002.jpg
Вы здесь: Главная Статьи Виброисследования Аппаратное и программное обеспечение системы контроля и анализа вибрации и тепломеханических величин энергетических агрегатов
17 Ноябрь 2017
Ошибка
  • JUser: :_load: Не удалось загрузить пользователя с ID: 647

Аппаратное и программное обеспечение системы контроля и анализа вибрации и тепломеханических величин энергетических агрегатов

Вторник, 02 Июль 2013 13:22
Оцените материал
(1 Голосовать)

 УДК 621.165; 621.438; 621.224

Н. Г. Шульженко, д-р техн. наук Ю. Г. Ефремов, канд. техн. наук В.И. Цыбулько, А.В. Депарма, А.И. Чугреев.
Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины 

Аннотация: Описаны назначение, состав и технические характеристики аппаратных средств автоматизированной системы непрерывного контроля вибрации и механических величин. Описанные устройства, позволяют организовать надежный контроль вибрационных параметров и механических величин, получить измерительную информацию для передачи ее как в аналоговом, так и цифровом виде для обработки и анализа в информационно-измерительных системах вибродиагностики.

Аннотація: Описано призначення, склад і технічні характеристики апаратних засобів автоматизованої системи безперервного контролю вібрації і механічних величин. Описані пристрої, дозволяють організувати надійний контроль вібраційних параметрів і механічних величин, одержати вимірювальну інформацію для передачі її як в аналоговому, так і цифровому виді для обробки й аналізу в інформаційно-вимірювальних системах вібродіагностики.

Своевременное выявление изменений вибрации и успешная идентификация вызвавших их причин возможна только при наличии постоянного мониторинга и анализа колебаний валопровода и опор с учетом технологических и эксплуатационных факторов [1, 2]. В ИПМаш НАН Украины разработаны и созданы совместно с ООО “НПП УКРИНТЕХ” (Украинское отделение компании "INTECH-UNION") стационарные устройства контроля механических величин: частоты вращения ротора, осевого сдвига и относительного удлинения ротора, теплового расширения цилиндра, вибрации (биения, искривления) ротора и вибрации опор. Устройства состоят из вихретокового преобразователя (датчика), модуля формирования механической величины с цифровым индикатором (ЦИ) и импульсным источником электропитания. 

Устройство контроля виброперемещения ротора КВР-1 предназначено для бесконтактного измерения виброперемещения ротора паровой турбины и обеспечивает контроль вибрации вала в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей ГКД 34.20.507-2006 и ГОСТ 27165-97 [3, 4]. 

Функционально КВР-1 обеспечивает:

– непрерывное измерение и цифровую индикацию на табло текущих значений размаха относительного виброперемещения ротора и выдачу пропорционального сигнала во внешние устройства по постоянному току  (4–20 мА) и через последовательный порт (RS-485);

– выдачу сигнала по напряжению (0,1–5 В), пропорционального текущим изменениям зазора между поверхностью шейки ротора и датчиком;

– выдачу логических сигналов по событию достижения размаха виброперемешения предупредительного и аварийного уровня, а также при резком изменении (скачке) вибрации или превышении НЧ вибрации допустимого уровня. 

В устройстве КВР-1 для бесконтактного измерения размаха относительного виброперемещения датчиком ДПБ преобразуется величина зазора So и его изменения во времени S(t) в соответствующий частотно-модулируемый (ЧМ) сигнал, который по линии связи поступает на вход модуля функционального преобразователя виброперемещения ФВП (рис.1). Этот ЧМ сигнал через устройство преобразования и согласования преобразуется в сигнал U(t), пропорциональный мгновенным изменениям зазора, который выдается на выход по напряжению (0,1–5) В и подаётся на вход микропроцессора, где обрабатывается по соответствующим алгоритмам и программам.

 

Рисунок 1 – Структурная схема устройства КВР-1

Сигнал с микропроцессора выдаётся в виде:

– постоянного тока (4–20 мА), пропорционального текущему значению размаха относительного виброперемещения вала на соответствующем выходе модуля ФВП;

– текущего значения размаха относительного виброперемещения на ЦИ;

– логического сигнала открытый коллектор-эмиттер на выходе ФВП по событию достижения размаха относительного виброперемещения предупредительного ("П") и аварийного ("А"). Об этом сигнализируется свечением соответствующего светодиода на лицевой панели;

– импульсов по RS485.

Рабочий диапазон измерения размаха относительного виброперемещения             20-500 мкм с дискретностью 1 мкм при установочном зазоре Sо равном (2,0±0,5) мм. 

Рабочий диапазон частот измерения размаха относительного виброперемещения 5–500 Гц. 

Номинальный коэффициент преобразования Квп размаха относительного виброперемещения по напряжению 10 мВ/мкм. 

