011.jpg
17 Ноябрь 2017

Виброметр ИЧСК-2

Описание

Внесен в Государственные реестры Украины, РФ, Казахстана, Белоруссии.

Измерение частот собственных колебаний для диагностики лопаток турбин, колесных пар подвижного состава и других изделий. Акустический контроль твердости абразивных инструментов методом свободных колебаний по ГОСТ Р52710-2007.  Оценка модуля упругости, плотности и пористости материалов. Дефектоскопия изделий из конструкционной и специальной керамики, огнеупорных, углеродных и других композиционных материалов.

Функционально прибор обеспечивает:

  •   Измерение основной моды частоты свободных колебаний объекта контроля
  •   Запись и цифровая обработка сигналов реакции объекта на тестовое ударное воздействие
  •   Получение спектральной характеристики объекта контроля
  •   Вычисление:

    – скорости распространения акустических волн
    – модуля Юнга
    – звукового индекса абразивов по ГОСТ Р52710-2007

  •   Перевод скорости акустических волн в буквенные обозначения твердости по ГОСТ Р52587-2006, а также в обозначения, используемые зарубежными фирмами
  •   Расчет коэффициента формы для дисковых изделий
  •   Архивация результатов измерений и параметров объекта контроля с фиксацией времени и даты
  •   Передача данных на ПК посредством USB интерфейса обработка, документирование, экспорт в Excel, звуковой формат
  •   Проведение спектрального и частотного анализа выборок виброакустических сигналов

Регулировка чувствительности измеряемого тракта. Эффективная фильтрация сигнала (встроенный микрофон) Отображение информации на графическом дисплее с подсветкой. Русский и английский язык меню и текстовых сообщений. Автоматическое отключение прибора.

Возможно подключение миниатюрного внешнего вибродатчика для работы в зашумленных условиях.

Технические характеристики

ПараметрЗначение

Диапазон измерения частоты

50...18000 / 20...8000* Гц

Пределы погрешности измерения частоты

±0,5 %

Количество линий в спектре

1600

Объем памяти

до 2 Гб

Потребляемая мощность

0,2 Вт

Интерфейс c ПК

USB

Дисплей LCD, разрешение

128х64

Габаритные размеры прибора

150х76х27 мм

Масса прибора

0,15 кг

* - с внешним датчиком-акселерометром

Комплектация

Состав базового комплекта ИЧСК-2

  •   Электронный блок, чехол
  •   Ударник (молоток)
  •   Аккумуляторы, блок питания
  •   Сервисная программа на CD, кабель USB
  •   Руководство по эксплуатации
  •   Сумка
  •   Свидетельство о поверке

Дополнительная комплектация:

  •   Внешний датчик-акселерометр
  •   Контрольный образец (камертон)
  •   Разъем фирмы LEMO (в стандартном исполнении разъем РШ2Н-1-1)

Методики

Диагностика рабочих лопаток турбин по частотам собственных колебаний

Применение метода частот собственных колебаний для диагности рабочего состояния лопаток регламентируют такие нормативные документы как:

  - ТУ 481981 6.00002 РД «Рабочие и направляющие лопатки компрессора к турбине агрегатов ГТК-10, ГТ-750-6, ГТ-6-750, ГТН-6, ГТН-16, ГТН-25. Порядок дефектации, ремонта и замена лопаток на КС. Порядок сдачи лопаток на ремонтные предприятия и выдачи из ремонта», МИНГАЗПРОМ, 1987 год (значения частот собственных колебаний лопаток широко распространённых агрегатов ГТК-10-4 и ГТ-750-6 в соответствии с данным документом приведены в Таблицах 1-2);

  - Инструкция "О порядке оценки работоспособности рабочих лопаток паровых турбин в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта. СО 153-34.17.462-2003" (утв. приказом МИНЭНЕРГО РФ от 30.06.2003 N 262).

Таблица 1. Частоты собственных колебаний лопаток агрегата ГТК-10-4  

Номер ступени ротораХорда лопатки, ммКоличествоОсновной тон изгибных колебаний, Гц2-й тон крутильных колебаний, Гц
I 94 29 250-258 -
II 84 33 240-255 не ниже 3500
III 110 28 430-455 -
  72 35 245-258 не ниже 3600
IV 94 29 430-455 -
  60 45 235-250 -
  72 41 321-347 -
V 76 35 450-480 не ниже 3700
VI 70 43 455-490 -
VII 70 43 560-605 -
VIII 55 56 540-590 -
IX 55 56 565-620 -
X 55 56 655-705 -

Таблица 2. Частоты собственных колебаний лопаток агрегата ГТ-750-6


Номер ступени ротора
Основной тон изгибных колебаний, Гц
0 345-415
I 440-530
II 540-640
III 660-780
IV 780-870
V 900-1020

Изготовители лопаток, в частности Невский завод им. Ленина, Щёкинский завод РТО нормируют частоты собственных колебаний выпускаемых лопаток и осуществляют их разбраковку на основе данных частот. Указанная выше Инструкция МИНЭНЕРГО №262 предписывает при изготовлении на заводе-изготовителе на каждый комплект рабочих лопаток оформлять внутренний паспорт, в который вносится заключение о соответствии собственных частот лопаток нормативным. Далее при облопачивании рабочих колёс турбин качество сборки единичных лопаток ступеней до обандаживания и установки проволоки оцениваются по частотам собственных колебаний. Разброс их не должен превышать 8%. Частоты единичных лопаток без бандажей и проволок на колесе должны быть не ниже частот единичных лопаток (за исключением елочных хвостовиков), замеренных в тисах. Допускается снижение частот отдельных лопаток не более чем на 1 Гц.

Для решения задач диагностики рабочих и направляющих лопаток турбин по частотам собственных колебаний НПП "Интерприбор" разработало прибор ИЧСК-2. Принцип действия ИЧСК-1 основан на ударном возбуждении изделий (в частности, лопаток) и регистрации их спектра частот собственных колебаний. На основе анализа частот спектра делают вывод о работоспособности изделий или наличии дефектов (трещин, коррозии и т.п.). Данный прибор эргономичен, современен, имеет малые габариты (145х70х25 мм) и массу (140 г), экономичное аккумуляторное питание, полностью автономен и позволяет производить обследование лопаток как лабораторных условиях, так и непосредственно на объектах в труднодоступных местах. Наличие в приборе памяти результатов и связи с компьютером позволяет с минимальными затратами времени документировать все проведённые измерения. Приборы ИЧСК-1 успешно эксплуатируются в таких организациях, как Тюменьтрансгаз, Центрэнергогаз, на заводе Ротор г. Камышин.

При диагностики состояния рабочих лопаток в период эксплуатации измерение частот собственных колебаний лопаток хорошо дополняет другие методы контроля, такие как ультразвуковой, вибрационный, вихретоковый и др. Для вихретокового контроля наше предприятие выпускает сравнительно простой, но хорошо зарекомендовавший себя прибор ВДЛ-5.2. Вихретоковые дефектоскопы серии ВДЛ, выпущенные нашим предприятием, работают более 10 лет на предприятиях нефтегазового комплекса и в энергетике.

Методика обнаружения значительных дефектов железнодорожных колес по результатам измерения частот их собственных колебаний

Кугушев Владимир Ильич
Ведущий инженер ОАО «Климов», Санкт-Петербург, к. т. н.,
III уровень по акустическому и вихретоковому видам НК

Предлагаемая методика, основанная на экспериментальных данных, предназначена для проведения экспресс- контроля ж.-д. колес вагонов на станциях и пунктах осмотра. Исследования проводились с использованием измерителя частот собственных колебаний ИЧСК-1.0 производства НПП «Интерприбор», г. Челябинск. Прибор с помощью встроенного микрофона измерял частоту собственных колебаний (ЧСК) колеса после нанесения по нему удара медным молотком весом 400 г. Удары наносились в четырех зонах колеса, указанных на рис. 1. Выбор точек нанесения удара определялся исключительно удобством и повторяемостью условий получения экспериментальных данных. Точка 1 располагалась на середине дисковой части обода на уровне оси колеса, удар наносился в осевом направлении; точка 2 располагалась на середине радиальной части обода также на уровне оси колеса, удар наносился в радиальном направлении точки 3 и 4 расположены так же, как точки 1 и 2, только на радиусе, составляющем угол примерно 45° по отношению к ним.

Сразу после нанесения удара, пока колесо «звучит», микрофоном проводили вдоль дисковой части колеса в вертикальном направлении примерно на расстоянии 30 см от поверхности колеса. При измерении использовались следующие режимы, выставляемые на приборе: время измерения частоты 14 мс, время задержки измерения 3 мс, добротность Q, определяющая ширину полосы пропускания фильтра прибора, устанавливалась равной 3,3.


Рис. 1. Места и направления удара при возбуждении колебаний в железнодорожных колесах

Предварительный анализ спектра ЧСК ж.-д. колес может быть проведен с использованием общепринятых методик расчетов ЧСК реальных образцов и изделий различных форм и размеров, а также различного рода упрощенных методик [1]. Так, например, в работе [2] приведены результаты расчета различных мод колебаний дисков с центральным осевым отверстием, по которым можно судить о спектре ЧСК реальных ж.-д. колес. Физическая основа предлагаемой методики определяется вариационным принципом, который, как известно, заключается в том, что каждое тело в процессе деформации стремится иметь минимум внутренней энергии [3]. Наличие в определенных местах колеса трещины вызывает при деформации трение стенок этой трещины друг о друга, что в свою очередь приводит к повышению внутренней энергии объ­екта контроля. Кроме того, даже небольшая деформация вызывает выделение энергии на краях трещины [4], поэтому энергия, которую получает тело при ударе, распределяется на те формы собственных колебаний, которые не создают сдвиговых процессов в трещинах.

