из соотношения

Q {(a)T(a) +2(0.) Са)г(4А) (5)

Вид и величину дефекта определяют по наименьшему из значений BeTCTBvronjieMy Q ,

К и соо г

SU

Кроме voro, нЈ турбоагрегатах, однотипных с диа ьостир}, смы1 s определяют во время планового или аварийного ремонта характер имевших место дефек- 2 тов и их расположение по длине валопровода (для поломки лопатки - ступень, для прогкса ротора - место минимального прогиба, для нессосности осей - дефектную муфту).

По этим данным определяют априорную вероятность каждого дефекта

P(

j

(6)

J

где Z . - число зафиксированных j-x дефектов.

Измеряют величину дефекта (для поломки лопатки - величину дисбаланса, для прогиба ротора - величину масимального прогиба, для несоосности осей - величину радиального или углового смещения осей) и угловое положение .

На этих же турбоагрегатах по данным зарегистрированных значений амплитуд и фаз вибрации в выбранных точках на рабочей и резонансных частотах определяют изменение вибрации ДА (1 ,2,...М) как векторную разность измерений вибрации до и после возникновения дефекта.

I

С использованием этих данных определяют статистические характеристики комплексных влияний дефектов и диагностического параметра дефектов следующим образом.

Определяют комплексные значения влияний на вынужденную вибрацию единичных дефектов: 4А

-J(i 1,2, ... ,М)

где Q: - комплексное значение j-ro дефекта (величина и угловое положение) , а затем определяют математические ожидания комплексных значений влияний I;- (математическое ожидание обозначено тем же символом, что и конкретнее значение) и дисперсии D(a;j) (при определении математических ожиданий используют как экспериментальные значения влияний, так и значения, полученные из расчета вынужденных колебаний).

Определяют для имевших место дефетов диагностические параметры, а затем определяют математические ожидания диагностических параметров та - (j 1,2, ---,J) и средневадратиче- ские отклонения 6; (j 1,2, ...,J).

По этим данным определяют распределение плотности вероятности диагностического параметра при наличии дефектов D : исходя из нормального закона распределения

fCRj/Dj) а i,2,.

(Rj-mj)

26Я

(7)

Диагноз уточняют с учетом априорной вероятности дефекта по наибольшей из условных вероятностей каждого дефекта:

PtD./Rj.)

P(Dj)P(Rj/Dj)

(j

IP(D )P(RS/DS)

1,2, ...,N)

(8)

Таким образом, увеличивается глубина поиска дефекта и обеспечивается определение величины дефекта, а также повышается вероятность правильного диагностирования за счет расширения номенклатуры определяемых дефектов.

Ф

ормула изобретения 1 . Способ вибродиагностики валопровода турбоагрегата, заключающийся в том, что периодически измеряют на рабочих и резонансных частотах амплитуды и фазы вынужденных колебаний диагностируемого турбоагрегата, оИределяют изменение параметров вибрации, формируют диагностический параметр, оценивают техническое состояние по величине диагностического параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности до измерения параметров вибрации, возбуждают колебания опор ротора эталонного турбоагрегата без ротора, определяют динамические характеристики

системы опора - фундамент, модулируют

значения дефектов а.-, используя динамические характеристики и значения дефектов вычисляют комплексные значения влияния а ;: дефектов на вынужденные колебания, затем для диагностируемого турбоагрегата вычисляют изменение вибрации как векторную разность /1 A j параметров вибрации, Формируют диагностический параметр из условия минимизации выражения

где

D(Z ,.) - дисперсия 2 п ,

X JJ

t

M

- квадрат модуля Q

J

- число точек измерений вибрации турбоагрегата,

9 157854610

техническое состояние оценивают по ский параметр формируют для дефекта,

минимальному значению диагностиче-формируют по условной вероятности

ского параметра. ,дефекта D;

2. Способ по „. 1, о т л и ч а ю- P./Rj) - P(Dj ) - P(Rj /D, / |P (P, /D,) ,

щ и и с я тем, что до диагностиро- - i т

вания на однотипных с диагностируе- -«

мым турбоагрегатах измеряют парамет-где P(Dj) - априорная вероятность

ры дефектов, определяют статистиче-JQ дефекта ,

ские характеристики дефектов, зна-Р( - вероятность параметра

чений комплексных влияний и диагно-RJ при дефекте RjJ

стического параметра, а диагностиче-, J - число вероятных дефектов,

Изобретение относится к виброиспытательной технике. Цель - повышение достоверности вибродиагностики. Вибродиагностика валопровода турбоагрегата заключается в том, что предварительно проводят виброиспытания опор ротора (ротор снят). Результаты виброиспытаний используют для определения динамических характеристик системы опора - фундамент. Задавая значения дефектов и решая системы дифференциальных уравнений, определяют комплексные значения влияния дефектов на вынужденную вибрацию. Диагностический параметр определяют из условия минимизации приведенного значения математического ожидания квадрата расстояния между сравниваемыми значениями вибрации и влиянием дефектов. Оценку технического состояния уточняют путем определения статистических характеристик комплексных влияний дефектов, диагностического параметра и вероятности появления дефектов. Оценивают техническое состояние по минимальному значению диагностического параметра, которому соответствует дефект с наибольшей условной вероятностью. 1 з.п. ф-лы.