Допустимое отклонение коэффициента преобразования размаха относительного виброперемещения от номинального на верхнем пределе рабочего диапазона на базовой частоте (31,5 Гц) не превышает 5,0 %. 

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики в рабочем диапазоне частот не превышает 5 %. 

Основная погрешность измерения зазора (нелинейность статической характеристики) в пределах установочного зазора не превышает 5 %. 

Внешний вид устройства контроля вибрации ротора приведен на рис.2.

Рисунок 2 – Внешний вид устройства контроля вибрации ротора

Устройство КВ-1 предназначено для контактного измерения и контроля средних квадратических значений (СКЗ) виброскорости опоры подшипника валопровода и других не вращающихся частей агрегатов и обеспечивает контроль вибрации опор в соответствии с Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей ГКД 34.20.507-2006 и ГОСТ 25364-97 [3, 5]. 

Функционально устройство КВ-1 обеспечивает:

– непрерывное измерение и цифровую индикацию текущих значений СКЗ виброскорости опоры подшипника и выдачу аналоговых и логических сигналов во внешние устройства в соответствии с ГОСТ 25364-97 и требований ГКД 34.20.507-2006 [3, 5];

– выдачу аналогового токового сигнала  4–20 мА, пропорционального текущему значению СКЗ виброскорости;

– выдачу аналогового сигнала (по напряжению) текущих мгновенных значений виброскорости, пригодного для передачи, обработки во внешних информационно-измерительных системах анализа и вибродиагностики;

– выдачу логических сигналов по событию достижения СКЗ виброскорости опоры предупредительного и аварийного уровня, а также при резком изменении (скачке) вибрации или превышении НЧ вибрации допустимого уровня;

– выдачу измеренного значения СКЗ виброскорости опоры и НЧ составляющей  виброскорости  через последовательный порт (RS-485).

Для измерения вибрации датчик жестко крепится на объекте при помощи резьбовой шпильки на его корпусе по направлению измерения вибрации. Ось чувствительности датчика совпадает с осью цилиндрического корпуса. Конструктивно датчик ДВК выполнен в виде цилиндрического корпуса, в котором размещен вихретоковый преобразователь, инерционный упругий чувствительный элемент, жестко связанный с его корпусом и упруговязкий элемент между ними.

Контактный вихретоковый датчик вибрации воспринимает вибрацию объекта, а вихретоковый параметрический преобразователь перемещения преобразует колебания чувствительного элемента в ЧМ-сигнал. Девиация частоты этого сигнала пропорциональна двойной амплитуде колебаний чувствительного элемента. Модуль функционального преобразователя виброскорости (ФВС) по ЧМ сигналу датчика ДВК, передаваемому по линии связи, формирует сигнал соответствующей измерительной информации:

– переменного напряжения U(t), пропорционального виброскорости в виде:

 – постоянного тока 4–20 мА, пропорционального среднеквадратическому значению виброскорости (0,5–16 мм/с).

Текущее СКЗ виброскорости (0,5–16 мм/с) выдается на ЦИ модуля и через RS-485 на внешние устройства (рис. 3).

Рисунок 3 – Функциональная схема устройства КВ-1

Рабочий диапазон измерения СКЗ виброскорости 0,5-16,0 мм/с с дискретностью 0,1 мм/с. 

Рабочий диапазон частот измерения СКЗ виброскорости 10–1000 Гц. 

Номинальный коэффициент преобразования Квс по напряжению 100 мВмм/с.

Допустимое отклонение коэффициента преобразования СКЗ виброскорости от номинального на базовой частоте (80 Гц) не превышает ±5%, а в диапазоне частот 10–800 Гц не превышает ±10%. 

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики измерения СКЗ виброскорости в диапазоне 12,5–800 Гц не превышает 1,25 дБ, а вне этого частотного диапазона спад характеристики до 2,5 дБ.

Устройство контроля частоты вращения КТ-1 предназначено для бесконтактного измерения и контроля частоты вращения роторов вращающихся механизмов в т.ч. роторов турбоагрегатов и вспомогательного оборудования на электростанциях. 

Функционально устройство КТ-1 обеспечивает:

– непрерывное измерение частоты вращения от одной метки на валу, ее индикацию на четырехразрядном цифровом табло в оборотах в минуту и выдачу пропорционального сигнала во внешние устройства по постоянному току (4–20 мА) и через последовательный порт (RS-485);

– выдачу логических сигналов по событию достижения частоты вращения предупредительного и аварийного уровня;

– запоминание максимальной частоты вращения. 

