Диссертация (1024744), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Приведем оценки влияния этих параметров на результатизмерения.В Таблице 1 приведен результат расчета влияния изменения диаметраструны, вызванного растяжением и непрерывным воздействием силы, напериод ее колебаний.Таблица 1.Влияние изменения диаметра струны на период ее колебанийНомер измерения123456∆d = 5 мкм, приращениепериода, мкс.49,649,749,540,138,339,780Изменение диаметра на 5 мкм приводит к изменению периода навеличину от 0,2 до нескольких микросекунд. Влияние шероховатостиповерхности струны на периоды колебаний связано с изменением наружногодиаметра. Показано, что если период свободных затухающих колебанийравен T1=0,006648184 с, то уменьшение шероховатости поверхности струныв два раза до величины Ra = 1,3 мкм, приведет к изменению периодасвободных затухающих колебаний в пределах ±2 мкс.В Таблице 2 приведен результат расчета влияния силы натяжения наизменение периода колебаний с учетом шероховатости поверхностиобразцов.Таблица 2.Влияние силы натяжения на изменение периода колебаний с учетомшероховатости поверхности образцовСила натяжения F, Н Начальный период T, с Приращение периода ∆T, мкс100,0188107382,066200,013301201,461300,0108603851,193400,0094053691,033500,0084124180,924600,0076794520,844700,0071097910,781800,006650600,730900,0062702460,6891000,0059484780,6541100,0056716510,6231200,0054301920,5961300,005217160,5731400,0050273810,5521500,0048569120,5341600,0047026840,5161700,0045622740,5011800,0044337330,4871900,0043154790,4742000,0042062090,46281Для определения погрешности измерительной фазохронометрическойсистемы необходимо определить источники возникновения погрешностей визмерительном канале.Суммарная погрешность приборной части измерительной системывключает в себя следующие составляющие погрешности: вносимыеоптоволоконной линией связи между измерительной и вычислительнойкомпонентами ИВС, квантования входного сигнала, округления результатоварифметических операций, влияние дробового шума на точность измерений,нестабильность частоты кварцевого генератора.
Для реализации измерениядевиации свойств конструкционных материалов погрешность системы недолжна превышать ∆ ∑ t = ±1,0 ⋅10 −7 сек.2.4.КонтрольматериаловдеградациивалопроводовпараметровобъектовконструкционныхмашиностроениявпроцессеэксплуатацииБлагодаря достижениям в астрометрии, связанным с современнойхронометрией, новейшая небесная механика поднялась до уровня учетарелятивистских эффектов, в том числе и эффектов общей теорииотносительности, но при этом аппарат теории деформируемого твердого телаостался на уровне метрологического обеспечения экспериментальных основ.[152]Фундаментальныеконструкционныхосновыматериаловсфизическойучетоммеханикидеградацииэлементарныхпроцессов,ответственных за структурные изменения, не получили развития в видеэффективных рабочих инженерных методик. Тем не менее, следует отметитьрезультаты работы научной школы профессора А.М.
Дальского по проблеметехнологической наследственности в машиностроении [153,154].Так как этой априорной информации недостаточно для созданияэффективно работающего надежного изделия, в технике применяетсятщательная и, как правило, длительная конструкторско-технологическая82отработка с последующими испытаниями.С целью аварийной защиты существующего электрогенерирующегооборудованиянашейстраны,вырабатывающегоостаточныйресурс,необходима реализация прогнозирующего измерительно-вычислительногомониторинга технического состояния валопроводов ТА. При этом требуетсяобеспечить раннее предупреждение об авариях и регистрацию дефектов(появления трещин) сразу после их зарождения.
