автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Дискретно-фазовые преобразователи перемещений элементов вращающихся узлов изделий машиностроения

11-6 2790

На правах рукописи

ДАНИЛИН Александр Иванович

ДИСКРЕТНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ УЗЛОВ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Специальность 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара-2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)»

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Гречишников Владимир Михайлович

Официальные оппоненты: лауреат государственной премии СССР

доктор технических наук, профессор Домрачев Вилен Григорьевич

доктор технических наук, профессор Васин Николай Николаевич

доктор технических наук, профессор Матюнин Сергей Александрович

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт физических измерений (г. Пенза)

Защита состоится 26 декабря 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.215.05, созданного при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)» по адресу: г. Самара, 443086, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)»

Автореферат разослан 16 ноября 2011г.

Ученый секретарь совета, д.т.н., профессор

Фурсов В.А.

эос

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена развитию теории дискретно-фазовых измерений, научному обоснованию и разработке дискретно-фазовых преобразователей угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов (ВУ) изделий машиностроения.

Актуальность работы. Обеспечение высокой надежности вращающихся узлов изделий машиностроения, в первую очередь энергетических установок (ЭУ) на базе турбоагрегатов, увеличение их эксплуатационного ресурса, снижение эксплуатационных расходов и эксплуатация по техническому состоянию базируется на информации о фактическом, реальном состоянии нагруженных вращающихся элементов. По этой причине все большую актуальность приобретает разработка эффективных автоматизированных средств оценки технического состояния элементов вращающихся силовых узлов ЭУ, которое в свою очередь определяется статическими и динамическими угловыми и линейными перемещениями (УЛП) этих элементов. Примерами УЛП являются: статическая закрутка и крутильные колебания валов мощных электродвигателей и электрогенераторов, турбин и компрессоров, статический изгиб и раскрутка, изгибные и крутильные колебания лопаток турбоагрегатов и др.

В настоящее время на практике основным методом как оперативного, так и длительного контроля состояния элементов ВУ ЭУ является бесконтактный дискретно-фазовый метод (ДФМ). Однако, внедрение известного классического метода дискретно-фазовых измерений сдерживается как на штатных, так и на экспериментальных ЭУ вследствие необходимости выполнения глубокого препарирования энергоагрегата для установки датчиков в его внутреннем тракте. Установка внутренних датчиков требует монтажа дополнительных крепежных, токосъемных и других конструктивных элементов, что снижает надежность как устройства контроля, так и ЭУ в целом. Кроме того, классический ДФМ имеет существенный недостаток, связанный с резким уменьшением чувствительности при измерении локальных УЛП, обусловленных высшими формами колебаний элементов вращающихся узлов энергетических установок.

Вопросам разработки, теоретического обоснования и внедрения подобных устройств посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных авторов: Боришанского К.Н., Григорьева Б.Е.; Григорьева С.Ю., Дорошко С.М., Заблоцкого И.Е., Заславского А.Г., Коростелева Ю.А., Лебедева A.B., Левицкого Ю.Н., Малышева B.C., Медникова В.А., Молчанова Е.И., Первушина С.М., Секисова Ю.Н., Солохина Э.Л., Тойбера М.Л., Урьева Е.В., Шипова P.A., Robinson R.A., Carrington I.B., Cooper J. E., Dimitriadis G., Ewins D.J., Heath S., Hohenberg R., Holz R.G., Slater Т., Stivenson R.E. Wright J.R., Zielinski M. и др.

В то же время в связи с возрастанием требований к точности и достоверности контроля перемещений ВУ ЭУ возникает необходимость в создании нового поколения устройств, которые в силу специфики построения и методики использования целесообразно выделить в самостоятельный класс средств измерений дискретно-фазовые преобразователи перемещений (ДФПП). Особенность преобразователей данного класса заключается в том, что значения

дискретных фаз перемещений формируются с помощью расположенного в технологическом отверстии корпуса ЭУ одно - или двухканального первичного преобразователя (ПП), в котором конструктивно и функционально интегрированы объект контроля, источник и приемник зондирующего излучения (ЗИ) оптического или радиоволнового диапазона, а также электронные узлы первичной обработки сигналов. Такое конструктивное решение позволяет обеспечить получение необходимой информации при минимальном уровне препарирования ЭУ (используется лишь одно технологическое отверстие в корпусе 0 8-10 мм), что не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на прочность конструкции ЭУ в целом. Проведенный анализ научно-технической и патентной информации показал, что комплексные исследования технических возможностей ДФПП динамически нагруженных ВУ ЭУ до сих пор не проводились, что препятствует их широкому использованию в процессе доводки, испытаний и технической эксплуатации различных изделий машиностроения.

Поэтому комплексное решение вопросов, связанных с развитием теории ДФПП, теоретически обоснованных методов проектирования и построения аппаратных средств ДФПП, позволяющих с единых научных позиций получить обобщенные и частные математические модели информационного взаимодействия чувствительных элементов ДФПП с контролируемыми объектами, выяснить общие подходы и закономерности построения и функционирования ДФПП, адаптированных к экстремальным эксплуатационным условиям, обосновать технические возможности и пути их реализации применительно к системам автоматического управления (САУ) энергоагрегатами, показать их преимущества перед традиционными ДФПП и на этой основе обеспечить создание и практическое использование устройств контроля рабочих УЛП элементов вращающихся узлов изделий машиностроения при сохранении требуемого уровня достоверности в условиях их ограниченного препарирования представляет собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народно-хозяйственное значение.

Работа выполнена в рамках межвузовской научно-технической программы «Неразрушающий контроль и диагностика» (1995-1997 г.), комплексной программы «Перспективные информационные технологии в высшей школе» (подпрограмма АСНИ, 1996-1999 г.), региональной программы «Развитие научного и технологического потенциала Самарской области» (1998-2000 г.), федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» (подпрограмма «Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» 2002-2006 г.), инновационной образовательной программы «Развитие центра компетенции и подготовка специалистов мирового уровня в области аэрокосмических и геоинформационных технологий» (20062011 г.), программы развития ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)» (2009-2018 г.).

Цель диссертационной работы. Развитие теории ДФМ и создание на ее основе нового класса преобразователей угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов изделий машиностроения, позволяющих в условиях минимального препарирования обеспечивать необходимую точность и достоверность контроля перемещений в реальных условиях эксплуатации.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе потребовалось решить следующие задачи:

1. Теоретическое обоснование использования ДФПП с одноканапьным чувствительным элементом для бесконтактного контроля статических и динамических линейных перемещений элементов вращающихся узлов ЭУ.

2. Разработка принципов построения ДФПП с двухканальным чувствительным элементом для бесконтактного контроля угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов ЭУ, на основе взаимодействия зондирующего электромагнитного излучения оптического и радиоволнового диапазонов с локальными зонами контролируемых элементов.

3. Разработка обобщенной математической модели (ОММ) процессов формирования информационных сигналов ДФПП с учетом конструктивно-геометрических параметров элементов вращающихся узлов ЭУ; математической модели ДФПП при его реализации в оптическом и радиоволновом диапазонах для контроля угловых и окружных перемещений элементов ВУ; программного обеспечения для исследования и обоснования конструктивно-технологических характеристик ДФПП по математической модели бесконтактного взаимодействия чувствительных элементов ДФПП с локально-информационными зонами контролируемого элемента ВУ ЭУ

4. Исследование метрологических характеристик ДФПП и разработка методов повышения их точности. Разработка электронных и механических имитаторов перемещений контролируемых поверхностей для настройки и метрологических испытаний ДФПП.

5. Разработка методики эксплуатационного мониторинга выработки ресурса элементов ВУ ЭУ с использованием ДФПП на примере лопаточного узла газотурбинного двигателя (ГТД).

6. Разработка способов реализации ДФПП, их конструкций и схем на основе современной элементной базы и микроконтроллеров. Экспериментальные исследования и практическое использование разработанных ДФПП.

Методы исследования. В диссертационной работе при решении поставленных задач использованы: методы математического моделирования; математический аппарат аналитической геометрии и линейной алгебры; теоретические положения геометрической оптики и фотометрии; методы расчета оптико-электронных систем; элементы теории электромагнитного поля; математические методы активного планирования эксперимента и регрессионного анализа; элементы теории погрешностей и методы статистической обработки экспериментальных данных.

Достоверность полученных теоретических результатов и выводов подтверждена математическим и численным моделированием энергоинформационных процессов в ДФПП; корректными допущениями и

ограничениями, использованными при разработке моделей преобразователей; экспериментальными исследованиями ДФПП, созданных с использованием разработанных математических моделей и методик проектирования; проверкой на виртуальных и эталонных механических имитаторах, задающих образцовые линейные и угловые перемещения контролируемых элементов (КЭ) ВУ.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые:

1. Разработана методика бесконтактного контроля статических и динамических линейных перемещений элементов ВУ ЭУ на базе ДФПП с одноканальным чувствительным элементом, основой которого является измерение временных интервалов между импульсами периферийного датчика или временных интервалов между импульсными сигналами оборотной метки и периферийного датчика с последующим выделением из массива накопленных данных максимального, минимального и среднего значений контролируемого перемещения.

2. Предложены новые способы для реализации ДФПП с двухканальным чувствительным элементом, основанные на регистрации временных интервалов между сигналами, сформированными при использовании диффузно и зеркально отражающих областей на поверхности контролируемого элемента ВУ ЭУ, полученных за счет соответствующего выбора соотношений между длиной волны ЗИ и параметрами микрорельефа отражающих областей.

3. Разработана ОММ ДФПП для контроля угловых перемещений контролируемых поверхностей, отображающая в различных диапазонах длин волн формирование выходных информационных сигналов с учетом энергетических, конструктивных и схемотехнических параметров ДФПП.

4. Разработана математическая модель процесса взаимодействия ЗИ ДФПП в оптическом и СВЧ диапазонах с контролируемым элементом ВУ ЭУ и формирования результирующего информационного сигнала, с учетом формы и микрорельефа контролируемой поверхности элемента, его углового и окружного перемещения относительно приемно-передающего модуля.

5. Разработана полиномиальная модель погрешности формирования информационного временного интервала ДФПП с двухканальным чувствительным элементом, использование которой устанавливает диапазон изменения статических и динамических дестабилизирующих факторов (асимметрия формы импульсов, флуктуации установочного зазора и уровней компарирования), в пределах которых их влияние на результирующую погрешность минимально.

6. Предложена и обоснована методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов, основанная на объективной информации о перемещении торцов лопаток, получаемой с помощью ДФПП и позволяющей определять показатели их прочностной надежности, а именно: коэффициенты запаса прочности, коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление.

7. Разработаны новые структурные схемы и конструкции ДФПП для контроля УЛП ВУ изделий машиностроения, позволившие в условиях

минимального препарирования объекта контроля обеспечивать необходимую точность и достоверность контроля перемещений в реальных условиях эксплуатации.

Практическая ценность работы. Заключается в том, что разработанные способы реализации ДФПП, компьютеризированные системы диагностики и средства контроля ВУ ЭУ, построенные на основе ДФПП, предложенные и апробированные конструктивные и схемотехнические решения, реализованные в устройствах контроля УЛП лопаток турбомашин, позволили решить ряд важнейших задач, а именно:

получение информации об УЛП динамически нагруженных элементов вращающихся узлов ЭУ, необходимой для прогнозирования остаточного ресурса, например, лопаточных аппаратов турбоагрегатов и оптимизирования сроков проведения их ремонтов с продлением межремонтного периода эксплуатации;

снижение трудоемкости общей эксплуатации ЭУ путем проведения восстановительно-ремонтных работ на стадии раннего определения увеличения УЛП элементов ВУ ЭУ при развитии в них дефектов;

- обнаружение предельно допустимых УЛП торцов лопаток турбоагрегатов и предотвращение в связи с этим аварийных ситуаций, связанных с выходом из строя элементов ВУ ЭУ.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная математическая модель ДФПП для контроля угловых перемещений контролируемых поверхностей отображающая в различных диапазонах длин волн взаимосвязь энергетических, конструктивных и схемотехнических параметров ДФПП.

2. Математическая модель процесса взаимодействия ЗИ ДФПП в оптическом и СВЧ диапазонах с контролируемым элементом ВУ ЭУ и процесса формирования результирующего информационного сигнала.

3. Способы реализации ДФПП с двухканальным чувствительным элементом, основанные на регистрации временных интервалов между сигналами, сформированными при использовании диффузно и зеркально отражающих областей на поверхности контролируемого элемента ВУ ЭУ.

4. ДФПП с одноканальным чувствительным элементом для бесконтактного контроля статических и динамических линейных перемещений элементов ВУ ЭУ, основой которого является измерение временных интервалов между импульсами периферийного датчика или временных интервалов между импульсными сигналами оборотной метки и периферийного датчика с последующим выделением из массива накопленных данных максимального, минимального и среднего значений контролируемого перемещения.

5. Полиномиальная модель погрешности формирования информационного временного интервала ДФПП.

6. Методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов, основанная на объективной информации о перемещении торцов лопаток, получаемой с помощью ДФПП и позволяющей определять показатели их прочностной надежности, а именно: коэффициенты запаса прочности,

коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление.

7. Новые структурные схемы и конструкции ДФПП для контроля УЛП ВУ изделий машиностроения.

Реализация результатов работы заключается: в использовании результатов исследований при разработке способов определения УЛП элементов ВУ изделий машиностроения и применении ДФПП в составе контрольно-измерительных и диагностических средств;

- в разработке и создании измерителя виброперемещений лопаток на основе оптоэлектронного и вихретокового преобразователей (ОЭП-ВТП), внедренного и использованного в ОНИЛ-1 КуАИ для исследования вибрационных характеристик композитных материалов и деталей;

- в разработке и создании на основе ДФПП с двухканальным чувствительным элементом измерителя деформаций лопаточных венцов ГТД для контроля параметров динамического состояния лопаток ГТД, внедренного в Самарском конструкторском бюро машиностроения (СКБМ);

- в разработке и создании на основе ДФПП с одноканальным чувствительным элементом сигнализатора предаварийных деформаций лопаток (СПДЛ), использованного в составе контрольно-измерительной аппаратуры газотурбинных двигателей на газокомпрессорных станциях (ГКС) «Павловская» Ульяновской области и ГКС «Ржев» Ленинградской области;

в использовании результатов исследований при выполнении экспериментально-отладочных работ по конструкторской доводке лопаток 4 и 8 ступеней компрессора судового ГТД ДН-80 на ГП НПКГ «Зоря-Машпроект»;

в разработке и создании на основе ДФПП системы контроля деформационного состояния лопаток (СКДСЛ), используемой на филиале ОАО «Волжская ТГК» «ТЭЦ ВАЗа» на ПТ-60-130/13 станция № 2; Т-100/120-130 станции № 4, № 8; ПТ-135/165-130 станции № 9, №11;

- в разработке и создании опытного программно-информационного комплекса по выявлению предаварийных перемещений лопаток системами контроля деформационного состояния рабочих лопаток паровых турбин, используемого на филиале ОАО «Волжская ТГК» «ТЭЦ ВАЗа»;

в разработке и создании программно-аппаратного имитатора угловых и линейных перемещений торцов лопаток для проверки и калибровки ДФПП;

- в использовании ДФПП и сигнализатора предаварийных деформаций лопаток в учебном процессе для подготовки специалистов по специальности (160901) «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей» в курсе «Электрические измерения», а также в студенческих научно-исследовательских работах на кафедрах электротехники, радиотехники и медицинских диагностических систем, радиотехнических устройств СГАУ.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Вибродиагностика авиационных газотурбинных двигателей» (г. Куйбышев, 1984 г.); на VII областной научно-технической конференции «Новые методы и средства неразрушающего контроля полуфабрикатов, деталей и изделий»

