Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Вибрационная диагностика зубчатых передач и подшипников 19
1.1. Методы обработки сигналов, применяемых при исследованиях вибрационной динамики машин 19
1.1.1. Методы обработки сигналов вибрации при одноканальных измерениях 19
1.1.2. Методы анализа стохастической связи случайных процессов при многоканальных измерениях 32
1.2. Диагностирование эксплуатационных дефектов редукторов 39
1.2.1. Дефекты зубчатой передачи 40
1.2.2. Эксплуатационные дефекты подшипников качения 43
1.2.3. Эксплуатационные дефекты подшипников скольжения 50
ГЛАВА 2. Диагностика зубчатых передач и подшипников с использованием анализа содержания про дуктов износа в масле 52
2.1. Основные характеристики и виды изнашивания 52
2.2. Кинетическая интерпретация изнашивания 59
2.3. Термодинамическая интерпретация изнашивания 60
2.4. Применение рентгеновских методов исследования 61
2.5. Влияние величины зерен и их распределения на интенсивность флуоресценции 66
ГЛАВА 3. Исследование технического состояния главных редукторов рыбопромысловых судов 69
3.1. Описание исследуемых редукторов рыбопромысловых судов 69
3.1.1. Редуктор LS-2200 судов проекта 1332 типа "Баренцево море" . 69
3.1.2. Редуктор MAV-90-30 судов проекта В-408 типа "И. Бочков" 73
3.1.3. Редуктор TKG2-0350 судов типа "Атлантик - 333" 75
3.1.4. Редуктор 10 AD-2x 1400x3,27 типа "Атлантик - 488" 78
3.1.5. Редуктор "Киев" судов проекта 503 типа "Альпинист" 81
3.1.6. Редуктор LS2-3500 судов проекта 1386 типа "Горизонт" 84
3.2. Результаты исследования вибрации 88
3.3. Результаты исследования технического состояния по продуктам износа в масле 97
ГЛАВА 4. Технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов 102
4.1. Режим и объем контроля 103
4.2. Требования к применяемой аппаратуре 104
4.3. Критерии оценки технического состояния редуктора 105
4.4. Периодичность и сроки проведения контрольных замеров 110
4.5. Постановка редуктора на хранение 110
4.6. Профилактические работы и контроль качества масла редуктора.. 111
ГЛАВА 5. Результаты испытаний и внедрения технологии
Заключение 136
Приложение 140
Список литературы
- Методы анализа стохастической связи случайных процессов при многоканальных измерениях
- Термодинамическая интерпретация изнашивания
- Редуктор LS-2200 судов проекта 1332 типа "Баренцево море"
- Периодичность и сроки проведения контрольных замеров
Введение к работе
В развитии рыбопромышленной отрасли и обеспечении населения страны рыбной пищевой продукцией решающую роль играет промысловый флот.
Работа рыбной промышленности в условиях перехода к рыночной экономике остро поставила вопрос о снижении себестоимости рыбопродукции. С учетом низкой производительности труда на лове рыбы, обусловленной несовершенством его технологии, важнейшее значение приобретает снижение непроизводительных эксплуатационных затрат на содержание добывающего флота, большую часть которых составляют затраты на судоремонт. Кроме того, следует отметить тот факт, что флот рыбного хозяйства продолжает стареть. Общий физический износ промыслового флота составляет 51 %. Данные по возрастному составу основных групп промысловых судов приведены в таблице 1 [58].
Таблица 1 Возрастной состав промыслового флота
За пределами нормативных сроков службы находятся 31 % крупных и больших, 45 % средних и около 75 % малых и маломерных судов.
Количественная, качественная и возрастная структура добывающего флота Мурманской области представлена в таблице 2.
Таблица 2 Добывающий флот Мурманской области
Из приведенных данных видно, что 112 судов или 40 % добывающего флота Мурманской области имеют срок службы более 20 лет, т.е. превышен нормативный срок эксплуатации.
Эксплуатация старых судов требует увеличение объемов судоремонтных и модернизационных работ. Это сказывается на техническом состоянии флота, приводит к росту затрат на ремонт и удорожанию продукции.
Рассматривая вопросы диагностики судового оборудования, следует отметить, что кардинальным средством, обеспечивающим решение задачи поддержания надежного и эффективного функционирования флота, становится переход от традиционной системы его эксплуатации "по расписанию" к эксплуатации "по состоянию", обеспечивающей экономию трудовых, производственных и топливно-энергетических ресурсов.
Технология эксплуатации "по состоянию" предусматривает оптимизацию ремонтно-технического обслуживания оборудования и управления процессом его работы на основе данных о реальном техническом состоянии и характеристиках каждой конкретной единицы оборудования, а также данных об их изменении во времени.
В этих условиях вывод в ремонт и мероприятия по восстановлению технического состояния оборудования в процессе эксплуатации проводятся не в нормативно установленные сроки, а по мере необходимости.
Объективная оценка технологического состояния судового оборудования перед плановыми ремонтами позволяет снизить затраты на ремонт на 20-25 % их планового объема. Такой эффект достигается за счет исключения из объема ремонта ряда обязательных контрольных процедур, связанных с разборкой оборудования, на основании результатов его безразборной диагностики. Наибольшие демонтажно-монтажные затраты приходятся на элементы главных энергетических установок (ГЭУ) судов: главные двигатели, главные редукторы, валогенераторы, линии валов, поэтому разработка технологий технической диагностики элементов ГЭУ имеет важное прикладное значение.