Таким образом, трещина демпфирует определенные формы колебаний, они плохо возбуждаются и быстро затухают. Отсюда следует, что, зная спектр частот собственных колебаний и построив амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) колеса без дефекта, мы можем в принципе по изменению АЧХ обнаруживать наличие трещин. Обоснованность такого подхода к определению трещин подтверждается теоретически, а именно: увеличение частоты колебаний ведет к увеличению максимального значения коэффициента интенсивности касательных напряжении и, следовательно, к уменьшению величины разрушающей нагрузки [5].

Экспериментально этот факт проявляется в том, что очень часто при наличии трещин высокие частоты доминируют в диапазоне низких частот за счет увеличения демпфирования трещиной низкочастотных колебании, при этом объект постоянно находится в состоянии, когда высокие частоты стремятся «вытеснить» низкие частоты при наличии трещин (демпфирующего фактора). На практике все гораздо сложнее, потому что АЧХ существенно меняется при переходе от колеса к колесу и от удара к удару. В предлагаемой методике этот процесс изменения АЧХ был упорядочен за счет проведения измерении с использованием полосовых фильтров прибора. Измерения проводились на семи полосах фильтра со значениями центральных частот f = 1200, 1800, 2400, 3000, 3600, 4200 и 4800 Гц. Ширина полос составляла, соответственно, 1019 ÷ 1381; 1528 ÷ 2072; 2037 ÷ 2763; 2546 ÷ 3454; 3055 ÷ 4145; 3564 ÷ 4836 и 4073 ÷ 5527 Гц и определялась добротностью. На каждой полосе проводились четыре измерения, удары наносились в четырех точках, указанных на рис. 1.

Таким образом, определялись параметры спектров ЧСК без построения АЧХ. В одних случаях мы имели доминирующие частоты, прибор фиксировал их стабильно и их значения заносились в протокол; в других случаях на микрофон шел поток различных «конкурирующих» частот, и прибор не показывал стабильно значение какой-либо одной частоты, в этом случае в протокол ставился прочерк. Для того чтобы уменьшить количество фиксируемых частот, необходимо было «смягчить» удар молотка. Экспериментально было установлено, что оптимально этому требованию отвечает молоток, изготовленный из меди.

Было исследовано 100 колес, проведена статистическая обработка результатов измерений и исключены «выбросы». В связи с тем, что значения ЧСК существенно зависят от формы и размеров контролируемых изделий, необходимо было учитывать различие колес по высоте обода h. Поэтому все колеса были разбиты на пять групп: h = 20 ÷ 29, 30 ÷ 39, 40 ÷ 49, 50 ÷ 59, 60 ÷ 69 и 70 ÷ 75 мм, для которых полученные результаты были представлены в виде отдельных таблиц. Ниже в качестве примера приведена табл. 1, в которой представлены результаты экспериментальных исследований для колес с высотой обода h = 20 ÷ 29 мм. В таблице приведены средние значения частот f и ниже в скобках стандартное отклонение их значений S. Аналогичные таблицы были составлены по результатам исследования остальных групп колес. Для наглядности для всех групп колес полученные результаты представлены в графическом виде на рис. 2 - 7.

Табл. 1. Результаты измерений для колес с высотой обода h = 20 ÷ 29 мм

Fср, Гц

1200

1800

2400

3000

3600

4200

4800

fcp, Гц; (S, Гц)

 

898 (13)

-

-

-

-

-

-

 

1595 (8)

1595 (8)

-

-

-

-

-

 

1625 (8)

1625 (8)

-

-

-

-

-

 

-

2030 (54)

-

-

-

-

-

 

-

-

2403 (32)

2403 (32)

-

-

-

 

-

-

2595 (36)

2595 (36)

-

-

-

 

-

-

-

-

3249 (50)

-

-

 

-

-

-

-

-

4110

-

 

-

-

-

-

-

-

4970

Результаты, приведенные на рис. 2 - 5, представляют собой «частотную модель» бездефектных колес, для которых в протоколе испытаний должны стоять либо полученные частоты, либо прочерки. Как видно из графиков бездефектных колес, одна и та же частота стабильно повторяется не более чем в двух полосах фильтра. Дефектное колесо характеризуется тем, что в протоколе во всех точках нанесения удара присутствует только одна частота, при этом она занимает более двух полос фильтра, переходя на соседние полосы. Это означает, что остальные частоты демпфируются дефектами, что, в свою очередь, дает возможность одной какой-то частоте проявляться как доминирующей.