Решением последнейпроблемы может стать измерение девиации собственной частоты крутильныхколебаний валопровода. При образовании кольцевых трещин неизбежноизменяются параметры упругости, жесткости, вязкости роторов ТА.При выявлении трещины валопровода в процессе эксплуатации следуетвыделить максимальные потери жесткости в статическом положении изакономерности ее изменения во время вращения валопровода. Исследованияповедения роторов с трещинами отражены в работе [155].Применениефазохронометрическогометодаинформационно-метрологического сопровождения машин и механизмов открывает новыевозможности определения и контроля деградации свойств конструкционныхматериалов упругого элемента в процессе функционирования.
Еще одинпример - математическое моделирование дрейфа нуль - пункта морскогогравиметра [156]. В настоящей работе данная технология рассмотрена напримере роторов валопроводов ТА тепловых электрических станций.Определение собственных частот крутильных колебаний валопроводовТА. При изменении напряжений, приложенных к обмоткам электрическихмашин, и параметров контуров обмоток или при изменении моментов на валуроторавозникаютбыстропротекающиеэлектромагнитныеилиэлектромеханические процессы, приводящие к дополнительным циклическимнагрузкамвконструкционномматериале.Этипроцессынеизбежноотражаются и на спектрах собственных частот.Спектры крутильных колебаний валопровода ТА построены врезультате математической обработки временных интервалов, полученных83фазохронометрическим способом.
Спектры имеют качественно похожуюструктуру, но при этом количественно (собственные частоты, амплитуды)могут различаться из-за конструктивных отличий ТА. Собственные частотыкрутильных колебаний системы генератор–турбина определены для ТА ТВВ220-2-К-200-130 (№9 ГРЭС-1, Сургут) и ТВВ-320-2УЗ-Т-250/300-240-2 (№5ТЭЦ-23, Москва).Валопровод ТА состоит из нескольких секций роторов высокого,среднего и низкого давлений (РВД, РСД-1, РСД-2, РНД) и ротора генератора.Турбина упругой муфтой соединена с валом генератора.При расчете собственных частот крутильных колебаний принимаетсявыполнение условий M j = 0 , ϕ j = ϕ0 j e−iωt ,где j = 1,5 ; ω – частота крутильныхколебаний;t – время.Введем следующие обозначения:δ11 =δ23 =q2J3;ν 11 =ν 23 =Этопозволяетqq1q; δ12 = 1 ; δ22 = 2 ;J2J1J2δ33 =q3 δ = q3; 34J4J3; δ 45 =q4;J5kk1k; ν 12 = 1 ; ν 22 = 2 ;J2J1J2k2k3k4k3; ν 33 =; ν 34 =; ν 45 =.J3J3J5J4получитьматрицусопределителем(2.28)ввидедисперсионного уравнения десятой степени, корни которого и являютсясобственными частотами колебаний данной многосекционной системы.Определитель матрицы без учета вязкого (внутреннего) тренияпредставлен суммой трех слагаемых:( −ω2 + δ11 )(−ω2 + δ12 + δ 22 ) (−ω2 + δ 23 + δ33 ) ×× (−ω2 + δ34 + δ 44 )(−ω2 + δ45 ) − [−δ 44 ][ −δ45 ] ++ (−ω2 + δ11 )(−δ22 ) (−δ23 ) (−ω2 + δ34 + δ44 )(−ω2 + δ45 ) − [−δ44 ][−δ45 ] +84+ [ ( −δ11 )( −δ12 ) ] ( −ω2 + δ23 − δ33 ) ( −ω2 + δ34 + δ44 )( −ω2 + δ45 ) −−[ −δ 44 ][ −δ45 ]] − [ −δ33 ][ −δ34 ]( −ω2 + δ 45 ) .(2.29)Измерительный контроль девиации собственных частот крутильныхколебаний валопроводов ТА при изменении жесткости одной из ступеней.Пусть в результате появления трещины в РНД жесткость участкавалопроводаизменяетсяна∆q1 ,тогдасоответственноизменятсякоэффициенты:∆δ11 = ∆q1 J1 ; ∆δ12 = ∆q1 J 2 .(2.30)Представив собственную крутильную частоту валопровода ТА в видеω = ω0 + ∆ω(2.31)при условии ∆ω << ω0 , с достаточной степенью точности можно записатьωn = (ω0 + ∆ω) n ≈ ω0 n + 10ω0 n−1∆ω.(2.32)С учетом (2)–(6) получим зависимость изменения собственной частотыкрутильных колебаний от жесткости:∆ω = F [ ω0 , ∆δ11 (t ), ∆δ12 (t ), δ22 , δ23 , δ33 , δ34 , δ44 , δ45 ]Врезультатеимитационногоматематического(2.33)моделированиякрутильных колебаний валопровода ТА получены расчетные частоты,близкиекэкспериментальным.Применениематематическоймоделипозволяет определить девиацию свойств конструкционных материаловвалопровода во времени.
Для контроля девиации собственной частотыколебанийво времени в (2.28) вместо ω0 подставляют собственную частотукрутильных колебаний.На Рис. 2.15 (а, б) приведены спектры собственных частот ТА ТВВ320-2УЗ-Т-250/300-240-2, полученные экспериментально из хронограммвращения и по результатам математического моделирования. На Рис. 2.15, апоказано, что спектр имеет область низких частот (0,5; 0,7; 0,9Гц), посколькуизмерительнаяфазохронометрическаяинформацияотражаетвлияниеконструктивных элементов валопровода – опор, соединительных муфт, а85такжеизменениявязкостисекцийит.п.Результатомматематическогомоделирования является определение девиации частоты при изменениижесткости одного из роторов указанного ТА.
В качестве начальных значенийприняты данные экспериментального спектра ω0 = 18,64 Гц и 23,2 Гц (см. Рис.2.15, а). В процессе моделирования задавали крутильную жесткость ∆ (какимитация зарождения и развития кольцевых трещин валопровода) в пределах0,0001–1,5%, вычисляли собственные частоты ω0мс учетом трещин,оценивали относительные погрешности определения собственной частотыкрутильных колебаний ∆ω. Результаты вычислительного экспериментаприведены в Таблице 3.Рис. 2.15 (а).Спектр, полученный из экспериментальных данных для турбоагрегата ТВВ320-2УЗ-Т-250/300-240-2, частоты – 18,64 Гц и 23,2 Гц86Рис. 2.15 (б).Спектр, полученный в результате математического моделированиятурбоагрегата ТВВ-320-2УЗ-Т-250/300-240-2Спектральный анализ представляет широкую совокупность методовоценки характеристик процессов и материалов, поэтому для обеспеченияединства измерений необходимо применять математически и метрологическиобеспеченные виды обработки.
Способы восстановления и интерполяциисигналов спектров Фурье рассмотрены в работе [157].Определениесобственныхчастоткрутильныхколебанийвалопроводасистемы генератор–турбина ТВВ-220-2-К-200-130. Для этойцели построим систему уравнений:&& + k (∆θ& − ∆θ& ) + q (∆θ − ∆θ ) + k (∆θ& − ∆θ& ) + q (∆θ − ∆θ ) = 0; J1∆θ11212121215151515&& + k (∆θ& − ∆θ& ) + q (∆θ − ∆θ ) + k (∆θ& − ∆θ& ) + q (∆θ − ∆θ ) = 0;J 2 ∆θ21221122123232323&&&&&&J 3∆θ3 + k23 (∆θ3 − ∆θ2 ) + q23 (∆θ3 − ∆θ2 ) + k34 (∆θ3 − ∆θ4 ) + q34 ∆θ3 − ∆θ4 ) = 0; J 4 ∆&&θ4 + k34 (∆θ& 4 − ∆θ& 3 ) + q34 (∆θ4 − ∆θ3 ) = 0;&&&&J 5 ∆θ5 + k15 (∆θ5 − ∆θ1 ) + q15 (∆θ5 − ∆θ1 ) = 0,(2.34)где индекс 1 – относится к генератору, 2–4 – к ступени турбины, 5 – квозбудителю.Преобразовав систему уравнений, определются собственные частотыкрутильных колебаний системы и строятся спектры на основе хронограмм,полученныхэкспериментальнымирасчетно-теоретическимпутем.87Результаты вычислительного эксперимента и сравнение с результатамиизмерений представлены в Таблице 3.Таблица 3.Сравнение значений собственных частот крутильных колебаний ТАТВВ-320-2УЗ-Т-250/300-240-2, полученных в результате математического иобработки экспериментальных данныхНомерсобственнойчастоты ТА123Значение собственной частоты крутильных колебаний,об/мин (Гц)результат обработкирезультатэкспериментальных данных –математическогохронограммымоделирования1118.4 (18,64)1116 (18,60)1392 (23,20)1432.2 (23,87)2869.8 (47,83)На Рис.