Целью данной работы является разработка технологий безразборной технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов с использованием вибрационного канала информации и анализа продуктов износа в масле по методу рентгеновского флуоресцентного анализа.
Основные методы анализа сигналов вибрации машин и вибрационная диагностика трения и износа в зубчатых передачах и подшипниках рассмотрены в Главе 1. При этом за основу рассмотрения принят важный для экспериментальных исследований фактор необходимого числа синхронно контролируемых каналов измерений (одноканальные и многоканальные измерения). Особое место отводится методам, обеспечивающим получение результатов анализа при одноканальных измерениях, сравни-
мых по полноте и эффективности с результатами анализа на основе многоканальных измерений.
В последнее время большая часть исследований в области прикладной динамики машин в той или иной мере связана с анализом аномальной динамики машин, обусловленной воздействием на неё монтажных и эксплуатационных дефектов таких, как расцентровка агрегатов, увеличенные вследствие износа зазоры в кинематических парах, отклонения в режиме трения и т. д.
Дефекты, как правило, вносят существенную нелинейность в динамическую систему, поэтому современный этап изучения динамики машин характеризуется повышенным интересом к использованию новых методов теории динамических систем, как в теоретических, так и в экспериментальных исследованиях. Если в теоретических исследованиях на уровне анализа расчётных моделей при условии использования современной вычислительной техники применение этих методов достаточно отработано и не встречает значительных трудностей, то в экспериментальной практике в этом направлении сделаны лишь первые шаги, да и то на уровне лабораторного эксперимента с простейшими динамическими системами. В тоже время результаты теоретических исследований показывают, что динамическое поведение реальных машин может быть весьма сложным и характеризуется значительной нелинейностью в смысле влияния на характер динамического процесса малых изменений управляющего параметра, в качестве которого могут выступать параметры упругости, демпфирования, амплитуда и частота внешнего воздействия на систему. Одним из важнейших выводов теории следует признать тот факт, что даже при незначительных нелинейностях в системе детерминированное внешнее воздействие может порождать неустойчивое, случайное поведение в системе вплоть до тотальной хаотизации движения системы в реальном пространстве и в фазовом пространстве динамики. Очевидно, что такие выводы не могут игно-
рироваться при оценке реальной динамики машин, так как малые изменения управляющих параметров напрямую связаны с варьированием режимов работы машин и с неизбежными дефектами, возникающими как в процессе монтажа, так и входе эксплуатации машин. Указанные выводы теории находятся в согласии с реальным опытом испытаний и эксплуатации машин. Именно влиянием малых изменений управляющего параметра можно объяснить значительный разброс результатов контроля вибрации серии однотипных машин на испытательных стендах, стендах заводов изготовителей и ремонтных заводов, внезапные существенные изменения характера вибрации машин в процессе эксплуатации. В качестве малых изменений управляющего параметра можно рассматривать также развитие эксплуатационных дефектов машин во времени. Поэтому применение методов современной теории динамических систем при экспериментальном исследовании динамики машин имеет важное значение при решения основной задачи динамики, условная схема которой приведена на рис. 0.1.
Как видно из рисунка, основными процедурами при решении динамической проблемы применительно к машинам являются процедура идентификации машины в виде математической динамической модели, а также процедура обработки сигналов, получаемых с реальной машины, и аналогичных сигналов получаемых на выходе динамической модели и сравнение результатов обработки. Последнее обстоятельство наиболее важно, так как показывает, что модель машины, полученная только на основе применения процедуры идентификации, не может рассматриваться, как адекватная реальной машине, о чем свидетельствует прогноз существенного первоначального отличия модельного сигнала от реального. Априори считается, что эти отличия характера сигналов в основном связаны с монтажными и эксплуатационными дефектами, которые неизбежно присутствуют у реальной машины, но первоначально не учтены в модели. Целью сравнения результатов обработки сигналов является выработка рекомендаций по воз-
є нти
МАШИНА
МОДЕЛЬ МАШИНЫ
Реальный сигнал'вибрации
Расчётный сигнал вибрации
Эбр сигн
Сравнение.
МОДЕЛИ л ДЕФЕКТОВ
Выработка рекомендаций по моделированию дефектов
Рис. 0.1. Условная схема основной задачи прикладной динамики машин
можной комбинации дефектов, характерной для данного типа машин и разработка моделей этих дефектов с тем, чтобы все возможные варианты динамического поведения реальной машины могли бы получить адекватное отображение на уровне модели.
На рис. 0.1 частичным или полным заполнением выделены блоки решения задачи, относящиеся к экспериментальным исследованиям динамики машин.
Так как настоящая работа относится к области экспериментальной динамики машин, появляется возможность определить место работы в решении задачи анализа динамики машин. Основное внимание будет уделено исследованию вибрационной динамики реальных машин и разработке технологии технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов.
