Технологические достижения: акселерометры и магнитофонные записи
Шрифт:

С начала 1960-х годов сообщество испытателей в области космических исследований начало разрабатывать новое поколение стандартных приборов, требуемых для испытаний ракет. Для удовлетворения требований стандарта группой IRIG (Inter Range Instrumentation Group) были разработаны высокоточные FM (Frequency Modulated) магнитофоны с частотной модуляцией и датчики ускорения для испытаний ракет. В начале 1970-х оно было признано сообществом аналитиков машинного оборудования.

Акселерометры имели гораздо более широкую частотную характеристику по сравнению с датчиками скорости и при этом лучше отражали более высокие частоты. В результате акселерометры открыли новое окно в область предупреждающего анализа для такого оборудования как турбины с лопатками, редукторы, объемные компрессоры роторного типа и машины, оснащенные подшипниками качения.

Первые акселерометры брались непосредственно из каталогов испытаний. Они были слишком хрупкие для ежедневного использования людьми с большими руками, привыкшими к гаечным ключам, имели слишком большой выходной импеданс, работали с лабораторными кабелями и миниатюрными разъемами фирмы Microdot. Выходной сигнал зависел от разъема, кабеля (длины и его движения) и колебаний температуры («температурный дрейф»). Требовалась дорогостоящая преобразовательная электроника перед тем как передать сигнал на дисплей, магнитофон или анализирующий прибор. Внедрение внутренней электроники для преобразования такими новаторскими фирмами как PCB Piezotroncs во многом преодолело эти трудности и сделало акселерометр практичными для использования в промышленных условиях. Низкий выходной импеданс акселерометров со встроенной электроникой позволил уйти от дорогостоящих хрупких и чувствительных к шуму разъемов и кабелей. В настоящее время практически все датчики ускорения, используемые в промышленности, имеют эту базовую конструкцию. Многие используют внутреннее интегрирование для получения на выходе сигнала виброскорости.

Ранние электронные акселерометры с интегрированием имели проблему «лыжного склона», которую следует упомянуть как часть процесса обучения. И хотя большинство электронных акселерометров с интегрированием хорошо работали в ранних приложениях по мониторингу машин, было несколько таких, которые создавали нереально большие амплитуды на низких частотах при интегрировании до скорости. С точки зрения выходного сигнала акселерометр хорошо работал в своих рабочих пределах (динамическом диапазоне). Проблемы продолжались, дискредитируя в некоторых случаях акселерометры и требуя их замены на датчики скорости. Постепенно стало очевидным, что проблемные акселерометры имели одно и то же обстоятельство – они были установлены на зубчатых передачах турбин или на дефектных подшипниках качения, которые возбуждают очень большую вибрацию на высоких частотах. Испытания низко-чувствительных зарядовых акселерометров прояснили проблему. Оказалось, что высокочастотная вибрация перегружает предусилитель, напряжение питания которого всего 24В, и при стандартной чувствительности акселерометра в 100 мВ/g его перегрузка происходит уже при ускорениях в 60 -70g. В интегрирующей электронике, где выход с пьезокристалла скрыт от стороннего наблюдения, причина искажения не могла быть обнаружена. Но результатом было то, что низкочастотные искажения существенно усиливались, когда выходной сигнал интегрировался до значений скорости. Осознание и решение этой проблемы расчистило дорогу акселерометрам, чтобы стать сейсмическими датчиками на сегодняшний день.

Вибрация, собранная с помощью портативных магнитофонов, представляла собой базу для большинства программ мониторинга по прогнозу технического состояния до середины 1980х годов. В программах по мониторингу состояния на базе магнитофона датчик вибрации соединялся с магнитофоном часто через предварительный усилитель. Сигнал при этом записывался в течение минуты или около того. Позже сигнал воспроизводился через спектральный анализатор и расписывался в аналитической таблице. Результаты вручную сравнивались с предыдущими спектрами и проверялись на отклонения. Многие практикующие специалисты обнаружили, что «прослушивание» записанных сигналов через динамик или наушники часто дает очень ценную дополнительную информацию.

Портативный двухканальный прямой (АМ) магнитофон, производимый Кудинским в Швейцарии, (рис. 12), был одним из первых, используемых в приложениях мониторинга состояния, его имя «Награ» (Nagra) означает по польски, на родном языке основателя фирмы, «{он} будет записывать». Большие измерительные магнитофоны, производимые фирмами Hewlett Packard, Lockheed Electronics и Honeywell с двумя каналами, как прямыми, так и с частотной модуляцией (FM), были адаптированы для получения более широкой частотной характеристики, необходимой для детального анализа. Запись с частотной модуляцией имело то преимущество, что у нее была линейная характеристика на очень низких частотах, даже на постоянном токе, если это было необходимо. Большие многоканальные магнитофоны позволяли запись переходных вибрационных характеристик и мгновенных положений вала одновременно в различных точках для дальнейшего детального анализа. В комбинации с неконтактным датчиком перемещения вала многоканальная FM запись давала понимание данных и их последующее подтверждение для решения проблемы подшипниковой нестабильности, упомянутой ранее.

Рис. 12. Двухканальный магнитофон в футляре, использовавшийся раньше для профилактического обслуживания

Необходимо отметить, что ранние приборы для записи вибрации были физически большими, тяжелыми и громоздкими. С одним исключением, семиканальный магнитофон фирмы Lockheed Electronics, многоканальный магнитофон, аналогичный тому, который показан на рис. 13 (1 дюймовый, 14 канальный магнитофон) весит около 20 кГ или более. Большинство требовали внешних усилителей (большая коробка в правой части рис. 13) при использовании датчиков вибрации. Хотя многие путешествовали с «портативными» приборами, показанными на рис. 13 и получали прекрасные результаты, комплект аппаратуры был труден для транспортировки, сложен и трудоемок для установки, требовал калибровки каждого канала и давал ошибку, если усиление усилителя было установлено неправильно (что было сделать очень просто). И это не считая резкого неудовольствия старушки, когда более 30 килограммовый ящик электроники сминал ее дорожный мешок на багажной ленте аэропорта. В последующих разделах будет показано как заводы помещали громоздкое оборудование для детального мониторинга и анализа в вагончик или трейлер для минимизации диагностических установок.

   Рис. 13. Портативная система сбора данных и их анализа 1970-х годов.

Центральная Электро-Генерирующая компания Великобритании (Central Electricity Generating Board) (CEGB) успешно применяла анализ отклонений от нормальной амплитуды и фазы в переходных процессах во время разгона и выбега больших турбогенераторов для определения и оценки потенциальных рисков катастрофических поломок их валов. В этом случае наличие трещины или трещин обнаруживалось по сдвигу частоты или изменению амплитуды на критической частоте вала. Дефект обнаруживался в полярной или декартовой системе координат по зависимости амплитуды и фазы от скорости. Эта концепция в конце концов была стандартизирована и внедрена окончательно на большинстве больших паротурбогенераторов, эксплуатирующихся в CEGB.

 

предыдущая   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   следующая