2.16 (а, б) показаны спектры собственных частот ТА ТВВ-2002-К-200-130, полученные экспериментально из хронограмм вращения и порезультатам математического моделирования.Вкачественачальныхзначенийω0принятыданныеэкспериментального спектра из Таблицы 3 (18,64 и 23,20 Гц). В процессематематического моделирования задавали значения крутильной жесткости(как имитация зарождения и развития кольцевых трещин валопровода)∆q=0,000001…0,001%, вычисляли собственные частоты ω0мс учетомтрещин, оценивали относительные погрешности определения собственнойчастотыкрутильныхколебаний∆ω.Результатычисленногосчетаматематического моделирования приведены в Главе 3.ВЫВОДЫ по главе 2.Результаты вычислительного эксперимента, проведенные для ТА ТВВ200-2-К-200-130иТВВ-320-2УЗ-Т-250/300-240-2,позволяютсделатьследующие выводы:изменение крутильной жесткости оказывает влияние на собственные88частоты крутильных колебаний;изменение жесткости одной из секций валопровода в пределах1 ⋅ 10−6 − 1 ⋅ 10−5%высокоточныхсредствможнозарегистрироватьизмеренийитолькосизмерительныхприменениемкомплексовс−5погрешностью измерения частоты не более ± 1 ⋅ 10 Гц, что становитсявозможным при применении фазохронометрических систем, имеющих−7погрешности измерения периода не более ± 1 ⋅ 10 с.Представленныерезультатыматематическогомоделированияизмерительного контроля открывают принципиально новые возможностиизмерения и оценки деградации свойств конструкционных материаловвалопроводов ТА в процессе функционирования, в том числе:- решение проблемы обнаружения трещин на раннем этапе их развитияпутем измерения девиации собственной частоты крутильных колебанийвалопровода;- определение в процессе эксплуатации внешних циклических нагрузокна валопровод и движущиеся части механизмов;- повышение точности определения физических параметрови свойствконструкционных материалов на несколько порядков, и, как следствие,сокращениевременииповышениедостоверностиконструкторско-технологической отработки.Представленные результаты измерительного контроля деградациисвойств конструкционных материалов открывают принципиально новыевозможности оценки в процессе функционирования, в том числе:- повышения точности определения физических параметров и свойствконструкционных материалов на несколько порядков, и, как следствие,сокращениевремени иповышение достоверности конструкторскотехнологической отработки;- оценки текущего технического состояния и остаточного ресурса.-89Полученные результаты могут быть использованы при проведениифундаментальныхисследованийэволюцииидеградациифизико-механических свойств конструкционных материалов.Измерение параметров конструкционных материалов, вызванныхвлиянием группы факторов, таких как свойства поверхности, химическийсостав, технология обработки, может быть обеспечено применениемсовременных методов сканирующей зондовой, конфокальной, электроннойрастровой микроскопии, спектроскопии, рентгенографии и т.п.Приведеныпримерыреализацииструктурной,функциональнойэлектрической и конструктивных схем измерительной системы контроляпараметров «стареющего» линейного осциллятора в виде струны.90ГЛАВА 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
