Балтийский  Государственный Технический    Университет  «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова 

кафедра

“Космические аппараты и двигатели” 

   РЕФЕРАТ

   по  дисциплине «Физические основы  получения информации» 

   на  тему

    

ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ  В ГАЗОТУРБИННЫХ  ДВИГАТЕЛЯХ

 
 
 
 
 
 
 

Санкт –  Петербург

2011

Оглавление 

 

Введение

 

      Борьба  с вибрацией является неотъемлемым условием обеспечения высокого качества газотурбинных двигателей (ГТД). Она ведется на этапах проектирования, доводки, серийного производства и эксплуатации двигателей. Борьба с вибрацией требует умелого сочетания расчетных и экспериментальных методов. До недавнего времени измерение вибрации ГТД были эпизодическими и носили преимущественно познавательный характер. В настоящее время характерной чертой виброметрии является массовость исследований. Другая характерная черта – развитие функций оперативной оценки общего вибрационного состояния двигателя. Контроль уровня вибрации силовых корпусов превращается в технологическую операцию, выполняемую непрерывно при всех видах испытаний и эксплуатации двигателя. Увеличивается число контролируемых узлов двигателя, усложняются алгоритмы обработки измерительной информации.

      Наибольшее  применение в диагностике ГТД нашли измерители механических колебаний — вибропреобразователи различных конструкций и различного принципа действия. Целесообразность применения вибропреобразователей для диагностики объясняется тем, что вибрационный процесс имеет большую информационную емкость; что установка внешних вибропреобразователей на объект не представляет особых трудностей; что вибропреобразователи можно длительно эксплуатировать в условиях повышенных температур и вибраций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общие сведения о вибрации

      1.1 Параметры вибрации и единицы измерений

 

      Вибрация, как протекающий во времени процесс, описывается соответствующим законом  колебаний и характеризуется  определенными параметрами этого  закона. Гармоническая вибрация описывается  тремя независимыми параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Частота вибрации измеряется в Гц, а связанные с нею период колебаний и круговая частота измеряются в с и рад/с соответственно. Фаза измеряется в радианах или угловых градусах.

      Единицы измерений амплитуды вибрации зависят от измеряемой колебательной величины. Вибрационные смещения измеряются – в м, скорости – в  м/с, ускорения – в  м/с². Широко распространена практическая система единиц: смещения измеряются в миллиметрах, скорости – в мм/с, ускорения – в единицах нормализованного ускорения силы тяжести.

      Связь амплитуд ускорений в практической и международной системах выражается формулой:

      

.                                              

      Иногда  употребляется безразмерный коэффициент  , равный отношению вибрационного ускорения к ускорению земного притяжения:

      

.                                                   

      Этот  параметр называют коэффициентом вибрационной перегрузки.

      Пиковое значение вибрации определяется как наибольшее отклонение колебательной величины в ту или другую сторону от нулевого уровня:

      

.                                               

      Пиковое значение смещений характеризует максимальное отклонение колеблющегося тела, что важно, например, при выборе величин зазоров между колеблющимися телами. Пиковое значение ускорений используется для оценки наибольших инерционных сил.

      Действующее, или эффективное значение вибрации

      

                                        

имеет определенный физический смысл в случае виброскорости, так как энергия колебаний в общем случае пропорциональна квадрату скорости вибрации.

      Среднее значение вибрации определяется как  среднее арифметическое мгновенных значений (без учета знака; среднее значение с учетом знака за полный период равно нулю):

      

.                                             

      Оно используется для оценки общей интенсивности  вибрации.

      Отношение действующего значения к среднему называется коэффициентом формы:

      

,                                                   

а пикового к действующему – коэффициентом  амплитуды или пик-фактором:

      

.                                                 

      Иногда  употребляются относительные единицы  измерения вибрации. Уровень интенсивности  скорости вибрации в децибелах определяется как двадцатикратный десятичный логарифм отношения абсолютного  значения виброскорости  к некоторому начальному уровню :

      

.                                        

      За  начальный уровень интенсивности  вибрации принимается действующее  значение виброскорости  . Измеряемый параметр шума – звуковое давление . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1.2. Требования к измерительной системе вибрации

 

      Виброграмма (рис. 8) содержит несколько записей  вибрации в различных точках исследуемой  системы и записи вспомогательных  параметров (числа оборотов двигателя, меток времени и др.), поэтому измерительная система должна быть многоканальной. Из условий работы вытекает требование дистанционности. Расстояние от датчиков до измерительной системы может исчисляться десятками и сотнями метров.

      При определении требований к измерительному каналу его рассматривают как  единую физическую систему, преобразующую  входной сигнал (вибрацию) в выходной (вибродиаграмму) .

      Амплитудная характеристика канала должна быть линейной в пределах измеряемых значений амплитуд вибрации – от минимальной до максимальной :

      

,                                             

где – чувствительность канала в измеряемом диапазоне частот.

      Согласно  типовым спектрам общий частотный  диапазон виброизмерительной аппаратуры можно принять равным , поскольку интенсивность составляющих вибрации с частотами вне этого диапазона обычно мала. 

 

Рис. 8. Структура измерительной системы 
 
 
 
 
 

      Для регистрации параметров вибрации измерительный  канал должен содержать ряд устройств.  

        
 
 

Рис. 9. Структурная схема измерительного канала 

      Каждый  измерительный канал включает несколько  функциональных устройств (элементов, звеньев), обычно включенных последовательно (рис. 9). Датчик преобразует механические колебания в электрические. Преобразователь электрических сигналов осуществляет различные линейные преобразования (фильтрацию, интегрирование, дифференцирование). Линейный усилитель обеспечивает усиление сигнала до величины, необходимой для регистрации. Регистратор обеспечивает индикацию и запись вибрации на  магнитную ленту. В последнем случае наличие фильтра не обязательно.

      К точности измерения амплитуд особо  жестких требований не предъявляется, поскольку основной интерес представляет качественная картина вибрации (ее структура, характер, источник). Допустимые погрешности составляют 10-20%. Точность измерений частот (иногда и фаз) должна быть высокой (1-2%). Эти параметры нередко являются определяющими при вскрытии физической сущности вибрации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Вибропреобразователи.

      2.1. Классификация вибропреобразователей

 

Источником сигнала  измерительной информации о значениях  измеряемых параметров вибрации является виброизмерительный преобразователь (вибропреобразователь). Современные  вибропреобразователи, в основном, построены на принципах электрических  измерений не электрических величин, когда механические колебания преобразуются в электрические. Виброизмерительные преобразователи классифицируются по ряду независимых признаков:

• по значению – измерительные преобразователи могут предназначаться для измерения различных параметров вибрации. В зависимости от измеряемого параметра вибрации вибропреобразователи могут называть: акселерометрами – для измерения ускорения и велосиметрами – для измерения скорости.
• по связи (взаимодействию) воспринимающей (чувствительной) части с объектом измерения различают контактные и бесконтактные преобразователи. Применение контактных или бесконтактных преобразователей зависит от размеров и массы вибрирующих изделий. Если размеры и массы изделий соизмеримы или меньше размеров и масс контактных преобразователей, то необходимо применять бесконтактные измерительные преобразователи.
• по принципу измерения относительно системы отсчета измерительные преобразователи могут быть основаны: на определении координат отдельных точек изделия относительно неподвижной системы отсчета, с которой ведутся наблюдения – кинематический принцип: на создании искусственной неподвижной системы отсчета в виде инерционного элемента, соединяемого с вибрирующим изделием через упругий подвес (мягкую пружину) – динамический принцип. При осуществлении динамического принципа измерения параметров вибрации изделия, производимое в условиях установившегося процесса, относительно инерционного элемента будет абсолютным. Преобразователи построенные по динамическому принципу часто называют инерционными.
• по принципу преобразования механических колебаний в другие виды колебаний различают активные и пассивные измерительные преобразователи. В активных измерительных преобразователях выходной сигнал получается за счет входной механической энергии и постоянного источника энергии. К активным преобразователям относятся фотоэлектрические, гамма-квантовые, емкостные и др. В пассивных измерительных преобразователях выходной сигнал получается только за счет входной механической энергии. К пассивным преобразователям относятся: пьезоэлектрические, электретные и др.
• по роду измеряемых компонентов вибрации различают преобразователи для измерения линейных компонентов колебаний (однокомпонентные, двухкомпонентные, трехкомпонентные), а также для измерения угловых компонентов.
• по направлению приложения силы при механических воздействиях различают измерительные преобразователи направленного и ненаправленного действия. В инерционных преобразователях ненаправленного действия упругий подвес обеспечивает сохранение положения и ориентации в абсолютном пространстве. По этому они могут выдавать все шесть компонентов вибрации. В преобразователях направленного действия обеспечивается измерение только одного линейного или углового компонента вибрации.
• по физическому явлению доложенному в основу метода измерения параметров механических колебаний, измерительные преобразователи можно объединить в следующие основные группы: механические, акустические (ультразвуковые), электрические, электромагнитные (радиотехнические), оптические (световые) и радиационные.