В качестве экспериментального подтверждения в табл. 2 - 4 представлены протоколы исследований трех колес, имевших трещины. В графическом виде эти результаты представлены на рис. 6, 7.
«Частотная модель» бездефектного колеса представлена на графиках в виде сплошной линии. Зона в левой части графиков, ограниченная двумя сплошными линиями, означает, что в данной полосе фильтра f имеют место несколько гармоник, частоты которых ограничены этими линиями. В правой части графиков, в области высоких частот, эта зона переходит в линию; в этом случае в соответствии с граничными частотами фильтра измеряется только одна соответствующая частота.

«Частотные модели» дефектных колес представлены на рис. 6, 7 штриховыми линиями: на рис. 6 одно колесо крупным штрихом, другое мелким. Как видно из рисунков, контуры графического представления колес с трещинами выходят за пределы контуров графического представления бездефектных колес, и при этом одна и та же частота f стабильно измеряется в четырех-пяти полосах фильтра.

К недостаткам предлагаемой методики следует отнести ее сравнительно низкую чувствительность: трещины длиной менее 20 мм, хорошо определяемые ультразвуковым методом в условиях депо, этой методикой могут быть не обнаружены. Кроме того, есть основания полагать, что определяются далеко не все трещины различных ориентаций и размеров.

К достоинствам методики можно отнести простоту и оперативность контроля, укладывающуюся в рамки существующей системы контроля колес осмотрщиками вагонов во время остановок составов на станциях и пунктах осмотра. Действительно, имея многоканальный измеритель частоты собственных колебаний с автоматической обработкой полученных данных, на контроль одного колеса потребуется не более 20 - 30 с. Кроме того, экспериментальные исследования [2] показали, что чувствительность методики практически не зависит от загрузки вагонов.

Важным достоинством методики является достаточно высокая достоверность выявления существенных дефектов, в первую очередь, усталостных трещин. Выявление по предлагаемой методике дефектных колес свидетельствует с большой вероятностью о наличии в колесе существенных дефектов такого рода. Это значительно снижает риск ошибочной отбраковки бездефектных колес или колес с незначительными маловажными дефектами.

Табл. 2. Результаты измерений для колес с высотой обода h = 60 мм


Fц, Гц

1200

1800

2400

3000

3600

4200

4800

Fср, Гц

Точка 1

1509

-

2668

3286

3283

3280

-

Точка 2

1504

2007

2009

3286

3281

3284

-

Точка 3

1508

1506

-

3283

3283

3283

-

Точка 4

1505

1506

3283

3282

3283

3285

3271

Табл. 3. Результаты измерений для колес с высотой обода h = 67 мм


Fц, Гц

1200

1800

2400

3000

3600

4200

4800

Fср, Гц

Точка 1

994

2006

2010

3326

3323

3325

-

Точка 2

1000

2010

-

3331

3330

3329

-

Точка 3

1502

1494

3335

3327

3327

3327

3328

Точка 4

1506

-

3325

3324

3324

3324

3329

Табл. 4. Результаты измерений для колес с высотой обода h = 70 мм


Fц, Гц

1200

1800

2400

3000

3600

4200

4800

Fср, Гц

Точка 1

988

1945

-

3939

3936

3935

-

Точка 2

1000

1950

-

3938

3937

3932

3920

Точка 3

979

1771

-

3192

3942

3928

4727

Точка 4

-

-

-

3206

3943

3931

4716

Литература

  1. Кугушев В. И. Методика упрощенного расчета частоты собственных колебаний осесимметричных деталей. - В кн.: Всероссийский научно- практический семинар «Опыт использования в промышленности неразрушающего контроля качества неметаллических изделий, чугунного литья и композитов» / Сборник докладов. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007, с. 78-91.
  2. Кугушев В. И., Московенко И. Б, Славина Л. Я. Развитие акустического метода «простукивания» цельнокатаных железнодорожных колес. - В мире НК. 2004. № 1. С. 64-66.
  3. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. VII. Теория упругости. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 248с.
  4. Роботнов Ю. Н. Введение в механику разрушения. - М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 80с.
  5. Александров В. М., Сметанин Б. И., Соболь Б. В. Тонкие концентраторы напряжений в упругих телах. - М.: Физматлит, 1993. - 224 с.

Последнее изменение Понедельник, 01 Сентябрь 2014 10:39

Посетители | Кто сейчас на сайте

Сейчас 58 гостей и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте