Спосіб визначення технічного стану відцентрових насосів за вібраційними параметрами

Реферат: Спосіб визначення технічного стану відцентрових насосів за вібраційними параметрами включає виділення вібросигналів на резонансній частоті вібродатчика, їх нормування та виділення в них амплітудних груп. Для зняття сигналу використовуються мікроелектромеханічні первинні віброперетворювачі, причому визначення та аналіз розгінних вібраційних характеристик проводиться не лише на режимах, що встановилися, а й на перехідних режимах роботи насоса. UA 78658 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ВІДЦЕНТРОВИХ НАСОСІВ ЗА ВІБРАЦІЙНИМИ ПАРАМЕТРАМИ UA 78658 U UA 78658 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі діагностування механічних систем і може бути використана при визначенні вібраційного та технічного стану відцентрових насосів (наприклад відцентрових насосів на пожежних автомобілях). Відомий спосіб визначення технічного стану механічних систем за вібраційними параметрами, що включає виділення у вібросигналах груп та їх нормування [1]. При цьому у вібросигналах виділяють частотні групи, вимірюють амплітудні рівні складових, усереднюють їх три-п'ять разів та приймають за базові, а після наступних усереднень - за оновлені базові сигнали. Потім порівнюють усереднені рівні амплітуд складових вібросигналів з оновленими базовими сигналами по групах. Недоліком цього способу є значна тривалість визначення технічного стану механічної системи через необхідність проведення великої кількості вимірювань рівнів вібросигналів Другим недоліком є обмежена сфера застосування цього способу через те, що тривалі вимірювання та їх неодноразові усереднення вимагають підтримання протягом тривалого часу стабільного режиму роботи механічної системи, технічний стан якої визначається, що не завжди можливо. Крім того, через неодноразові усереднення результатів стає неможливим ідентифікація конкретного дефектного вузла в складі механічної системи. Найближчим аналогом є відомий спосіб визначення технічного стану механічних систем за вібраційними параметрами [2], що включає виділення вібросигналів на резонансній частоті вібродатчика, їх нормування та виділення в них амплітудних груп, причому нормування вібросигналів проводиться за обвідними, серед яких виділяють амплітудні групи, а у виділених амплітудних групах частоти сигналів, що повторюються, порівнюють з частотами власних обертових коливань рухомих елементів механічної системи. Недоліком цього способу є те, що для вимірювання вібросигналів на резонансній частоті віброперетворювача необхідні такі віброперетворювачі, що мають точно визначені резонансні частоти, а також ці резонансні частоти мають лежати у діапазоні робочих обертових частот механічної системи (насоса), що діагностується. Використання таких віброперетворювачів створює ряд обмежень щодо конструкції і типу віброперетворювачів. Також у зазначеному способі не використані можливості щодо визначення технічного стану за допомогою аналізу вібраційного стану на перехідних режимах роботи насоса. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу діагностування технічного стану відцентрових насосів за допомогою мікроелектромеханічних сенсорів (акселерометрів), що досягається за рахунок дослідження не тільки режимів роботи, що встановилися, а й перехідних. Поставлена задача вирішується тим, що як первинний віброперетворювач (ВП) використовується мікроелектромеханічний акселерометр (МЕМС), який з'єднаний через смуговий частотний фільтр (СЧФ) з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), котрий в свою чергу приєднується до комп'ютера. Вимірювання вібраційного сигналу при роботі насоса проводиться на декількох частотах обертання робочого діапазону, а також при рівномірному набиранні робочого валу насоса обертової швидкості через увесь робочий діапазон. Обробка зареєстрованих вібросигналів проводиться за допомогою дискретного та частотно-часового перетворення Фур'є. Такий аналіз дає можливість діагностувати кілька несправних вузлів у складі насоса одночасно. Визначення несправностей проводиться за допомогою порівняльного аналізу завідома справним агрегатом (насосом). Це дає змогу використовувати простішу конструкцію вимірювального пристрою з широко розповсюдженим первинним віброперетворювачем, а також збільшує можливості з аналізу несправностей шляхом розширення доступної інформації про насос. На фіг. 1 представлена блок-схема пристрою для вимірювання віброприскорень, де: 1 первинний віброперетворювач (мікроелектромеханічний акселерометр); 2 - смуговий частотний фільтр; 3 - аналого-цифровий перетворювач; 4 - комп'ютер. На фіг. 2 представлений спектр віброприскорень при розгоні досліджуваного агрегату (насоса). На фіг. 3 представлена залежність спектра віброприскорень від часу при розгоні досліджуваного відцентрового насоса, де: 1 - проходження сьомої кратності обертової частоти через резонанс; 2 - частоти, кратні обертовій частоті насоса; 3 - обертова частота валу насоса, кратність частот із коефіцієнтом 27. В запропонованому способі використана вимірювальна система, яка складається з первинного віброперетворювача 1, за який використовується мікроелектромеханічний акселерометр. Акселерометр встановлений безпосередньо на випробуваному відцентровому насосі, що з'єднаний через смуговий частотний фільтр 2 з аналого-цифровим перетворювачем 3, який приєднується до комп'ютера 4 (фіг. 1). Сигнал, отриманий мікроелектромеханічним 1 UA 78658 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 акселерометром від відцентрового насоса, надходить на аналого-цифровий перетворювач через смуговий частотний пристрій. За допомогою комп'ютера записується вібросигнал, який далі оброблюється за допомогою дискретного (фіг. 2) та частотно-часового (фіг. 3) перетворення Фур'є. Таким чином, за допомогою частотно-часового аналізу Фур'є можна виявити частотні складові (фіг. 3, позиція 2 і 3) сигналів, а також виявити кратні (фіг. 3, позиція 3) частоти до частоти обертання робочого валу відцентрового насоса. Спосіб визначення технічного стану відцентрових насосів за вібраційними параметрами реалізується у такій послідовності: 1. Встановлюємо мікроелектромеханічний акселерометр поруч з рухомими елементами нової механічної системи або відцентрового насоса. 2. Підключаємо послідовно блок-схему, а саме: мікроелектромеханічний акселерометр, СЧФ, АЦП, комп'ютер. 3. Вимірювання вібраційного сигналу при роботі відцентрового насоса проводиться на декількох частотах обертання робочого діапазону, а також при перехідному режимі з рівномірним набиранням частоти обертання робочого валу насоса через увесь робочий діапазон. Тобто частота обертання робочого валу відцентрового насоса складає 1000 об./хв. За допомогою комп'ютера проводиться визначення та аналіз вібраційних характеристик на номінальному режиму роботи насоса. Аналогічно ця процедура проводиться і для частоти обертання робочого валу насоса 1500 об./хв., 2000 об./хв., 2500 об./хв., 2700 об./хв. Потім знову запускається відцентровий насос та встановлюється частота обертання робочого валу 1000 об./хв., після чого плавним рухом педалі акселератору частота обертання робочого колеса піднімається до 2700 об./хв. За допомогою комп'ютера проводиться визначення та аналіз розгінних вібраційних характеристик на перехідних режимах роботи відцентрового насоса (номінальному, оптимальному, експлуатаційному, граничному або максимальному). Обробка зареєстрованих вібросигналів проводиться за допомогою дискретного та частотночасового перетворення Фур'є. Визначення несправностей проводиться за допомогою порівняльного аналізу з заздалегідь справним відцентровим насосом. Запропонований спосіб був випробуваний на пожежному автомобілі при перевірці працездатності відцентрового пожежного насоса ПН-40УВ. Перевірка відцентрового пожежного насоса проводилася на різних режимах роботи насоса, як з фіксованою частотою обертання робочого валу (1000 об/хв., 1500 об./хв., 2000 об./хв., 2500 об./хв., 2700 об./хв.), так і на перехідному режимі з наростаючою частотою (від 1000 об./хв. до 2700 об./хв.). Таким чином, використання зазначеного способу дає змогу використовувати мікроелектромеханічні акселерометри замість більш складних первинних віброперетворювачів, а також розширює способи отримання інформації для створення вібродіагностичних ознак технічного стану за рахунок аналізу перехідних процесів роботи відцентрового насоса. Джерела інформації: 7 1. Пат. 2177607 Российская Федерация, МПК G01М 13/04. Способ и устройство диагностирования циклически функционирующих объектов / Тэттэр В.Ю., Щедрин В.И., Горохов А.А.; заявитель и патентообладатель Государственное унитарное предприятие Центр внедрения новой техники и технологий "Транспорт". - № 2000120090/28; заявл. 27.07.00; опубл. 27.12.01. 2. Пат. 5721 Україна, МПК G01Н 17/00. Спосіб визначення технічного стану механічних систем за вібраційними параметрами / Дячук В.В., Сухоруков І.В., Зарубін М.А.; заявник і патентовласник дочірнє підприємство наук.-дослід. ін-т нафтогазової промисловості Національної акціонерної компанії НАФТОГАЗ України. - № 20040806628; заявл. 09.08.04; опубл. 15.03.05, Бюл. №3. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб визначення технічного стану відцентрових насосів за вібраційними параметрами, що включає виділення вібросигналів на резонансній частоті вібродатчика, їх нормування та виділення в них амплітудних груп, який відрізняється тим, що для зняття сигналу використовуються мікроелектромеханічні первинні віброперетворювачі, причому визначення та аналіз розгінних вібраційних характеристик проводиться не лише на режимах, що встановилися, а й на перехідних режимах роботи насоса. 2 UA 78658 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3