Современные методы анализа вибрационных процессов, применяемые при анализе динамики машин, можно условно разделить на две группы (рис. 0.2): аналоговые методы анализа вибрации, основанные на измерении абсолютных значений вибрационных параметров: вибросмещение, виброскорость, виброускорение в широких полосах частот и спектрально-корреляционном анализе сигналов с использованием аналоговых спектрометров и коррелометров; цифровые методы анализа вибрации, основанные на аппаратном преобразовании сигнала в цифровую форму с последующей обработкой по различным алгоритмам, из которых наиболее распространены быстрое преобразование Фурье (БПФ), кепстральный, взаимный спектральный и биспектральный анализ, фазовые оценки (карты задержки, карты "координата-скорость") процесса в широкой полосе частот. Указанные методы можно применять к анализу как стационарных, так и нестационарных сигналов.
Исторически первыми методами анализа сигналов вибрации являются аналоговые методы, однако наибольший прогресс в их развитии был
Нестационарные процессы
Г)
Стационарные процессы
)
БПФ Кепстр
Взаимный спектр
Биспектр
Фазовые оценки
Аналоговые методы
Абсолютная виброметрия в широких полосах частої
Спектрально-корреляци -онные методы, включая узкополосный анализ на анализаторах гетеродинного типа и аналоговых коррелометрах
Цифровые методы
Время-частот ный анализ с часготнонеза-висимыми ок нами
Wavelet анализ
40-е годы
Время возникновения методов
Рис. 0.2. Методы анализа вибрационных процессов в исторической ретроспективе
достигнут в начале этапа цифровых методов анализа и связан с разработкой в середине 60-х годов электронных вычислительных машин и алгоритмов быстрого преобразования Фурье, что сделало возможным реализацию таких требующих большого объёма вычислений методов, как взаимный спектральный анализ, биспектральный и кепстральный анализ. В настоящее время алгоритм быстрого преобразования Фурье составляет основу большей части анализирующей аппаратуры и применяемых методов анализа.
Фазовые оценки обычно рассматриваются лишь как оценки степени стационарности анализируемого сигнала, хотя их высокая чувствительность к изменению характера динамического процесса очевидна, что хорошо известно из опыта применения фазовых карт в теории динамических систем.
В главе 2 изложены современные представления трибологии о физических процессах протекающих в материале поверхностного слоя под действием трения, ведущих к его разрушению, рассмотрены основные характеристики и виды изнашивания. Проведен обзор форм проявления изнашивания, обращено внимание на тот факт, что в чистом виде каждый из отмеченных механизмов изнашивания практически не встречается, чаще всего преобладает ведущий механизм изнашивания и сопутствующие формы в зависимости от особенностей конструкции и условий работы узла трения.
Рассмотрено применение рентгеновских методов исследования. Рентгеновские методы исследования занимают ведущее место в изучении изнашивания, как по своим возможностям, так и по сложившейся практике применения. Особое внимание обращено на распространение для определения химического состава различных материалов рентгеноспектральныи флуоресцентный анализ. Успешному внедрению этого метода в аналити-
ческую практику способствовало развитие теоретических основ его и создание современной аппаратурной базы.
В настоящее время развитие способов рентгеноспектрального анализа в значительной мере определяется условиями его применения. Сравнение по таким критериям, как количество определяемых элементов и их концентрации, точность результатов, трудоемкость и продолжительность каждого определения, показывает, что рентгенофлуоресцентный анализ предпочтительнее, чем многие классические и современные методы. Преимуществом рентгенофлуоресцентного (РФА) анализа является также то, что рентгеновские спектры содержат сравнительно мало линий и их интерференция происходит значительно реже, чем при оптическом спектральном анализе. Имеется возможность анализа не только компактных и порошкообразных, но и жидких образцов.
К недостаткам метода можно отнести меньшую, по сравнению с оптическим, спектральным и атомно-абсорбционным методами анализа, чувствительность определения, но РФА наиболее информативен в диапазоне крупности частиц износа, характерном для трения в машинах.
Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ - один из наиболее распространенных и эффективных методов анализа самых разнообразных материалов.
Сделан вывод, что трибодиагностика (анализ продуктов износа в масле) является весьма информативным и признанным в мире методом контроля технического состояния узлов, подверженных износу и омываемых смазывающим маслом, а, по мнению ряда авиационных фирм, и предпочтительным. На наш взгляд, наибольший эффект применительно к контролю состояния главных редукторов рыбопромысловых судов достигается от совместного применения методов и средств трибо- и вибродиагностики.
В главе 3 рассмотрены особенности конструкций главных редукторов рыбопромысловых судов, изложены результаты исследования трения и износа по параметрам вибрации и результаты исследования технического состояния по продуктам износа в масле.
Объектами исследования являлись ГЭУ наиболее перспективных с экономической точки зрения проекты судов: 1332 типа "Баренцево море", В-408 типа "И. Бочков", типа "Атлантик-333", типа "Атлантик-488", "Горизонт", проекта 503 типа "Альпинист". Следует отметить, что работ, направленных на детальное исследование звуковой вибрации этих дизель-редукторных агрегатов (ДРА), ранее не проводилось.
