Информационно-измерительная система биений вращающихся валов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Гаврина, Олеся Владимировна

• Гаврина, Олеся Владимировна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Гаврина, Олеся Владимировна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИИС БИЕНИЙ ВАЛОВ

1.1 Измерения биений вала. Методы, средства, эффективность

1.2 Сравнительный анализ электромеханических датчиков биений вала

и ИИС на их основе

1.3 ИИС для измерения биений вращающихся валов с применением

датчика с бегущим магнитным полем

Выводы

2 ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕМЕНТОВ ИИС БИЕНИЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ

2.1 ИИС для измерения биений вращающихся валов

2.2 Конструкция и основные особенности датчика с бегущим магнитным полем для измерения биений вращающихся валов

2.3 Электрические параметры ЭМС датчика с бегущим магнитным полем для измерения биений вращающихся валов

2.4 Схема замещения ИИС биений вращающихся валов

2.5 Обобщенная система уравнений электрического состояния ИИС биений вращающихся валов

2.6 Двухфазный режим работы ИИС биений вращающихся

валов

Выводы

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ИИС БИЕНИЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

3.1 Анализ существующих методов определения погрешности

3.2 Анализ функции преобразования ИИС биений вращающихся

валов

3.3 Компьютерная модель ИИС биений вращающихся валов

3.3.1 Ввод данных ИИС

3.3.2 Блок вычисления электрических параметров схемы замещения ИИС

3.3.3 Расчет параметров выходного сигнала датчика ИИС

3.3.4 Определение погрешности ИИС

3.3.5 Блок вывода данных ИИС

Выводы

4 АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИИС БИЕНИЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ

ВАЛОВ

4.1 Погрешность ИИС биений вращающихся валов, обусловленная нелинейной зависимостью выходного напряжения от величины смещения вала

4.2 Погрешность ИИС биений вращающихся валов,обусловленная неточностью начальной установки датчика относительно вала

4.3 Погрешность ИИС биений вращающихся валов, обусловленная неравенством амплитуд двухфазного генератора

4.4 Погрешность ИИС биений вращающихся валов, обусловленная неточностью начальной установкой фазового сдвига напряжений генератора

4.5 Погрешность ИИС биений вращающихся валов, обусловленная дискретностью числа витков синусной и косинусной обмоток датчика

4.6 Погрешность ИИС биений вращающихся валов, обусловленная

неточностью изготовления пазов магнитопровода

Выводы

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИИС БИЕНИЙ

ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ

5.1 ИИС биений вращающихся валов с применением датчика с бегущим магнитным полем и персонального компьютера

5.2 Принцип записи и обработки сигнала датчика с бегущим магнитным полем при измерении биений вращающихся валов

5.3 Программное обеспечение ИИС биений вращающихся валов с применением датчика с бегущим магнитным полем и персонального компьютера

5.4 Результаты экспериментального исследования ИИС биений вращающихся валов

5.5 Область применения ИИС биений вращающихся валов с

применением датчика с бегущим магнитным полем

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная система биений вращающихся валов»

ВВЕДЕНИЕ

В различных отраслях промышленности очень широко используются различные сочленения валов или валы, работающие с переменной нагрузкой.

Вращающиеся валы соединяются с помощью муфт. Оба вала муфты должны быть прямолинейными и расположены на одной геометрической оси. Если муфта выполнена качественно и оба условия выполнены, то при вращении вала окружная скорость любой точки вала, находящейся на его оси, будет равна нулю. Если хотя бы одно из этих требований не выполнено, то осевые точки некоторых сечений уже не будут расположены на геометрической оси муфты и при вращении вала будут описывать окружности относительно оси. Вал, как говорят, начнет «бить». Причинами биения валов может быть изогнутость валов муфты, либо несовпадение их геометрических осей. При работе муфты биение валов может повысить вибрацию и нагрузку на подшипники муфты и подшипники соединяемого с муфтой устройства. Эта нагрузка может быть причиной преждевременного выхода из строя подшипников, а, следовательно, и всего агрегата. Соединения валов с помощью муфт очень широко распространены в различных отраслях промышленности.

