011.jpg
Вы здесь: Главная Статьи Виброисследования Помехоустойчивые измерители вибрации и их применение в динамике машин
17 Ноябрь 2017
Ошибка
  • JUser: :_load: Не удалось загрузить пользователя с ID: 647

Помехоустойчивые измерители вибрации и их применение в динамике машин

Вторник, 02 Июль 2013 13:20
Оцените материал
(1 Голосовать)

Шульженко Н.Г., Метелев Л.Д., Цыбулько В.И. Чугреев А.И., Гуров Ю.Н., Ефремов Ю.Г.

ИПМаш им. А.Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков, Украина

Аннотация: Для измерения вибрации элементов машин предлагаются устройства с параметрическим вихретоковым преобразователем, которые по помехоустойчивости и по потребительским характеристикам превосходят известные отечественные и зарубежные образцы. 

Abstract: For vibration measurement of machine elements devices with parametric eddy current converter, which exceed known domestic and foreign samples on noise-immunity and on consumer features are offerred.

 Для обеспечения эффективной работы компьютеризированных систем диагностики вибрации в ИПМаш НАН Украины, наряду с разработкой и развитием методического и программного [1], совершенствуются аппаратные средства измерения вибрации, пригодные для применения в энергетике (ТЭС, АЭС, ГЭС), в машиностроении, нефтегазовой и других отраслях. Созданные средства бесконтактного измерения перемещений, виброперемещений и частот вращения по некоторым метрологическим характеристикам, помехоустойчивости и потребительским показателям превосходят аналогичные средства известных ведущих зарубежных и отечественных фирм. Эти показатели достигнуты совершенствованием конструкции и технологии использования в датчиках нетрадиционного вихретокового преобразователя (ВТП) с частотно-модулированным (ЧМ) сигналом на выходе и функционального преобразователя (ФП), преобразующего этот ЧМ сигнал в электрический сигнал, пропорциональный по величине зазору до поверхности контролируемого объекта.

Все функциональные элементы датчиков (измерительный и опорный генераторы, преобразователь частоты и его чувствительный элемент) конструктивно размещены в одном металлическом корпусе-экране, который заполнен влаго- и термостойким и не электропроводящим компаундом. Это обеспечивает их защиту от механических воздействий и от влияния эксплуатационных факторов среды (агрессивной, паромасляной, электромагнитной), делает датчики не чувствительными к боковому металлу, а также исключает взаимное влияние друг на друга и электромагнитное излучение во вне. Для применения датчика в расширенном температурном диапазоне чувствительный элемент ВТП выносится с применением термостойкого кабеля на расстояние до 5 м и более.

Измерительные каналы с таким ВТП не требуют специальной настройки на тип металла поверхности объекта и на тип и длину линии связи. Сигнал от датчика без дополнительных промежуточных устройств по кабелю из экранированной жилы (типа МГШВЭ и ее аналога) может передаваться на расстояние до 200 м и более. При этом помеха от электромагнитного воздействия исключается усилением с ограничением ЧМ сигнала по амплитуде входными устройствами ФП. Диапазон и линейность измерения перемещений обеспечивается как выбором параметров чувствительного элемента датчика, так и настройкой его частотного преобразователя, а так же схемными решениями в ФП. В настоящее время наиболее полно отработана технология изготовления и применения бесконтактных вихретоковых датчиков с условным обозначением ДПБ1.1, ДПБ2.1 и их модификаций. Они функционально однотипны и отличаются только конструктивно-габаритными размерами корпуса-экрана. Первый имеет внешний диаметр 32 мм, а длину от 60 до 150 мм, крепится на объекте цилиндрическим зажимом типа "хомут" или "цанга". Второй для крепления имеет на корпусе резьбу М181,0 длиной до 75 мм, при общей его длине от 75 до 150 мм. Внешний вид бесконтактных датчиков и выходные характеристики даны на рис. 1 и 2. Функциональный преобразователь обычно выполняется в виде печатной платы-кассеты, устанавливаемой в блок с электропитанием. Электропитание на датчик подается через элементы ФП по той же одножильной экранированной линии связи. 

Условиями эксплуатации датчиков допускается температура окружающей среды от 0 до 80 С (временно до +100 С и до минус 10 С). Окружающей средой может быть воздух, водяной пар и конденсат, масло и его пары, жидкость ОМТИ. Напряженность электромагнитного поля может быть до 1000 А/м (временно до 2000 А/м). Воздействие вибрации и атмосферного давления в местах крепления не регламентируется.