(г. Куйбышев, 1985 г.); на 4-й научно-технической конференции ученых и специалистов КуАИ (г. Куйбышев, 1985 г.); на областной научно-технической конференции (г. Куйбышев, 1986 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений» (Москва, 1995 г.); на научно-техническом семинаре по итогам работы отраслевых лабораторий и научно-исследовательских групп ОНИЛ-5, ОНИЛ-16, НИГ «Вибродиагностика» (Самара, 1999 г.); на X международной конференции (Севастополь, 2000 г.); на XI международной конференции «КрыМиКо-2001» (Севастополь, 2001 г); International Signal Processing Conference in Dallas (Texas, 2003); на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2003 г.); на всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы радиоэлектроники" (Самара, 2003 г.); на научно-методической конференции «Актуальные проблемы развития университетского технического образования в России» (Самара, 2004 г.); на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2011 г.); на 19-й научно-технической всероссийской конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Самара, 2011 г.); на 1-ой всероссийской научно-практической конференции «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах» (Ульяновск, 2011 г.); на научно-техническом совете радиотехнического факультета СГАУ (2003,2005,2008,2010,2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 печатных работ, в том числе одна монография, 28 статей, из которых 15 в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, получено 10 авторских свидетельств и 7 патентов РФ на изобретения, 19 тезисов докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из основного текста на 284 страницах машинописного текста, включающего введение, пять глав и заключение, списка литературы из 165 наименований и приложения. Основная часть проиллюстрирована 135 рисунками и 6 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, дана общая характеристика работы, ее научная новизна и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен анализ современного состояния научно-технической проблемы бесконтактного контроля УЛП динамически нагруженных элементов ВУ изделий машиностроения. В качестве примера которых на рис. 1а схематически представлена ступень лопаточной ЭУ. Здесь элементы конструкции ротора (диск колеса и вал) при его вращении совершают угловые статические (в виде закрутки) и динамические (в виде колебаний) перемещения относительно оси вала ОО, линейные перемещения в направлении

осей X и Ъ. Под действием рабочего тела (газовоздушной смеси или жидкости) на лопатки ЭУ их торцы подвергаются осевым перемещениям (ОП) вдоль оси X и радиальным перемещениям (в пределах рабочего зазора 5 - РЗ) вдоль оси Ъ (рис. 1 б). Торец лопатки в результате закрутки ее пера может совершать угловые перемещения (УП), также статические и динамические, в пределах некоторого угла ф (рис.1 в) в плоскости ХОУ. Кроме этого, в результате изгиба пера лопатки ее торец перемещается вдоль оси У (ИП) (рис. 1г), при этом (см. боковую проекцию на рис. 1г) нормаль торца лопатки отклоняется от исходного состояния на угол а. Для контроля перемещений торцов лопаток в корпусе ЭУ над траекторией их движения установлен первичный преобразователь многофункционального ДФПП (датчик, ЧЭ ПП - чувствительный элемент ПП).

Рис.1. Элементы ротора лопаточной ЭУ, развертка лопаточного венца с угловыми и линейными перемещениями лопаток

В настоящее время автоматизированный контроль УЛП ВУ ЭУ осуществляется, в основном, с помощью ДФПП, реализующих дискретно-фазовый метод измерения (ДФМ). Сущность ДФМ основана на преобразовании дискретных значений (фаз) перемещений контролируемых элементов, определяемых в пределах периода каждого оборота ротора 74 ВУ, в

пропорциональные временные интервалы /Ц, длительности которых

подвергаются статистической обработке на интервале Т»пТоб, п»\,

п - число оборотов ротора ВУ, соответствующее интервалу статистического

накопления, в результате чего определяются А?тш. ~ утах, Л1тШ ~ утШ и

Л1ср~ уср, где утах,утт,уср - максимальное, минимальное и среднее значения

контролируемого перемещения за время накопления (усреднения).

Выявлены достоинства и недостатки известных способов реализации ДФПП для контроля УЛП ВУ ЭУ; выполнен сравнительный анализ требований определяющих точность ДФПП; показано, что в недостаточной мере

проработаны вопросы непрерывного контроля и оценки УЛП элементов ВУ ЭУ на рабочих эксплуатационных режимах, позволяющего на любой стадии эксплуатации ЭУ оперативно вводить управляющие воздействия, предотвращающие предельные перемещения силовых элементов ВУ ЭУ и как следствие их поломку.

Разработана классификация методов и средств определения УЛП элементов ВУ ЭУ, показывающая, что с точки зрения минимизации влияния на внутренний тракт ЭУ и уменьшения затрат на выполнение технологических операций препарирования корпуса, наиболее эффективными являются способы реализации ДФПП с одноканальным и двухканальным чувствительными элементами.

Показана, в частности, принципиальная возможность создания на базе ДФПП системы автоматического поддержания безаварийного состояния лопаток (САПБАСЛ) с включением ее в стандартную САУ турбоагрегата.

Обосновано и показано, что использование радиоволнового и оптического диапазонов для формирования ЗИ, объективно несет в себе ббльшие возможности информативного взаимодействия с контролируемыми элементами ВУ и их локально-информационными областями.

На основе рассмотрения и анализа представленной информации сформулированы вопросы, требующие дополнительного изучения в области декодирования информационного наполнения сигналов датчиков радиоволнового и оптического диапазонов, сформулированы задачи исследования метрологических характеристик ДФПП, проработки их структурной реализации и физико-математического моделирования.

Во второй главе разработана ОММ ДФПП, основанная на формировании информационного и опорного ЗИ, направленных на поверхность контролируемого объекта (ПКО), модуляции информационного ЗИ за счет изменения пространственного положения ПКО, приему отраженных ЗИ, формированию на их основе информационного иинф и опорного и0„

электрических сигналов. В результате получены общие формулы, в которых: а - угловое положение ПКО, И - средняя высота микронеровностей ПКО, П частота вращения контролируемого элемента, I текущее время, Л длина волны ЗИ, Р] мощность генерации элементарного ЗИ, нормированная

функция пространственной модуляции ЗИ, крутизна энергетического

преобразования потока излучения в ток приемника, 2И сопротивление нагрузки, мультипликативная и ц/]к аддитивная составляющие

погрешности энергоинформационного взаимодействия ЗИ с ПКО, сйт номинальные и ст действительные параметры величин Р, ^, 5 с соответствующими индексами, Аст - отклонения параметров от номинальных значений вследствие влияния инструментальных погрешностей и внешних факторов, N количество элементарных излучателей, формирующих ЗИ, К - количество элементарных приемных элементов:

и,

1

Л'

к=1

N

0).

'оя

Га,О/И ,Дсу,с°,ДсЛ/)|^<А х

К

N К

Разность пропорциональна информационным

угловым перемещениям а контролируемой поверхности. Последующая обработка массива данных позволяет выделить максимальное значение

Предельный переход к бесконечно малым приращениям углов излучения и приема ЗИ, определяющих параметры Р , Р и 5, позволяет получить формулы (1) в интегральной форме записи.

Предложенная ОММ отображает комплекс энергоинформационных преобразований, протекающих в процессе формирования выходного информативного сигнала, и представляет собой «математическую оболочку», объединяющую частные математические модели процессов преобразования информации в ДФПП и позволяет еще на стадии проектирования:

целенаправленно формировать необходимые характеристики электрических сигналов за счет изменения параметров излучающих и приемных устройств;

прогнозировать относительную величину помеховых компонент на всех стадиях формирования сигнала;

определять подходы к нахождению характеристик погрешностей формирования информационного сигнала.

В соответствии с ОММ разработана расчетная математическая модель ДФПП на основе оптоэлектронного преобразователя (ОЭП), действующая в оптическом диапазоне. В прямоугольной системе координат ХУ2 на расстоянии К от начала координат по оси 02 расположен и зафиксирован приемно-передающий элемент (ППЭ) ОЭП. Диаграмма направленности (индикатриса) излучения нестационарного излучателя получается экспериментально с помощью гониофотометров в оптическом диапазоне, либо с помощью образцовых

шах {а,} контролируемого перемещения ПКО.

измерительных антенн в радиоволновом диапазоне. ГЖО - часть поверхности Я контролируемого элемента ЭУ. Рассматриваемая система с указанными параметрами и обозначениями представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема взаимодействия излученного потока ДФПП с элементом вращающегося узла: й - нормаль к поверхности контролируемого элемента; а - угол отклонения нормали й при угловых перемещениях элемента от исходного положения; S\ - длина пути луча от центра элементарного излучателя ППЭ ОЭП до отражающего элемента П; S2 - длина пути луча от отражающего элемента П до центра элементарной приемной площадки ППЭ ДФПП; A Snp.ASyjj, - элементарные приемная и излучающая площадки;

визд, впр - углы излучения и приема.

Элементарный световой поток отражается зеркально от ПКО зафиксированной во времени и падает на ППЭ. В соответствии с законами фотометрии и геометрической оптики он создает освещенность Е(0пр)

элементарной площадки AS„p и в оптическом диапазоне (Р=>Ф) выражается

формулой: Ф)к (а,с°т ,Лст ,t=const) = А(АФпр) = E(0np)AS„p.

Освещенность E(Qnp) для наклонной под углом &„р площадки от луча

интенсивностью J(Qmn ) Ц&Пр) = ^ cos6np, где 5=S|+S2

S

На рис. 3 представлен ход зондирующего 5| и отраженного от ПКО лучей и их проекции на торец ППЭ в полярной системе координат. Здесь приняты следующие обозначения: р\ и " проекции 5] и S2 на торец ППЭ; \a(t)+y(t)]=r|(r) - угол между нормалями Щ ,й2 и й в точке падения луча на ПКО, изменяющийся во времени; /? и г полярные координаты площадки Д^им ; Ф и Р полярные координаты центра площадки A Snp.

Рис.З. Геометрическая интерпретация распространения излученного и отраженного лучей

В соответствии с рисунками 2 и 3 в результате суммирования вкладов всех излучающих элементарных площадок искомый световой поток получен в виде выражения:

<М')= р'рР \ЬФ„Р гйг (2),

'„, Р| Г,{ Р)

где

'ш, Ф2 0з(ф) ,/0 \

А<М') = ^ к [ Ф«^)] а "" . со5[0,ст + 2п(01/-(в,олМвшл (3), ф, 8,(<р) Мбизл^)

Т(&„р) - потери из-за частичного отражения потока от приемной площадки,

В8

д&„

[<8®иг, +фт+ 217>]Н

+ 6

1

1 +

2(д?]/д&иш)

С ОБ О,.

С052{&к

■2п)

Если в качестве приемного устройства используется структура, обладающая внутренним фотоэффектом, то генерируемый фототок прямо пропорционален падающему на него световому потоку: 1ф=5„рФпр{{). Полученные выражения

(2, 3) позволяют рассчитать амплитудные и временные параметры сигналов, определить положения их максимумов в окружно-угловой развертке у ВУ (или во времени) и оценить форму и крутизну фронтов импульсов фиксируемых приемным элементом. Анализ полученных расчетных результатов позволил установить асимметрию информационного колоколообразного импульса и зависимость изменения положения максимальных значений импульсов от угловых положений элементов ПКО.

В радиоволновом СВЧ диапазоне при рассмотрении теоретических положений, описывающих существование и распространение энергетического

поля в волноводах, в большинстве практических случаев пользуются математическим аппаратом теории длинных линий. Применительно к модели ДФПП для СВЧ диапазона в качестве нагрузки волноводной линии необходимо рассматривать элементы ВУ ЭУ, которые периодически перекрывают (замыкают) излучающий раскрыв волновода и формируют амплитуду и фазу отраженного электромагнитного потока. Таким образом, по волноводной линии во взаимно-встречных направлениях распространяются падающая и динамически меняющаяся отраженная волны, в результате интерференции которых в волноводе формируется стоячая волна с изменяющимся положением узлов, пучностей и их амплитудных соотношений. Процесс формирования амплитудно-фазовых характеристик такой стоячей волны, зависящих от величины зазора 8 между элементом ПКО и раскрывом волновода, углового положения а элемента ПКО, угла поворота контролируемого узла у относительно оси волноводного датчика и эффективной отражающей площади 8эф элемента ПКО, интерпретируется эквивалентным изменением параметров

комплексного коэффициента отражения Г С другой стороны эти же параметры 8, а , у и 83ф определяют мгновенные значения потока излучения Фпр, полученного в предыдущей расчетной модели. Очевидно, что закон изменения нормированной величины Фноры = Ф„р / Фпр тах может быть поставлен в пропорциональное соответствие коэффициенту отражения Г в той же системе координат. Используя установленный закон изменения Г = Ф„орм, можно определить величину напряжения ишгр в месте расположения приемного

элемента. Следовательно, информативные составляющие УЛП элемента ПКО проходящего возле раскрыва волноводного СВЧ датчика будут определять форму и амплитудные соотношения электрических сигналов регистрируемых приемной системой ДФПП.

Разработанная математическая модель ДФПП позволяет установить информативные компоненты сигналов взаимодействия ЗИ с элементами ВУ ЭУ, выявить зависимости информационного параметра (временного положения середины импульса) от уровня компарирования, от величины установочного зазора и размерных соотношений приёмно-передающего элемента ДФПП и контролируемого элемента.

В качестве примера характерного объекта контроля исследованы перемещения динамически нагруженных консольно-закрепленных элементов ВУ ЭУ. Установлены математические соотношения, позволившие сформировать методику определения информативных составляющих колебательного движения контролируемых элементов, а именно, амплитуду их колебаний и изменение взаимных перемещений (координат) при реализации ДФПП с одноканальным чувствительным элементом. Перемещение КЭ иллюстрируется рис. 4.

Под действием центробежных и газовых сил упругая линия элементов ВУ занимает положение 05, относительно которого, при наличии возбуждающих сил, рассматриваемые элементы участвуют в колебательном движении. у„_I

^/зшах ' Фрагмент окружной развертки ВУ

ул а, с двумя консольно-закрепленными

1п_, элементами

Усредненный шаг между зонами взаимодействия элементов с ДФПГТ определится величиной у15. Если, например, в 7-м КЭ начинает развиваться дефект, то это приводит к уменьшению жесткости материала элемента и, соответственно, к уменьшению запаса прочности. Поэтому положение о о упругой линии КЭ в процессе его нагружения

начинает меняться. Дефектный элемент получает дополнительное статическое перемещение (изгиб) и его колебательные движения, с изменившейся амплитудой А^, происходят относительно новой упругой линии 00. В этом случае шаг между КЭ будет равен у^ и отклонение контролируемого элемента от исходного бездефектного состояния Ау1к = у^ - ул. Таким образом, зафиксированное изменение взаимных перемещений КЭ позволяет судить о его деформационном состоянии (ДС) и прогнозировать степень его аварийности, причем именно этот диагностический признак не зависит от фазы и частоты колебаний. Наличие демпфирующих бандажно-проволочных связей на КЭ некоторых ЭУ не изменяет общих подходов к решению задачи, а изменяет только амплитуды колебаний и положение упругой линии элемента ВУ.

Исправные, бездефектные КЭ характеризуются средней по венцу из К элементов амплитудой колебаний (рис.4): Ах Посредством статистического анализа амплитуд колебаний всех элементов выделяются максимальные А^/тах

и минимальные

значения, которые при сравнении со средней

амплитудой дают алгебраическую разность А = А¡¡¡¡тах -А1=\Ашт(„ - |.

Полученная разность характеризует конструктивно-технологические отклонения, обусловленные различными упругостями отдельных КЭ и особенностями изготовления ВУ

При эксплуатации ЭУ постоянно контролируется текущее значение амплитуд колебаний КЭ АШек -(у5з1тах~У151тт)/4, составленное из контролируемых перемещений, и сравнивается со средним значением. Как только Л(тек- АА> А , констатируется изменение амплитуды колебаний / -го

элемента, т.е. регистрируется появление в нем дефекта. Для выявленного

межэлементного интервала амплитуда колебаний дефектного КЭ: Ас1 = -А5 + (Усктах ~Ус1зтт)/2 ■

Таким образом, задача определения ДС КЭ при использовании ДФПП с одноканальным чувствительным элементом связана с определением межэлементных перемещений или соответствующих временных интервалов. При этом предполагается, что в процессе накопления информации соседние КЭ проходят в зоне чувствительного элемента периферийного датчика хотя бы один раз в фазах, соответствующих двум экстремальным значениям их колебательных процессов и между / -м дефектным и к -ым исправным элементами будут зафиксированы максимальное и минимальное перемещения. Увеличение времени накопления позволяет с большей вероятностью правильно зафиксировать межэлементный интервал с дефектным КЭ. Поэтому время накопления информативного параметра ограничено, с одной стороны, временем развития дефекта, а с другой, - надежностью проводимых измерений. В случае использования ДФПП с одноканальным чувствительным элементом для определения минимального времени накопления информации, при котором с заданной вероятностью можно утверждать, что погрешность измерения перемещения между КЭ не превзойдет наперед заданной величины, было проведено компьютерное моделирование методом статистических испытаний Монте-Карло. Результаты расчетов позволяют в каждом конкретном случае найти достоверность определения межэлементного интервала в зависимости от числа оборотов ротора ВУ для различных по величине допустимых ошибок.

В третьей главе предложены способы построения ДФПП с учетом особенностей их применения и эксплуатации. Общий подход при их разработке базируется на теоретически обоснованной во 2-ой главе возможности получения информативных параметров угловых и линейных перемещений элементов ВУ ЭУ. Контроль УЛП с помощью ДФПП рассмотрен на примере турбоагрегата, лопаточный узел которого определяет во многом эксплуатационную надежность всей ЭУ. Например, по статистическим данным Самарского конструкторского бюро машиностроения за период эксплуатации с 1995 по 2000 г. двигателей НК-12СТ по причине разрушения лопаток 1-ой ступени компрессора досрочно сняты с ГКС 25 двигателей. Недоработка ресурса составила 870766 часов (средняя недоработка ресурса одного двигателя за 1 год 6966 часов). По данным технической службы российской грузовой авиакомпании «ВОЛГА-ДНЕПР» за период (1991-2006 г.) эксплуатации девяти серийных машин Ан-124 с двигателями Д-18Т зафиксировано 43 случая разрушения двигателей, причем 23 случая - по причине повреждения или разрушения лопаток, т.е. 53% от всех причин выхода из строя двигателей связано с надежностью лопаточного аппарата. В соответствии с данными Всероссийского теплотехнического института, приведенными в «Методических указаниях по расследованию причин повреждений деталей роторов паровых турбин электростанций» РД 153-34.1 17.424-2001 следует, что за 30 лет эксплуатации паротурбоагрегатов в России и СНГ, только по трем типам турбин (К-300-240, К-500-240, К-800-240), имели

место повреждения лопаточного аппарата, приведшие к серьезным разрушениям турбоагрегатов, машинных залов и пожарам.

Подробно рассмотрены способы построения ДФПП и особенности их реализации в задачах эксплуатационного контроля ВУ энергоустановок и при экспериментальных исследованиях новых или модифицируемых ЭУ.

При решении задачи эксплуатационного контроля ДФПП предназначены для постоянной и продолжительной работы в составе ЭУ. В этом случае с помощью ДФПП определяется изменение взаимного перемещения у, торцов соседних лопаток в венце по мере развития дефекта в лопатке и соответствующее изменение амплитуды А5 их колебательного движения. При этом ДФПП могут быть реализованы по схеме с одноканальным (ДФПП-1) или двухканальным (ДФПП-2) чувствительными элементами. Структурная схема устройства эксплуатационного контроля взаимных перемещений торцов лопаток на базе ДФПП-1 представлена на рис. 5.

V

9 —V Г 10

Рис. 5. Структурная схема устройства

эксплуатационного контроля перемещений лопаток турбоагрегатов на базе ДФПП-1

Периферийный датчик 1, в котором конструктивно совмещены источник и приемник ЗИ, установлен в корпусе турбоагрегата над траекторией движения торцов лопаток. В результате взаимодействия ЗИ с торцами лопаток датчик генерирует электрические сигналы, которые с помощью формирователя 2 преобразуются в прямоугольные импульсы. Информация о значениях параметров , Ах и А^ заложена в изменениях временных интервалов т, между этими импульсами, далее т, преобразуются в цифровой код в блоке 3. По результатам измерения в течение N текущих оборотов ротора определяются величины максимальных и минимальных значений т, для каждого шага. Полученные экстремальные значения каждого межлопаточного интервала поступают в блок 4, где определяется значение т5/ каждого шага в соответствии с выражением:

=(х1тах + тш(п)//2 • Кроме этого, прямоугольные импульсы с формирователя 2 поступают в блок 5, где временные интервалы г, суммируются за N оборотов

г N К

ротора и находится средний период вращения ротора: Т8 =—Если

;=1 ы

техническая реализация турбоагрегата позволяет установить датчик 6 оборотной метки ротора, то его электрические сигналы преобразуются формирователем 7 в прямоугольные импульсы, поступающие в блок 8, в котором определяется

средний период вращения ротора за N оборотов: Т5 =—Полученные

М М

значения Т5 в блоке 10 делятся на количество лопаток К в колесе, и определяется средний шаг лопаток по колесу за N оборотов ротора: т К

Определенные таким образом текущие значения окружных перемещений у5, ~ т „ и у^ ~ т 5, сравниваются между собой в блоке 11 сравнения. Если отличается от тЛ| на некоторую пороговую величину Д_у , то на выходе блока 11 генерируется сигнал о возникновении дефекта в одной или нескольких лопатках.

Определение амплитуды колебательного движения торцов лопаток осуществляется следующими двумя способами. В первом из них в процессе контроля участвует только ДФПП-1, ПП которого фиксирует моменты прохождения возле него торцов лопаток. В этом случае определяются усредненные амплитуды колебаний пар лопаток, следующих друг за другом в лопаточном венце. Отсутствие датчика оборотов и оборотной метки не позволяет осуществлять привязку измерений к конкретной лопатке. С другой стороны, при построении устройств - сигнализаторов предаварийных деформаций лопаток, на основании амплитудного критерия важно выделить наличие превышения амплитуды колебаний контролируемого элемента ВУ некоторой предельной величины, после чего должен быть сгенерирован сигнал тревоги. Поэтому некоторое уменьшение функциональных возможностей подобных сигнализаторов дает выигрыш в надежности и стоимостных характеристиках подобных ДФПП.

Во втором способе определения амплитуд колебаний лопаток используется датчик оборотов, который позволяет идентифицировать положение и перемещение любой лопатки относительно оборотной метки на роторе. Такая привязка также позволяет определить фазовые компоненты колебательного перемещения каждой лопатки и увеличить точность контроля перемещений за счет исключения взаимного влияния на результат измерения пространственно-временных положений соседних лопаток.

При необходимости контроля УЛП, обусловленных высшими формами колебательного движения лопаток, используются ДФПП-2 работающие в СВЧ диапазоне (эксплуатационный контроль) или в оптическом диапазоне (экспериментальные исследования).

Способы построения ДФПП-2, предназначенных для преобразования угловых перемещений а контролируемых элементов на высших формах колебаний, а также перемещений, обусловленных кромочными или пластиночными высокочастотными колебаниями, рассмотрены на примере их реализации в оптическом диапазоне.

Разработаны три варианта реализации ДФПП-2 (см. таблицу I), В первом варианте на торцах лопаток формируют зеркально и диффузно отражающие участки, причем их расположение может быть как поперечным, так и продольным относительно торца лопатки.

Во втором варианте используется информация о величине микронеровностей /г на торцах готовых лопаток и в соответствии с этим выбираются спектральные характеристики излучателей и фотоприемников.

В третьем варианте в отличие от второго в качестве формирователя опорного канала используется вихретоковый преобразователь (ВТП).

Таблица 1

Основные структурные схемы для реализации ДФПП-2

Расположение отражающих участков Разноволновые источники излучения Комбинированное использование ОЭП-ВТП

Продольное Поперечное

> 1 Г-, ( »

& 1 Са 1

с\| Г7Л.—|о\1—>| ср | ^ РП Го] г—рл—. 1 пч М К

......"Д. ■■"■"■ ^

чГР

При определении угловых перемещений а лопаток в соответствии с первым вариантом реализации ДФПП-2 используют светопроводящую систему (СПС) для направления зондирующего излучения на траекторию движения торцов лопаток. Как правило, СПС представляет собой разновидность V-образных световодов, общий конец которых в виде приемно-передающего коллектора (ППК) устанавливается в корпусе турбоагрегата. Первый конец СПС подключается к источнику излучения, а второй - к фотоприемнику.

В зависимости от поперечной или продольной ориентации диффузно и зеркально отражающих участков, выполненных на торцах лопаток, используются различные схемотехнические реализации, позволяющие сформировать информационные и опорные сигналы. Затем измеряется временной интервал между серединами опорного и информационного импульсов, который и является величиной пропорциональной угловому а перемещению торцов лопаток.

При определении угловых перемещений в соответствии со вторым вариантом ППК СПС также устанавливается в корпусе турбомашины. Первые два свободных конца СПС подключаются к источникам излучения с Л,>8Л и

Я2 < Н, соответственно. Потоки излучения с ППК попадают на торцы КЭ ВУ и отражаются от них: один с длиной волны Я, - зеркально, второй с длиной волны

Л2 - диффузно. Вторые два свободных конца СПС подключаются к селективным фотоприемникам, имеющим максимальную спектральную чувствительность на

длинах волн Л\ и Селективные фотоприемники выделяют диффузно и

зеркально отраженные потоки излучения, которые затем преобразуются в электрические измерительные и опорные сигналы, временной интервал между которыми пропорционален контролируемому угловому перемещению.

Существует общий недостаток, присущий рассмотренным вариантам реализации ДФПП-2. Он связан с тем, что при увеличении зазора между КЭ и ППК СПС, увеличивается прямо пропорционально и длина дуги, которую прочерчивает отраженный луч по внутренней поверхности корпуса ЭУ, соответственно изменяются и временные интервалы между максимумами индикатрис зеркально и диффузно отраженных потоков.

Указанный недостаток минимизирован в третьем варианте способа определения угловых перемещений а КЭ, основанном на совместном использовании ОЭП-ВТП. Он отличается от ранее рассмотренных способов тем, что вместо опорных импульсов, получаемых при диффузном отражении потока излучения от торцов лопаток, используется электрический сигнал взаимодействия торца лопатки с ВТП. В силу малой чувствительности ВТП к изменению пространственного углового положения а торца лопатки временное положение сигнала ВТП оказывается относительно стабильным, что позволяет использовать его в качестве опорного. Информационный параметр - временной интервал между серединами импульсов фотоприемника и ВТП, как уже отмечалось, - связан прямо пропорционально с величиной зазора между торцами лопаток и корпусом турбомашины: 5Д( ^ЗК(а), где К(а)- нормированная функция преобразования устройства; 8- зазор. Амплитуда электрического сигнала ВТП в первом приближении зависит от зазора обратно пропорционально: 8ВТП«Ку!д, где К\ нормированная функция преобразования, определяемая особенностями аппаратной реализации ВТП. Поэтому выходной сигнал, получаемый в результате перемножения электрических сигналов = 5Д,5В777 = К\К(а), позволяет в определенных пределах минимизировать влияние изменений зазора на точность измерения угловых перемещений.

На базе ДФПП-2 предложен также способ контроля угловых перемещений Ф торцов лопаток, возникающих вследствие их изгибно-крутильных колебаний (см. рис.1). Для определения угла раскрутки и амплитуды таких колебаний используются особенности отражения ЗИ от штрихованной поверхности торца лопатки, которая получается в результате выполнения обязательной стандартной технологической операции - проточки лопаточного венца в составе ротора ЭУ. При этом индикатриса отражения, наблюдаемая в плоскости штрихов, оказывается в несколько раз уже индикатрисы отражения, наблюдаемой в плоскости перпендикулярной штрихам.

В результате изгибно-крутильных перемещений пера лопатки изменяется угловое положение штрихообразных участков отражения относительно плоскости вращения колеса. Вследствие этого индикатрисы отражения потоков излучения от торцов лопаток становятся более широкими. Таким образом,

контроль длительности импульсов фотоприемника и обработка накопленных значений позволяет определить величину статической угловой раскрутки ф и амплитуду крутильных колебаний объекта контроля.

Предложен оригинальный способ и разработано устройство для определения формы колебаний лопаток. Суть его состоит в том, что совместно определенные угол а отклонения нормали торца лопатки от радиального направления и его окружное смещение у, в лопаточном венце формируют векторный сигнал в плоскости аОу, модуль и фаза которого однозначно связаны с номером формы изгибных колебаний лопатки. Векторное представление двумерного сигнала колебательного движения лопатки позволяет компактно и наглядно представлять ее рабочее состояние и проводить оперативное сравнение колебательных характеристик различных лопаток.

В четвертой главе исследованы основные виды погрешностей, которые оказывают наибольшее влияние на точностные характеристики ДФПП-2 при контроле угловых перемещений элементов вращающихся узлов ЭУ.

В этой реализации ДФПП информационным и измеряемым параметром является временной интервал между максимумами опорного и измерительного асимметричных колоколообразных импульсов, сформированных при взаимодействии элемента ПКО с ЗИ первичного преобразователя. Однако, зашумленность реальных датчиковых сигналов и их малая крутизна в области пиковых значений не позволяют- известными аппаратными средствами точно фиксировать моменты наступления максимальных значений импульсов. В этих условиях временной интервал предложено определять между серединами опорного и измерительного импульсов, т.к. середина симметричного импульса соответствуют его максимальному значению и аппаратно определяется значительно проще.

Показано, что доминирующей составляющей результирующей погрешности определения информационного временного интервала является асимметрия формы первичных сигналов ПП, которая определяется физической природой взаимодействия ЗИ с контролируемыми элементами ВУ ЭУ.

Предложена методика уменьшения погрешности измерения информационного временного интервала, основанная на анализе разработанной полиномиальной модели погрешности, учитывающей действие статических и динамических дестабилизирующих факторов и позволяющей определять области их минимального влияния. Полиномиальная модель погрешности построена как функциональная зависимость отклонения аргументов одноименных точек линии середины (ЛС) асимметричного измерительного импульса от аналогичных точек ЛС симметричного импульса, соответствующего сигналу от элемента ПКО с угловым положением а = 0. При нахождении полинома исходными являлись данные, полученные как экспериментально, так и в результате теоретических расчётов. Поэтому для учёта информативных и корреляционных аспектов тех и других данных целесообразно воспользоваться методами построения интерполяционных моделей, разработанными в теории планирования факторного эксперимента, с последующим регрессионным анализом полученных

зависимостей. В результате факторного эксперимента получен регрессионный полином для измерительного сигнала ОЭП:

(4),

IV

тг

= 10"3(-253 + 292/п6 + 4а + 40а/«5-106А:1/и5 + 441Л:1 -Юб/л^-ЗЗЗА",2)

позволяющий определить приведенную методическую погрешность:

¥

измерения временного интервала при

условии нулевого положения опорной метки, т.е. при идеально-диффузном отражении зондирующего излучения от элемента ПКО. В этом выражении <5, и б2 - определяют диапазон динамического изменения установочного зазора, Ки и Кп - задают пределы изменения нормированных уровней компарирования, аш максимальное значение углового перемещения, а Шт значение параметра, соответствующее конечной точке диапазона измерений. Графики погрешности для уровня компарирования АГ, =0,7 приведены на рис.6.

