Введение к работе
Актуальность темы. Возникающие при вращении деталей механические напряжения приводят к образованию различного рода дефектов: упругой и неупругой деформации тела, как целого, так и отдельных его частей; образованию внутренних дефектов в виде трещин, разрушению сварных соединений и т.д.; износу подшипников и других трущихся поверхностей. Изучение динамики и диагностика Оыстровращающихся тел является актуальной проблемой современной техники.
Применяемые в настоящее время бесконтактные методы контроля динамических объектов позволяют в основном измерять виброшумовые характеристики или изменение размеров вращающегося тела в строго определенном его сечении и на основе полученных данных производить расчет диагностируемых параметров. Данные методики не позволяют непосредственно в реальном масштабе времени отслеживать смещение вращающейся детали по отношению к основанию или отдельных частей вращающегося тела относительно его геометрической оси при достаточно большой амплитуде колебаний тела, как целого, и соответственно измерять в динамическом режиме изменение формы и размеров тела. Для контроля состояния внутреннего объема статических объектов широко развиты различные методы ультразвуковой дефектоскопии. Однако до настоящего времени не проводились исследования возможности применения методов активной ультразвуковой дефектоскопии для контроля вращающихся тел в динамическом режиме.
Применению оптических методов для исследования динамики Оыстровращающихся тел и посвящена данная работа.
Цель и задачи работы. Целью работы является исследование возможности применения оптических методов для изучения динамики к диагностики быстровращающихся тел. Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Теоретический анализ и экспериментальное определение характеристик оптических методов исследования динамики Оыстровращающихся тел.
-
Создание методики измерений и обработки сигналов с оп-
тических датчиков для измерения смещения различных частей вращающегося тела при скорости вращения от 0 до 500 об/сек; определение чувствительности и погрешностей измерений создаваемой оптической измерительной системы.
-
Исследование динамики некоторых вращающихся тел оптическими методами с помощью разрабатываемой измерительной системы.
-
Исследование возможности применения ультразвуковых методов для дефектоскопии внутреннего объема вращающегося тела в динамическом режиме.
Научная новизна работы. Основные научные результаты работы сводятся к следующему:
-
Проведено теоретическое и экспериментальное исследование возможности применения теневого метода для исследования динамики быстровращающихся тел. Применены методы фазовой дискретизации и усреднения сигнала, поступающего с фотоприемников оптической измерительной системы.
-
Разработана и создана оптическая двухлучевая автоматизированная измерительная система, позволяющая с порогом чувствительности 0.5 мкм проводить измерения смещения различных частей тела вращающегося со скоростью до 500 об/сек. Получены экспериментальные зависимости смещения частей электродвигателя и турбины центробежного насоса для различных скоростей вращения, соответствующие амплитудно-частотные и фазо-частотные зависимости.
-
Экспериментально показано, что методы активной ультразвуковой диагностики могут быть применены для дефектоскопии быстровращающихся тел, при этом оптические методы позволяют передать сигнал с пьезоприемника, закрепленного на вращающемся теле, на регистрирующую аппаратуру.
-
Получены экспериментальные зависимости изменения формы ультразвукового импульса при различных скоростях вращения, для модели трещины в корпусе турбины центробежного насоса.
Практическая ценность работы. На основе проведенных исследований :
- Разработана оптическая измерительная система, которая
может быть применена для контроля качества сборки различных быстровращающихся деталей, определения текущего состояния турбин, роторов и т.п. в процессе их работы.
- Предложенный в работе способ активной ультразвуковой диагностики может быть использован для дефектоскопии различных вращающихся тел в динамическом режиме.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [1-6,9] и докладывались на:
Международной конференции "Прикладная оптика - 96", Санкт-Петербург, 1996г.;
Международной научно-технической конференции по использованию результатов конверсии науки в вузах Сибири для международного сотрудничества (СИБКОНВЕРС - 95), Томск, 1995г.;
Международной конференции "Моделирование технологических процессов и систем в машиностроении", Хабаровск, 1994г.
Поданы 4 заявки на предполагаемые изобретения, по двум из них получены положительные решения на выдачу патентов [7,8].
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, шесть глав, заключение, список литературы и приложение. Общий объем работы составляет 142 страницы, включая 39 рисунков, 4 таблицы и библиографию из 140 наименований. Приложение содержит принципиальные схемы электрических блоков и акт внедрения.
-
Оптический теневой метод позволяет измерять смещение поверхности быстровращающегося тела при скорости вращения до 500 об/сек с порогом чувствительности не менее 0.5 мкм и погрешностью от ±2% до ±15% в интервале от 0 до 1000 мкм.
-
Применение метода фазовой дискретизации и многократного усреднения сигнала с оптических датчиков позволяет использовать теневой метод для исследования динамики быстровращающихся тел при наличии больших шумов и случайных колебаний исследуемого тела.
-
Двухлучевая методика измерений, применяемая совместно с
методом фазовой дискретизации и усреднением сигнала с оптических датчиков, позволяет определять относительные смещения различных частей вращающегося тела с порогом чувствительности 0.5 мкм и получить качественно новые экспериментальные данные в сравнении с традиционными методами диагностики вращающихся тел.
4. Методы активной ультразвуковой дефектоскопии могут быть применены для быстровращающихся тел с использованием оптических методов передачи сигнала с пьезоприемника на регистрирующую аппаратуру.
