Назначение и возможности систем вибрационного мониторинга и диагностики роторного оборудования
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
диапазоне частот. Такая форма представления вибросигнала достаточно хорошо моделирует износ контактирующих поверхностей зубьев колес в редукторе, в подшипниках качения и т. п.
Соотношение энергии периодического и шумового компонентов является информативным параметром вибросигнала, широко используемым при формировании диагностических признаков состояния агрегата.
Импульсная модель акустического сигнала.
Квазиполигармоническая модель колебательного процесса [1.1] мало что говорит о соотношении амплитуд спектра на частотах kfr. Эту информацию может дать модель, базирующаяся на представлении процессов возбуждения колебаний в роторных агрегатах в виде периодической последовательности импульсов определенной формы. Такая модель достаточно универсальна, так как она позволяет математически описать процессы возбуждения колебаний как в роторных механизмах типа зубчатого зацепления, подшипников качения и скольжения, турбинах, вентиляторах, циркуляционных и центробежных насосах, так и в поршневых машинах с механизмами циклического ударного действия.
Обозначая функцию, определяющую отдельный импульс, через f(t), можно представить периодическую последовательность импульсов в виде
?(t) = ?f(t - tk); [1.2]
где tk = kT + t0 , a k - целое число.
Функция ?(t) может быть как детерминированной, так и случайной, отражающей случайность одиночного импульса, которая заключается в том, что его амплитуда, длительность и момент появления могут быть, вообще говоря, случайными величинами.
В ряде практических моделей вибросигнала функционирующих механизмов имеет место периодическая последовательность импульсов, модулированных по амплитуде, при неизменной форме, длительности и частоты следования импульсов. Такой вид модуляции, называемой амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ), наиболее часто используется для математического представления акустического сигнала.
Если импульсы, сохраняя свою форму и величину, смещаются во времени на величину At, то имеет место временная импульсная модуляция (ВИМ). При этом различают фазово-импульсную модуляцию (ФИМ), когда импульсы имеют постоянную амплитуду и длительность, а меняется их положение на оси времени от периода к периоду, частотно - импульсную модуляцию (ЧИМ), когда импульсы сохраняют амплитуду и положение на оси времени, но меняется их длительность. Все виды модуляции в той или иной мере применимы к задачам моделирования акустического сигнала.
В работающем агрегате в зависимости от характера физического процесса, протекающего в нем, возможны различные отклонения в последовательности импульсов, которые можно охарактеризовать модуляцией амплитуды, длительности или моментов появления импульсов, однако при функционировании оборудования с заданной функцией взаимодействия деталей, определяющейся кинематикой агрегата, наиболее часто встречается амплитудная модуляция, обусловленная разбросом величины силы взаимодействия его элементов в каких-то пределах (неоднородность структуры контактирующих поверхностей зубьев, приводящая к вариации пятна контакта колес зубчатого зацепления; неравномерность воздушного потока в зазоре, отклонение геометрических размеров лопаток турбины вследствие обгара, эрозии и др.). В то же время погрешность окружного шага или явление заедания в зубчатом зацеплении, изгибная деформация, приводящая к неравномерному размещению лопаток в диске или на рабочем колесе турбины, являются причиной возбуждения модулированных по фазе импульсных колебаний.
На рис. 2.4. приведен случай периодической последовательности импульсов, следующих с тактовым интервалом Т, равным, например, периоду пересопряжения зубьев в зубчатом зацеплении, модулированных по амплитуде квазидетерминированным процессом. То - период низкочастотного процесса, например оборотов вала шестерни. В нижней части рисунка изображен спектр такого колебательного процесса. В окрестности основных частот 2?/Тz следования импульсов в спектре присутствуют комбинационные частоты, отстоящие от основных на q(2?/To), где q - целое число. Амплитуды комбинационных составляющих равны 2?2q/T, где ?2q - дисперсия компоненты с номером q, ?2 - суммарная дисперсия модулирующей функции.
Рис. 2.4. Последовательность равноотстоящих прямоугольных импульсов, имеющих одинаковую длительность и случайную амплитуду (верхний график) и спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов, модулированных по амплитуде низкочастотным полигармоническим процессом.
Для формирования диагностического признака используют обычно представление сигнала в достаточно узком диапазоне частот, например, в зоне одной из гармоник основной частоты возбуждения механизма (зубцовой, винтовой, лопаточной и др.).
Рис. 2.5. Узкополосный случайный процесс (сплошная линия), его огибающая (пунктир) и спектр огибающей.
При этом представляют колебания в виде модуляции высокочастотного гармонического сигнала суммой гармонических же низкочастотных колебаний.
На рис. 2.5 приведен узкополосный случайный процесс (амплитудная модуляция), описываемый математическим выражением вида:
y (t) = A [1+mE (t)] cos (?0t + ?0);
где ?0 - несущая частота, например, частота пересопряжения зубьев, А - амплитуда, m - глубина модуляции (меняется от 0 до 1). E(t) - в общем виде сумма гармонических низкочастотных колебаний кратных основной частоте возбуждения ?0, например, частоте вращения шестерни:
E(