Способ диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов вакуумного оборудования Советский патент 1993 года по МПК G01N3/32 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для ранней диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов (как кинематических, так и герметизирующих), работающих в оакууме.

Целью изобретения является удешевление способа, повышение чувствительности

способа и точности установления места отказа путем разделения отказов кинематических пар и герметизирующих элементов, работающих с одинаковой частотой.

На фиг. 1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит вакуумную камеру 1 с системой откачки, состоящей из насоса

2предварительной откачки, насоса 3 высоковакуумного и клапанов 4. К вакуумной ка- мере 1 прис-тыкован вакуумметр 5 с ионизационным датчиком 7 и тепловым датчиком 6, а также эксцентриковый сильфон- ный вакуумный ввод 8 вращательного движения, содержащий следующие элементы: сильфом 9, подшипники 10, работающие в атмосфере, подшипники 11, 12, расположенные в вакууме. На входном валу ввода 8 установлена муфта 13 для связи с двигателем 14 и диск 15 оптического датчика частоты вращения, имеющего в своем составе фотодатчик 17 и источник света 18. Двигатель управляется от блока 20 управления двигателем. Блок 21 измерения тока регистрирует величину тока в обмотке двигателя. Вакууметр 5, оптический датчик 16 частоты вращения и блок 21 измерения тока обмотки двигателя связаны с самописцем 19 через блок 22 преобразования сигналов.

Способ осуществляется следующим образом,

Первоначально производят откачку из вакуумной камеры 1 с помощью насосов 2 и

3до требуемого вакуума, С помощью клапанов 4 регулируют очередность подсоединения насоса 2 предварительной откачки и высоковакуумного насоса 3. Давление в вакуумной системе контролируется с помощью вакуумметра 5. При достижении рабочего вакуума включают блок 21 измерения тока, оптический датчик 16 частоты вращения, блок 22 преобразования сигналов, самописец 19. Включают блок 20 управления двигателем, запускают двигатель 14, который через муфту 13 начинает вращать вал ввода 8 вращательного движения, что приводит в движение сильфон 9, подшипники 10, 11, 12. Вакуумметр 5 регистрирует общее давление газов, выделяющихся в ваку- умироаанный объем при разрушении циклически нагружённыхэлементов (с начала процесса и по мере его развития). Блок 21 измерения тока в обмотке двигателя регистрирует момент сопротивления ввода вращения 8. Через блок 22 преобразования сигналов данные с вакуумметра 5 и блока 21 измерения тока выводятся на самописец 19. Диск 15 имеет отверстия, которые позволяют датчику на основе фотоэлемента 17 и источника 18 света регистрировать частоту вращения входного вала ввода 8, а значит,и частоты циклического нагружения элементов эксцентрикового ввода 8 вращения - сильфона 9 и подшипников 10, 11, 12, которые пропорциональны частоте вращения входного вала. Сигналы с датчика 16 через блок 22 преобразования сигналов поступают на самописец 19.

Пример. Проводят раннюю диагностику циклически нагруженных элементов в эксцентриковом сильфонном вводе (ВЭС- 0,5), как наиболее широко распространекного механизма вакуумного оборудования. При проведении испытаний от двигателя 14 типа ПВСТ23У4 с тиристорным блоком 20 управления типа ЭТОШ через муфту 13 движение передается на входной вал ваку0 умного ввода 8. Рабочий момент в вводе передается от ведущего вала, находящегося а атмосфере, кривошипному валу, находящемуся в вакууме, при помощи глухой промежуточной втулки, которая герметично

5 соединена с корпусом ввода при помощи сильфона 9. При вращении ведущего вала втулка совершает прецессионное колебательное движение (без вращения), передавая вращение ведомому валу. При этом

0 сильфон 9, деформированный за счет рабочего эксцентриситета шеек входного вала, совершает колебательное движение. В вакуумной камере t поддерживается постоянное давление 10 Па, что обеспечивается

5 системой откачки, состоящей из насосов 3, 2 и вентилей 4. Муфта 13 имеет срезной штифт для регистрации превышения крутящим моментом допустимой величины, что соответствует частичному или полному за0 клиниванию передачи.

Регистрацию контролируемых параметров производят периодически. В начале испытаний с помощью вакууметра 5 (типа БПДВ-8-001) измеряют базовый уровень

5 давления в системе, с помощью измеряю щего устройства 21 (амперметра) определяют значение тока в обмотке двигателя, характеризующего базовый момент сопротивления на входном валу ввода 8 враще0 ния. Проведя гармонический анализ снятых характеристик на ЭВМ, определяют амплитудные спектры давления в системе и момента сопротивления. В дальнейшем используют относительные единицы изме5 рения, т.е. измерения общего давления и момента сопротивления производят относительно базовых величин в относительных единицах. На первом этапе испытаний измерения производят через каждый час рабо0 ты устройства: записывают функции изменения общего давления и момента сопротивления, амплитуды их колебаний на автоматический потенциометр типа КСП-4. Эти колебания на первом этапе определя5 ются в основном случайными факторами. Частота вращения входного вала в промежутках времени между измерениями составляет 200 об/мии. При измерении 20 об/мин. При приближении к предполагаемому наименьшему значению ресурса циклически нагруженных элементов период замеров уменьшают. (Для подшипников 11,12 и сильфона 9 ориентировочные значения ресурсов рассчитывают и проверяют экспериментально).

