Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков

Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков

Автор: Батырев, Юрий Павлович

Автор: Батырев, Юрий Павлович

Шифр специальности: 05.13.05

Научная степень: Кандидатская

Год защиты: 2006

Место защиты: Москва

Количество страниц: 172 с. ил.

Артикул: 3311258

Стоимость: 250 руб.

Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков  Разработка и исследование устройств контроля механических параметров вращающихся валов на базе электромагнитных датчиков 

ВВЕДЕНИЕ
Вихретоковые датчики находят широкое применение во многих областях науки и техники. В дефектоскопии с помощью вихретоковых систем обнаруживают дефекты типа несплошностей, выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине в электропроводящих листах, трубах, проволоке, железнодорожных рельсах и т.д., а также разнообразные трещины, расслоения и т.п. Вихретоковые методы позволяют успешно решать задачи контроля размеров деталей, например диаметр проволоки, труб, прутков, толщину металлических листов и стенок труб. Измеряемые толщины стенок могут изменяться в пределах от микрометров до десятков миллиметров. В настоящее время вихревые токи используются для индуктивного нагрева, высокочастотной закалки, для выявления металлических тел в неметаллических узлах, в неразрушающих и бесконтактных испытаниях качества металлов, для контроля линейных размеров различных объектов.
Такие датчики широко применяются для измерения длин зазоров, параметров относительной вибрации, числа оборотов, счета деталей, определения положения объектов, в том числе для измерения сил и давлений. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта датчика и объекта. При этом на сигнал вихретокового датчика практически не влияет влажность, давление и загрязненность среды и поверхности объекта контроля непроводящими веществами. Простота конструкции датчика ещ одно преимущество вихретокового метода. При защите обмоток вихретокового датчика специальным наполнителем они устойчивы к механическим и атмосферным воздействиям, могут работать в агрессивных средах с широким интервалом температур и давлений.
Большой вклад в разработку вопросов теории вихретокового контроля внесли труды российских ученых Герасимова В.Г., Гончарова В.В., Дорофеева А.Л., Клюева В.В., Покровского А.Д., Сандовского В.А., Соболева В.С, Сухорукова В.В., Федосенко Ю.К., Шатерникова В.Е., Шкарлета Ю.М, и др.
В последнее время отчетливо наметилась тенденция к микроминиатюризации датчиковой аппаратуры, при этом изменения претерпевают не только размеры самого датчика, но и электронной части, которая может быть встроена непосредственно в сам датчик. Наряду с уменьшением размеров датчиковой аппаратуры, основным направлением становится ее интеллектуализация, т.е. проведение непосредственно в самом датчике предварительной обработки информации, функций самодиагностики и калибровки и выдачу обработанной информации в реальном масштабе времени, что уже привело за собой выработку международных стандартов для производства умных датчиков. Все это вместе ведет к созданию датчиков с широкими возможностями, значительно упрощающими существующие измерительные системы, делающими их гибкими и открытыми.
Вихретоковый датчик представляет собой катушку индуктивности, которая является возбудителем и приемником электромагнитных полей, взаимодействующим с объектом контроля. Сердечником датчика может служить сама контролируемая деталь, через нее замыкается создаваемый катушкой магнитный поток и изменение зазора Ь ведет к изменению индуктивности катушки Ц и сопротивления Яо. Поле вихревых токов изменяет полное сопротивление контура, образованного обмоткой преобразователя и емкостью соединительного кабеля, обуславливая изменение амплитуды, частоты и фазы сигнала 1. Характер этих изменений во многом определяется геометрическими параметрами обмотки, которые влияют на значения вносимых сопротивлений активного и индуктивного. Изменение этих параметров с помощью электрической схемы преобразуется в удобные для усиления и измерения электрическое напряжение или ток, при этом сигнал измерительной информации последовательно претерпевает ряд преобразований от входа к выходу усиление, детектирование, фильтрацию и т.д. до получения на выходе результата измерения. При включении преобразователей в другие измерительные системы возникает проблема их согласования. Преобразователи по своей сущности являются чисто аналоговыми устройствами. Развитие
цифровых измерительных систем вызывает необходимость в создании цифровых датчиков. В этой ситуации аналоговый выходной сигнал вихретокового преобразователя должен иметь форму, пригодную для использования в цифровой системе. Очевидно, что положительные свойства аналоговых и цифровых сигналов оптимально сочетаются в электрических сигналах, информационным параметром которых является частота, фаза длительность импульса. Такие частотновременные сигналы, являясь по существу аналоговыми, для вихретоковых преобразователей могут быть получены относительно просто. Их передача и обработка осуществляется с точностью, характерной для кодовых сигналов. Для вихретокового преобразователя частотнозависимый выход реализуется путем использования свойства индуктивности как частотозадающего элемента. Значение частоты или периода длительности импульса для фазового метода может быть определено в любой момент времени с высокой точностью с помощью аналоговоцифрового процессора , имеющего минимальную конфигурацию контроллера на основе микроЭВМ. Все необходимые для функционирования операции измерение, линеаризация характеристики, реализация последовательного системного интерфейса производятся программно. Такой подход позволяет решить проблему использования преобразователей в больших системах, построенных по иерархической структуре с наделением их функции предварительной обработки.
Для наиболее ответственного и уникального оборудования, каким являются энергетические установки, вырабатывающие электричество, стоимостью десятки миллионов рублей рис.1, используется стационарные системы контроля и диагностики, которые позволяют вести контроль над состоянием агрегатов непрерывно.
Рис. 1. Общий вид турбины
Структурно такая система представляет собой измерительный и программный комплекс из полного набора вихретоковых датчиков, устройств сопряжения, контроллеров, программного обеспечения мониторинга . Пример возможней конфигурации системы для контроля энергетических агрегатов при помощи вихретоковых датчиков на примере агрегата Сургутской ГРЭС2 приведн на рис.2.
Рис. 2. Контроль энергетических агрегатов при помощи вихретоковых датчиков.
Система обеспечивает контроль таких параметров как
осевой сдвиг вала ротора в диапазоне 1,5 2,2 мм виброперемещения вала ротора в диапазоне 0.0 мкм в 4х поддиапазонах
линейные осевые перемещения вала ротора в диапазонах 4 5 мм, 4 7 мм, 3 мм, 3 мм, 4 мм
тепловое расширение корпуса турбины в диапазоне 0. мм частота вращения вала ротора в диапазоне 0. обмин. искривление вала в диапазоне 0 0 мкм.
Крепление датчиков для измерения относительной вибрации показано на рис. 3.
Рис. 3. Крепление датчиков на турбине
Целью данной работы является
Разработка элементов и узлов аппаратуры контроля над состоянием работы установок роторного типа на основе электромагнитных датчиков, находящихся в условиях воздействия афессивных сред с широким интервалом температур и давлений с улучшенными метрологическими характеристиками.
Примером такой установки может служить энергетический агрегат Сургутской ГРЭС2 мощностью 0 МВт.
Актуальность