Специальных технически обоснованных норм для оценки вибрации главных редукторов судов нет. В последнем издании "Правил классификации и постройки морских судов" морского Регистра судоходства России регламентированы предельно допустимые уровни вибрации судовых дизелей и главных турбозубчатых агрегатов (ГТЗА). В силу специфики разработки "Правил классификации и постройки морских судов" (в дальнейшем "Правил Регистра") ДРА, как отдельная группа агрегатов, в них не рассмотрены. Следуя букве "Правил Регистра", вибрацию ДРА следует нормировать по нормам вибрации для входящих в их состав дизелей. Данная работа единственная, где приводятся статистические материалы по контролю и нормированию вибрации судовых ДРА.
На первоначальном этапе был проведен общий анализ характерных особенностей вибрации судовых ДРА. Контролировалось виброускорение в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц на подшипниковых узлах валов главных редукторов. Обследование ГЭУ было комплексным, так как одновременно с вибрацией контролировались параметры работы цилиндров дизеля, крутильные колебания коленчатого вала дизеля, проводился анализ продуктов износа в масле, что позволило установить взаимосвязь между различными каналами диагностической информации.
На этапе отработки технологии диагностики вибрационное состояние элементов ГЭУ оценивалось на соответствие требованиям технической спецификации США NAVSEA TS. Н. 4730-0005, применяемой для оценки состояния судовых турборедукторных агрегатов. Сравнение с требованиями спецификации показало, что вибрация нормально функционирующих редукторов, входящих в состав ГЭУ рыбопромысловых судов не может быть причиной их усталостного разрушения. Таким образом, большинство отмеченных случаев аварийного разрушения деталей и узлов редукторов могут быть вызваны либо нарушениями условий их эксплуатации, либо дефектами монтажа
Предварительные выводы о характере виброактивности элементов ГЭУ определили требования к методике технической диагностике, которая должна быть направлена на выявление дефектов монтажа, последствий нарушения условий эксплуатации и естественного износа деталей и узлов элементов ГЭУ.
В целях повышения достоверности диагноза дополнительно предусмотрен анализ продуктов износа в масле главных редукторов и двигателей. Рентгеновский флуоресцентный анализ обеспечивает контроль содержания в масле примесей железа, хрома, меди, олова и свинца.
Анализ продуктов износа в маслах осуществляется на модернизированном анализаторе "БАРС-3".
Для обеспечения требований инструкции разработан анализатор вибрации на базе IBM PC, обеспечивающий как третьоктавный, так и узкополосный анализ вибрации.
Существенный экономический эффект от работ по технической диагностике привел к тому, что работы охотно заказываются судовладельцем. Многие из суда контролируются регулярно, поставлены на мониторинг технического состояния. Опыт диагностики позволяет сделать определенные выводы о надежности элементов ГЭУ.
В главе 4 разработана технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов, которая описывает: режим и объем контроля, требования к применяемой аппаратуре, критерии оценки технического состояния редуктора, периодичность и сроки проведения контрольных замеров, постановку редуктора на хранение и профилактические работы.
Принятая методика технической диагностики включает в себя контроль третьоктавных спектров виброускорения на опорах валов редуктора, сравнение их с выработанной статистической нормой и контроль спектра огибающей высокочастотной компоненты вибрации на подшипниках качения. В целях повышения достоверности диагноза дополнительно предусмотрен анализ продуктов износа в масле главных редукторов.
Разработана и принята Российским морским Регистром судоходства техническая инструкция 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле".
В главе 5 анализируются результаты использования технической инструкции 150-04.688-000 ИТ.
За период действия данной инструкции произведено диагностическое обследование ДРА 48 судов: 14 - проекта 1332 типа "Баренцево море", 7 -проекта "Атлантик - 333", 3 - проекта В - 408 типа "И. Бочков", 10 - проекта 503 типа "Альпинист", 3 - проекта 1386 типа "Горизонт", 2 - проекта "Атлантик - 488", 2 - проекта 394А, 7 - типа "И. Шаньков".
Использование методики на практике подтвердило, что большинство развивающихся в узлах машин дефектов начинают оказывать влияние на вибрацию за много месяцев до наступления предаварийной ситуации. Исключение составляют лишь некоторые из дефектов изготовления и дефекты, появляющихся в результате грубых нарушений правил эксплуатации машины.
Предложенная в диссертации технология технической диагностики главных редукторов рыбопромысловых судов позволяет обнаруживать дефекты на ранней стадии развития, наблюдать и прогнозировать их развитие, планировать ремонт машины, т.е. перейти на обслуживание и ремонт машин по фактическому состоянию.
Основные итоги работы подведены в заключении, в котором, кроме того, намечены направления дальнейших исследований по расширению области применения предложенных технологий, повышения их эффективности.
В соответствии с достигнутыми целями исследования на защиту выносятся следующие удовлетворяющие научной новизне результаты:
исследования звуковой вибрации главных редукторов судов основных серийных проектов (1332 типа "Баренцево море", "Атлантик - 333", В -408 типа "И. Бочков", 503 типа "Альпинист", 1386 типа "Горизонт", "Атлантик - 488", типа "И. Шаньков");
доказана эффективность рентгеновского флуоресцентного анализа, обеспечивающего контроль содержания в масле примесей железа, меди, хрома, никеля, олова и свинца, в диагностике дефектов главных редукторов;
разработаны критерии оценки технического состояния главных редукторов на основе контроля вибрации и анализа содержания продуктов износа в масле;
разработана и внедрена в масштабе Северного бассейна техническая инструкция по безразборной диагностике главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле.
Обоснованность научных положений, рекомендаций и достоверность результатов исследований обеспечены постановкой задачи, базирующейся на экспериментальных и статистических данных по надежности
исследуемых главных редукторов, опыте виброакустических исследований и рентгеновского флуоресцентного анализа в судостроении и машиностроении, а также безаварийной эксплуатацией главных редукторов рыбопромысловых судов в процессе мониторинга технического состояния и признанием специализированными органами Регистра результатов диагностического освидетельствования главных редукторов.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработана и внедрена в масштабе Северного бассейна техническая инструкция безразборной диагностике главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле, обеспечившая существенное снижение эксплуатационных затрат на содержание рыбопромыслового флота.
Реализация работы. Разработана и принята Российским морским Регистром судоходства техническая инструкция 150-04.688-000 ИТ "Безразборная диагностика главных редукторов рыбопромысловых судов с применением анализа вибрации и продуктов износа в смазочном масле", результаты проведенных исследований внедрены в ООО "ДиаМАНТ" г. Мурманск, в ОАО "Мурманский траловый флот", на ряде малых рыбопромышленных предприятий, используются в учебном процессе Мурманского государственного технического университета.
Дальнейшие направления исследований могут быть связаны:
с расширением круга машин, которые потенциально могут быть объектом применения разработанных методов анализа;
с распространением требований технической инструкции на суда других типов. Так, в частности, на основе положительного опыта диагностики, накопленного нами на рыбопромысловым судах, было проведено и признана специализированными органами Регистра диагностическое освидетельствование главных редукторов атомного лихтеровоза "Севморпуть".
Методы анализа стохастической связи случайных процессов при многоканальных измерениях
Характеристики стохастической связи между случайными процессами можно разделить на две группы: качественные и количественные. К первой группе относятся характеристики, описывающие форму связи. Ко второй группе относятся характеристики, позволяющие количественно оценить тесноту связи. Количественная оценка стохастической связи двух процессов x(t) и y(t) может быть получена на основе определения функции взаимной корреляции [19,22], которая для стационарных эргодических процессов с нулевым средним может быть записана в виде KJT) = Іітт і J x(t) y(t- r)dt (1.27)
Два случайных процесса, взаимная корреляционная функция которых равна нулю, называют некоррелированными или некогерентными. В ряде случаев бывает удобно ввести нормированную корреляционную функцию ( J К JO )КJO) которая может принимать значения -1 рху . 1.
Для выявления и оценки частотной неоднородности корреляционной связи из теоремы Вигнера-Хинчина может быть получена взаимная спектральная плотность мощности процессов со Sxy(co)=\Kxy(z)e-kOTdr, (1.29) -от которая носит название взаимного спектра и широко применяется при исследованиях собственных частот конструкций.
Однако, условие равенства нулю взаимной корреляционной функции является необходимым, но недостаточным для независимости случайных величин. Величины независимы только в том случае, если их совместное (двумерное) распределение вероятности является нормальным гауссов-ским. Поэтому для оценки стохастической связи процессов существенное значение имеет двумерная функция распределения вероятностей: Р(х,у) = Р {x(t) x,; у(і) Уі}, (1.30) с помощью, которой можно оценить вероятность того, что в один и тот же момент времени / значение функции x(t) находится ниже уровня х, , а значение y(t)- ниже уровня у,-. Производная функции распределения дает двумерную плотность распределения вероятностей этих же процессов: д2Р(х,у) Р(х,у) = —тгъ.— дхду и характеризует вероятность попадания мгновенных значений сигналов x(t) и y(t) в элементарный прямоугольник с вершиной в точке (х,у)и сторонами Ах, Лу при Ах—Ю, Ау—Ю. Если известна плотность р(х,у)двумерного распределения, то можно определить одномерные плотности распределения: со Р(х) = {P(x,y)dy, -со Р(У) = \p(x,y)dx и условные законы распределения при заданной значении х=х,-: Р(У /х)= р(х,у) / р(х), р(х/у) = р(х,у) / р(у). Условием независимости двух процессов x(t) и y(t) является выражение: р(х,у) = р(х)р(у). Характер стохастической связи случайных процессов у и х определяется функцией регрессии у по х : y/x=yx= M/y /x] = a(x) = J yp(y /x)dy, (1-31) -co где MJy /x]- условное математическое ожидание при условии х=х, . Соответственно функция регрессии х по у запишется в виде: со х/у = ху = М[х/у] = Р(у) = J хр(х/у)ск, (1.32) -со
По виду кривых регрессии (1.31), (1.32) нельзя судить о тесноте стохастической связи, но можно установить ее наличие или отсутствие и вид связи. Если линия регрессии прямая, то говорят о линейной связи между процессами (рис. 1.4а). Если линия регрессии - кривая, между процессами имеет место нелинейная стохастическая связь (рис. 1.46). При линии регрессии параллельной оси координат, стохастическая связь между процессами отсутствует.
По виду функции регрессии можно установить наличие функциональной связи между процессами x(t) ny(t). Если = /и(х), то согласно выражению (1.31) а(х) = /л(х). В то же время х = /и (у) = /3(у) в соответствии с выражением (1.32). Следовательно, /3(у) = а 1 (у).
Если х иу независимы, то из условий М[у/х]= М[у], М[х /у] = М[х] следует, что а(х)= ту и Р(у)= тх - прямые линии, проходящие через точку (тх,ту). Уравнение линейной регрессии у по х в случае линейной зависимости имеет вид: у /х = ту + (оу / aj рхУ (х - т.х) (1-33) где ((Ту / ad рху = Ъу/х - коэффициент линейной регрессии у по х. Аналогично уравнение линейной регрессии х по у имеет вид х/у = тх + (ах / (Ту) рху (у - ту). (1.34) Из уравнений (1.33), (1.34) следует, что нормированная функция корреляции равна среднему геометрическому из коэффициентов линейной регрессии: Рху = vby/x Ьх/у.
Линии регрессии представляют собой геометрическое место центров условных распределений, соответствующих заданным значениям одной из переменных. Мерой рассеяния вокруг центров условных распределений является дисперсия условного распределения Оу = \[y-y(x)]2p(y/x)dx, (1.35) -00 называемая "скедаксической линией".
Иллюстрацией высокой чувствительности изложенных выше характеристик стохастической связи виброакустических процессов в решении задач технической диагностики служат данные, заимствованные из работы [22,47], приведенные на рис. 1.5.
Термодинамическая интерпретация изнашивания
Наибольшее распространение для определения химического состава различных материалов получил рентгеноспектральный флуоресцентный анализ. Успешному внедрению этого метода в аналитическую практику способствовало развитие теоретических основ его и создание современной аппаратурной базы.
В 1951 г. М. А. Блохиным [12] была разработана теория флуоресцентного анализа, основанная на модели монохроматического первичного рентгеновского возбуждения. В этой теории учтены «мешающие» анализу явления избирательного поглощения флуоресцентного излучения и довоз-буждения атомов определяемых элементов и выведена зависимость интенсивности аналитической линии определяемого элемента от химического состава образца. Это позволило в первом приближении обосновать множество способов анализа, учитывающих или компенсирующих влияние химического состава проб на интенсивность аналитической линии.
В дальнейшем оказалось, что модель монохроматического возбуждения во многих случаях недостаточно хорошо описывает реальные условия эксперимента. В 1960 г. была предложена теория, основанная на возбуждении флуоресценции первичным тормозным излучением рентгеновской трубки [34,71]. Достижением этой теории явилось введение понятия эффективной длины волны первичного тормозного излучения, т. е. длины волны такого монохроматического первичного излучения, которое возбуждает аналитическую линию определяемого элемента так же, как реальное тормозное излучение. Было показано, что эффективная длина волны зависит от напряжения на рентгеновской трубке, потенциала возбуждения аналитической линии, а также от химического состава излучающего образца.
В реальных условиях первичное излучение анода рентгеновской трубки обычно состоит не только из тормозного, но и из характеристического компонента. С изменением состава пробы интенсивность характери стического излучения по мере проникновения в излучатель изменяется, но длина волны его остается постоянной. В результате изменения эффективной длины волны такого смешанного первичного излучения с изменением состава пробы будет меньше, чем при наличии только одного тормозного излучения. В отечественной науке теория возбуждения флуоресцентного спектра, основанная на модели смешанного первичного излучения, развита Н. Ф. Лосевым [34]. За рубежом такую же модель годом позже рассмотрели Т. Ширайва и Н. Фужино [79].
Интенсивность линии спектра флуоресцентного излучения зависит не только от концентрации атомов определяемого элемента, но и от химического состава анализируемого материала, а анализу подвергаются самые разнообразные объекты, поэтому возникло значительное число способов и приемов рентгеноспектрального анализа. Методические работы в этом направлении продолжаются до настоящего времени [34]. Развитая в указанных выше работах теория рентгеноспектрального флуоресцентного анализа во многих даже весьма сложных случаях позволяет расчетным путем оценить влияние мешающих факторов и выбрать способ анализа без постановки длительных трудоемких экспериментов.
С развитием теории и способов рентгеноспектрального флуоресцентного анализа успешно разрабатывается новая рентгеноспектральная аппаратура. Она обеспечивает измерения с такой точностью, которая часто значительно превосходит точность, обеспечиваемую выбранным способом анализа. Весьма перспективными для рентгеноспектрального анализа являются кристаллдифракционные спектрометры с монохроматическим возбуждением рентгеновского спектра [4].
Широкое распространение получил рентгенорадиометрический метод анализа с характерной для него бескристальной аппаратурой и специфическими возможностями [37,45].
В настоящее время развитие способов рентгеноспектрального анализа в значительной мере определяется условиями его применения. Сравнение по таким критериям, как количество определяемых элементов и их концентрации, точность результатов, трудоемкость и продолжительность каждого определения, показывает, что рентгенофлуоресцентный анализ предпочтительнее, чем многие классические и современные методы. Следует добавить, что при этом методе не требуется разрушение образцов, т.е. испытуемый материал остается пригодным для повторных определений. Преимуществом рентгенофлуоресцентного (РФА) анализа является также то, что рентгеновские спектры содержат сравнительно мало линий и их интерференция происходит значительно реже, чем при оптическом спектральном анализе. Имеется возможность анализа не только компактных и порошкообразных, но и жидких образцов.