На втором этапе измерений после наработки вводом ВЭС-0,5 9-10 циклов нагруже- ния (в оборотах входного вала) регистрацию контролируемых параметров производят через каждые 20 мин работы устройства при частоте вращения входного вала 20 об/мин. Результаты измерений выводят на автоматический потенциометр 19 через блок 22 преобразования сигналов. Величина момента сопротивления на первом этапе из- мерения и в начале второго возрастает незначительно, также как и амплитуда его колебаний (в 1,1-1,3 раза). Общее давление в системе практически не меняется. При наработке 1,53-10 оборотов входного вала наблюдается возрастание момента сопротивления. Производимый анализ частот колебания момента сопротивления позволяет установить, что частота, соответствующая наибольшей амплитуде спектра колебания момента сопротивления,совпадает с частотой нагружения элементов, входящих в подшипники 11.

Заклинивание подшипника наступает при наработке 2, 07-10хоборотов входного вала, К моменту заклинивания момент сопротивления увеличивается в 2,5 раза. Амплитуда колебаний момента сопротивления носит возрастающий характер (фиг. 2).

Используя полученные характеристики, определяют место отказа и устанавливают возможность определения времени наступления отказа. Для исследуемого ввода дви- жения отказ наступает через 5, 4-10 оборотов входного вала после начала роста момента сопротивления и амплитуды его колебаний.

После замены подшипников 11 испытания продолжают. Периодичность регистрации контролируемых параметров сохраняется прежней. При наработке вводом 6,1 10оборотов регистрируют увеличение общего давления в камере 1 и амплитуды его колебаний. После этого измерение давления проводят непрерывно. Частота пульсаций давления совпадает с частотой вращения входного вала. Характерная картина изменения давления в камере изображена на фиг. 3.

От,.та обнаружения пульсаций общего Давления до падения давления в системе до 10 Па передача нарабатывает 1, 2 1и циклов. Таким образом, момент появления пульсации общего давления с частотой .циклического нагружения сильфонэ 9 определяет момент раскрытия микротрещины на сильфоне. На основании этого устанавливают возможность прогнозирования динамики развития микротрещины в сильфоне, и как следствие - падения давления в системе до допустимого значения, определяемого требованиями технологического процесса.

Предлагаемый способ диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов вакуумного оборудования позволяет установить момент возникновения отказа на ранней стадии и, контролируя интенсивность развития дефекта, прогнозировать момент выхода из строя диагностируемых элементов вакуумного оборудования. Это позволяет существенно сократить количество плановых ремонтов, снизить простои оборудования из-за ремонтов, практически полностью использовать ресурс работы элементов и сократить потери по незавершенному производству.

Формула изобретения

Способ диагностики технического состояния циклически нагруженных элементов вакуумного оборудования, заключающийся в том, что в вакуумирован- ном объеме с испытуемыми элементами определяют амплитудный спектр колебаний параметра давления и амплитуды частоты параметров циклического нагружения элементов, с учетом которых судят о состоянии элементов, отличающийся тем, что, с целью удешевления испытаний и повышения чувствительности и точности установления места отказа путем разделения отказов кинематических пар и герметизирующих элементов, работающих с одинаковой частотой, в качестве параметра давления определяют величину суммарного давления в вакуумированном объеме, а в качестве параметров циклического нагружения элементов определяют их моменты сопротивления, по изменению которых судят об их состоянии.

to ft ft

Изобретение относится к испытатель-; ной технике и может быть использовано для диагностики вакуумных систем. Цель изобретения - удешевление испытаний и повышение чувствительности и точности установления места отказа путем разделения отказов кинематических пар и гермети- зирующих элементов с одинаковой частотой. Регистрируют амплитудный спектр колебания общего давления и одновременно регистрируют амплитуды и частоты колебаний момента сопротивления циклически нагруженных элементов, сопоставляют полученные значения с частотами циклического нагружения элементов и по величине амплитуд и скорости их изменения судят о техническом состоянии элементов. Измерение момента сопротивления позволяет регистрировать отказы кинематических пар без измерения парциального давления характерных газов, выделяющихся из кинематических пар. Первоначально производят откачку из вакуумной камеры 1 с помощью насосов 2 и 3 до требуемого вакуума. С помощью клапанов 4 регулируют очередность подсоединения насоса 2 предварительной откачки и высоковакуумного насоса 3. Включают блок 20 управления двигателем, запускают двигатель 14, который через муфту 13 начинает вращать вал ввода 8 вращательного движения, что приводит в движение сильфон 9, подшипники 10,12,11. Блок 21 измерения тока посредством измерения тока в обмотке двигателя регистрирует момент сопротивления ввода вращения 8. Диск 15 имеет отверстия, которые позволяют датчику на основе фотоэлемента 17 и источника 18 света регистрировать частоту вращения входного вала ввода 8, а значили частоты циклического нагружения элементов эксцентрикового ввода 8 вращения - .сильфона 9 и подшипников 10, 11, 12, которые пропорциональны частоте вращения входного вала. 3 ил. сл с оо СА СЛ О о сл сэ

Me , ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ЕОИНИЦЫ

100

135 150

Фиг. 2

Обороты вх. вала ,х10

ла ,х10

5

15

Р , ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ

Единицы

10

,5

Обороты вх. вала ,хЮ

Фиг. 3

,5

Обороты вх. вала ,хЮ