БОЛЬШАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА  
рефераты
Добро пожаловать на сайт Большой Научной Библиотеки! рефераты
рефераты
Меню
Главная
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм и уфология
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование и комп-ры
Радиоэлектроника
Региональная экономика
Режущий инструмент
Реклама и PR
Ресторанно-гостиничный бизнес бытовое обслуживан
Римское право
Русский язык культура речи
РЦБ ценные бумаги
САПР
Сексология
Семейное право
Социология
Страховое право
Строительство архитектура
Таможенное право
Теория государства и права
Технология
Таможенная система
Транспорт
Физика и энергетика
Философия
Финансы деньги и налоги
Физкультура и спорт
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
Экология
Экономика
Экономико-математическое моделирование
Экономическая география
Экономическая теория
Эргономика
Этика и эстетика
Сочинения по литературе и русскому языку
Рефераты по теории государства и права
Рефераты по теории организации
Рефераты по теплотехнике
Рефераты по товароведению
Рефераты по трудовому праву
Рефераты по туризму
Рефераты по уголовному праву и процессу
Рефераты по управлению
Рефераты по менеджменту
Рефераты по металлургии
Рефераты по муниципальному праву
Биографии
Рефераты по психологии
Рефераты по риторике
Рефераты по статистике
Рефераты по страхованию
Рефераты по схемотехнике
Рефераты по науке и технике
Рефераты по кулинарии
Рефераты по культурологии
Рефераты по зарубежной литературе
Рефераты по логике
Рефераты по логистике
Рефераты по маркетингу
Рефераты по международному публичному праву
Рефераты по международному частному праву
Рефераты по международным отношениям
Рефераты по культуре и искусству
Рефераты по кредитованию
Рефераты по естествознанию
Рефераты по истории техники
Рефераты по журналистике
Рефераты по зоологии
Рефераты по инвестициям
Рефераты по информатике
Исторические личности
Рефераты по кибернетике
Рефераты по коммуникации и связи
Рефераты по косметологии
Рефераты по криминалистике
Рефераты по криминологии
Новые или неперечисленные
Без категории

Разработка мобильной измерительной системы для оценки вибрационного состояния роторных машин

Разработка мобильной измерительной системы для оценки вибрационного состояния роторных машин

1  Технология


1.1       Вибродиагностика

Контроль технического состояния энергомеханического оборудования может проводиться на остановленном, вскрытом и работающем агрегатах. На остановленном и особенно на вскрытом агрегате имеются значительно большие возможности для оценки технического состояния и определения конкретного вида неисправности.  Однако,  недостатком этих способов контроля, ограничивающих их широкое применение, является необходимость остановки агрегата, что далеко не всегда возможно в условиях эксплуатации. В связи с этим особое место занимают методы диагностики на работающем оборудование. Наиболее широкое применение нашли методы акустической, вибрационной, магнитной памяти металла, параметрической диагностики и диагностика по анализу отработанного масла (трибодиагностика).

Метод вибрационной диагностики использует в качестве диагностической информации вибрацию работающего агрегата. Вибрационный сигнал является носителем информации о различных колебаниях узлов и деталей энергомеханического оборудования. Всякое изменение характера взаимодействия его элементов приводит к отклонении параметров функционирования агрегата и, как следствие, к изменению сопровождающих его вибрационных сигналов. Этот вид диагностики отличается от других методов технической диагностики рядом характерных особенностей и, прежде всего, многообразием физической природы вибрационных сигналов и высокой информативностью. Способность предупреждать появление неисправностей выгодно отличает вибродиагностику от других методов диагностирования, позволяющих в основном контролировать состояние агрегата и обнаруживать неисправности.

По фактическим вибрационным сигналом определяют следующие состояния ЦНА:

-                Состояние исправности, когда уровень вибрационного сигнала находиться в поле допуска эталонного спектра; эталон получают при замерах вибросигнала исправного ЦНА, работающего под нагрузкой на кустовой насосной станции в начале эксплуатации;

-                Состояние удовлетворительной работоспособности, когда уровень вибросигнала может отличаться от эталонного уровня, что указывает на изменение режима работы ЦНА или зарождению дефектов, но которые оказывают значительное влияния на работоспособность агрегата;

-              Предельное (предаварийное) состояния ЦНА, при котором дальнейшая  эксплуатация  может привести к поломкам узлов и деталей агрегатов.

Уровни допустимых значений вибраций представлены в приложение А.

Спектр вибраций работающего ЦНА имеет весьма широкий диапазон, он зависит от множества факторов: частоты вращения ротора СД, элементов подшипников, зубчатых шестерен, подвижных элементов электродвигателя и насоса и др.  Диагностическими параметрами могут служить различные величины, в частности, пиковое значение (максимальная амплитуда), СКЗ (среднеквадратичное значение), среднее значение продетектированного сигнала, значение от пика до пика (размах), моменты спектральной плотности одномерных и многомерных законов распределения, различные комбинации количественных характеристик рабочих процессов и т.д. Обработка полученной информации осуществляется на базе спектрального и автокорреляционного анализа, анализа методом накопления, разделения сигнала во времени, фильтрации сигналов и др.[1].




1.2       Спектральный анализ

Периодическая вибрация может быть представлена в виде спектра. В нем может быть одна составляющая или много кратных. Спектр удобен тем, что он делит вибрацию на составляющие с разными свойствами достаточно часто разной природы. Типовой спектр характеризуется большим количеством гармонических составляющих в области низких частот. По мере увеличения частоты гармонических составляющих становиться меньше и в области высоких частот они практически отсутствуют [1].

На реальном оборудование можно выделить множество каналов с различными характеристиками, определяющим способность пропускать, искажать и подавлять сигнал при его прохождение по каналу от источника возникновения к приемнику. Эту способность передачи сигналов необходимо учитывать для получения необходимой и достоверной информации [1].

Существует много частных методов проведения и анализа результатов диагностирования. Выбор той или иной методики при этом производится, исходя из специфики предметной области. Однако до сих пор не проанализированы, не классифицированы и не выработаны принципы назначения процессуально-аппаратных средств для проведения диагностики в рамках конкретных областей деятельности специалиста НК.  Широкий выбор средств диагностирования, отсутствие стандартов и требований в области разработки программных продуктов для обеспечения процесса спектрального анализа привели к тому, что в конкретной ситуации специалист вынужден руководствоваться скорее второстепенными параметрами (цена, близость представительств дилеров разработчиков и др.), чем существенными характеристиками (возможность прогнозирования, добавления методик диагностирования и т.п.) таких систем. Среди российских фирм-разработчиков вибродиагностического ПО, обслуживающих НГДП, следует отметить:

-                ИТЦ "Оргтехдиагностика": Виброник, Виброанализ-2.5, Программный тренажер по вибродиагностике ;

-                ОАО "ДИАМЕХ-2000": ДИАМАНТ2;

-                ООО НПП "Мера": ПП ПОС, WinPOS ;

Преобразование Фурье

Дискретное преобразование Фурье — это одно из преобразований Фурье, широко применяемых в алгоритмах обработки сигналов, а также в других областях, связанных с анализом частот в дискретном (к примеру, оцифрованном аналоговом) сигнале. Последовательность N комплексных чисел x0, ..., xN−1 преобразовывается в последовательность из N комплексных чисел X0, ..., XN−1 с помощью дискретного преобразования Фурье по формуле:


                                                                                                   (1)


                                                                                      (2)


где n=0, k=0, N-1.

где i - это мнимая единица. Обратное дискретное преобразование Фурье задается формулой.

На практике для выполнения преобразования используется быстрое преобразование Фурье.

Быстрое преобразование Фурье-быстрый алгоритм вычисления дискретного преобразования Фурье. Согласно этому алгоритму входная последовательность делится на группы (например, четные и нечетные отсчеты), и для каждой из них выполняется ДПФ, а затем полученные результаты объединяются. В итоге получается ДПФ входной последовательности – и существенная экономия времени [2].


1.3 Технические средства анализа вибрации

Общая структура систем измерения и анализа вибрации, будь то технические средства вибрационного контроля и защиты, вибрационного мониторинга или диагностики, включает в себя первичные измерительные преобразователи, согласующие устройства, линии связи, собственно средства анализа, базу данных (в простейшем случае - пороговые устройства) и средства (программы) обработки информации (см. рисунок 1).

 




                 Линии связи

 





ИП - измерительные преобразователи, УС - устройства согласования,

АН - анализатор, БД - база данных, СОИ - средства обработки информации.

Рисунок 1 - Структурная схема системы измерения и анализа вибрации


В зависимости от задач, решаемых с помощью приборов или систем измерения и анализа вибрации, к ним предъявляются различные технические требования. Существующие технические средства можно классифицировать следующим образом:

а)       средства допускового контроля и аварийной защиты;

б)       индикаторы состояния объектов контроля;

в)       средства вибрационного мониторинга;

г)        средства вибрационной диагностики;

д)       исследовательские приборы и системы.

Все средства измерения и анализа вибрации используют измерительные вибропреобразователи, причем чаще других применяются пьезоэлектрические преобразователи виброускорения (акселерометры), оптические (лазерные) преобразователи виброскорости и токовихревые преобразователи относительного виброперемещения (проксиметры). Кроме них для обеспечения синхронных видов анализа вибрации часто используются либо оптические или токовихревые датчики оборотов, либо датчики тока (напряжения) синхронных электрических машин, в том числе генераторов электроэнергии. Для связи вибропреобразователя со средствами анализа используются линии проводной или беспроводной связи и согласующие устройства. В простейшем случае это предварительные усилители сигнала. Так, для пьезоакселерометров в зависимости от характеристик линии связи могут использоваться предварительные усилители напряжения, заряда или тока, причем достаточно часто для обеспечения высокой помехоустойчивости средств (особенно многоканальных) измерения и анализа вибрации предварительные усилители встраиваются в один корпус с акселерометром. В более сложных случаях согласующее устройство может выполнять функции предварительной фильтрации сигнала, в том числе антиалайзинговой, коммутации линий связи, преобразования сигнала в цифровую форму, а также ряд других.

Собственно анализатор является основой любого средства измерения и анализа вибрации, и может существовать как независимое устройство. В последнем случае могут предъявляться требования к характеристикам входных и выходных сигналов  [3].

1.4 Мобильная измерительная система  вибродиагностики

Мобильная измерительная система  вибродиагностики представляет собой комплекс  программных  и  технических  средств,  предназначенных  для  комплексного решения  задач  вибрационных  исследований и вибродиагностики.


1.4.1 Состав мобильной измерительной системы  вибродиагностики

В состав мобильной измерительной системы входят портативный прибор, обеспечивающий измерение и анализ вибрации в тяжелых промышленных условиях (Регистратор-Виброметр), компьютер с программами мониторинга (Программа регистрации и экспресс обработки MR-300. ( НПП «МЕРА»), программа  обработки  и  анализа  сигналов «WinПОС -Expert».   (НПП «МЕРА») и программа  вибродиагностики «Expert-VD» . (НТЦ «Тюме- ньинжиниринг»), содержащей базу данных и выполняющий ряд операций анализа сигналов и обработки результатов анализа, а также экспертная или автоматическая программа диагностики, обрабатывающая полученную диагностическую информацию и акселерометр.



Рисунок 2 – Структура мобильно-измерительной системы


Д – Акселерометр- датчик измеряющий значение виброускорения.

РВ - “Регистратор - Виброметр”- прибор  не выполняющие функций анализа, а только собирающие временные сигналы вибрации.

ПК – персональный компьютер с расширенной диагностической программой и базой данных.


         Функциональные возможности программ мониторинга приведены в приложение Б.


1.4.2 Принцип работы

“ Регистратор - Виброметр ” в режим виброметра принимают входные сигналы с акселерометра, интегрирует полученные значения и преобразуют их в цифровой. Набирает нужное количество измерений и производит вычисление среднего квадратичного значения виброскорости отображение на индикаторе.

В режиме регистратора “ Регистратор - Виброметр ” входные сигналы с акселерометра, преобразуют их в цифровой код и передают на персональный компьютер. На экране компьютера с помощью программ спектрального анализа можно просматривать форму сигналов, спектр, кепстр, фазу и т.д. Фильтрация, интегрирование, детектирование огибающей, вычисление спектра и другие преобразования осуществляются персональным компьютером.

В режиме регистратора “ Регистратор - Виброметр ” переходит при нажатии кнопки "Запись".  “ Регистратор - Виброметр ” производит запись сигналов вибродатчика  на жесткий диск персонального компьютера.  “Регистратор - Виброметр ” может так же записывать вибросигналы на Flash-накопитель автономно без персонального компьютера. Всегда записывается виброускорение.



1.4.3 Описание датчика


Основными характеристиками вибрации являются вибросмещение, виброскорость и виброускорение.  Процесс преобразования смещения в скорость или скорости в ускорение эквивалентен математической операции дифференцирования. Обратное преобразование ускорения в скорость и скорости в смещение называется интегрированием. Сегодня можно проводить эти операции внутри самих измерительных приборов и легко переходить от параметров измерения к другим.

На практике, однако, дифференцирование приводит к росту шумовой составляющей сигнала, и поэтому оно редко применяется. Интегрирование, напротив, может быть осуществлено с высокой точностью с помощью простых электрических цепей. Это является одной из причин, почему акселерометры сегодня стали основными датчиками вибрации: их выходной сигнал можно легко подвергнуть однократному или двукратному интегрированию и получить либо скорость, либо смещение. Интегрирование, однако, непригодно для сигналов с очень низкой частотой (ниже 1 Гц), так как в этой области уровни паразитного шума чрезвычайно увеличиваются и точность интегрирования падает. Большинство имеющихся на рынке интеграторов правильно работают на частотах выше 1 Гц, что достаточно почти для всех приложений, связанных с вибрациями [4].

Вибропреобразователь  типа  ВК-310А  представляют  собой пьезоэлектрический  акселерометр  с  согласующими  усилителями  и  предназначены  для применения  в  составе  аппаратуры  непрерывного  вибрационного  контроля,  защиты  и вибродиагностики  турбоагрегатов, питательных насосов двигателей нефтеперекачивающих и газокомпрессорных станций, вибродиагностики электрических станций и других объектов.

Вибропреобразователь ВК-310А - первичный измерительный пьезоэлектрический преобразователь со встроенным предусилителем.

-                Измеряемый параметр - виброускорение в рабочем диапазоне частот.

-                На выходе формируется сигнал переменного напряжения, пропорциональный мгновенному значению виброускорения.

-                Маркировка взрывозащиты 0ExiaIICT5 X.

-                Поставляется со шпилькой М5, магнитом или в комплекте с изолирующим треугольником по заказу.

-                Подключение через разъем типа РС-4ТВ или BNC, по заказу - подключение кабелем в металлорукаве через гермоввод.

-                Материал корпуса: алюминиевый сплав.[6]


1.4.4 Корпус устройства “Регистратор - Виброметр ”

В качаестве корпуса устройства “Регистратор - Виброметр ” используется малогабаритный корпус фирмы Bopla (серия BOSS 900). Чертеж корпуса для прибора с указанием основных размеров представлен на рисунке 3.


Рисунок 3 - Чертеж корпуса для прибора

Приборы в таких корпусах имеют отличный внешний вид и удобны в эксплуатации. Узкая нижняя часть корпуса позволяет уверенно держать прибор в руках, а в широкой верхней части достаточно места для дисплея. В корпусе размещаются две платы размером 70x140 мм. Объем корпуса можно увеличить, установив стандартную 10мм вставку. В корпусе имеется батарейный отсек для четырех пальчиковых гальванических элементов или аккумуляторов размера АА. Для корпусов этой серии выпускаются пленочные клавиатуры (ПК), которые устанавливаются в специальные посадочные места на лицевой панели. ПК могут быть рекомендованы к применению практически для всей гаммы приборной продукции. Благодаря клейкой основе на обратной стороне клавиатуры монтаж занимает считанные секунды. Подключение клавиатуры к печатной плате осуществляется посредством гибкого шлейфа [7].

 

1.4.5  Блок питания устройства “Регистратор - Виброметр ”

Блок питания прибора состоит из АБ, зарядного устройства для зарядки аккумуляторов (ЗУ), преобразователей напряжения DC/DC.

Обобщенная функциональная схема БП приведена на рисунке 4.

В блоке питания для зарядки аккумуляторов использован контроллер зарядного устройства MAX713, который позволяет заряжать никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы. ЗУ на микросхеме MAX713, представляет собой источник постоянного тока с ограничением по напряжению и таймером. ЗУ позволяет заряжать как единичный элемент, так и батарею, состоящую из нескольких аккумуляторов. Число заряжаемых аккумуляторов программируется через выводы PGM0 (выв.3 DD2) и PGM1 (выв.4 DD2). В описываемом устройстве микросхема сконфигурирована для зарядки четырех аккумуляторов. Для этого на вывод PGM0 подано напряжение питания микросхемы (+V), а на вывод PGM1 — напряжение с минусового вывода аккумуляторной батареи (-BATT).


Рисунок 4 - Обобщенная функциональная схема БП


На микросхеме MAX1626 и полевом транзисторе собран понижающий ключевой преобразователь напряжения DC/DC. Микросхема MAX1626 представляет собой высокоэффективный контроллер понижающего преобразователя с выходным напряжением 3.3В. Работа преобразователя основана на том, что энергия порциями через низкоомный ключ подается на катушку индуктивности и накапливается в ней, а далее поступает на конденсатор. При этом выходное напряжение относительно входного понижается. Контроллер постоянно отслеживает выходное напряжение преобразователя через вывод «OUT». КПД преобразователя составляет 90-92%.

На вход преобразователя может подаваться напряжение от 3 до 14 вольт. Преобразователь работает от аккумуляторной батареи или от сетевого адаптера во время зарядки аккумуляторов. Микросхема MAX1626 позволяет построить DC/DC преобразователь с выходным током до 2 А. Максимальное значение выходного тока устанавливается резистором. В приведенной схеме максимальная величина тока нагрузки преобразователя равна 400 мА.

В разрабатываемом приборе, кроме напряжения +3,3 В, понадобятся и напряжение +5В для питания датчика, устройства согласования, ЖКИ и т.д. Широкое применение в современных устройствах нашли преобразователи постоянного напряжения на переключающихся конденсаторах.  Они не требуют катушек индуктивности, поскольку в них для сохранения и передачи энергии используются керамические конденсаторы.  Для получения необходимых дополнительных напряжений, в БП прибора были предусмотрены стабилизированный повышающий преобразователь напряжения на микросхеме MAX619 с выходным напряжением +5В [8],[9],[10].


1.4.6 Технические характеристики устройства “Регистратор-Виброметр ”


Количество каналов, 1;

Количество АЦП в каждом канале, 1;

Динамический диапазон , 140 дБ (±0.05мкВ ±5В);

Скорость передачи данных на ПК, 64 Кбайт/с;

Частотный диапазон, 10 - 10000 Гц;

Стандарты разрешение FFT, 1600 и 3200 линий;

Диапазон входных напряжений измерительного канала, +5В;

Внешний интерфейс, USB 2.0;

Питание прибора, АА батареи или аккумуляторы, 4 шт.






17.06.2012
Большое обновление Большой Научной Библиотеки  рефераты
12.06.2012
Конкурс в самом разгаре не пропустите Новости  рефераты
08.06.2012
Мы проводим опрос, а также небольшой конкурс  рефераты
05.06.2012
Сена дизайна и структуры сайта научной библиотеки  рефераты
04.06.2012
Переезд на новый хостинг  рефераты
30.05.2012
Работа над улучшением структуры сайта научной библиотеки  рефераты
27.05.2012
Работа над новым дизайном сайта библиотеки  рефераты

рефераты
©2011