Функциональный преобразователь соответствует рабочим значениям УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150 в атмосфере типа I, в которой отсутствует токопроводящая пыль и примеси, вызывающие коррозию.

Рис.1 – Внешний вид датчиков

 Рис. 2 Экспериментальные выходные характеристики датчиков.   0-0-0 - по частоте   ж-ж-ж - по периоду

Вихретоковый измерительный канал, включающий бесконтактный датчик и ФП, обеспечивает (с погрешностью не более 5 %):

преобразование относительного перемещения (зазора) и его статических (медленных) изменений с датчиком ДПБ2.1 в диапазоне  (0–5) мм (2,5 мм) с коэффициентом 2 В/мм, а с датчиком ДПБ1.1 в диапазоне (0–8) мм (4 мм) с коэффициентом 1 В/мм;

преобразование виброперемещений (мгновенных изменений зазора) с амплитудой до 500 мкм (размахом до 1000 мкм) в диапазоне частот до 1000 Гц с коэффициентом 10 мВ/мкм.

Измерительные каналы с такими характеристиками позволяют организовать надежный контроль относительных перемещений и виброперемещений валопровода агрегата при воздействии эксплуатационных факторов в соответствии с ГОСТ 27165-96, отвечающим требованиям международного стандарта ИСО 7919-2-96. Некоторые возможные реализации измерительных каналов описаны в [2]. 

Для контроля частоты вращения вала и получения опорного сигнала (синхрометки) по фазе бесконтактный датчик с ВТП устанавливается над меткой (она может быть в виде выемки на валу). Электронные тахометры с микропроцессорными и твердотельными элементами обеспечивают измерение частоты вращения от 3 до 10000 об/мин с погрешностью измерения не более 1 об/мин в диапазоне до 4000 об/мин и не более 2 об/мин - до 10000 об/мин. Функционально обеспечивается запоминание максимальных оборотов (забросов) и энергонезависимое сохранение их после выключения электропитания, выдача аналогового сигнала о частоте вращения, выдача импульсного сигнала (фазной метки) и другие функции по требованию Заказчика.

Для настройки, нормирования и поверки измерительных каналов созданы механические стенды, обеспечивающие статические и динамические перемещения, контролируемые микрометрическими средствами, а также электронный стенд–имитатор задания частоты вращения вала и виброперемещений в контролируемом диапазоне частот [3].

В известных измерительных средствах контактного контроля вибрации опор подшипников в настоящее время, в основном, используются пьезоэлектрические преобразователи. Их низкая помехоустойчивость к воздействию электромагнитных помех, которые всегда присутствуют на турбогенераторах, требует принятия специальных мер для их защиты. Это не всегда приводят к желаемому результату. Кроме того, пьезодатчики не долговечны, а их характеристики не всегда стабильны во времени, что снижает надежность виброконтроля.

Авторами осуществляется поиск путей повышения надежности и помехоустойчивости измерений вибрации контактным способом. Так, на базе разработанных ВТП и чувствительного упруго-инерционного элемента, были созданы и испытаны экспериментальные образцы контактных вихретоковых датчиков вибрации с ЧМ сигналом на выходе, пропорциональным виброускорению или виброскорости в зависимости от уровня демпфирования.

Испытания измерительного канала, содержащего контактный вихретоковый датчик вибрации типа ДВК1-1 с ЧМ выходным сигналом, пропорциональным виброускорению, и ФП с выходным сигналом, пропорциональным виброскорости, показали, что такой измерительный канал обеспечивает:

измерение виброскорости от 0,5 до 50 мм/с в диапазоне частот (10–1000) Гц с коэффициентом преобразования 0,1 Вс/мм;

погрешность измерения амплитуд виброскорости в диапазоне от 1,0 до 40 мм/с на базовой частоте 80 Гц составляет не более 5 %, в диапазоне частот (20–800) Гц - не более 10 %, а на краях частотного диапазона - не более 15 % при нормальных условиях эксплуатации;

неравномерность АЧХ составляет не более 2 дб, а перекрестная связь -  менее 3 %.

Использование в этих датчиках вибрации ВТП с ЧМ сигналом на входе позволило сохранить высокую помехоустойчивость к воздействию эксплуатационных факторов и все потребительские характеристики, которые присущи бесконтактным датчикам с таким ВТП. 

Продолжаются исследования, направленные на отработку технологии по расширению температурного и частотного диапазона датчиков с ВТП.