Для измерения частоты вращения ротора датчик устанавливают на объекте с зазором S0 до поверхности ротора с меткой, искажающей его цилиндрическую поверхность. Датчик при неизменном зазоре S0, преобразует величину зазора в частоту сигнала,  пропорциональную зазору. При вращении ротора и прохождении метки будет соответственно изменяться зазор. Изменения зазора, вызванные как биением поверхности ротора, так и из-за метки, будут датчиком преобразовываться в частотно-модулированный сигнал. Этот ЧМ сигнал от датчика по однопроводной экранированной линии связи передается на модуль функционального преобразователя частоты вращения (ФЧВ).

Следует помнить, что по условиям безопасности метку целесообразно выполнять в виде паза (углубления). При этом чтобы сигнал от метки был различим на фоне биений вращающейся поверхности ротора, глубина должна превышать максимальный ожидаемый размах биений поверхности ротора не менее чем в два раза, а длина не менее диаметра датчика.

Частотно-модулированный сигнал датчика подается на вход модуля ФЧВ, который этот сигнал преобразует в последовательность импульсов. Сигнал с выхода ФЧВ поступает на вход компаратора  уровня и при его срабатывании появляется сигнал метки на выходе. Импульсные сигналы метки при вращении ротора поступают на вход микропроцессора.Последовательность импульсов сигнала от метки преобразуется по соответствующей программе в число оборотов, индицируется на 4-х разрядном цифровом индикаторе и выдается на выход. 

Диапазон измерения частоты вращения 3…9999 об/мин. 

Погрешность измерения частоты вращения до 4000 об/мин не более 1 об/мин, свыше 4000 об/мин не более  2 об/мин. 

Дискретность установки уровней срабатывания сигнализации 1 об/мин. 

Начальный (установочный) зазор между торцом датчика и контролируемой поверхностью 2,0  0,5 мм.

Устройство контроля относительного расширения ротора КР-1 предназначено для бесконтактного контроля осевого расширения ротора паровой турбины. Функционально устройство КР-1 обеспечивает непрерывное измерение и цифровую индикацию на табло текущих значений относительного расширения ротора, выдачу пропорционального сигнала во внешние устройства по постоянному току (4–20 мА) и через последовательный порт (RS-485) и выдачу логических сигналов по событию достижения значений относительного расширения ротора предупредительного и аварийного уровня. Основные параметры устройства КР-1 приведены в таблице 1.

Устройство контроля осевого смещения ротора КС-1 предназначено для непрерывного круглосуточного контроля осевого смещения роторов основного и вспомогательного оборудования электростанций и выдачи “предупредительного” и “аварийного” сигналов в систему сигнализации и защиты.

Таблица 1

Название параметров

Значение

1

2

3

1

Линейный участок преобразования

1,0-10 мм

2

Диапазон измерения

-4-0-4 мм

3

Основная приведенная погрешность измерения не более

± 5 %

4

Диапазон установки уровней срабатывания сигнализации

-4-0, 0-4 мм

5

Дискретность установки уровней срабатывания сигнализации

0,1мм

6

Допустимая основная приведенная погрешность измерения относительного смещения не более

6 %

7

Дополнительная приведенная погрешность измерения, вызванная изменением температуры окружающей среды на     10 °С воздействующей на преобразователь (датчика) не более

± 1 %

8

Габаритные размеры преобразователя (датчика)

D32x55 мм

9

Начальный (установочный) зазор между торцом датчика и контролируемой поверхностью

5,0±0,5 мм

 Функционально устройство КС-1 обеспечивает непрерывное измерение и цифровую индикацию на табло текущих значений осевого смещения ротора, выдачу пропорционального сигнала во внешние устройства по постоянному току (4–20 мА) и через последовательный порт (RS-485) и выдачу логических сигналов по событию достижения значений осевого смещения ротора предупредительного и аварийного уровня. Основные параметры устройства КС-1 приведены в таблице 2.

Таблица 2

Название параметров

Значение

1

2

3

1

Линейный участок преобразования

0,5-5 мм

2

Диапазон измерения

-2-0-2 мм

3

Основная приведенная погрешность измерения не более

± 5 %

4

Диапазон установки уровней срабатывания сигнализации

-2-0, 0-2 мм

5

Дискретность установки уровней срабатывания сигнализации

0,01мм

6

Допустимая основная приведенная погрешность измерения относительного смещения не более

6 %

7

Дополнительная приведенная погрешность измерения, вызванная изменением температуры окружающей среды на
10 °С воздействующей на преобразователь (датчик) не более

± 1 %

8

Габаритные размеры преобразователя (датчика)

(М18x1)x 55 мм

9

Начальный (установочный) зазор между торцом датчика и контролируемой поверхностью

3,0 ±0,5 мм

 Устройство контроля теплового расширения цилиндра турбины  КТР-1 Предназначено для бесконтактного измерения расширения цилиндра паровой турбины.