К недостаткам метода можно отнести меньшую по сравнению с оптическим спектральным и атомно-абсорбционным методами анализа чувствительность определения. Из-за высокой стоимости аппаратуры и трудоемкости отработки методики рентгенофлуоресцентный анализ неэффективен при решении отдельных аналитических задач. Его успешное применение в качестве относительного метода зависит от надежности результатов анализа стандартных образцов. Благодаря применению РФА в заводских лабораториях повышается количество анализов, приходящееся на одного сотрудника, при значительно более низкой стоимости каждого анализа.
Проблемой применения рентгенофлуоресцентного анализа является, как уже упоминалось, часто сложная зависимость интенсивности излучения от концентрации исследуемого компонента. Вследствие одновременного присутствия в материале образца нескольких элементов происходят различные в зависимости от положения этих элементов в периодической системе поглощение первичного или флуоресцентного излучения или вторичное возбуждение.
Редуктор LS-2200 судов проекта 1332 типа "Баренцево море"
Описание исследуемых редукторов рыбопромысловых судов Особенностью ГЭУ рыбопромысловых судов является наличие в их составе мощных валогенераторов, которые должны обеспечивать энергией рефрижираторные установки и мощные траловые лебедки. Привод валогенераторов осуществляется от главных двигателей через главные редукторы, содержащие мультипликаторные ступени, так как частота вращения главных двигателей, как правило, ниже потребной частоты вращения валогенераторов. Кроме того, для средне- и высокооборотных главных двигателей редуктор должен содержать понижающие гребные ступени, так как потребная частота вращения гребного винта, как правило, ниже частоты вращения двигателей [27]. Таким образом, главные редукторы рыбопромысловых судов представляют собой сложные передаточные механизмы, содержащие значительное количество зубчатых колес и подшипников и существенно влияющие на эксплуатационную надежность судна и безопасность мореплавания.
Объектами исследования являлись ГЭУ наиболее перспективных с экономической точки зрения судов проектов 1332 типа "Баренцево море", В-408 типа "Иван Бочков", "Атлантик - 333", "Атлантик - 488", 503 типа "Альпинист", 1386 типа "Горизонт".
Редуктор LS-2200 судов проекта 1332 типа "Баренцево море" Редуктор состоит из разъемного литого стального корпуса, в котором размещены элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники.
Корпус редуктора выполнен из двух частей: верхней (крышки) и нижней. Нижняя часть корпуса своим основанием крепится болтами к судовому набору, фланец редуктора соединен с двигателем через эластичную муфту Вулкан EZ283. Отбор мощности на валогенераторы осуществляется также посредством эластичных разъемных муфт. Крутящий момент главного двигателя передается непосредственно на гребной винт. Ведущий вал редуктора установлен свободно в аксиальном направлении на двух подшипниках скольжения со стальными вкладышами, залитыми белым металлом. За положением ведущего вала осуществляется постоянный контроль стационарным приспособлением, установленным на втулках подшипников скольжения.
Вал промежуточной шестерни, вал привода генератора постоянного тока и вал-шестерня привода генератора переменного тока уложены на самоустанавливающихся двухрядных радиальных роликовых подшипниках. Для осмотра зубчатого зацепления и контроля смазки в верхней крышке корпуса редуктора предусмотрены лючки.
Смазка редуктора (зубчатого зацепления и подшипников) - циркуляционная, под давлением, шестеренным насосом типа НШ2/105 с приводом от электродвигателя.
Кинематическая схема дизель редукторного агрегата представлена нарис. 3.2. Основные технические данные редуктора двухступенчатого, горизонтального, цилиндрического, с косыми зубьями: Номинальная мощность, кВт (э.л.с): - на выходном фланце 1620 (2200) - генератора переменного тока 500 - генератора постоянного тока 300 Частота вращения, об/мин: - ведущего вала 230 - генератора переменного тока 1500 - генератора постоянного тока 1000 Передаточное число: - на гребной винт 1:1 - на генератор переменного тока 1:6,52 - на генератор постоянного тока 1:4,35 Моторесурс редуктора до капитального ремонта, ч 100000 Моторесурс подшипника скольжения, ч 40000 Редуктор MAV-90-30 судов проекта В-408 типа "И. Бочков"
Редуктор состоит из разъемного литого чугунного корпуса, в котором размещены элементы передачи: зубчатые колеса, валы, подшипники, разобщительные муфты, упорный подшипник. Корпус редуктора выполнен из четырех частей. Плоскости разъема, в которых располагаются гнезда подшипников вала, герметически соединены болтами. Нижняя часть корпуса является одновременно масляным картером и имеет отверстия для подсоединения трубопроводов и опоры для установки на фундамент.
Редуктор горизонтальный, цилиндрическая передача с косыми зубьями, одноступенчатый для главного привода и валогенератора переменного тока и двухступенчатый - для валогенераторов постоянного тока. Кинематическая схема редуктора приведена на рис. 3.3.
Главный привод к ВРШ - одноступенчатый; располагается он в вертикальной плоскости; ведущий вал - над ведомым, связь жесткая. На ведущий вал также посажено зубчатое колесо - для трех приводов валогенераторов. Два боковых двухступенчатых привода располагаются в горизонтальной плоскости; они предназначены для генераторов постоянного тока, верхний одноступенчатый - для генератора переменного тока.
