SU1385019A1

SU1385019A1 - Method of diagnostics of technical condition of rotor system element

Info

Publication number: SU1385019A1
Application number: SU853984266A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Потапов; Татьяна Павловна Курчавова
Original assignee: Северо-Западный Заочный Политехнический Институт
Priority date: 1985-12-06
Filing date: 1985-12-06
Publication date: 1988-03-30

Abstract

Изобретение относитс к испытательной технике, а именно к способу прогнозировани долговечности роторной -системы по данным испытани на усталость. Целью изобретени вл етс повышение точности за счет обеспечени контрол одновременно за двум параметрами повреждаемости материала - частотой собственных колебаний и площадью накопленных дефектов.,, Способ осуществл ют следующим образом. В образце возбуждают гармоцические колебани посто нной амплитуды с частотой , равной частоте вращени ротора , в течение N 10 циклов, которые предварительно разбивают на равные периоды. В конце каждого периода п f замер ют площадь S накопленных повреждений, использу любой метод дефектоскопии и частоту в координатах fp/fc и Sa/S п ,./N, где S - площадь образца, fp- частота колебаний , на основе которой ведут прогнозирование долговечности элемента ротора по резкому возрастанию кривой. 1 ил. S (ЛThe invention relates to a testing technique, namely to a method for predicting the durability of a rotor system according to a fatigue test. The aim of the invention is to improve the accuracy by ensuring control of two parameters of material damageability simultaneously - the natural frequency and the area of accumulated defects. The method is carried out as follows. Harmonic oscillations of constant amplitude with a frequency equal to the rotor rotation frequency are excited in the sample for N 10 cycles, which are previously divided into equal periods. At the end of each period pf, the area S of accumulated damage is measured using any method of flaw detection and the frequency in the coordinates fp / fc and Sa / S n. / N, where S is the sample area, fp is the oscillation frequency on the basis of which the prediction the durability of the rotor element by a sharp increase in the curve. 1 il. S (l

Description

Изобретение относитс к испытательной технике, а именно к способу прогнозировани долговечности роторной системы по данным испытани на усталость.The invention relates to a testing technique, and specifically to a method for predicting the durability of a rotor system according to a fatigue test.

Целью изобретени вл етс повышение точности за счет обеспечени контрол одновременно за двум параметрами повреждаемости - частотой собственных колебаний и площадью накопленных дефектов.The aim of the invention is to improve the accuracy by ensuring control of two parameters of damage simultaneously - the natural frequency and the area of accumulated defects.

На чертеже изображена зависимость отношени частоты вращени ротора к собственной частоте колебаний образ- ца от относительной площади накапливаемых в процессе испытаний дефектов Способ осуществл ют следующим образом .The drawing shows the dependence of the ratio of the rotor speed to the natural frequency of oscillation of the sample on the relative area of defects accumulated during the test. The method is carried out as follows.

В соответствии с существующими общетехническими требовани ми к услови м , методам и средствам испытаний при гармонических возбуждени х провод т усталостные испытани диагностируемого элемента роторной механичес- кой системы, создава гармоническое возбуждение элемента посто нной амплтуды с частотой, равной частоте вращени ротора, в течение циклов . В процессе испытаний производ разбивку их полной продолжительности на равные периоды. Число периодов выбирают исход из такой продолжителности испытаний, чтобы за это врем произошло накопление дефектов, кото- рые можно определить с помощью используемого метода дефектоскопии.Указанное условие контролируют посредством осуществлени повторных измерени дефектов в начальной стадии испыта- НИИ элемента.. В конце каждого периода опреде л ют площадь накапливаемых в элементе дефектов посредством дефектоскопии элемента, использу любой известный метод, например импе- дансный акустический метод, а также измерение собственной частоты колебаний элемента. Использу результаты испытаний, стро т зависимость отношени частоты вращени ротора к собственной частоте колебаний элемента от числа циклов возбуждени элемента и от относительной площади накапливаемых в элементе дефектов. Полученные зависимости характеризующие изменение технического состо ни элемента в режиме, соответствующем эксплуатационному состо нию, используют дл оценки ресурса работы элемента.In accordance with the existing general technical requirements for the conditions, methods and means of testing with harmonic excitations, fatigue tests of the diagnosed element of the rotor mechanical system are carried out, creating a harmonic excitation of the constant amplitude element with a frequency equal to the rotor rotation frequency during cycles. In the process of testing the production of a breakdown of their full duration for equal periods. The number of periods is chosen based on the test duration so that an accumulation of defects occurs during this time, which can be determined using the flaw detection method used. This condition is monitored by performing repeated measurements of defects at the initial stage of testing the element. At the end of each period The area of defects accumulated in the element is determined by means of the element's flaw detection, using any known method, for example, the impedance acoustic method, as well as the measurement of its own th frequency oscillation element. Using the test results, the dependence of the ratio of the rotor's rotation frequency to the eigenfrequency of oscillation of the element on the number of element excitation cycles and the relative area of defects accumulated in the element is constructed. The obtained dependences characterizing the change in the technical state of the element in the mode corresponding to the operational state are used to estimate the life of the element.

,- ,,

5 five

0 5 0 5 0 0 5 0 5 0

00

5five

При этом учитываютс допустимые требовани к величине отношени частоты вращени ротора к собственной частоте колебаний элемента, прин тые в процессе проектировани механической системы, а также возможные отклонени от требований.This takes into account the permissible requirements for the ratio of the frequency of rotation of the rotor to the natural frequency of oscillation of the element, accepted in the process of designing a mechanical system, as well as possible deviations from the requirements.

Пример осуществлени способа.An example of the method.

Проводились испытани элемента в виде ббразца стержневого типа, кон- сольно закрепленного на опорной станине массивного фундамента. Гармоническое возбуждение образца с посто нной амплитудой осуществл лось с помощью электродвигател и переходного устройства, соединенного с концом вала и свободным концом стержн , Исходна собственна частота колебаний образца составл ла 45,5 Гц. Частота вращени вала электродвигател выбиралась из соотношени fp/fp 0,55 (f(- - исходна собственна частота колебаний стержн , fp- частота вращени вала электродвигател ),An element in the form of a rod-type specimen, mounted on the support frame of the massive foundation, was tested. A harmonic excitation of the sample with a constant amplitude was carried out using an electric motor and a transition device connected to the shaft end and the free end of the rod. The initial natural oscillation frequency of the sample was 45.5 Hz. The frequency of rotation of the motor shaft was chosen from the ratio fp / fp 0.55 (f (- - the original natural frequency of the rod, fp is the frequency of rotation of the motor shaft)

Дефектоскопи образца осуществл лась с использованием импедансного акустического метода посредством прибора УКБ-Ш.. Измерени собственной частоты колебаний образца проводились посредством специально предназначенной дл этих целей установки ИЧЗ-9. Амплитуда колебаний свободного конца образца при испытани х составл ла 10 мм. Усталостные испытани образца проводились на базе 10 циклов возбуждени . Оценка развивающихс в образце дефектов на начальной стадии усталостных испытаний образца показала возможность определени дефектов выбранным методом после продолжительности испытаний t 3,5 ч, что соответствует п, 20-10 циклам возбз ждени образца (t п ,/2 /Tfp). В результате число периодов возб5 ждени образца было выбрано равным 5. Дефектоскопи образца и измерени собственной частоты колебаний производились перед началом испытаний, а также через каждые 20-1 о циклов возбуждени .The defectoscopy of the sample was carried out using an impedance acoustic method using a UKB-III instrument. The natural frequency of the sample was measured using a specially designed for this purpose installation of an EPI-9. The amplitude of oscillations of the free end of the specimen during the tests was 10 mm. Fatigue testing of the sample was carried out on the basis of 10 excitation cycles. Assessment of defects developing in the sample at the initial stage of fatigue testing of the sample showed the possibility of determining the defects by the selected method after a test duration of 3.5 h, which corresponds to n, 20-10 sample waiting cycles (t n, / 2 / Tfp). As a result, the number of excitation periods of the sample was chosen equal to 5. The sample was scanned and the natural frequency of oscillation was measured before testing, and also every 20–1 excitation cycles.

По результатам испытаний образца построены зависимости отношени частоты вращени ротора к собственной частоте колебаний образца от относительной площади накапливаемых в процессе испытаний дефектов Sa/S , где S (J - площадь накапливаемых дефек- TOBi S - площадь рабочей поверхности образца, и относительного числа периодов его возбуждени (см.чертеж). Проведенные испытани образца показали возможность его устойчивой рабо- ты в течение 6-10 циклов возбуждени (t 10,6 ч), после чего наблюдаетс существенное изменение fc образца , т.е. исходное отношение fp/f увеличиваетс .According to the test results of the sample, the dependences of the ratio of the rotor rotation frequency to the natural frequency of the sample oscillations on the relative area of accumulated Sa / S defects during testing, where S (J is the area of accumulated defective TOBi S is the area of the working surface of the sample, and the relative number of periods of its excitation (See drawing.) The tests performed on the sample showed the possibility of its stable operation for 6–10 excitation cycles (t 10.6 h), after which a significant change in the sample fc, i.e. the initial ratio fp / f increases.

Claims

Invention Formula

A method for diagnosing the technical condition of an element of a rotor system.

that is, a cyclic load is applied to the element by harmonically exciting it with a constant amplitude and frequency and judging the fatigue characteristic of the element's life, characterized in that, in order to improve the accuracy, at least 3 - x measurements of the area of accumulated defects and the natural frequency of the element, which are used to determine the fatigue characteristic.