Рис. 6. Погрешность определения информационного параметра ДФПП-2 при использовании ОЭП

В

реальных

случаях, некоторой

15 2 2.5 3 3.5 ¿[мм]

вследствие

упорядоченности микронеровностей поверхности контролируемого элемента, возникающей из-за особенностей технологических операций ее обработки, опорный импульс формируется в потоке направленно-диффузного отражения. В результате опорный импульс сдвигается относительно нулевого положения и поэтому возникает систематическая ошибка, которая в каждом конкретном случае учитывается индивидуально.

Для ДФПП-2 с комбинированной системой ОЭП-ВТП получено выражение регрессионного полинома в виде:

Ш =10

" оэп-втп

219,67 - 515,3 8 /иб + 7,85а + 41,46а/и5 + 278,32 /и2б] (5).

Полученные результаты показывают (см. рис. 7), что основным фактором,

Рис. 7. Погрешность определения информационного параметра ДФПП-2 при использовании ОЭП-ВТП

влияющим на точность формирования информационного параметра в системе ОЭП-ВТП, является нестабильность установочного зазора 5

Таким образом, рассмотренный подход к определению погрешности ДФПП-2 позволяет на основе экспериментально-

расчётных параметров исследуемой системы получать аналитические выражения необходимых зависимостей, оценивать вклад и значимость каждого параметра в погрешность контроля УЛП.

Получено выражение для расчета относительной погрешности определения УЛП с помощью ДФПП-2 в условиях аддитивного действия случайных помех:

где с1 - диаметр ПП; Я - радиус ВУ; ит амплитудное значение импульса; IIк - уровень компарирования; £(/]) - помеха; /[ - момент компарирования.

С помощью этого выражения определены уровни компарирования, обеспечивающие = 1 - 2 %, в зависимости от конструктивных размеров ПП.

Выполнена сравнительная оценка инструментальной погрешности разработанных ДФПП-2 при использовании ОЭП. Указаны пути ее снижения до значений 0,1-0,2% (примерно в 5 раз) за счет введения оптической насадки и уменьшения допустимых отклонений ее размеров от номинальных значений.

Получены выражения для расчета динамической погрешности измерителя деформаций лопаточных венцов (ИДЛВ) на базе ДФПП-2, показано, что во всем диапазоне частот вращения ротора турбомашины она не превышает 0,07%. Выполнен анализ инструментальной погрешности ИДЛВ. Получены выражения для полных погрешностей измерителя и его блоков. Предложены способы и схемотехнические решения, снижающие инструментальные погрешности формирователя уровней компарирования за счет индивидуального формирования опорных уровней для каждого информационного импульса ОЭП, СВЧ ПП и ВТП, квазибезгистерезисного компарирования, контроля зазоров с минимизацией дестабилизирующих факторов.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований конструктивных соотношений ОЭП, используемых в ДФПП-2 и направленных на улучшение чувствительности преобразователя. В результате установлено, что чувствительность ОЭП к отраженному потоку увеличивается при уменьшении расстояния между осями излучателя и фотоприемника; с этой же целью определены минимальные значения длины оптической насадки ОЭП, при которой еще сохраняется монотонность выходной характеристики.

Получены сравнительные оценки отражающих свойств боковой поверхности различных оптических насадок и установлено, что насадки на основе кварцевых световодных стержней обеспечивают большую чувствительность ОЭП.

Экспериментально получена функция преобразования ДФПП-2: ивых = /(а), определена приведенная максимальная погрешность ее нелинейности, составившая 0,68%. Получена зависимость приведенной погрешности определения угловых перемещений а торцов лопаток от величины установочного зазора, которая не превышает 1% для диапазона 5 = 1,5-2,5 мм. Показана возможность эффективной отстройки от флуктуаций установочного зазора. Соответствующие графики приведены на рис. 8.

Рис. 8. Экспериментальные зависимости приведённой погрешности определения угловых перемещений а элементов ВУ от значения установочного зазора

Проведен экспериментальный

сравнительный анализ работы волноводных первичных преобразователей на двух типах волн Ни и £01 для круглого волновода. Выбор низшей волны Ни обусловлен тем, что в требуемом рабочем диапазоне частот, возможно применять волноводы с наименьшим внутренним диаметром и использовать стандартные конструкции возбудителей и подстроечных элементов в виде закорачивающих поршней и плунжеров. Отмечен недостаток использования волны #и в круглом волноводе проявляющийся в неустойчивости ее плоскости поляризации, приводящей к амплитудным флуктуациям сигнала. Показано, что переход на тип волны Е01 в круглом волноводе решает проблему зависимости амплитуды сигнала от взаимной ориентации силовых линий поля Е и торца лопатки, т.к. волны типа £01 обладают полной круговой симметрией электрического поля.

Для определения количественных значений статических и динамических перемещений элементов ВУ ЭУ при появлении в них дефектов, в качестве примера, разработана модель функционирования лопатки 1-ой ступени компрессора ГТД НК-12СТ на основе прикладного компьютерного пакета моделирования МБС ЫАЗТЯАМ, реализующего метод конечных элементов. Дефект имитировался в корневой части лопатки, его размеры задавались относительной величиной г|=50/55, где 8й - площадь дефекта, - площадь сечения пера лопатки в месте дефекта. На основании проведенного моделирования получены зависимости изменения А^, <5, шс от величины 1]. Анализ указанных зависимостей показывает, что амплитудные перемещения торцов лопаток при их колебаниях по мере развития дефекта (до аварийного развития трещины Г(=Г1К/, »0,5) незначительно и составляет 0,33%, а отклонение

торца относительно исходного состояния изменяется в большем диапазоне и составляет 8,5% от среднего шага между лопатками. Относительное изменение собственной частоты шс колебаний по первой форме до аварийного развития трещины составило 19% при нагрузках соответствующих рабочему режиму работы двигателя. Опираясь на полученные результаты, можно расчетным путем ориентировочно оценивать максимальные размеры дефекта, еще не приводящие к разрушению лопатки, и ставить им в соответствие предельные значения УЛП, надежно регистрируемые ДФПП. Результаты компьютерного моделирования развития дефекта показали, что угловое положение а и величина окружного

№ К

а =15• \

\\\ и' \ V \

\ \ V 1 а=5'

/у

У вы

перемещения у, торца лопатки являются информативными параметрами, однозначно определяющими деформационное состояние (ДСЛ) лопатки. Для теоретического обоснования зависимости ДСЛ от а и у1 разработана математическая модель, устанавливающая связь напряжений в пере консольно закрепленной плоской лопатки с информативными параметрами: о2 =/(а) и сг=/{у,). Анализ полученных выражений показал, что для высших форм колебаний лопаток в условиях одинакового возбуждения, диапазон окружных перемещений торцов лопаток уменьшается, а диапазон их угловых положений увеличивается. При этом высшим формам колебаний лопаток соответствуют большие значения угловых положений их торцов. Таким образом, угловое положение торца лопатки характеризует ее деформационное состояние в широком спектре динамических нагрузок.

Разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния лопатки. Для этого предложено воспользоваться ее конечно-элементной моделью и с ее помощью решить обратную задачу: по найденным, экспериментальным путем, статическим и динамическим УЛП торцов лопаток определить статические, циклические и вибрационные нагрузки в контрольных сечениях пера лопатки. Для этого:

- на основании определенных координат торца деформированной лопатки и ее формы колебаний вводятся граничные условия по его статическим и динамическим перемещениям;

- поле перемещений в каждом элементе конечно-элементной модели лопатки через соотношения Коши определяет поле деформаций, которое, в свою очередь, определяет поле напряжений, а интеграл их произведения по объему конечного элемента - энергию деформации. Таким образом, полная энергия деформации всего объекта, т.е. пера лопатки, является суммой энергий деформации каждого конечного элемента и может быть выражена функциональной зависимостью через перемещения узлов сетки конечных элементов с учетом граничных условий;

- среди кинематических возможных перемещений узлов истинными будут те перемещения, которые обеспечивают минимум этой полной энергии.

После нахождения соответствующих напряжений в характерных сечениях пера лопатки создается архив изменения этих параметров. Затем, используя например, линейное суммирование однородных повреждений, за эксплуатационный цикл турбоагрегата рассчитываются эквивалентные параметры статических и циклических нагружений.

Разработанная методика позволяет по результатам измерения УЛП определять выработку ресурса лопаток и показатели их прочностной надежности: коэффициенты запаса прочности, коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки лопаток за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление. Полученные расчетные данные для всех контролируемых лопаток сохраняются в памяти информационно-управляющего вычислительного

комплекса, и являются объективной информацией, которая определяет их фактический остаточный ресурс.

В приложении 3 приведено техническое описание, примеры использования, эксплуатационные характеристики разработанных ДФПП и устройств на их базе: измеритель деформаций лопаточных венцов (ИДЛВ-1), измеритель виброперемещений лопаток (ИВПЛ), сигнализатор предельных деформаций лопаток (СПД), сигнализатор предаварийных деформаций лопаток (СПДЛ-1), система контроля динамического состояния лопаток судовых ГТД (СКДЛ), система контроля деформационного состояния лопаток ПТ (СКДСЛ).

В приложении 4 приведено: техническое описание программно-информационного комплекса для автоматизированного сбора информации о рабочем состоянии лопаток контролируемых ступеней ПТ и выявления дефектных лопаток; программно-аппаратного имитатора информационных сигналов ПП, разработанного для осуществления проверок и поверки ДФПП.

В приложении 5 приведены акты использования разработанных ДФПП и устройств на их базе в различных отраслях энергетической промышленности.

При разработке и создании ДФПП и контрольно-измерительных средств на их основе использованы авторские свидетельства и патенты на изобретения, указанные в списке опубликованных работ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации на основе развития теории дискретно-фазовых измерений научно обоснован и реализован новый класс преобразователей угловых и линейных перемещений элементов ВУ изделий машиностроения ДФПП, обеспечивающий необходимую точность и достоверность контроля перемещений в условиях минимального препарирования контролируемых объектов и нашедших практическое применение в промышленности, экспериментальных научных исследованиях и учебном процессе. При этом получены следующие результаты и сформулированы выводы:

1. Классифицированы принципы и методы построения ДФПП УЛП элементов ВУ изделий машиностроения по принципу действия, способу преобразования первичной информации, способам аппаратной реализации и физическим принципам взаимодействия с контролируемым объектом. Сформулированы общие требования к ДФПП УЛП элементов ВУ ЭУ, определен их функциональный состав, а также возможность их использования в САУ ЭУ.

2. Разработана обобщенная математическая модель формирования информационных сигналов ДФПП-2 в оптическом и радиоволновом диапазонах, отображающая процесс энергетического взаимодействия ЗИ с контролируемым объектом с учетом параметров первичного преобразователя и конструктивных элементов ВУ ЭУ, на основании которой разработана расчетная математическая модель, отображающая процесс взаимодействия ЗИ ДФПП-2 в оптическом и СВЧ диапазонах с информационной зоной элемента ВУ ЭУ и формирования результирующего информационного сигнала с учетом формы и микрорельефа контролируемой поверхности элемента ВУ, его углового и окружного

перемещения относительно приемно-передающего модуля. Разработаны алгоритм и программа расчета светового потока, отраженного от контролируемой поверхности элемента ВУ ЭУ, учитывающая конструктивные и размерные соотношения первичного преобразователя ДФПП.

3. Разработаны новые способы реализации ДФПП-2 с двухканальным чувствительным элементом, основанные на регистрации временных интервалов между сигналами, сформированными при использовании диффузно и зеркально отражающих областей на поверхности элементов ВУ ЭУ При этом способы реализации различаются ориентацией диффузно и зеркально-отражающих участков относительно плоскости вращения элементов ВУ либо выбором длин волн ЗИ для обеспечения зеркального и диффузного отражения в зависимости от размеров и упорядоченности микронеровностей в локальной зоне контролируемых элементов.

4. Разработан ДФПП-1 с одноканальным чувствительным элементом для контроля статических и динамических перемещений элементов ВУ изделий машиностроения, основой которого является измерение временных интервалов между импульсами периферийного датчика или временных интервалов между импульсными сигналами оборотной метки и периферийного датчика, с последующим выделением из массива накопленных данных максимального, минимального и среднего значений контролируемого перемещения. Показано, что при длительном эксплуатационном контроле УЛП элементов ВУ ЭУ предпочтительными для использования являются ДФПП-1 и ДФПП-2, реализованные в радиоволновом СВЧ диапазоне.

5. Проведена оценка методической погрешности ДФПП. Показана ее зависимость от времени накопления информации о фазовых состояниях перемещения элемента ВУ, Проведен анализ методической погрешности формирования и обработки сигналов комбинированных ОЭП-ВТП в ДФПП-2. Получены аналитические выражения для ее расчета. Показано, что методическая погрешность не превышает 1% и основным фактором, определяющим ее величину является нестабильность установочного зазора. Предложена методика уменьшения погрешности измерения информационного временного интервала, основанная на анализе разработанной полиномиальной модели погрешности, учитывающей действие статических и динамических дестабилизирующих факторов. Получено аналитическое выражение для погрешности ДФПП-2, обусловленной действием случайных помех, на основании которого разработаны рекомендации по выбору конструктивных соотношений приемно-передающих элементов ПП и параметров схем обработки сигналов. Получены аналитические выражения для расчета инструментальных погрешностей ДФПП-2 и образующих его блоков. Предложены структурные и схемотехнические приемы, уменьшающие инструментальную погрешность ДФПП-2 до 1,5-2%.

6. Разработаны и изготовлены электронный имитатор и механический стенд для проведения метрологических и экспериментальных исследований ДФПП. На примере эталонной физической модели лопаточного аппарата подтверждена достоверность полученных теоретических положений. Проведены экспериментальные исследования функции преобразования ДФПП-2 и

установлено ее хорошее совпадение с расчетной линейной характеристикой (приведенная погрешность от нелинейности не более 0,68%); подтверждена возможность эффективной отстройки от флуктуаций установочного зазора; получена экспериментальная зависимость приведенной погрешности ДФПП-2 от величины установочного зазора (приведенная относительная погрешность <0,5%), выработаны рекомендации по выбору установочного зазора и конструктивных размеров ОЭП.

7. Предложена методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов, основанная на объективной информации о перемещении торцов лопаток, получаемой с помощью ДФПП и позволяющей определять показатели их прочностной надежности, а именно: коэффициенты запаса прочности, коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление.

8. Предложены конструктивные и схемотехнические реализации ДФПП-1, ДФПП-2 и их основных блоков для контроля УЛП элементов ВУ энергоагрегатов. На их основе разработаны устройства: ИДЛВ-1, ИВПЛ, СПДЛ, СКДЛ для ГТД, СКДСЛ и программно-информационный комплекс для ПТ, использованные на предприятиях авиационного машиностроения и энергетических производствах. Приведены основные технические характеристики разработанных устройств.

Основное содержание диссертации отражено в 65 работах, в том числе: Монография:

1. Данилин, А.И. Бесконтактные измерения деформационных параметров лопаток в системах контроля и управления турбоагрегатами [Текст]/ А.И. Данилин.- Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2008. - 218 с.

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

2. Данилин, А.И. Оптоэлектронный дискретно-фазовый метод определения деформационных параметров лопаток турбомашин [Текст]/ А.И. Данилин // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. - 2003. - № 1(3). - С.74-81.

3. Данилин, А.И. Диагностика и контроль деформационного состояния лопаток турбоагрегатов [Текст]/ А.Ж. Чернявский, В.П. Сазанов // Контроль Диагностика, 2003-№ 1, с.23-28.

4. Данилин, А.И. Первичный преобразователь для реализации оптоэлектронного дискретно-фазового метода измерения деформаций лопаток турбомашин [Текст]/ А.И Данилин, В.А. Медников, А.Ж. Чернявский [и др.] // Самара: Известия Самар. науч. центра РАН. - 2003. - Том №5, № 2 (10). - С. 388 -395.

5. Данилин, А.И. Применение автодинных генераторов М-55314 для определения предаварийных деформаций лопаток турбомашин [Текст]/ А.И. Данилин, С.Д. Воторопин, А.Ж. Чернявский // Электронная промышленность. - 2003. - Вып. 2. - С. 131-134.

6. Данилин, А.И. Методическая погрешность оптоэлектронного дискретно-фазового метода при измерении деформаций лопаток турбоагрегатов [Текст]/ А.И. Данилин // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. - 2004. - № 1(5). - С. 68-75.

7. Данилин, А.И. Диагностика и контроль рабочего состояния лопаток паровых турбин [Текст]/ А.И. Данилин, С.И. Адамов, А.Ж. Чернявский [и др.]. // Электрические станции. - 2007. - №7. - С. 19-25.

8. Данилин, А.И. Устройства диагностики и контроля деформационного состояния лопаток турбин в процессе их эксплуатации [Текст]/ А.И. Данилин, А.Ж. Чернявский, А.С. Капустин // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. - 2008. №3(16).-С. 138-145.

9. Данилин, А.И. Комбинированный первичный преобразователь в системе измерения деформаций лопаток турбомашин [Текст]/ А.И. Данилин // Датчики и системы. - 2008. - №9. - С. 40-44.

10. Данилин, А.И. Критерии дискретно-фазового контроля рабочего состояния лопаток и их реализуемость в системах автоматического управления турбоагрегатами [Текст]/ А.И. Данилин, А.Ж. Чернявский // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та.-2009. -№1(17).-С. 107-115.

11. Данилин, А.И. Программно-аппаратный имитатор лопаточных импульсов для измерения параметров систем контроля деформационного состояния лопаток турбоагрегатов [Текст]/ А.И. Данилин, А.Ж. Чернявский // Датчики и системы. 2010,-№4. -с. 14-17.

12. Данилин, А.И. Сигнализаторы предаварийных деформаций лопаток турбоагрегатов на базе дискретно-фазовых преобразователей перемещений [Текст]/ А.И. Данилин, В.М.Гречишников // Вестник транспорта Поволжья Самар. гос. ун-та путей сообщ. - 2011. - № 4(28). - С. 37-41.

13. Данилин, А.И. Высокотемпературные дискретно-фазовые преобразователи перемещений для бесконтактного определения параметров колебаний лопаток турбоагрегатов [Текст]/ А.И. Данилин, В.М.Гречишников // Вестник СамГУПС Самар. гос. ун-т путей сообщ. - 2011. - № 3(13). - С. 92-97.

14. Данилин, А.И. Методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов [Текст]/ А.И. Данилин, В.М.Гречишников // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. - 2011. - № 1(25). - С. 150-154.

15. Данилин, А.И. Дискретно-фазовые преобразователи перемещений для определения параметров колебаний лопаток турбоагрегатов [Текст]/ А.И. Данилин, В.М.Гречишников // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. - 2011. № 1(25).-С. 144-149.

16. Danilin, A.I., Diagnostics and monitoring of the operating condition of steam-turbine blades/ A.I. Danilin, S.I. Adamov, A.Zh. Chernyavskii, M.I. Serpokrylov // Power Technology and Engineering. - 2007. - T. 41, № 5. - C. 295-301.

Патенты и авторские свидетельства:

17. А.с. 1223030 СССР, МКИ3 G01B 11/02. Оптический датчик перемещений [Текст]/ В.А Медников, В.А. Олейников, А.И. Данилин (СССР). - №3649330/2428; заявл. 03.10.83; опубл. 07.04.86, Бюл. № 13. - 2 с.

18. А.с. 1256506 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления [Текст]/ В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). №3709324/25-28; заявл. 13.03.84; опубл.27.03.01, Бюл.№20. -Зс.

19. A.c. 1293483 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины [Текст]/ В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). №3926836/25-28; заявл. 12.07.85; опубл. 28.02.87, Бюл. № 8.-6с.

20. A.c. 1383970 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины [Текст]/ В.А. Медников, А.И. Данилин, Ю.И. Макарычев (СССР). № 3957645/25-28; заявл. 29.07.85; опубл.27.03.01, Бюл.№20. -4с.

21. A.c. 1450531 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления [Текст]/ В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). № 3982094/25-28; заявл. 29.11.85; опубл. 18.02.98, Бюл. № 33. - 2 с.

22. A.c. 1332258 СССР МКИ3 G05B 1/01. Компаратор [Текст]/ В.А. Медников,

A.И. Данилин, В.А. Антропов (СССР), № 4059043/24; заявл. 23.04.86; опубл. 23.08.87, Бюл. №31.-4 с.

23. A.c. 1508704 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Устройство для определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины [Текст]/ А.И.Данилин (СССР). - № 4315119/24-28; заявл. 13.10.87; опубл.27.03.01, Бюл.№20. -2с.

24. A.c. 1508705 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Устройство для определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины [Текст]/ А.И. Данилин, В.А. Медников. № 4327538/24-28; заявл. 11.11.87; опубл.27.03.01, Бюл.№20. - 2с.

25. A.c. 1551037 СССР, МКИ3 G01B 11/02. Устройство для определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины [Текст]/ A.A. Ермаков,

B.М. Кочетов, С.Н. Дороднов, В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). №4475683/28; заявл. 18.08.88; опубл. 15.11.89, Бюл. № 12.-2с.

26. A.c. 1682784 СССР, МКИ3 G01B 21/22. Способ определения угловых положений поверхности объекта и устройство для его осуществления [Текст]/ А.И. Данилин, В.А. Медников, С.П. Прохоров (СССР). №4659964/28; заявл. 28.12.88; опубл. 07.10.91, Бюл. №37. - 4с.

27. Пат. № 2152590 Российская Федерация, МПК7 G 01 В 11/16, 11/24. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления [Текст]/ Данилин А.И., Сурков В.В., Чернявский А.Ж.; заявл. 20.07.98; опубл. 10.07.00, Бюл. № 19. - 8с.

28. Пат. 2177145 Российская Федерация, МПК7 G 01 Н 1/08. Сигнализатор предаварийных деформаций лопаток турбомашин [Текст]/ Данилин А.И., Чернявский А.Ж.; заявл. 29.03.00; опубл. 20.12.01, Бюл. № 35.- 4с.

29. Пат. 2189567 Российская Федерация, МПК7 G 01 Н 1/08. Устройство для измерения колебаний лопаток турбомашин [Текст]/Данилин А.И., Сухарев И.Н.; заявл. 20.12.00; опубл. 20.09.02, Бюл. № 26. -4с.

30. Пат. 2207523 Российская Федерация, МПК7 G 01 Н 11/06. Способ определения колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления [Текст]/ Данилин А.И., Чернявский А.Ж.; заявл. 24.10.01; опубл. 27.06.03, Бюл. № 18. -4с.

11-25312

31. Пат. 2326362 Российская Федерация, МПК7 О 01 М 15/14. Способ диагностирования повреждений и дефектов рабочих лопаток турбомашин / Данилин А.И.; заявл. 07.09.06; опубл. 10.06.08, Бюл. № 16. - 2с.

32. Пат. 2337330 Российская Федерация, МПК7 б 01 Н 9/00. Способ измерения раскрутки и амплитуды крутильной составляющей колебаний лопаток турбомашин и устройство для его осуществления [Текст]/ Данилин А.И., Чернявский А.Ж.; заявл. 09.01.07; опубл. 27.10.08, Бюл. № 30. - 7с.

33. Пат. 2341781 Российская Федерация, МПК7 в 01 Н 11/06. Способ измерения амплитуды колебаний лопаток турбомашин и устройство для его осуществления [Текст]/ Данилин А.И., Чернявский А.Ж., Адамов С.И.; заявл. 05.02.07; опубл. 20.12.08, Бюл. №35. -7с.

2011248584

Данилин Александр Иванович

Дискретно-фазовые преобразователи перемещений элементов вращающихся узлов изделий машиностроения

Автореферат

Подписано в печать 29.09.2011. Формат 60x84 1/16. Тираж 100 экз. Заказ № 127 ФГБОУ ВПО "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)" Типография СГАУ. 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34.

2011248584

Введение

Глава 1. Анализ научно-технической проблемы бесконтактного контроля угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов энергетических установок

1.1 Классификация методов и средств контроля угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов энергоагрегатов

1.2. Требования к дискретно-фазовым преобразователям угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов энергоустановок в системах автоматического управления режимами их работы

1.2.1. Быстродействие и разрешающая способность дискретно-фазовых преобразователей угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов энергоустановок

1.2.2. Трудоемкость подготовительных операций и проведения измерений . 34 1.3 Современное состояние теоретических исследований в области дискретно-фазового метода

Обеспечение высокой надежности вращающихся узлов (ВУ) изделий машиностроения, в первую очередь энергетических установок (ЭУ) на базе турбоагрегатов, увеличение их эксплуатационного ресурса, снижение эксплуатационных расходов и эксплуатация по техническому состоянию базируется на информации о фактическом, реальном состоянии нагруженных вращающихся элементов. По этой причине все большую актуальность приобретает разработка эффективных автоматизированных средств оценки технического состояния элементов вращающихся силовых узлов ЭУ, которое в свою очередь определяется статическими и динамическими угловыми и линейными перемещениями (УЛП) этих элементов. Примерами УЛП являются: статическая закрутка и крутильные колебания валов мощных электродвигателей и электрогенераторов, турбин и компрессоров, статический изгиб и раскрутка, изгибные и крутильные колебания лопаток турбоагрегатов и ДР

В настоящее время на практике основным методом как оперативного, так и длительного контроля состояния элементов ВУ ЭУ является бесконтактный дискретно-фазовый метод (ДФМ). Однако, внедрение известного классического метода дискретно-фазовых измерений сдерживается как на штатных, так и на экспериментальных ЭУ вследствие необходимости выполнения глубокого препарирования энергоагрегата для установки датчиков в его внутреннем тракте. Установка внутренних датчиков требует монтажа дополнительных крепежных, токосъемных и других конструктивных элементов, что снижает надежность как устройства контроля, так и ЭУ в целом. Кроме того, классический ДФМ имеет существенный недостаток, связанный с резким уменьшением чувствительности при измерении локальных УЛП, обусловленных высшими формами колебаний элементов вращающихся узлов энергетических установок.

Вопросам разработки, теоретического обоснования и внедрения подобных устройств дискретно-фазового контроля УЛП посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных авторов: Боришанского К.Н., Григорьева Б.Е.; Григорьева С.Ю., Дорошко С.М., Заблоцкого И.Е., Заславского А.Г.,

Коростелева Ю.А., Лебедева A.B., Левицкого Ю.Н., Малышева B.C., Медникова В.А., Молчанова Е.И., Первушина С.М., Секисова Ю.Н., Солохина Э.Л., Тойбера М.Л., Урьева Е.В., Шипова P.A., Robinson R.A., Carrington I.В., Cooper J. E., Dimitriadis G., Ewins D.J., Heath S., Hohenberg R., Holz R.G., Slater Т., Stivenson R.E., Wright J.R., Zielinski M. и др.

В то же время в связи с возрастанием требований к точности и достоверности контроля перемещений ВУ ЭУ возникает необходимость в создании нового поколения устройств, которые в силу специфики построения и методики использования целесообразно выделить в самостоятельный класс средств измерений - дискретно-фазовые преобразователи перемещений (ДФГТП). Особенность преобразователей данного класса заключается в том, что значения дискретных фаз перемещений контролируемых элементов (КЭ) формируются с помощью расположенного в технологическом отверстии корпуса ЭУ одно - или двухканального первичного преобразователя, в котором конструктивно и функционально интегрированы объект контроля, источник и приемник зондирующего излучения (ЗИ) оптического или радиоволнового диапазона, а также электронные узлы первичной обработки сигналов. Такое конструктивное решение позволяет обеспечить получение необходимой информации при минимальном уровне препарирования ЭУ (используется лишь одно технологическое отверстие в корпусе 0 8-10 мм), что не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на прочность конструкции ЭУ в целом.

Проведенный анализ научно-технической и патентной информации показал, что комплексные исследования технических возможностей ДФПП динамически нагруженных ВУ ЭУ до сих пор не проводились, что препятствует их широкому использованию в процессе доводки, испытаний и технической эксплуатации различных изделий машиностроения.

Поэтому комплексное решение вопросов, связанных с развитием теории ДФПП, теоретически обоснованных методов проектирования и построения аппаратных средств ДФПП, позволяющих с единых научных позиций получить обобщенные и частные математические модели информационного взаимодействия чувствительных элементов ДФПП с контролируемыми объектами, выяснить общие подходы и закономерности построения и функционирования ДФПП, адаптированных к экстремальным эксплуатационным условиям, обосновать технические возможности и пути их реализации применительно к системам автоматического управления (САУ) энергоагрегатами, показать их преимущества перед традиционными ДФПП и на этой основе обеспечить создание и практическое использование устройств контроля рабочих УЛП элементов вращающихся узлов изделий машиностроения при сохранении требуемого уровня достоверности в условиях их ограниченного препарирования представляет собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народно-хозяйственное значение.

Работа выполнена в рамках межвузовской научно-технической программы «Неразрушающий контроль и диагностика» (1995-1997 г.), комплексной программы «Перспективные информационные технологии в высшей школе» (подпрограмма АСНИ, 1996-1999 г.), региональной программы «Развитие научного и технологического потенциала Самарской области» (1998-2000 г.), федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» (подпрограмма «Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» 2002-2006 г.),- инновационной образовательной программы «Развитие центра компетенции и подготовка специалистов мирового уровня в области аэрокосмических и геоинформационных технологий » (2006-2011 г.) программы развития ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)» (2009-2018 г.).

Цель диссертационной работы. Развитие теории ДФМ и создание на ее основе нового класса преобразователей угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов изделий машиностроения, позволяющих в условиях минимального препарирования обеспечивать необходимую точность и достоверность контроля перемещений в реальных условиях эксплуатации.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе потребовалось решить следующие задачи:

1. Теоретическое обоснование использования ДФПП с одноканальным чувствительным элементом для бесконтактного контроля статических и динамических линейных перемещений элементов вращающихся узлов ЭУ.

2. Разработка принципов построения ДФПП с двухканальным чувствительным элементом для бесконтактного контроля угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов ЭУ, на основе взаимодействия зондирующего электромагнитного излучения оптического и радиоволнового диапазонов с локальными зонами контролируемых элементов.

3. Разработка обобщенной математической модели (ОММ) процессов формирования информационных сигналов ДФПП с учетом конструктивно-геометрических параметров элементов вращающихся узлов ЭУ; математической модели ДФПП при его реализации в оптическом и радиоволновом диапазонах для контроля угловых и окружных перемещений элементов ВУ; программного обеспечения для исследования и обоснования конструктивно-технологических характеристик ДФПП по математической модели бесконтактного взаимодействия чувствительных элементов ДФПП с локально-информационными зонами контролируемого элемента ВУ ЭУ.

4. Исследование метрологических характеристик ДФПП и разработка методов повышения их точности. Разработка электронных и механических имитаторов перемещений контролируемых поверхностей для настройки и метрологических испытаний ДФПП.

5. Разработка методики эксплуатационного мониторинга выработки ресурса элементов ВУ ЭУ с использованием ДФПП на примере лопаточного узла газотурбинного двигателя (ГТД).

6. Разработка способов реализации ДФПП, их конструкций и схем на основе современной элементной базы и микроконтроллеров. Экспериментальные исследования и практическое использование разработанных ДФПП.

Методы исследования. В диссертационной работе при решении поставленных задач использованы: методы математического моделирования; математический аппарат аналитической геометрии и линейной алгебры; теоретические положения геометрической оптики и фотометрии; методы расчета оптико-электронных систем; элементы теории электромагнитного поля; математические методы активного планирования эксперимента - и регрессионного анализа; элементы теории погрешностей и методы статистической обработки экспериментальных данных.

Достоверность полученных теоретических результатов и выводов подтверждена математическим и численным моделированием энергоинформационных процессов в ДФПП, корректными допущениями и ограничениями, использованными при разработке моделей преобразователей, экспериментальными исследованиями ДФПП, созданных с использованием разработанных математических моделей и методик проектировании; проверкой на виртуальных и эталонных механических имитаторах, задающих образцовые линейные и угловые перемещения контролируемых элементов ВУ.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые:

1. Разработана методика бесконтактного контроля статических и динамических линейных перемещений элементов ВУ ЭУ на базе ДФПП с одноканальным чувствительным элементом, основой которого является измерение временных интервалов между импульсами периферийного датчика или временных интервалов между импульсными сигналами оборотной метки и периферийного датчика с последующим, выделением из массива накопленных данных максимального, минимального и среднего значений контролируемого перемещения.

2. Предложены новые способы для реализации ДФПП с двухканальным чувствительным элементом, основанные на регистрации временных интервалов между сигналами, сформированными при использовании диффузно и зеркально отражающих областей на поверхности контролируемого элемента ВУ ЭУ, полученных за счет соответствующего выбора соотношений между длиной волны ЗИ и параметрами микрорельефа отражающих областей.

3. Разработана ОММ ДФПП для контроля угловых перемещений контролируемых поверхностей, отображающая в различных диапазонах длин волн формирование выходных информационных сигналов с учетом энергетических, конструктивных и схемотехнических параметров ДФПП.

4. Разработана математическая модель процесса взаимодействия ЗИ ДФПП в оптическом и СВЧ диапазонах с контролируемым элементом ВУ ЭУ и формирования результирующего информационного сигнала, с учетом формы и микрорельефа контролируемой поверхности элемента, его углового и окружного перемещения относительно приемно-передающего модуля.

5. Разработана полиномиальная модель погрешности формирования информационного временного интервала ДФПП с двухканальным чувствительным элементом, использование которой устанавливает границы статических и динамических дестабилизирующих факторов (асимметрия формы импульсов, флуктуации установочного зазора и уровней компарирования), в пределах которых их влияние на результирующую погрешность минимально.

6. Предложена и обоснована методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов, основанная на объективной информации перемещения торцов лопаток, получаемой с помощью ДФПП и позволяющей определять показатели их прочностной надежности, а именно: коэффициенты запаса прочности, коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление.

1: Разработаны новые структурные схемы и конструкции ДФПП для контроля УЛП ВУ изделий машиностроения, позволившие в условиях минимального препарирования объекта контроля обеспечивать необходимую точность и достоверность контроля перемещений в реальных условиях эксплуатации.

Практическая ценность работы. Заключается в том, что разработанные способы реализации ДФПП, компьютеризированные системы диагностики и средства контроля ВУ ЭУ, построенные на основе шести ДФПП, предложенные и апробированные конструктивные и схемотехнические решения, реализованные в устройствах контроля УЛП лопаток турбомашин, позволили решить ряд важнейших задач, а именно:

- получение информации об УЛП динамически нагруженных элементов вращающихся узлов ЭУ, необходимой для прогнозирования остаточного ресурса, например, лопаточных аппаратов турбоагрегатов и оптимизирования сроков проведения их ремонтов с продлением межремонтного периода эксплуатации;

- снижение трудоемкости общей эксплуатации ЭУ путем проведения восстановительно-ремонтных работ на стадии раннего определения увеличения УЛП элементов ВУ ЭУ при развитии в них дефектов;

- обнаружение предельно допустимых УЛП торцов лопаток турбоагрегатов и предотвращение в связи с этим аварийных ситуаций, связанных с выходом из строя элементов ВУ ЭУ.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная математическая модель ДФПП для контроля угловых перемещений контролируемых поверхностей отображающая в различных диапазонах длин волн взаимосвязь энергетических, конструктивных и схемотехнических параметров ДФПП.

2. Математическая модель процесса взаимодействия ЗИ ДФПП в оптическом и СВЧ диапазонах с контролируемым элементом ВУ ЭУ и процесса формирования результирующего информационного сигнала.

3. Способы реализации ДФПП с двухканальным чувствительным элементом, основанные на регистрации временных интервалов между сигналами, сформированными при использовании диффузно и зеркально отражающих областей на поверхности контролируемого элемента ВУ ЭУ.

4. ДФПП с одноканальным чувствительным элементом для бесконтактного контроля статических и динамических линейных перемещений элементов ВУ ЭУ, основой которого является измерение временных интервалов между импульсами периферийного датчика или временных интервалов между импульсными сигналами оборотной метки и периферийного датчика с последующим выделением из массива накопленных данных максимального, минимального и среднего значений контролируемого перемещения.

5. Полиномиальная модель погрешности формирования информационного временного интервала ДФПП.

6. Методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов, основанная на объективной информации о перемещении торцов лопаток, получаемой с помощью ДФПП и позволяющей определять показатели их прочностной надежности, а именно: коэффициенты запаса прочности, коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление.

7. Новые структурные схемы и конструкции ДФПП для контроля УЛП ВУ изделий машиностроения.

Реализация результатов работы:

- в использовании результатов исследований при разработке способов определения УЛП элементов ВУ изделий машиностроения и применении ДФПП в составе контрольно-измерительных и диагностических средств;

- в разработке и создании измерителя виброперемещений лопаток на основе оптоэлектронного и вихретокового преобразователей (ОЭП-ВТП), внедренного и использованного в ОНИЛ-1 КуАИ для исследования вибрационных характеристик композитных материалов и деталей;

- в разработке и создании на основе ДФПП с двухканальным чувствительным элементом измерителя деформаций лопаточных венцов ГТД для контроля параметров динамического состояния лопаток ГТД, внедренного в Самарском конструкторском бюро машиностроения (СКБМ).

- в разработке и создании на основе ДФПП с одноканальным чувствительным элементом сигнализатора предаварийных деформаций лопаток (СПДЛ), использованного в составе контрольно-измерительной аппаратуры газотурбинных двигателей на газокомпрессорных станциях (ГКС) «Павловская» Ульяновской области и ГКС «Ржев» Ленинградской области; в использовании результатов исследований при выполнении экспериментально-отладочных работ по конструкторской доводке лопаток 4 и 8 ступеней компрессора судового ГТД ДН-80 на ГП НПКГ «Зоря-Машпроект»;

- в разработке и создании на основе ДФПП системы контроля деформационного состояния лопаток (СКДСЛ), используемой на филиале ОАО «Волжская ТГК» «ТЭЦ ВАЗа» на ПТ-60-130/13 станция № 2; Т-100/120-130 станции № 4, № 8; ПТ-135/165-130 станции № 9, № 11;

- в разработке и создании опытного программно-информационного комплекса по выявлению предаварийных перемещений лопаток системами контроля деформационного состояния рабочих лопаток паровых турбин, используемого на филиале ОАО «Волжская ТГК» «ТЭЦ ВАЗа»;

- в разработке и создании программно-аппаратного имитатора угловых и линейных перемещений торцов лопаток для проверки и калибровки ДФПП;

- в использовании ДФПП и сигнализатора предаварийных деформаций лопаток в учебном процессе для подготовки специалистов по специальности (160901) «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей» в курсе «Электрические измерения», а также в студенческих научно-исследовательских работах на кафедрах электротехники, радиотехники и медицинских диагностических систем, радиотехнических устройств СГАУ.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Вибродиагностика авиационных газотурбинных двигателей» (г. Куйбышев, 1984 г.); на VII областной научно-технической конференции «Новые методы и средства неразрушающего контроля полуфабрикатов, деталей и изделий» (г. Куйбышев, 1985 г.); на 4-й научно-технической конференции ученых и специалистов КуАИ (г. Куйбышев, 1985 г.); на областной научно-технической конференции (г. Куйбышев, 1986 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений» (Москва, 1995 г.); на научно-техническом семинаре по итогам работы отраслевых лабораторий и научно-исследовательских групп ОНИЛ-5, ОНИЛ-16, НИГ «Вибродиагностика» (Самара, 1999 г.); на X международной конференции (Севастополь, 2000 г.); на XI международной конференции «КрыМиКо-2001» (Севастополь, 2001 г); International Signal Processing Conference in Dallas (Texas, 2003); на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2003 г.); на всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы радиоэлектроники" (Самара, 2003 г.); на научно-методической конференции «Актуальные проблемы развития университетского технического образования в России» (Самара, 2004 г.); на международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2011 г.); на 19-й научно-технической всероссийской конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Самара, 2011 г.); на 1-ой всероссийской научно-практической конференции «Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах» (Ульяновск, 2011 г.); на научно-техническом совете радиотехнического факультета СГАУ (2003, 2005, 2008, 2010, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 печатных работ, в том числе одна монография, 28 статей, из которых 15 - в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, получено 10 авторских свидетельств и 7 патентов РФ на изобретения, 19 тезисов докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из основного текста на 284 страницах машинописного текста, включающего введение, пять глав и заключение, списка литературы из 165 наименований и приложения. Основная часть проиллюстрирована 135 рисунками и 6 таблицами.

Основные результаты и выводы по пятой главе

1. Проведены экспериментальные исследования конструктивных соотношений ОЭП, направленные на улучшение чувствительности преобразователя, в результате:

- установлено, что чувствительность ОЭП к отраженному потоку увеличивается при уменьшении расстояния между осями излучателя и фотоприемника;

- получены сравнительные оценки отражающих свойств боковой поверхности трех разновидностей оптических насадок, установлено, что оптические насадки на основе световодных стержней обеспечивают большую чувствительность ОЭП к отраженному потоку;

- определены минимальные значения длины оптической насадки ОЭП, при которой еще сохраняется монотонность выходной характеристики.

2. Экспериментальным путем определены основные характеристики комбинированных первичных преобразователей ОЭП-ВТП:

-чувствительность по установочному зазору: 1/оэп - /(Ь)и ивтп - /(Ъ)\ индикатриса излучения-приема ОЭП: Ф = /(у), подтверждена удовлетворительная корреляция ее формы с расчетной.

3. Экспериментально получена функция преобразования комбинированного первичного преобразователя и вых = /(а). Определена приведенная максимальная погрешность ее нелинейности, составившая 0,68%.

4. Экспериментально подтверждена возможность эффективной отстройки от флуктуаций установочного зазора. Экспериментально получена зависимость приведенной погрешности определения угловых перемещений лопаток от величины установочного зазора, которая не превышает 1% для диапазона 6= 1,5.2,5мм.

5. Проведена экспериментальная оценка температурной стабильности волноводных преобразователей выполненных с использованием диодов Ганна и СВЧ униполярных транзисторов. Показано, что волноводные преобразователи, выполненные на основе полупроводниковых униполярных СВЧ структур имеют более равномерную и монотонно убывающую зависимость амплитуды выходного сигнала в требуемом диапазоне изменения температуры.

6. Разработана модель функционирования реальной небандажированной консольно закрепленной лопатки первой ступени компрессора двигателя НК-12СТ на основе прикладного компьютерного пакета моделирования М8С.КА8ТБ1АЫ. Компьютерное моделирование позволило определить критерии оценки дефектного состояния лопаток при использовании ДФПП. Ориентировочно оценить максимальные размеры дефекта, еще не приводящие к разрушению лопатки, и тем самым определить максимально допустимые перемещения торцов дефектных лопаток. Проведена экспериментальная проверка динамики развития дефекта компрессорной лопатки первой ступени двигателя НК-12СТ в стендовых условиях.

7. Получены аналитические выражения, связывающие угловые перемещения торцов лопаток при их колебаниях с различными формами их изгибных деформаций. Показано, что высшим формам колебаний лопаток соответствуют большие угловые положения их торцов.

8. Получены аналитические выражения, связывающие уровень напряжений в любом сечении пера лопатки с угловыми положениями их торцов. Оценены максимальные уровни напряжений в теле лопатки в зависимости от углового положения ее торца при различных видах деформации.

9. Разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния лопатки, основанная на использовании ее конечно-элементной модели, позволяющей с ее помощью решить обратную задачу: по найденным, экспериментальным путем с помощью ДФПП, статическим и динамическим УЛП торцов лопаток определить статические, циклические и вибрационные нагрузки в контрольных сечениях пера лопатки. Разработанная методика позволяет определять выработку ресурса лопаток и показатели их прочностной надежности: коэффициенты запаса прочности, коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки лопаток за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе развития теории дискретно-фазовых измерений научно обоснован и реализован новый класс преобразователей угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов изделий машиностроения - дискретно-фазовые преобразователи перемещений (ДФПП), обеспечивающие необходимую точность и достоверность контроля перемещений в условиях минимального препарирования контролируемых объектов и нашедших практическое применение в промышленности, экспериментальных научных исследованиях и учебном процессе. При этом получены следующие результаты и сформулированы выводы:

1. Классифицированы методы построения ДФПП угловых и линейных перемещений вращающихся изделий машиностроения по принципу действия, способу преобразования первичной информации, способам аппаратной реализации и физическим принципам взаимодействия с контролируемым объектом. Сформулированы общие требования к дискретно-фазовым преобразователям угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов энергетических установок, определен их функциональный состав, а также возможность их использования в САУ энергоагрегатов.

2. Разработана обобщенная математическая модель формирования информационных сигналов ДФПП-2 в оптическом и радиоволновом диапазонах, отображающая процесс энергетического взаимодействия зондирующего излучения с контролируемым объектом с учетом параметров первичного преобразователя и конструктивных элементов вращающихся узлов энергетических установок, на основании которой разработана расчетная математическая модель, отображающая процесс взаимодействия зондирующего излучения ДФПП-2 в оптическом и СВЧ диапазонах с информационной зоной элемента ВУ ЭУ и формирования результирующего информационного сигнала с учетом формы и микрорельефа контролируемой поверхности элемента ВУ, его углового и окружного перемещения относительно приемно-передающего модуля. Разработаны алгоритм и программа расчета светового потока, отраженного от контролируемой поверхности элемента ВУ энергетической установки, учитывающая конструктивные и размерные соотношения первичного преобразователя ДФГШ.

3. Разработаны новые способы реализации дискретно-фазовых преобразователей перемещений с двухканальным чувствительным элементом (ДФПП-2), основанные на регистрации временных интервалов между сигналами, сформированными при использовании диффузно и зеркально отражающих областей на поверхности элементов вращающегося узла энергетической установки. При этом способы реализации различаются ориентацией диффузно и зеркально-отражающих участков относительно плоскости вращения элементов ВУ либо выбором длин волн зондирующего излучения для обеспечения зеркального и диффузного отражения в зависимости от размеров и упорядоченности микронеровностей в локальной зоне контролируемых элементов.

4. Разработан ДФПП-1 с одноканальным чувствительным элементом для контроля статических и динамических перемещений элементов вращающихся узлов изделий машиностроения, основой которого является измерение временных интервалов между импульсами периферийного датчика или временных интервалов между импульсными сигналами оборотной метки и периферийного датчика, с последующим выделением из массива накопленных данных максимального, минимального и среднего значений контролируемого перемещения. Показано, что при длительном эксплуатационном контроле угловых и линейных перемещений элементов ВУ ЭУ предпочтительными для использования являются ДФПП-1 и ДФПП-2, реализованные в радиоволновом СВЧ диапазоне.

5. Проведена оценка методической погрешности ДФПП. Показана ее зависимость от времени накопления информации о фазовых состояниях перемещения элемента вращающегося узла. Проведен анализ методической погрешности формирования и обработки сигналов комбинированных, состоящих из оптоэлектронных и вихретоковых преобразователей (ОЭП-ВТП) в ДФПП-2. Получены аналитические выражения для ее расчета. Показано, что методическая погрешность не превышает 1% и основным фактором, определяющим ее величину, является нестабильность установочного зазора.

Предложена методика уменьшения погрешности измерения информационного временного интервала, основанная на анализе разработанной полиномиальной модели погрешности, учитывающей действие статических и динамических дестабилизирующих факторов. Получено аналитическое выражение для погрешности ДФПП-2, обусловленной действием случайных помех, на основании которого разработаны рекомендации по выбору конструктивных соотношений приемно-передающих элементов первичного преобразователя и параметров схем обработки сигналов. Получены аналитические выражения для расчета инструментальных погрешностей ДФПП-2 и образующих его блоков. Предложены структурные и схемотехнические приемы, уменьшающие инструментальную погрешность ДФПП-2 до 1,5-2%.

6. Разработаны и изготовлены электронный имитатор и механический стенд для проведения метрологических и экспериментальных исследований ДФ1И1. На примере эталонной физической модели лопаточного аппарата турбоагрегата подтверждена достоверность полученных теоретических положений. Проведены экспериментальные исследования функции преобразования ДФПП-2 и установлено ее хорошее совпадение с расчетной линейной характеристикой (приведенная погрешность от нелинейности не более 0,68%); подтверждена возможность эффективной отстройки от флуктуаций установочного зазора; получена экспериментальная зависимость приведенной погрешности ДФПП-2 от величины установочного зазора (приведенная относительная погрешность <0,5%), выработаны рекомендации по выбору установочного зазора и конструктивных размеров ОЭП.

7. Предложена методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов, основанная на объективной информации о перемещении торцов лопаток, получаемой с помощью ДФПП и позволяющей определять показатели их прочностной надежности, а именно: коэффициенты запаса прочности, коэффициенты выработки ресурса, эквивалентной наработки за конкретный эксплуатационный цикл и ее накопление.

8. Предложены конструктивные и схемотехнические реализации ДФПП-1, ДФПП-2 и их основных блоков для контроля угловых и линейных перемещений элементов вращающихся узлов энергоагрегатов. На их основе разработаны устройства: измеритель деформаций лопаточных венцов (ИДЛВ-1), измеритель виброперемещений лопаток (ИВПЛ), сигнализатор предаварийных деформаций лопаток (СПДЛ), сигнализатор предельных деформаций лопаток (СПД), система контроля деформаций лопаток (СКДЛ) для газотурбинных двигателей, система контроля деформационного состояния рабочих лопаток паровых турбин (СКДСЛ), программно-информационный комплекс контроля угловых и линейных перемещений лопаток паровых турбин, программно-аппаратный имитатор импульсов первичных преобразователей для проверки и калибровки ДФПП. Все разработанные устройства используются на предприятиях авиационного машиностроения и энергетических производствах. Приведены основные технические характеристики разработанных устройств и описания их работы.

1. Заблоцкий, И.Е. Бесконтактные измерения колебаний лопаток турбомашин/ И.Е. Заблоцкий, Ю.А. Коростелев, Р.А. Шипов. М.Машиностроение, 1977. - 160 с.

2. Лозовский, В.Н Диагностика авиационных деталей/ В.Н. Лозовский, Г.В. Бондал, А.О. Каксис. М.Машиностроение, 1988. - 280 с.

3. Олейников, В.А. Дискретно-фазовый метод измерения деформаций лопаток роторов ГТД без использования корневых датчиков/ В.А. Олейников, А.А. Ермаков // Авиационная промышленность. 1986. - №9. - С.31-33.

4. А.с. 1508704 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Устройство для определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины / А.И.Данилин (СССР). № 4315119/24-28; заявл. 13.10.87; опубл.27.03.01, Бюл.№20. - 2с.

5. А.с. 1508705 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Устройство для определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины/ А.И. Данилин, В.А. Медников (СССР). № 4327538/24-28; заявл. 11.11.87; опубл.27.03.01, Бюл.№20. 2с.

6. Dispositif de capatation et dexptoitation des vibration des aubes mobiles d'un compressor rotatif ou apparreil analogue: пат. №2061983. Франция/ Holz R.G., Braun A. 1969.

7. Обзор патентной и научно-технической литературы по приборам и методам бесконтактного измерения вибраций лопаток рабочих колес турбомашин: обзор № 1.76. ВДАМ, 1983. 183 с.

8. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений// Тр. 5-й всесоюзн. конф.: сборник. Ленингр. гос. ун-т. - 1966. - С.23-28.

9. Тензометрия в машиностроении: справочное пособие / под ред. Р.А. Макарова. М.Машиностроение, 1984. - 368 с.

10. Медников, В.А. Исследование спектра выходного сигнала интегрирующего преобразователя среднего значения / В.А Медников, Т.П. Шопин // Изв. вузов. Приборостроение. 1984. - № 5. - С. 42-48.

11. А.с. 1405442 СССР, МКИ3 G01H 1/00. Способ анализа спектра вибраций многороторных турбоагрегатов и устройство для его осуществления/ В.А.

12. Медников, Г.П. Шопин (СССР). №4082139/28; заявл. 14.04.87; опубл. 12.09.83, Бюл. №32.-2с.

13. Данилин, А.И. Диагностика и контроль деформационного состояния лопаток турбоагрегатов Текст./ А.Ж. Чернявский, В.П. Сазанов // Контроль Диагностика, 2003- № 1, с.23-28.

14. Макарычев, Ю.И. Разработка и исследование электромагнитного устройства преобразования виброперемещений роторов газотурбинных двигателей для систем управления их испытаниями: дисс. канд. техн. наук / Ю.И. Макарычев. Куйбышев, 1981. - 244 с.

15. Макс, Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: в 2 т./пер. с франц. М.:Мир, 1983. - Т. 1. - 312 е.; - Т.2. 256 с.

16. Изох, В.В., Методы обработки сигналов при контроле авиадвигателей по виброакустическим шумам / В.В. Изох, В.И. Микулевич // Дефектоскопия. -1976.-№ 1. С.39-45.

17. A New Technique for Investigation Blade Vibrations/ Bristol Siddley Journal, 1961-62, Vol.3, №2, p.5-7.

18. Боришанский, К.Н. Методика непрерывного контроля вибрационного состояния рабочих лопаток турбомашин/ К.Н. Боришанский, Б.Е. Григорьев, С.Ю. Григорьев // Теплоэнергетика,- -2000. №5. - С.21-28.

19. Еленевский, Д.С. Применение стробоголографического метода для исследования вибраций / Д.С. Еленевский // Проблемы прочности. 1974. -№ 5.- С. 82.

20. Рождественский, Ю.К., Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике / Ю.К. Рождественский, В.Б. Вейнберг, Д.К. Сатаров. -М.Машиностроение, 1977. 156 с.

21. Разработка бесконтактных методов и средств быстродействующего анализа параметров вибраций элементов ГТД: отчет о НИР/ Куйбышев, авиац. ин-т; рук. Медников В.А. Тема КИПР-40 № ГР 01821058965. Инв. № 02840058361. - Куйбышев, 1983. - 92 с.

22. Олейников, В.А. Управляемые цифровые делители текущего временного интервала для систем автоматического управления газотурбинными агрегатами: дисс. канд. техн. наук / В.А. Олейников. Куйбышев, 1986. -194 с.

23. Биргер, И.А. Техническая диагностика/ И.А. Биргер. М.Машиностроение, 1979. -272с.

24. Вагнер, Е.Т. Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении/ Е.Т. Вагнер, A.A. Митрофанов, В.М. Барков. М.Машиностроение, 1977. - 84 с.

25. Дорошко, С.М. Об исследовании колебаний рабочих лопаток турбокомпрессоров бесконтактными методами/ С.М. Дорошко, М.Л. Тойбер // Вопросы динамики и прочности. Рига: Зинатне, 1973. - Вып.25. -С. 199-208.

26. Сиротин, H.H. Техническая диагностика авиационных газотурбинных двигателей/ H.H. Сиротин, Ю.М Коровкин. М:.Машиностроение, 1979.-272 с.

27. Литвинов, Ю.А. Характеристики и эксплуатационные свойства авиационных турбореактивных двигателей/ Ю.А Литвинов, В.О Боровик. -М.Машиностроение, 1979. 288 с.

28. Гуров, А.Ф. Конструкция и проектирование двигательных установок/ А.Ф. Гуров, Д.Д. Севрук, Д.Н. Сурнов; под ред. А.Ф.Гурова.

29. М.Машиностроение, 1980. -320 с.

30. Иванов, А.Н. Расчёты на прочность и колебания лопаток ракетных двигателей/ А.Н. Иванов. М. Машиностроение, 1976. - 316 с.

31. Определение предельных деформаций и скорости развития трещины в корневом сечении лопатки первой ступени компрессора изделия НК-12СТ: отчет 2 отд. ККБМ. ПО им. Фрунзе/ Куйбышев, авиац. ин-т. Куйбышев, 1988.- 23 с.

32. Определение резонансных частот экспериментальных лопаток первой ступени ротора компрессора НК-12СТ: отчет 2 отд. ККБМ. ПО им. Фрунзе СИ-38-81М/ ПО им.Фрунзе ЦЗЛ. 1988. 14 с.

33. Разработка и изготовление сигнализатора предаварийных деформаций лопаток первой ступени компрессора двигателя НК-12СТ: отчет по НИОКР 067Х-030 №73/99/ ОАО «СКБМ»- СГАУ. 2000. 28 с.

34. Данилин, А.И. Бесконтактное определение параметров колебаний лопаток турбоагрегатов / А.И. Данилин, А.Ж. Чернявский // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: тез. междунар. научн.-техн. конф., Самара, 26.06.2003.

35. Данилин, А.И. Бесконтактные измерения деформационных параметров лопаток в системах контроля и управления турбоагрегатами Текст./ А.И. Данилин.- Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2008. 218 с.

36. Данилин, А.И. Критерии дискретно-фазового контроля рабочего состояния лопаток и их реализуемость в системах автоматического управления турбоагрегатами / А.И. Данилин, А.Ж. Чернявский // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2009. - № 1(17). - С.107-115.

37. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы / И.С. Гоноровский. -М.: Радио и связь, 1986. 512 с.

38. Holst, Т.A. Development of an Optical-Electromagnetic Model of a Microwave Blade Tip Sensor / T.A. Holst, T.R.Kurfess, S.A.Billington, J.L.Geisheimer, J.L Littles. AIAA-2005-4377, 2005.

39. Geisheimer, J.L. A Microwave Blade Tip Clearance Sensor for Active Clearance Control Applications / J.L.Geisheimer, S.A.Billington, D.W.Burgess. AIAA-2004-3720, 2004.

40. Гречишников B.M. Метрология и радиоизмерения: учебное пособие/В.М. Гречишников Самара: Изд-во самар. гос. аэрокосм, ун-та, 2007.-160 .с.

41. Гречишников В.М. Обобщенная математическая модель цифровых преобразователей перемещений и методы ее анализа / В.М.Гречишников, С.В.Гречишников // Вестник Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 6, СамГТУ, Самара: 1998. - С. 111-119.

42. Гуревич, М.М. Фотометрия: теория, методы и приборы / М.М. Гуревич. -Л.: Энергоатомиздат, 1983. 272 с.

43. Зак, Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией / Е.А. Зак. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 128 с.

44. Мадьяри, Б. Элементы оптоэлектроники и фотоэлектрической автоматики / Б. Мадьяри; пер. с венг. М.:Сов.радио, 1979. - 160 с.

45. Полупроводниковые фото приемники. Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазон спектра / под ред. В.И. Стафеева. М.: Радио и связь, 1984. - 216 с.

46. Фотоприёмники видимого и ИК диапазонов / под ред. Р.Д. Киеса. М.: Радио и связь, 1988. - 283 с.

47. Топорец, A.C. Гониоспектрофотометричеекая установка / A.C. Топорец // Оптика и спектроскопия. 1959. - № 7. - С.20-24.

48. Браславский, Д.А. Приборы и датчики летательных аппаратов / Д.А. Браславский. М.: Машиностроение, 1970. - 329 с.

49. Бусурин, В.И. Оптические и волоконно-оптические датчики / В.И. Бусурин, A.C. Семенов, Н.П. Удалов // Квантовая электроника. Обзор 11. 1985. -Т.12. - №5. - С.901-945.

50. Епанешников, A.M. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. / A.M. Епанешников, А.Е. Епанешников. М.: Диалог-Мифи, 1995. - 288 с.

51. Глушаков, C.B. Программирование в среде Delphi 7.0. / C.B. Глушаков, А.Л. Клевцов. М.: Фолио, 2003. - 528 с.

52. Данилин А.И. Модель оценки выходных параметров оптоэлектронного датчика в системе бесконтактного измерения деформаций лопаток ГТД / А.И. Данилин. Обл. науч.-техн. конф. тез. докл. Куйбышев, 1986.

53. Лебедев, И.В. Техника и приборы СВЧ / И.В Лебедев. М.: Высш. шк,-1969.-440 с.

54. Викторов, В.А. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов / В.А. Викторов, А.Б. Лункин, А.С. Совлуков. М.: Энергоатомиздат, 1989, - 208 с.

55. Изюмова, Т.И. Волноводы, коаксиальные и полосковые линии / Т.И. Изюмова, В.Т. Свиридов. М.: Энергия,- 1975.-112 с.

56. Данилин, А.И. Дискретно-фазовые преобразователи перемещений для определения параметров колебаний лопаток турбоагрегатов Текст./ А.И. Данилин, В.М.Гречишников // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2011. -№ 1(25). - С. 144-149.

57. Данилин, А.И. Диагностика и контроль рабочего состояния лопаток паровых турбин / А.И. Данилин, С.И. Адамов, А.Ж. Чернявский и др..// Электрические станции. 2007. - №7. - С. 19-25.

58. Danilin, A.I., Diagnostics and monitoring of the operating condition of steam-turbine blades/ A.I. Danilin, S.I. Adamov, A.Zh. Chernyavskii, M.I. Serpokrylov // Power Technology and Engineering. 2007. - T. 41, № 5. - C. 295-301.

59. Тихонов, В.И. Статистическая радиотехника / В.И. Тихонов. М.: Радио и связь, 1982. - 624 с.

60. Вентцель, Е.С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения / Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. М.: Наука, 1991. - 326 с.

61. Бусленко, Н.П. Метод статистических испытаний (Монте-Карло) и его реализация в цифровых машинах / Н.П. Бусленко, Ю.А. Шрайзер. -М.:Физматгиз, 1961. 226 с.

62. Пат. 2177145 Российская Федерация, МПК7 G 01 Н 1/08. Сигнализатор предаварийных деформаций лопаток турбомашин / Данилин А.И., Чернявский А.Ж.; заявл. 29.03.00; опубл. 20.12.01, Бюл. № 35. 4С.

63. Данилин, А.И. Устройства диагностики и контроля деформационного состояния лопаток турбин в процессе их эксплуатации / А.И. Данилин, А.Ж. Чернявский, А.С. Капустин // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2008. -№3(16).-С.138-145.

64. Пат. 2207523 Российская Федерация, МПК7 G 01 Н 11/06. Способ определения колебаний лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления / Данилин А.И., Чернявский А.Ж.; заявл. 24.10.01; опубл. 27.06.03, Бюл. № 18. 4с.

65. Пат. 2447225 Российская Федерация, МПК7 G 01 М 15/14. Способ измерения амплитуды колебаний лопаток турбомашин и устройство для его осуществления / Данилин А.И., Чернявский А.Ж.; заявл. 07.10.06; опубл. 10.12.08, Бюл. № 19.-2с.

66. Пат. 2189567 Российская Федерация, МПК7 G 01 Н 1/08. Устройство для измерения колебаний лопаток турбомашин / Данилин А.И., Сухарев И.Н.; заявл. 20.12.00; опубл. 20.09.02, Бюл. № 26. 4с.

67. Данилин, А.И. Оптоэлектронный измеритель деформаций лопаток турбомашин / А.И. Данилин, В.А. Медников // Сб. научн. тр. Фотоэлектрические и волоконно-оптические преобразователи для систем управления и вычислительной техники: КуАИ. Куйбышев, 1986.

68. Медников, В.А., Оптоэлектронный измеритель деформаций лопаток турбомашин / В.А. Медников, А.И. Данилин // Фотоэлектрические и волоконно-оптические преобразователи для систем управления и вычислительной техники. Куйбышев: КуАИ, 1986. - С. 133-136.

69. A.c. 1256506 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления / В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). №3709324/25-28; заявл. 13.03.84; опубл.27.03.01, Бюл.№20. Зс.

70. Данилин, А.И. Оптоэлектронный дискретно-фазовый метод определения деформационных параметров лопаток турбомашин / А.И. Данилин // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2000. - № 1(3). - С.74-81.

71. A.c. 13839730 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины / В.А. Медников, А.И. Данилин, Ю.И. Макарычев (СССР). № 3957645/25-28; заявл. 29.07.85; опубл.27.03.01, Бюл.№20.-4с.

72. A.c. 1293483 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины / В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). №3926836/25-28; заявл. 12.07.85; опубл. 28.02.87, Бюл. №8.-6 с.

73. Винокуров, В.М. Исследование процесса полировки стекла / В.М. Винокуров. М.Машиностроение, 1967. - 168 с.

74. Справочник по лазерной технике / под ред. Ю.В. Байбородина. Киев: Техника, 1978. - 256 с.

75. Справочник по лазерной технике / пер. с нем. В.Н. Белоусова; под ред. А.П. Напартовича. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 544 с.

76. Марков, М.Н. Приемники инфракрасного излучения / М.Н. Марков. М.: Наука, 1968.- 168 с.

77. A.c. 1450531 СССР, МКИ3 G01B 11/16. Способ определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины и устройство для его осуществления / В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). № 3982094/25-28; заявл. 29.11.85; опубл. 18.02.98, Бюл. № 33. 2 с.

78. Данилин, А.И. Выбор и оценка влияния факторов, определяющих передаточную характеристику электромагнитных первичных преобразователей / А.И. Данилин, Ю.И. Макарычев, В.А. Медников // тез.докл. VII обл. науч.-техн. конф. Куйбышев, 1985. - С.109.

79. Данилов, С.П. Исследование вихретоковых преобразователей в приборах и системах контроля параметров динамического состояния изделий: дисс. канд. техн. наук / С.П Данилов. Куйбышев, 1974. - 240 с.

80. Левин, A.B. Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин/ A.B. Левин, К.Н. Боришанский, Е.Д. Консон. -Л.Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1981.-710 с.

81. Гринберг, С.М. Расчет частот изгибно-крутильных колебаний лопаток компрессора/ С.М. Гринберг// Расчеты на прочность М.:Машгиз, 1963, № 9. - С.339-361.

82. Топорец, A.C. Оптика шероховатой поверхности / A.C. Топорец. Л.: Машиностроение, 1988. - 1991 с.

83. Городинский, Г.М. Индикатрисы рассеяния штрихованных поверхностей / Г.М. Городинский, М.Я. Центер // Изв. вузов. Приборостроение. 1958. -№ 5. - С.134-137.

84. A.c. 1332258 СССР МКИ3 G05B 1/01. Компаратор / В.А. Медников, А.И. Данилин, В.А. Антропов (СССР), № 4059043/24; заявл. 23.04.86; опубл. 23.08.87, Бюл. №31.-4 с.

85. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976. -279 с.

86. Налимов, В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В.В. Налимов, H.A. Чернова. М.: Наука, 1975. - 119 с.

87. Тихомиров, В.Б. Математические методы планирования эксперимента при изучении нетканных материалов / В.Б. Тихомиров. М.:Легкая индустрия, 1968. - 155 с.

88. Рабинович, С.Г. Погрешности измерений / С.Г. Рабинович. Л.:Энергия, 1978.-262 с.

89. Данилин, А.И. Методическая погрешность оптоэлектронного дискретно-фазового метода при измерении деформаций лопаток турбоагрегатов / А.И. Данилин // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2004. - № 1(5). - С.68-75.

90. Соболев, B.C. Накладные и экранные датчики / B.C. Соболев, Ю.М. Шкарлет. М.:Наука, 1967. - 139 с.

91. A.c. 1223030 СССР, МКИ3 GOIB 11/02. Оптический датчик перемещений / В.А Медников, В.А. Олейников, А.И. Данилин (СССР). №3649330/24-28; заявл. 03.10.83; опубл. 07.04.86, Бюл. № 13. - 2 с.

92. Данилин, А.И. Первичный преобразователь для реализации оптоэлектронного дискретно-фазового метода измерения деформаций лопаток турбомашин / А.И Данилин, В.А. Медников, А.Ж. Чернявский и др.. Самара: Известия Самар. науч. центра РАН, 2003.

93. Данилин, А.И. Комбинированный первичный преобразователь в системе измерения деформаций лопаток турбомашин / А.И. Данилин // Датчики и системы. 2008. - №9. - с. 40-44.

94. Конюхов, Н.Е. Оптоэлектронные измерительные преобразователи / Н.Е. Конюхов, A.A. Плют, В.М. Шаповалов. Л.:Энергия, 1977. - 228 с.

95. Гейч, С. Применение оптоэлектронных приборов / С Гейч, Д. Эванс, М. Ходапп и др.. М.:Радио и связь, 1984. - 344 с.

96. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: справочник / В.И. Иванов,

97. A.И. Аксенов, A.M. Юшин. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 448 с.

98. Соренков, Э.И. Точность вычислительных устройств и алгоритмов / Э.И. Соренков, А.И. Делига, A.C. Шаталов. М.: Машиностроение, 1976. - 200с.

99. Юб.Вейнберг, В.Б. Оптика световодов / В.Б. Вейнберг, Д.К. Саттаров. М.: Машиностроение, 1977. - 320 с.

100. Воропай, Е.С. Оптимизация пары фотодиод-операционный усилитель для измерения слабых световых потоков / Е.С. Воропай, В.И. Карась, П.А. Торпачев // Измерительная техника. 1985. - № 3. - С. 19-21.

101. Конюхов, Н.Е. Оптоэлектронные контрольно-измерительные устройства / Н.Е. Конюхов, A.A. Плют. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 152 с.

102. Лебедько, Е.Г. Оценка влияния инерционности фотоприемников на условия обнаружения сложных сигналов / Е.Г. Лебедько, О.П. Тимофеев // Изв. вузов. Приборостроение. 1978. - T.XXI. - № 5. - С.110-114.

103. Фотоэлектрические преобразователи информации / под ред. Л.Н. Преснухина. М.: Машиностроение, 1974. - 375 с.

104. Ш.Хайтун, Ф.И. О выборе сопротивления нагрузки фотодиода в импульсных оптико-электронных системах / Ф.И. Хайтун, И.Е. Заманская // Радиотехника. 1980. - Т. 35. - № 10. - С. 72-74.

105. Гутников, B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах /

106. B.C. Гутников. Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 304 с.

107. Лебедько, Е.Г. Теория и расчет импульсных и цифровых оптико-электронных систем / Е.Г. Лебедько, А.Ф. Порфирьев, Ф.И. Хайтун. -Л. Машиностроение, 1984. 191 с.

108. Поскачей, A.A. Оптико-электронные системы измерения температуры /

109. A.A. Поскачей, Е.П. Чубаров. М.:Энергоатомиздат, 1988. - 248 с. 115.3ак, Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией /

110. Е.А. Зак. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 128 с.

111. Горяинов, В.Г. Статистическая радиотехника: примеры и задачи / В.Г. Горяинов, А.Г. Журавлев, В.И. Тихонов. М.:Сов.радио, 1980. - 544 с.

112. Гиттис, Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств / Э.И. Гитис. М.:Энергия, 1975. - 448 с.

113. Марцинкявичус, И.К. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП. и АЦП и измерение их параметров / И.К. Марцинкявичус, А.К. Багданскис, Р.Д. Пошюнас. М.:Радио и связь, 1988. - 224 с.

114. Гришин, Ю.П. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем / Ю.П. Гришин, Ю.Н. Казаринов, В.М. Катиков. -М.:Высш. шк, 1985. 919 с.

115. Шаталов, АС. Функциональные формирователи электрических сигналов / АС. Шаталов, JI.C. Гринберг, Ю.А. Шаталов; под ред. А.С.Шаталова. М.: Энергия, 1974. - 363 с.

116. Федорков, Б.Г. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи / Б.Г. Федорков, В.А. Телец, В.П. Дегтяренко. М.:Радио и связь, 1984. - 120 с.

117. Шило, В. JI. Линейные и интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре / В. Л. Шило. М.: Сов. радио, 1979. - 368 с.

118. A.c. 1551037 СССР, МКИ3 G01B 11/02. Устройство для определения деформаций лопаток вращающегося колеса турбомашины / A.A. Ермаков,

119. B.М. Кочетов, С.Н. Дороднов, В.А. Медников, А.И. Данилин (СССР). № 4475683/28; заявл. 18.08.88; опубл. 15.11.89, Бюл. № 12. -2с.

120. Алиев, Т.М. Автоматическая коррекция погрешностей цифровых измерительных приборов / Т.М. Алиев, JI.P. Сейдель. М.-.Энергия, 1975. -216 с.

121. Кравчук, В.В. Некоторые особенности вылета лопаток, расположенных в средней части роторов / В.В. Кравчук, Е.В. Урьев // Электрические станции. -2003. -№ 9.

122. Данилин, А.И. СВЧ преобразователи для диагностики состояния лопаток турбин ГТД / А.И. Данилин, П.В Буренин // Состояние и проблемы технических измерений: тез. всерос. науч.-техн. конф., М. 1995.

123. Данилин, А.И. Построение преобразователей расстояний и перемещений с использованием СВЧ автодинных модулей / А.И. Данилин, П.В. Буренин // Состояние и проблемы технических измерений: тез. всерос. науч.-техн. конф., М. 1995.

124. Воторопин, С.Д. Автодинные датчики КВЧ-диапазона и устройства на их основе / С.Д. Воторопин, В.И. Юрченко // Электронная промышленность. -1998.-№ 1-2.- 110-115 с.

125. Воторопин, С.Д. Разработка малогабаритных датчиков КВЧ диапазона для контроля параметров различных объектов / С.Д. Воторопин, C.B. Крылов,

126. B.И. Юрченко // III Всерос. науч.-тех. конф. Методы и средства измерения физических величин. Н.Новгород, 1998.

127. Яворский, Б.М. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов / Б.М. Яворский, A.M. Детлаф. Наука, 1979. - 944 с.

128. Евграфова, H.H. Курс физики: учеб. пособие для вузов / H.H. Евграфова, В.Л. Каган. М.: Высш. шк., 1973. - 480 с.

129. Воторопин, С.Д. Приёмопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем / С.Д. Воторопин, В.Я. Носков // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 1993. Вып. 4(458).

130. Данилин, А.И. Использование автодинных приёмо-передающих модулей на диодах Ганна для определения предаварийных деформаций лопаток / А.И. Данилин, С.Д. Воторопин, А.Ж. Чернявский // X Междунар. конф.: сб. докладов. Севастополь, 2000. - С. 141-142.

131. Данилин, А.И. Применение автодинных генераторов М-55314 для определения предаварийных деформаций лопаток турбомашин / А.И. Данилин, С.Д. Воторопин, А.Ж. Чернявский // Электронная промышленность. 2003. - Вып. 2. - С. 131-134.

132. Браславский, Д.А. Точность измерительных устройств / Д.А. Браславский, В.В. Петров. М.Машиностроение, 1976. - 312 с.

133. Тондл, А. Динамика роторов турбогенераторов / А. Тондл. Л.:Энергия, 1971. - 188с.

134. Иноземцев, A.A. Газотурбинные двигатели / A.A. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. Пермь: Авиадвигатель, 2006. - 1203 с.

135. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галагер. М.: Мир, 1984.-428 с.

136. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в в технике / О. Зенкевич. М.: Мир, 1975. - 536 с.

137. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К.Морган. М.: Мир, 1986. 318 с.

138. Маслов, Jl.Б. Применение методов граничных и конечных элементов для анализа концентрации напряжений в двумерных и трехмерных задачах теории упругости. Дис. канд. техн. наук. ЛГТУ, 1992. 258 с.

139. Шимкович, Д.А. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows / Д.А Шимкович. ДМК, 2001. - 448 с.

140. Цыркин, Э.З. Контроль лопаточного аппарата паровых турбин / Э.З. Цыркин. М.: Энергия, 1978. - 96 с.

141. Еленевский Д.С. Предельные состояния и ресурс лопаток турбин при многофакторном неизотермическом нагружении / Д.С.Еленевский, В.А. Солянников // Известия Самарского научного центра Российской акдемии наук. 1999. - №2. - С. 325- 328.

142. Пестриков, В.М. Механика разрушения твердых тел / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. СПб.: Профессия, 2002. - 320 с.

143. Сирагори, М. Вычислительная механика разрушения: пер. с японск. / М. Сирагори, Т. Миесси, X. Мацусита. М.: Мир, 1986. - 354 с.

144. Брычков, Ю.А. Таблицы неопределенных интегралов: справочник / Ю.А. Брычков, О.И. Маричев, А.П. Прудников. М.: Наука, 1986. - 192 с.

145. Гриценко, Е.А. Обеспечение ресурсов авиадвигателей наземного применения / Е.А. Гриценко // Теплоэнергетика. 1999. - №1. - С.22-26.

146. Олейник, A.B. Сравнительная оценка погрешностей методов мониторинга выработки ресурсов авиационных газотурбинных двигателей / A.B. Олейник

147. Авиационно-космическая техника и технология: Науч.-техн. журн. 2005. - №8(24). - С.40-44.

148. Данилин, А.И. Методика эксплуатационного мониторинга выработки ресурса лопаток турбоагрегатов Текст./ А.И. Данилин, В.М.Гречишников // Вестник Самар. гос. аэрокосм, ун-та. 2011. - № 1(25). - С. 150-154.

149. Григорьев, О.П. Транзисторы: справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Заметин, Б.В. Кондратьев, C.JI. и др.. М.:Радио и связь, 1989. - 272 с.

150. Акимов, В.М. Экономическая эффективность повышения ресурса и надежности ГТД / В.М. Акимов, Д.Е. Старик, A.A. Морозов. М.: Машиностроение, 1979. - 172 с.

151. Пат. 2326362 Российская Федерация, МПК7 G 01 M 15/14. Способ диагностирования повреждений и дефектов рабочих лопаток турбомашин / Данилин А.И., Чернявский А.Ж.; заявл. 07.09.06; опубл. 10.06.08, Бюл. № 16.-2с.

152. Прохоров, С.А. Математическое описание и моделирование случайных процессов / С.А. Прохоров. Самарский государственный аэрокосмический университет, 2001. 209 с.

153. Данилин, А.И. Программно-аппаратный имитатор лопаточных импульсов для измерения параметров систем контроля деформационного состояния лопаток турбоагрегатов / А.И. Данилин // Датчики и системы. 2010. - №4. -с. 14-17.