Методы и интеллектуальные устройства контроля вибрации для систем защиты и управления турбоагрегатами

• Автор: Плотников, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 288 с. : ил.

Введение.
1 . Обзор и анализ существующих методов и средств контроля вибрационною состояния турбоагрегатов

1.1 . Общее описание турбоагрегатов

1.2 . Характеристика турбоагрегата, как объекта вибромониторинга.

1.2.1 . Основные параметры вибрации.

1.2.2 . Различные модели колеблющихся систем

1.2.3 . Роторный механизм как колебательная система.

1.2.4 . Причины повышенной вибрации роторных машин

1.3 . Обоснование необходимости применения систем мониторинга вибрационного состояния турбоагрегатов и требований, предъявляемых к ним

1.3.1 . Задачи вибрационного мониторинга турбоагрегатов.

1.3.2 . Нормативные требования к аппаратуре вибромониторинга

1.3.3 . Дополнительные требования к аппаратуре вибромониторинга
1.3.4 . Оценка необходимого числа измерительных каналов системы вибромонигоринга
1.3.5 . Сводный перечень основных требований к системе вибромонигоринга
1.4 . Обзор и анализ типовых структур и элементов систем вибромониторинга турбоагрегатов
1.4.1 . Датчики измеряемых величин
1.4.2 . Типовая схема канала измерения
1.4.3 . Варианты реализации систем вибромониторинга.
1.4.4 . Выводы по результатам анализа вариантов реализации систем вибромонигоринга
1.5 . Обзор и анализ задач, возникающих при разработке систем
вибромониторинга турбоагрегатов, и способов их решения.
1.5.1 .Обеспечение точности измерений в рабочем диапазоне температур
1.5.2 . Обеспечение отказоустойчивости систем вибромониторинга
1.6 . Постановка задач исследований
1.7 . Выводы по главе
2 . Разработка методов повышения отказоустойчивости систем вибромониторинга и их теоретический анализ
2.1 . Разработка программнологической модели турбоагрегата, как объекта виброконтроля.
2.2 . Разработка метода логической диагностики измерительных каналов системы вибромониторинга.
2.3 . Разработка структуры и принципа функционирования системы вибромониторинга, обеспечивающей реализацию метода логической диагностики измерительных каналов
2.4 . Разработка усовершенствованного метода масок для реализации метода логической диагностики.
2.4.1 . Обзор и анализ существующих методов вычисления логических функций
2.4.2 . Усовершенствованный метод вычисления логических функций
2.5 . Выводы по главе
3 . Разработка интеллектуальных датчиков вибрации, их теоретический анализ и экспериментальное исследование.
3.1 . Анализ принципов построения интеллектуальных датчиков.
3.2 . Разработка принципов построения интеллектуальных датчиков вибрации опор и их теоретическое обоснование
3.2.1 . Обоснование и анализ принципов функционирования интеллектуального датчика, использующего способ термокомпенсации с непосредственным измерением температуры
3.2.2 . Разработка метода определения работоспособности пьезоэлектрического акселерометра на работающем оборудовании
3.2.3 . Разработка метода определения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра на работающем оборудовании
3.3 . Разработка и анализ математических моделей блоков интеллектуального датчика вибрации опор
3.3.1 . Математические модели общих функциональных модулей блока контроля работоспособности и блока определения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра
3.3.2 . Математические модели функциональных модулей блока контроля работоспособности пьезоэлектрического акселерометра
3.3.3 . Математические модели функциональных модулей блока определения коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра
3.4 . Экспериментальная проверка интеллектуального датчика вибрации опор.
3.4.1 . Постановка целей и задач экспериментальных исследований 1бЗ
3.4.2 . Разработка методик проведения экспериментов с целыо исследования предложенных методов.
3.4.3 . Разработка экспериментальной установки.
3.4.4 . Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований
3.5 . Выводы по главе 3.
4 . Программноаппаратная реализация элементов и устройств систем вибромониторинга.
4.1 . Разработка алгоритмов и устройств логической диагностики
измерительных каналов
4.1.1 . Анализ технических средств и алгоритмов, пригодных для реализации блока логической диагностики системы
вибромониторинга
4.1.2 . Способы и средства проверки работоспособности блока логической диагностики
4.2 . Разработка структуры цифровой системы вибромониторинга.
4.2.1 . Обоснование целесообразности использования цифровых методов обработки информации и интеллектуальных датчиков при проектировании систем вибромониторинга
4.2.2 . Разработка и анализ структуры цифровой системы вибромониторинга
4.2.3 . Анализ средств и способов обеспечения отказоустойчивости и самодиагностики цифровой системы вибромониторинга.
4.3 . Программноаппаратная реализация интеллектуальных датчиков
4.3.1 . Обоснование функциональных схем интеллектуальных датчиков вибрации, реализующих предложенные методы.
4.3.2 . Алгоритмы функционирования устройств определения работоспособности и коэффициента преобразования пьезоэлектрического акселерометра на работающем оборудовании
4.4 . Разработка вспомогательных аппаратных и программных средств для систем вибромониторинга.
4.5 . Выводы по главе
Заключение
Список литературы


Применительно к роторным машинам системой с одной степенью свободы является модель, представляющая собой невесомый вал с закреплнным на нм диском, вращающийся в жестких подшипниках рис. Рис. Простейшим аналогом реального ротора, наиболее распространенного в энерге тике, является модель, изображенная на рис. Такие системы включают две массы, связанные между собой и с основанием упругими элементами. Для этих систем характерно наличие двух собственных частот колебаний и со2, каждой из которых соответствует своя собственная форма колебаний, характеризующая соотношение амплитуд и направлений колебаний масс на соответствующей частоте. Если систему с двумя степенями свободы вывести из равновесия, то возникающие при этом свободные колебания складываются из колебаний двух частот. При вращении вала с двумя дисками форма его колебаний будет определяться величиной и направлением дисбалансов этих дисков. Если, например, дисбалансы совпадают по направлению и равны по величине, то возбуждаются колебания только по первой форме рис. Если дисбалансы равны по величине, но противоположны по направлению, то возбуждается только вторая форма рис. В общем случае имеет место совокупность обеих форм колебаний. Рис. Реальные конструкции имеют распределнную массу и жсткость и являются системами со многими степенями свободы. Это проявляется в том, что, изменяя частоту приложенной к конструкции возмущающей силы частоту вращения, можно обнаружить множество резонансов. Скорости вращения, на которых наступает резонанс, называются критическими. С каждой из критических скоростей связана некоторая собственная изгибная форма ротора эти формы представляют собой плоские кривые, вращающиеся вокруг оси ротора. I2 З2 . При этом формы колебаний такого вала на критических частотах имеют вид синусоид с одной, двумя, тремя и так далее полуволнами. Под влиянием демпфирования и осевой асимметрии системы ротор опоры собственные формы могут несколько деформироваться, однако сохраняют вид, близкий к описанному. Соотношение критических частот также может отличаться от приведнного. Реальная система с бесконечным числом степеней свободы в ограниченном частотном диапазоне 0. Зсо. Например, ротор, работающий между первой и второй критическими частотами, с достаточной для практики точностью может рассматриваться, как система с двумячетырьмя степенями свободы 4. Следует отметить, что роторы, первая критическая частота которых как минимум на превышает максимальную рабочую частоту, называются жесткими . В том случае, если рабочая частота вращения ротора превышает хотя бы первую критическую, ротор является гибким. ТА, как колебательной системы. Основными элементами этой системы являются валопровод, подшипники, опоры, фундамент, статор машины. Все эти элементы взаимосвязаны и одновременно участвуют в колебательном процессе. Валопровод это система связанных роторов агрегата, причм каждый ротор в простейшем случае может быть представлен моделью, изображнной на рис. Для энергетического ТА валопровод включает роторы турбины, генератора и иногда возбудителя. Роторы связаны между собой муфтами, которые могут быть подвижными, полужсткими и жсткими 3. Наличие такой связи вынуждает рассматривать валопровод, как единую колебательную систему со многими степенями свободы, где вибрация одного ротора неизбежно влияет на другие. Пример схемы валопровода ТА приведн на рис. Рис. РВД ротор высокого давления РСД ротор среднего давления РНД ротор низкого давления РГ ротор генератора 1. Ряд вибрационных явлений определяется конструкцией роторов наличием или отсутствием насадных деталей, наличием центрального отверстия или внутренней полости. Ротор генератора, например, не имеет осевой симметрии и состоит из разнородных материалов, обладающих разными коэффициентами теплового линейного расширения и теплопроводности стальной поковки, медной обмотки ротора, изоляции. Эти особенности определяют специфичные вибрационные свойства ротора генератора появление вибрации с двойной оборотной частотой, зависимость вибрации от теплового состояния, активной и реактивной нагрузки 4. Свои особенности имеются и у других роторов ТА.