Приводы к валогенераторам на ведомых валах имеют фрикционные пластинчатые разобщительные муфты управляемые гидравлически. Конструктивно сами муфты все одинаковы, однако муфта валогенератора переменного тока не имеет тормоза. Муфты располагаются в корпусе редуктора.
Периодичность и сроки проведения контрольных замеров
Особо следует отметить наблюдавшееся в ряде случаев возбуждение в спектре вибрации субгармоник зубцовой частоты преимущественно в направлении параллельном оси вращения зубчатых колес, характерна резкая асимметрия сигналов в осевом и радиальном направлении на опорах валов зубчатых колес. Такая динамика может быть объяснена нелинейным субгармоническим резонансом, возникающим вследствие ударных нагрузок в зацеплении. Причинами таких нагрузок могут быть разрегулировка дизеля (неравномерность частоты вращения) и прослабленная посадка валов в корпусе редуктора. Последняя из причин может вызывать также фазовую модуляцию зубцовой частоты fz не кратной ей частотой fz/s , где є -коэффициент перекрытия в зацеплении.
Зарождающиеся дефекты подшипников проявляются в первую очередь в росте уровней высокочастотной вибрации в области подшипника, что привело к выводу о возможности применения к диагностике подшипников спектра огибающей высокочастной компоненты вибрации. Кроме отмеченных общих особенностей вибрации судовых ДРА имеются индивидуальные особенности характерные для каждого проекта.
Для редукторов LS-2200 судов проекта 1332 типа "Баренцево море" характерна фазовая модуляция зубцовой частоты частотами кратными частоте рабочего процесса, что позволяет опытным механикам судить о качестве регулировки дизеля по звуку редуктора.
Для редукторов TKG2-0350 судов типа "Атлантик-333" характерно преимущественное возбуждение в спектре виброускорения третьей гармоники зубцовой частоты, что объясняется особенностью крутильной динамики этого типа ГЭУ.
В спектре вибрации редукторов MAV-90-30 судов проекта В-408 типа "И. Бочков" доминируют, особенно в носовой части, зубцовая частота навесного шестеренчатого насоса и ее высшие гармоники. Вибрация шестеренчатого насоса эффективно передается на корпус редуктора через мас-лоподводящую систему.
В спектре вибрации редукторов судов типа "Атлантик - 488" доминирует зубцовая вибрация генераторной ступени в силу ее повышенной динамики и наличия в составе ступени демпфирующего зубчатого колеса ограниченного ресурса.
На первоначальном этапе отработки технологии диагностики вибрационное состояние элементов ГЭУ оценивалось на соответствие требованиям технической спецификации [78], применяемой для оценки состояния судовых турборедукторных агрегатов. Сравнение с требованиями спецификации показало, что вибрация нормально функционирующих редукторов, входящих в состав ГЭУ рыбопромысловых судов не может быть причиной их усталостного разрушения. Таким образом, большинство отмеченных случаев аварийного разрушения деталей и узлов редукторов могут быть вызваны либо нарушениями условий их эксплуатации, либо дефектами монтажа.
Для редукторов судов проектов 1332, В-408, длительно находившихся в эксплуатации, существенное значение имеет естественный износ деталей, определяющий их ресурс. Анализ уровней вибрации зубчатых приводов ТНВД главных двигателей показал, что именно, повышенная вибрация является причиной их усталостных разрушения, при этом повышенная вибрация является конструктивным недостатком привода и существенно зависит от качества его монтажа.
Предварительные выводы о характере виброактивности элементов ГЭУ определили требования к методике технической диагностике, которая должна быть направлена на выявление дефектов монтажа, последствий нарушения условий эксплуатации и естественного износа деталей и узлов элементов ГЭУ [43,51].
Принятая методика технической диагностики [43] включает в себя контроль третьоктавных спектров виброускорения на опорах валов редуктора, на опорах и цапфах механизма привода ТНВД главных двигателей, сравнение их с выработанной статистической нормой и контроль спектра огибающей высокочастотной компоненты вибрации на подшипниках качения.
Существенный экономический эффект от работ по технической диагностике привел к тому, что работы охотно заказываются судовладельцем и за годы деятельности контролю подверглось свыше 90 ГЭУ рыбопромысловых судов, многие из них контролируются регулярно, поставлены на мониторинг технического состояния. Опыт диагностики позволяет сделать определенные выводы о надежности элементов ГЭУ.
Наиболее характерным дефектом главных редукторов ГЭУ проекта 1332 является износ подшипников качения быстроходного вала редуктора, реже встречается дефекты монтажа (перекос) подшипников качения и износ подшипников вала привода генератора постоянного тока [52]. На одном из редукторов выявлена трещина на наружном кольце подшипника качения, явившаяся следствием грубого нарушения условий эксплуатации. Фиксировались неравномерное прилегание крышки редуктора к корпусу и неравномерное распределение нагрузки на подшипники скольжения тихоходного вала. Ресурс механизма привода ТНВД главных двигателей судов типа "Баренцево море" определяется в основном радиальным биением зазора в зацеплении и зависит от качества укладки коленчатого вала. Фиксировалось также заедание упорного подшипника распределительного вала и заедание плунжеров ТНВД.