Разработка датчиков перемещения с расширенным температурным диапазоном работы. Разработка структурной схемы и алгоритма работы цифрового устройства обработки сигналов вихретокового датчика. Разработка схем и алгоритмов работы блоков вторичной обработки сигналов электромагнитных датчиков на основе микропроцессорной техники. Исследование и создание электрического стенда имитатора вихретоковых нагрузок для проверки работоспособности, настройки и калибровки вихретоковых датчиков. ГЛАВА 1. Электромагнитный вихретоковый метод стал широко используемым методом для неразрушающего контроля различных параметров проводящих объектов , , , , . Вихретоковый метод контроля основывается на индукции тока в контролируемом образце переменным электромагнитным полем чувствительной близлежащей катушки и поэтому может применяться только к электрическим проводникам. Этот метод находит широкое применение для использования в сложных условиях эксплуатации, к которым относится условия вращения ротора различных энергетических машин. Важное преимущество этого метода то, что нет физического контакта с поверхностью контролируемого предмета. Фундаментальное правило, лежащее в основе всего вихретокового метода электромагнитная индукция. Переменное электромагнитное поле, созданное катушкой создает вихревые токи в предмете контроля, которые воздействуют на поле возбуждающей катушки и изменяют ее индуктивность. Изменение в импедансе контрольной цепи, содержащей катушку, связано с конструкцией катушки, т. На импеданс катушки воздействуют только локальные изменения в проницаемости, удельной проводимости и геометрии, если они происходят в области проникновения поля катушки. Для реализации вихретокового контроля различных объектов необходимы источники физических полей и первичные преобразователи датчики. Часто источники поля и датчики могут быть совмещены в одном устройстве, например, обмотка вихретокового датчика создает поле в объекте и позволяет регистрировать параметры последнего. Датчик регистрирует величину плотности тока в объекте в виде изменения своего комплексного сопротивления. Измеряя изменение комплексного сопротивления датчика, можно судить об электромагнитных и геометрических параметрах объекта. Сопротивление датчика зависит от объекта контроля и их взаимного расположения, т. Для того чтобы осуществить селективное измерение одного из параметров в общем случае требуется применение методов разделения и подавления мешающих измерению факторов. В этой связи актуальным является вопрос теории и практики применения вихретоковых датчиков, уточнение соотношений, связывающих полное сопротивление обмотки датчика с параметрами помещенного в нее или приложенного к ней объекта. Основу расчета составляет электромагнитный импедансный метод анализа, заключающийся в изучении проникновения плоской волны в металлические структуры. Ь с В ц
1. В задачах бесконтактного контроля с использованием вихревых токов такой средой является объект контроля. Для анализа распространения значений и Н уравнения 1. ЧН сгА 1. V2 тСд2 С цт 1. V2 Йт еиЙт, 1. К1 магнитная проводимость, обусловленная потерями на гистерезис. При плоской электромагнитной волне, распространяющейся в
направлении оси при направлении векторов и вдоль осей X и У уравнения 1. РгЕт 1. Ет СергС2ерг, 1. Нт Эерхй2ерг. С2 и В2 равны нулю. В этом случае постоянные определяются
по заданной напряженности поля при т. Ет Ещ ерг 1. Нт Нщер 1. При наличии резкой границы раздела между двумя средам рис. Ет2 Ет 1 сИ р2 г 1 яИ р2 2 1. Рис. ЕщЕтерг 1. Ч 1. Таким образом, амплитуда электромагнитных волн в среде уменьшается. Рассматривая действительную часть, выражение 1. Е Яе ее Етет собсо к ф, 1. При 2 амплитуда напряженности поля падает в е раз по
сравнению с начальным уровнем. В области высоких частот с проникновение гораздо менее значительно по сравнению с областью низких а и средних б частот. Рис. Рассмотренные основные величины, характеризующие распространение электромагнитного поля в среде, позволяют определить параметры этой среды.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.269, запросов: 244