Факультет Компьютерных информационных технологий и автоматики
Кафедра Электронной техники
Специальность - Научные, аналитические экологические приборы и системы
Тема выпускной работы: Обоснование и разработка структуры акустического анализатора состояния вентилятора главного проветривания шахты
Научный руководитель: Сенько Виктор Федорович
Доклад/Технические науки – Электротехника, радиотехника, телекоммуникации и электроника
Кулешова А. С.
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШУМОДИАГНОСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВЕНТИЛЯТОРОВ ГЛАВНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ШАХТЫ
Донецкий национальный технический университет
Аннотация: для создания прибора непрерывного контроля состояния вентиляторных установок главного проветривания шахт предложен шумодиагностический метод и обоснована возможность его использования.
Abstract: for creating an uninterrupted monitoring device of state fan installations main ventilation shafts was proposed sound-diagnostic method and the possibility of its use was substantiated.
Ключевые слова: шумодиагностический метод, шахтный вентилятор, диагностика, спектр, обнаружение дефектов, звуковое давление.
Keywords: sound-diagnostic method, mine ventilator, diagnostic, spectrum, defect detection, sound pressure.
Общая постановка задачи
Шахтный вентилятор главного проветривания – это неотъемлемая часть современного горного предприятия. Его задачей является уменьшение концентрации вредных и опасных веществ в атмосфере подземных горных выработок. Внедрение непрерывного контроля состояния вентилятора позволяет повысить надежность и долговечность его работы за счет своевременного обнаружения дефектов и предупреждения разрушения его узлов. На данный момент используемые средства диагностики шахтных вентиляторов имеют существенные недостатки, которые заключаются либо в недостаточной информативности (например, контроль состояния вентилятора по температуре определенных его деталей), либо в том, что этими средствами не может быть обеспечен непрерывный контроль оборудования во время его работы. Исходя из этих недостатков поставлена задача разработки прибора контроля состояния вентилятора главного проветривания шахты, основанного на шумодиагностическом методе обнаружения дефектов.
Постановка задачи исследования
Для обоснования возможности использования шумодиагностического метода для обнаружения дефектов в вентиляторах главного проветривания шахты, необходимо:
- рассмотреть сущность шумодиагностического метода контроля;
- проанализировать потенциальную возможность использования шумодигностического метод для контроля вентиляторов главного проветривания;
- рассмотреть условия применения этого метода.
Решение поставленной задачи
Шумодиагностический метод относится к группе акустических методов дефектоскопии, основанных на приеме звуковых колебаний, создаваемых работающим оборудованием. Сущность шумодиагностического метода заключается в зависимости спектра акустического шума диагностируемого оборудования от наличия в нем дефектов.
Выбор данного метода контроля обусловлен рядом достоинств:
- позволяет находить скрытые дефекты;
- не требует остановки, сборки-разборки оборудования;
- имеет большое быстродействие;
- позволяет обнаруживать неисправности на этапе их зарождения.
Для применения шумодиагностического метода контроля необходимо, чтобы функционирование исследуемого оборудования при надичии неисправности сопровождалось возбуждением колебательных процессов. Основное назначение вентилятора заключается в перемещении необходимого объема воздуха (или иной газообразной среды) в единицу времени, для чего вентилятор должен создавать определенное давление, необходимое для преодоления сопротивления воздушного тракта и выпуска потока с определенной скоростью. При этом побочными эффектами работы вентилятора являются шум и вибрации [1].
Анализ отечественного и зарубежного опыта контроля технического состояния систем с вращательным движением силовых узлов показывает, что для обнаружения возможных отказов наиболее эффективен (до 77 %) контроль состояния оборудования именно по параметрам вибрации. Вибрационная диагностика применяется в частности и для определения технического состояния оборудования и элементов вентиляторных установок главного проветривания, определения их остаточного ресурса и возможности дальнейшей эксплуатации [2]. То есть вибрация шахтных вентиляторов несет в себе достаточную информацию о наличии в них дефектов. На данный момент создана значительная база данных, содержащая информацию о спектрах вибрационных сигналов различных типов оборудования и о наборах критериев оценки состояния оборудования по этим спектрам.
Рассмотрим связь параметров вибрации и создаваемыми ею звуковыми колебаниями.
Вибрацией называются механические колебания упругих тел, проявляющиеся в перемещении центра их тяжести или оси симметрии в пространстве, а также в периодическом изменении их формы, которую они имели в статическом состоянии.
Колеблющаяся поверхность соприкасается окружающим ее воздухом. В прилегающем к ней воздушном слое образуется синфазная звуковая волна, уровень которой определяется в зависимости от возникающего в ней звукового давления. Уровень звукового давления в окружающей среде, который наблюдается при заданной величине колебательной скорости поверхности можно определить по формуле:
Это равенство означает, что существует корреляционная зависимость между уровнем колебательной скорости вибрирующей поверхности и уровнем звукового давления. Поэтому является возможным использование данных вибрационной диагностики для дефектоскопии с помощью шумодиагностического метода.
В общем случае для обнаружения дефекта методом шумодиагностики необходимо разложить в спектр сигнал звукового давления, издаваемого вентилятором и проанализировать уровень отдельных гармонических составляющих. Для каждого дефекта существует свой набор оцениваемых частот и предельных значений. Как правило, эти гармоники связаны с частотой вращения ротора вентилятора и собственными частотами отдельных деталей оборудования. К примеру, перекос внутреннего кольца подшипника качения проявляется на частоте, равной двум частотам перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, перекос наружного кольца проявляется на частоте вращения сепаратора, и т. д. В качестве опорного (эталонного) спектра используется спектр, полученный путем статистической обработке ряда измерений или принятый в качестве эталона послеремонтный спектр.
Таким образом, можно сделать вывод о возможности применения шумодиагностического метода для выявления дефектов в вентиляторах главного проветривания шахт, используя данные вибродиагностки о соответствующих спектрах.
Литература:
- Юдин Е. А., Справочник проектировщика. Защита от шума. – М
., 1974 г. ̶ 425 с.- Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. Ред. В. В. Клюева, Т. 7: Кн. 2 Вибродиагностика. – М.: Машиностроение, 2005.
- Алексеев С.П.
, Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении. – М., 1970 г. – 207 с.