Для получения информации о положении шейки ротора в подшипнике и ее относительных перемещениях, а также о ее орбитальном движении бесконтактные датчики устанавливаются ортогонально в радиальных плоскостях по два на каждом подшипнике.

Такие средства измерения с вихретоковыми датчиками перемещений, виброперемещений шеек роторов, вибрации опор подшипников и частоты вращения в комплексе с базовой ПЭВМ (промвариант) включены в состав экспериментальных образцов автоматизированных систем непрерывного мониторинга вибрации турбоагрегатов (ТА) для предупреждения нештатных ситуаций и оптимизации их работы, которые находятся в опытной эксплуатации на энергоблоках мощностью 300 МВт на Киевской и Харьковской ТЭЦ-5 и на двух ТА Запорожской ТЭС.

Система позволяет с периодом обновления информации 1 с осуществлять прием данных по 128 аналоговым каналам и проводить обмен данными с АСУ ТП и с абонентами локальной вычислительной сети.

Получаемые в результате непрерывного мониторинга вибрации данные на режимах пуска, набора мощности, в процессе эксплуатации и останова ТА в виде графиков амплитудно-частотных характеристик разгона и выбега валопровода, гармонических составляющих и траекторий (орбит) движений центра шейки ротора в расточке подшипника позволяет своевременно обнаружить изменения динамического процесса валопровода и принимать меры по его нормализации. 

С помощью этой системы обслуживающим персоналом снижен уровень вибрации опор путем контроля виброперемещений шеек роторов при выборе оптимальных режимов эксплуатации. Выявлена причина повышенной вибрации в области низких частот. В частности по составу гармонических составляющих и по виду орбит движения шеек роторов выявлена и устранена причина повышенной вибрации в области низких частот. Фрагменты колебаний шеек роторов в течении его 4 оборотов в ортогональных направлениях, траектории шейки ротора в подшипнике и гармонические спектры (при отсутствии и наличии низкочастотной составляющей вибрации) приводятся на рис. 3. Контроль уровня вибрации шеек ротора в процессе пуска позволил поддерживать располагаемый уровень экономичности блока за счет предупреждения износа уплотнений в проточной части при прохождении критических частот и выбора режима разворота. Отработана методика для автоматизированной оценки влияния технологических параметров ТА на его вибрационное состояние. 

Рис.1 Вибрационные характеристики шеек ротора

Опытная эксплуатация датчиков с ЧМ выходным сигналом на ТЭС и ТЭЦ в системах мониторинга вибрации подтверждает их надежность, помехоустойчивость в условиях электростанций и позволяет повысить качество мониторинга и диагностики вибрации оборудования.. 

Литература

1.Н.Г. Шульженко, В.П. Билетченко, Л.Д. Метелев, В.И. Цыбулько, Ю.Г. Ефремов, А.А. Беспрозванный, Н.И. Вова, А.П. Сергеев, В.И. Прудников. Методическое обеспечение систем непрерывного мониторинга и анализа параметров колебаний для диагностирования вибрационного состояния роторных агрегатов // Энергетика и электрификация. – 2000. –№ 9 (206). –С. 34–40. 

2.Л.Д. Метелев, В.И. Цыбулько. Приборы для измерения относительных виброперемещений валопровода турбоагрегата // Вибрационная техника.– М.: МДНТН, 1990.– С. 46-50.

3.Л.Д. Метелев, В.И. Цыбулько, Н.Г. Шульженко. Бесконтактные измерители перемещений с вихретоковыми преобразователями и устройствами для их испытания // Метрологія у механіці: Праці 1 міжнар. наук.-техн. конф.– Харків, 1998.– С. 145-148.

 

Кратко о компании | Более 10 лет на рынке

contactКомпания «Аэрокосмоэкология Украины» более 10 лет успешно работает на рынке испытательного оборудования и приборов неразрушающего контроля и на сегодняшний день входит в тройку лидеров рынка.

Главным преимуществом компании стало объединение НИОКР, производства и коммерции для внедрения наилучших доступных технологий и поставки современного оборудования от лучших отечественных и мировых производителей.

Наши инновации | Сопровождение каждого проекта

Эффективная система сопровож-дения проектов внедрения
позволяет гарантировать высокую результативность работы нашей команды начиная от обследования объекта внедрения и помощи в составлении технического задания, и заканчивая послепродажной сервисной поддержкой.

Посетители | Кто сейчас на сайте

Сейчас один гость и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте