Введение к работе
Актуальность темы исследования. Большинство современных систем автоматизированной диагностики лопаточного аппарата работают только периодически, при выводе турбоагрегата из эксплуатации, когда температура в давление в зоне расположения лопаток снижаются до необходимых пределов. Как правило, результаты диагностики состояния лопаточного аппарата .турбомашин используются для формирования базы данных о закономерностях износа лопаток, отличающихся друг от друга технологией восстановления или упрочнения. Систематизация этих данных позволяет прогнозировать поведение лопаток при различных условиях.
При этом, если для поочередного прохождения лопаток в зоне расположения измерительного преобразователя используется вращение вала, то результаты диагностики представляют собой дискретные периодические последовательности, элементы которых расположены в порядке следования лопаток в зонеустановки измерительного преобразователя.
Для формирования базы данных в виде набора множеств, содержащих результаты измерений параметров каждой лопатки по мере ее износа, сдвиг индексов элементов последовательностей должен быть известен при каждом очередном измерении любым методом. Поэтому традиционно каждое измерение параметров лопатки проводится совместно с измерением угловых координат. Анализ известных методов диагностики лопаточного аппарата турбин различного назначения показывает, что для измерения угловых координат на практике'используют или специализированный синхродатчик прохождения метки на валу, однозначно определяющий только положение начала отсчета, а угловые координаты любой лопатки определяются расчетным путем, или преобразователь "угол-код", показания которого регистрируются синхронно с параметрами лопатки.
Однако, если для проведения однократного измерения аппаратные способы удобны, то при формировании базы данных по результатам многократных измерений с длительными перерывами между ними они не обеспечивают необходимую надежность информации. Это обусловлено тем, что:
во-первых, при ремонтах турбомашин возможны повреждения шкал преобразователя или смещение метки синхродатчика;
во-вторых, при формировании базы данных на основе совместного использования информации, полученной различивши методаші, положения
начал отсчета и направления обхода моїут не совпадать и даже быть неизвестными в силу специфики каждого из методов;
в-третьих, исследуемая турбомашипа может не иметь штатных синхродатчика или преобразователя, а их установка потребует дополнительных затрат и изменений в конструкции, что допустимо далеко не всегда.
Поэтому в диссертационной работе исследуется возможность отказа от совместных измерений диагностируемых параметров и угловой координаты за счет построения системы косвенного измерения угловой координаты без применения специализированного датчика.
При отсутствии датчика результаты измерений, выполненных в различное время, будут представлять собой периодические последовательности с неизвестным сдвигом индексов между их элементами.
В диссертационной работе показано, что, благодаря наличию естественного , технологического разброса диагностируемых параметров лопаток, находящихся в различных угловых положениях на валу, последовательности результатов измерений носят статистический характер и в силу зтого содержат информацию об угловой координате. Для преобразования этой информации в работе предлагается специальная методика косвенного измерения угловых жоордннат, определяются границы ее применения и проводится экспериментальная проверка. Механизм принятия решения в предлагаемой методике основан на том, что угловое положение каждой лопатки на валу однозначно определяется ее номером. В ; силу этого для оценки углового положения достаточно установить номер лопатки. При этом доверительный интервал оценки стящвается в точку, а доверительная вероятность характеризует вероятность принятия данного решения. Тогда измерение угловых координат, основанное на оценке сдвига индексов между элементами периодических последовательностей, может рассматриваться, как селекция единственного класса в группе, т.е. единственного истинного положения сдвига из дискретного конечного множества возможных его значений.
Важное преимущество такого подхода заключается в возможности использования единственного критерия качества оценки - вероятности принятия правильного решения.
Целью исследований является:
1. Обоснование методики косвенного измерения угловых координат, использующей оценку величины сдвига индексов элементов последовательностей результатов многократных измерений, выполненных в
процессе диагностики, а также оценка эффективности ее практического применения при формировании базы данных о темпах износа лопаток турбомашин.
-
Установление границ применимости методики косвенного измерения угловых координат при различных законах распределения результатов измерений и инструментальных погрешностей, а также при наличии плавных и скачкообразных временных изменений параметров объекта диагностики.
-
Разработка программно-аппаратной реализации системы измерения угловых координат при диагностике лопаточного аппарата турбомашин на основе предложенной методики .
Предметом исследования в диссертационной работе являются условия применимости методики косвенного измерения угловых координат при формировании баз данных о темпах износа лопаточного аппарата турбин.
Метод исследования- это методы статистической оценки параметров, селекции, робастной и адаптивной фильтрации, методы статистического моделирования.
Научная новизна результатов работы заключается в
-
Обосновании возможности косвенного измерения угловых координат в системах технической диагностики лопаточного аппарата, и разработке соответствующей методики.
-
Исследовании границ применимости методики косвенного измерения угловых координат, основанной на оценке сдвига индексов между элементами периодических последовательностей, в системах технической диагностики при различных плавных временных изменениях параметров объекта диагностики.
-
Исследовании границ применимости методики косвенного измерения угловых координат при аномальных скачкообразных временных изменениях параметров объекта диагностики.
Практическая ценность результатов заключается в возможности упрощения аппаратуры диагностических комплексов за счет перехода от совместных измерений диагностируемых параметров и угловых координат к косвенным измерениям угаовых координат; разработке систем измерения угловых координат, реализующих предложенную методику, эффективность которых подтверждена при эксплуатации программно-аппаратных комплексов для диагностики лопаточного аппарата.
Реализация результатов р а б о т ы. Теоретические результаты работы ориентированы на применение прежде всего при обработке данных в информационно-измерительных системах диагностики вращающихся (циркулирующих) объектов, при формировании баз данных.
Кроме того, результаты работы использованы при синтезе имитатора круговых диаграмм обратного рассеяния объектов сложной формы из набора простых элементов, а также при разработке программно-аппаратного комплекса для обработки микрофотографий и тенеграмм эрозионного рельефа кромок лопаток турбин.
Практическим результатом работы является создание и выпуск мелкой серии .комплексной системы для диагностики лопаточного аппарата турбомашин.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Показано, что в автоматизированных системах диагностики
лопаточного аппарата существует возможность косвенного измерения
угловых координат, основанного на оценке сдвигов индексов элементов
последовательностей результатов измерения диагностируемых параметров и
разработана соответствующая методика.
-
Получены выражения и графики, позволяющие оценить границы применимости методики косвенного измерения угловых координат при различных плавных и скачкообразных временных изменениях параметров объекта диагностики.
-
Разработана и испытана на практике система косвенного измерения угловых координат в комплексах для диагностики лопаточного аппарата.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты ее практического приложения в различных областях докладывались и обсуждались на: 45-48 Научно-технических конференциях С-ПбГЭТУ, 1992-1995 г.г., Научно-практической конференции "Критерии экологической безопасности".- С.-Пб., 1994, VI Всесоюзной конференции "Проблемы метрологического обеспечения систем обработки измерительной информации", М, ГК СССР по стандартам, 1987 г., IV Всесоюзной конференции по антенным измерениям (ВКАИ-4), Ереван, 1987 г.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в шести публикациях, в том числе в трех статьях и трех тезисах докладов.
Структура и объем р а б о т ы . Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 95 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 103 страницах машинописного текста. Работа содержит 67 рисунков.