 Функционально устройство КТР-1 обеспечивает непрерывное измерение и цифровую индикацию на табло текущих значений теплового расширения цилиндра турбины, выдачу пропорционального сигнала во внешние устройства по постоянному току (4–20 мА) и через последовательный порт (RS-485) и выдачу логических сигналов по событию достижения значений относительного расширения ротора предупредительного и аварийного уровня. Основные параметры устройства КТР-1 приведены в таблице 3.

Таблица 3

Название параметров

Значение

1

2

3

1

Диапазон измерения

0-30 мм

2

Основная приведенная погрешность измерения не более

± 5 %

3

Диапазон установки уровней срабатывания сигнализации

0-30 мм

4

Дискретность установки уровней срабатывания сигнализации

0,1мм

5

Дополнительная приведенная погрешность измерения, вызванная изменением температуры окружающей среды на 10 °С  воздействующей на преобразователь (датчика) не более

± 1 %

6

Габаритные размеры преобразователя (датчика)

D32x110 мм

Устройства контроля тепломеханических величин на базе вихретокового преобразователя не требуют специальной настройки на тип металла поверхности объекта, на тип и длину линии связи. Сигнал от датчика без дополнительных промежуточных устройств по кабелю из экранированной жилы (типа МГШВЭВ и его аналога) может передаваться на расстояние до 200 м и более. Амплитудная помеха от электромагнитного воздействия на линию связи устраняется усилением с ограничением ЧМ сигнала входными устройствами модуля функционального преобразователя механических величин. Датчики допускают одиночные и многократные ударные (импульсные) нагрузки, не вызывающие деформацию корпуса. Потребляемая мощность устройств не более 5 Вт. Электропитание от импульсного источника со стабилизатором выходного напряжения с номинальным напряжением сети 220 В, 50 Гц. Изменения переменного напряжения сети в пределах 100-240 В, 50 Гц не вносят дополнительную погрешность измерения. Режим эксплуатации устройств непрерывный, долговременный. Срок службы устройств не менее 10 лет. Устройства удовлетворяют по безопасности требованиям ГОСТ 12.2.007.0.-75 для изделий класса 01.

Разработанные стационарные устройства контроля и анализа тепломеханических величин энергетических агрегатов имеют: 

- однотипное схемотехническое решение функциональных преобразователей, что удобно для серийного производства; 

- усилитель-преобразователь ЧМ сигнала с токовихревого датчика (быстродействующий ОУ типа LF357); 

- нормирующий усилитель аналогового сигнала (LF356, OP27);

- фильтр НЧ с частотой среза 1 кГц (LMV358);

- модульный импульсный источник питания (PPM05-A-12ZLF), который позволяет работать как от сети переменного тока, так и от резервных источников (АКБ постоянного тока);

- модуль промышленного интерфейса RS485, протокол MODBUS RTU (MAX13412).

В устройствах используется микроконтроллер для предварительной математической обработки и визуализации результатов измерения (ATmega88). Инвариантность по типам устройств заключается в подключении соответствующего датчика и установки соответствующего программного обеспечения в микроконтроллер.

Внедрение технических средств диагностирования агрегатов ТЭС и ТЭЦ позволит повысит безопасность эксплуатации ТА и продлить срок их эксплуатации. Изготовление и оснащение агрегатов АСВД осуществляется ИПМаш НАН Украины совместно с ООО «НПП «УКРИНТЕХ» и отвечает требованиям нормативных документов и современному мировому уровню развития в этой области.

Литература

1. Задачи термопрочности, вибродиагностики и ресурса энергоагрегатов (модели, методы, результаты исследований) : монография / Н.Г. Шульженко, П.П. Гонтаровський, Б.Ф. Зайцев. – Saarbrücken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. – 370 c. – Напечатано в России.

2. Анализ и диагностирование вибрационного состояния мощных турбоагрегатов / Н.Г. Шульженко, Л.Д. Метелев, Ю.Г. Ефремов и др. // Енергетика та електрифікація. – 2006.– № 11. – С. 30–38.

3. Технічна експлуатація електричних станцій і мереж. Правила / ОЕП "Галузевий резервно-інвестиційний фонд розвитку енергетики". – Київ, 2003. – 597 с.

4. Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации валопроводов и общие требования к проведению измерений: ГОСТ 27165–97. – Взамен ГОСТ 27165–86; введ. 1999-07-01. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998. – 8 с.

5. Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопроводов и общие требования к проведению измерений: ГОСТ 25364–97. – Взамен ГОСТ 25364–88; Введ. 1999-07-01.– М.: ИПК Изд–во стандартов, 1998.– 6 с.

 

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 33 гостей и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте