Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Filtry

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2019/03/X/ST8/01505
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Mechaniczny (WM)
Tytuł
Metoda identyfikacji uszkodzeń wału w trakcie pracy maszyny wirnikowej na podstawie autorskiego modelu diagnostycznego w postaci różnicy przesunięć fazowych sygnałów
Streszczenie
W ostatnich latach w tematyce diagnostyki maszyn wirnikowych coraz większą uwagę zwraca się na przejście z diagnostyki w warunkach stacjonarnych do diagnostyki w warunkach pracy, w której demontaż elementów i zatrzymanie maszyny nie są konieczne. Takie podejście znacząco zmniejsza koszty eksploatacyjne i czasy przestoju maszyn. Wymaga jednak opracowania modeli diagnostycznych, w których będą uwzględnione sygnały diagnostyczne, jak i sygnały otoczenia pracy maszyny. W chwili obecnej Wnioskodawca rozwija dwie parametryczne metody diagnostyczne do diagnostyki maszyn wirnikowych w trakcie ich pracy. Są to: metoda kwadrat wzmocnień amplitudowych (opracowana w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych) oraz metoda wykorzystująca różnicę przesunięć fazowych (opracowana w Politechnice Białostockiej). Obie metody zostały zweryfikowane eksperymentalnie dla łopatek sprężarki silnika turbinowego SO-3 i szeroko opisane w literaturze. Niestety, w badaniach eksperymentalnych nie ma możliwości sprawdzenia skuteczności metod dla wirnika z uszkodzoną łopatką, gdyż praca silnika, np. z naciętą łopatką skutkowałaby jego uszkodzeniem i zagrażała osobom wykonującym eksperyment. Od 2018 r. badania eksperymentalne weryfikujące skuteczność obu metod zostały przeniesione równolegle na diagnostykę wałów. Obecnie sprawdzona została symulacyjnie i eksperymentalnie metoda wykorzystująca kwadrat wzmocnień amplitudowych. Celem założonego zadania badawczego jest identyfikacja symulowanych uszkodzeń wału (poprzez wykonane nacięcia na różnych głębokościach i długościach wału) za pomocą metody wykorzystującej różnicę przesunięć fazowych sygnałów. Metoda ta jest trudniejsza w implementacji (w porównaniu do metody wykorzystującej kwadrat wzmocnień amplitudowych) ze względu na to, że przesunięcie fazowe zależy nie tylko od sygnału mierzonego y, ale także od sygnałów otoczenia x, które są praktycznie niemożliwe do zbadania i uwzględnienia w modelach diagnostycznych. Aby wyeliminować wpływ sygnałów otoczenia zastosowano nowatorskie podejście, w którym sygnał zarejestrowany w trakcie jednego pełnego obrotu wału był podzielony na dwie części i dla obu części wyznaczono przesunięcie fazowe. Dało to możliwość wyznaczenia ilorazu tych przesunięć fazowych i obliczenie różnicy przesunięć fazowych sygnałów. W modelu tym istnieje możliwość wyeliminowania wpływu sygnałów otoczenia z modelu diagnostycznego (przy założeniu, że w dziedzinie częstotliwości sygnały otoczenia są identyczne w bardzo krótkich odcinkach czasu). Uzyskane przebiegi czasowe sygnałów i odpowiadające im parametry modelu diagnostycznego pozwalają na identyfikację charakterystyk dynamicznych wału, które zależą od bieżącego stanu technicznego. Przedstawiona w tym wniosku metoda diagnostyczna jest kontynuacją pracy nad rozwojem metod parametrycznych do diagnostyki maszyn wirnikowych w trakcie ich pracy. Dzięki zakupionym próbkom – wałów testowych było możliwe nie tylko symulacyjne sprawdzenie metody ale również zrealizowanie eksperymentu czynnego umożliwiającego obserwację parametrów modelu wału bez uszkodzeń i z uszkodzeniami (po wprowadzeniu symulowanych uszkodzeń o znanej wartości i położeniu). W projekcie został zbadany wpływ zbioru symulowanych uszkodzeń, różniących się miejscem położenia oraz wielkością, na parametry badanego modelu. Wałki testowe miały długość 250 mm, średnicę 16 i 25 mm, nacięcie w 1/2, 1/3 i 1/4 długości, głębokość pęknięcia 5, 10, 17, 25 i 40% średnicy, obróbka cieplna - hartowanie oraz odpuszczanie do wartości ~34HRC. Nacięcia wykonane metodą cięcia elektroerozyjnego (wymagana wąska szczelina cięcia). Tak szerokie spektrum badań pozwoliło na dokładne sprawdzenie, dla jakich głębokości i lokalizacji nacięć, rozwijana metoda jest skuteczna tj. potrafi wykryć zmianę stanu technicznego. Wynikom pomiarów, dla każdej próbki przy określonej prędkości obrotowej, wyznaczono liczbowe wartości parametrów modelu diagnostycznego. Ich analiza i porównywanie wymagała czasu i uwagi (zarejestrowano kilkadziesiąt tysięcy wartości parametrów). Dlatego też opracowano graficzną interpretację wyników, tworząc tzw. portret stanu technicznego wału. Przedstawienie wyniku w postaci czterech kolorów (dominacja koloru zielonego – wał nieuszkodzony, koloru niebieskiego – o lekkim zużyciu, czerwonego – o wzmożonym zużyciu, czarnego – o bardzo poważnym zużyciu) pozwala w prosty i przejrzysty sposób interpretować wyniki stawiając diagnozę odnośnie stanu technicznego wału. W trakcie wyznaczenia parametrów modelu diagnostycznego dodatkowo zbadano czułość statystycznych progów diagnostycznych. Pozwoliło to ustalić, że progi diagnostyczne dla wartości µ+σ, µ+2σ, µ+3σ wykazują najlepszą czułość wykrywania wałów uszkodzonych. Zakupione dodatkowo próbki wałów o większej twardości pozwoliły na sprawdzenie czy dla wałów o większej sztywności, metoda nadal będzie skuteczna. Wyniki prac zostały zaprezentowane w trakcie spotkań online z Instytutem Technicznym Wojsk Lotniczych w Warszawie oraz w Brzeskim Państwowym Uniwersytetem Technicznym. Nawiązana dyskusja i rozmowy stawiają nadzieję na wspólne prowadzenie prac nad rozwojem parametrycznych metod diagnozowania obiektów w trakcie ich pracy. Rozwijana metoda wykazała, że badane nią mogą być nie tylko łopatki czy też wały ale również możliwe jest jej stosowanie przy analizie prób rozciągania, czy też do badania wypływów gazu z rurociągów.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
maszyna wirnikowa; model diagnostyczny; różnica przesunięć fazowych; wał

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX