Динамика роторов с усталостными трещинами и повышение эффективности вибрационных методов их обнаружения

• Автор: Малышева, Татьяна Васильевна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВИБРОДИАГНОСТИКИ РОТОРНЫХ МАШИН И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Обоснование выбора объекта исследования
1.2 Общие положения виброакустической диагностики роторных машин13
1.2.1 Цели и задачи виброакустической диагностики
1.2.1.1 Диагностика состояния технического объекта
1.2.1.2 Оценка запаса устойчивости, износа, надежности роторов
1.2.1.3 Задачи классификации состояний роторных машин
1.2.1.4 Разделение источников вибраций и шумов
1.2.1.5 Определение динамических характеристик роторных систем
1.2.2 Диагностические модели роторов
1.3 Анализ существующих методов виброакустической диагностики роторов
1.4 Условия проведения диагностики роторных машин
1.4.1 Словарь диагностических признаков неисправностей роторных машин
1.4.2 Выбор места установки вибропреобразователя
1.4.3 Выбор полосы частот предварительной обработки сигнала
1.4.4 Выбор режима работы роторной машины при диагностике
1.5 Цель и задачи диссертации
2 . ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ РОТОРА
2.1 Лабораторная установка
2.1.1 Конструкция лабораторной установки
2.1.2 Подшипники качения
2.2 Измерение вибраций роторной системы на подшипниках качения
2.2.1 Измерительная система
2.2.1.1 Датчик ускорения 4370
2.2.1.2 Датчик измеряющий частоту оборотов ММ 0024
2.2.1.3 Перестраиваемый полосовой фильтр 1621
2.2.1.4 Двухканальный анализатор сигналов 2034
2.2.1.5 Портативный виброметр 2511
2.2.1.6 Фазометр 2971
2.2.1.7 Магнитофон 7005

2.2.1.8 Частотомер СЧ
2.2 Л .9 Г енератор сигналов
2.2.1.10 Аналого-цифровой преобразователь
2.2.1.11 ЭВМ
2.2 Методика и результаты измерения вибраций
2.3 Методика частотного анализа вибросигнала
2.3.1 Исходная вибродиагностическая информация
2.3.2 Основные возможности частотного анализа
2.3.3 Частотный анализ вибраций лабораторной установки
2.4 Экспериментальный модальный анализ
2.4.1 Основные положения экспериментального модального анализа
2.4.1.1 Предположения модального описания
2.4.1.2 Модель с модальными параметрами
2.4.1.3 Модальные параметры
2.4.1.4 Модальное пространство
2.4,2 Экспериментальное определение модальных параметров лабораторной
установки
2.5 Методика статистического анализа вибросигнала
3. РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИЙ РОТОРА
3.1 Математическая модель ротора
3.1.1 Конечно-элементная модель
3.1.2 Этапы расчета конечно-элементной модели
3.1.3 Статический анализ
3.2 Аналитический анализ мод колебаний
3.2.1 Основные положения модального анализа
3.2.2 Последовательность метода сложения форм колебаний
3.2.3 Динамический анализ
3.3 Параметры усталостных трещин
3.3.1 Закономерности развития усталостных трещин
3.3.2 Основные параметры усталостных трещин в испытываемых образцах
3.3.2.1 Получение усталостных трещин резонансными методами
3.3.2.2 Определение скорости роста трещины
3.4 Расчет напряжений в образцах
3.4.1 Применение модального анализа для вычисления напряжений

3.4.2 Определение погрешности подсчета напряжений
3.5 Расчет коэффициентов жесткости лабораторной установки
3.5.1 Кинематические соотношения подшипников качения
3.5.2 Жесткости опор установки - подшипников качения
3.5.3 Жесткости корпусов опор
3.6 Расчетное исследование влияния технологических погрешностей роторной системы
3.6.1 Дифференциальные уравнения движения системы
3.6.1.1 Дифференциальные уравнения, описывающие колебания неуравновешенного ротора
3.6.1.2 Дифференциальные уравнения движения системы относительно неподвижной системы координат
3.6.2 Дифференциальные уравнения, описывающие колебания при несоосности в роторной системе
3.6.3 Решение дифференциальных уравнений с различными неисправностями в
роторной системе
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ ТРЕЩИНЫ В РОТОРЕ
4.1 Диагностическая модель роторной системы
4.1.1 Выбор диагностических признаков
4.1.2 Эмпирическая диагностическая модель
4.2 Диагностика усталостной трещины на основе разработанной диагностической модели
4.2.1 Процедура диагностики роторной системы
4.2.2 Определение глубины трещины
4.2.3 Определение местоположения трещины
4.2.4 Диагностика лабораторной установки с помощью предложенной диагностической модели
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Словарь диагностических неисправностей в роторной
системе
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Чертежи лабораторной установки
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Тестирование пакета прикладных программ STARDYNE 165 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Собственные формы роторной системы

окрестностях собственной частоты для системы с трещиной в [110]. Увеличение амплитуды в спектре на частоте равной 1/3 от критической скорости используется для диагностики трещины в [91]. Уменьшение амплитуды вибраций на частоте равной 1/2 от первой критической, изменение форм кривых жесткостных характеристик служит индикатором появления трещины в [117].
Словарь диагностических признаков неисправностей роторной системы приведен в приложении №1.
1.4.2 Выбор места установки вибропреобразователя.
Вибродиагнострование роторных механизмов требует правильного выбора места установки вибропреобразователя. Сигнал, полученный на выходе вибропреобразователя, в значительной степени зависит от места установки, способа его крепления, ориентации относительно вибрируемой поверхности. Установлено, что вибропреобразователь необходимо устанавливать как можно ближе к кинематической паре - объекту диагностирования. Решение о месте установки вибропреобразователя на объекте диагностирования принимается на основании обстоятельного экспериментального исследования. После измерений в зависимости от целей контроля можно оценить пространственное распределение уровней вибрации по поверхности механизма и определить источник повышенной вибрации, либо оценить среднеквадратичное значение уровней вибрации, характеризующих общую виброактивность механизма. Необходимо минимальное количество датчиков, выделенных для контроля конкретного механизма, разместить в тех точках, в которых в наибольшей степени необходим контроль [4, 47, 54, 61]. Чтобы оптимально расставить вибродатчики и определить минимально необходимое их количество, нужно найти точки, в которых изменение вибрации с достаточной чувствительностью отражает изменение технического состояния системы. Для сокращения избыточной информации, которую несут измерения вибрации в контрольных точках, пользуются методами теории распознавания образов [3, 47].
В роторных механизмах, например, наиболее целесообразно подключение датчиков на опорах подшипников, а также входном и выходном валах, с последующей оценкой совместных двумерных характеристик [18]. Подшипники - наилучшее место для измерения вибраций оборудования, так