В более тяжелых условиях работают валы со знакопеременной поперечной нагрузкой. Речь идет, прежде всего, о валах двигателей внутреннего сгорания. Ударные поперечные нагрузки валов приводят к быстрому износу подшипников и нарушению нормального режима работы двигателей

Таким образом, для устойчивой и эффективной работы связанных между собой агрегатов чрезвычайно важной задачей является обеспечение соосности вращающихся валов, так как нарушение соосности приводит к преждевременному износу элементов сочленения валов сопровождающихся биениями. Смещение вала и величина отклонений вала от нормального положения в рабочем состоянии является показателем износа подшипников. Контроль биения валов позволяет

анализировать условия работы агрегатов и прогнозировать степень износа подшипников. Это позволяет избежать аварийных ситуаций. Поэтому проблема измерения биений валов остается до настоящего времени актуальной

Для контроля режимов работы агрегатов применяются информационно-измерительные системы (ИИС) механических величин. Существующие ИИС предполагают широкое использование датчиков. Датчики являются первичным звеном ИИС и в значительной мере определяют величину ее результирующей погрешности.

Вариантов ИИС для измерения механических величин достаточно много. Большой вклад в разработку ИИС для измерения механических величин внесли Е.П. Осадчий [59-61], Н.Е. Конюхов [43-47], В.М. Шляндин [74-75], Е.А. Мокров[54], Л.Ф. Куликовский[49-50], М.Ф. Зарипов[40-42], В.И. Батищев[5-6], Шатерников В.Е. [72-73], Медников Ф.М. [52-53], Трофимов A.A. [67-70] и другие.

Важнейшим показателем качества ИИС является стабильность характеристик датчиков, то есть их неизменность при изменении условий эксплуатации. Наиболее защищенными от внешних электромагнитных помех являются электромагнитные датчики. При этом при выборе измерительной системы предпочтение отдается универсальности электромагнитной системы (ЭМС) и унификации узлов обработки информации.

Унификация предполагает переход к базовым моделям и внедрение единой элементной базы. Одной из базовых ЭМС является ЭМС с бегущим магнитным полем. Особенность этой системы заключается в том, что она по своим конструктивным свойствам относится к ЭМС, используемым только в области измерительной техники. При этом исходным состоянием системы является сбалансированное состояние. Всякое нарушение симметрии электромагнитной системы приводит к появлению выходного переменного напряжения,

информационным признаком которого является амплитуда этого напряжения и его начальная фаза.

Нарушение симметрии электромагнитной системы может быть вызвано искусственным введением неоднородности магнитопровода, или внешним воздействием на геометрические параметры ЭМС. ЭМС с искусственной асимметрией используется в датчиках линейных и угловых перемещений. Искусственная асимметрия магнитопровода используется и в датчиках механических моментов на валу. Нарушение симметрии магнитопровода, вызванные внешними воздействиями, используются в датчиках ускорений.

Используемая в дальнейшем ЭМС относится к ЭМС с распределенными параметрами. В работах М.Ф. Зарипова [14, 16] и Л.Ф. Куликовского [12, 13] встречается возможность использования теории электрических цепей с распределенными параметрами для анализа ЭМС такого типа. Однако полную аналогию между электрическими линиями с распределенными параметрами и магнитными линиями с распределенными параметрами провести нельзя, так как особенность магнитных линий заключается в распределении в пространстве не только удельных пассивных параметров но и намагничивающих сил.

С другой стороны, рассматриваемая ЭМС относится к фазовращающим устройствам. Классические информационные электромашинные фазовращатели (ЭМФ) конструктивно выполнены как энергетические преобразователи. Анализу ЭМФ посвящен ряд работ A.A. Ахметжанова [1-3] и A.A. Батоврина [4-5]. Однако в процессе анализа ЭМФ, к сожалению, не рассматривается влияние большинства конструктивных параметров магнитопровода на погрешность ИИС.

Кроме универсальности физических основ функционирования датчиков одним из показателей эффективности использования датчика является его многофункциональность.

Для измерения биений вала обычно используют ИИС, основанные на установке двух датчиков измерения зазора между датчиком и поверхностью вала. Смещение вала определяется по двум перпендикулярным направлениям. Использование двух датчиков, во-первых, усложняет измерительную систему, а, во-вторых, снижает точность измерений при наличии «эллипсности» вала. В зависимости от величин биения и «эллипсности» вала погрешность измерения может быть весьма значительной.

Использование ЭМС с бегущим магнитным полем, рассмотренная в данной работе, позволило разработать ИИС, которая лишена указанного недостатка. Датчик такой ИИС представляет собой статор ЭМС с бегущим магнитным полем и ротор, роль которого выполняет вал, положение которого контролируется в любой момент времени. Выходной сигнал датчика несет в себе информацию одновременно о двух измеряемых величинах. Амплитуда выходного напряжения пропорциональна смещению оси вала относительно оси электромагнитной системы, а фаза этого напряжения указывает направление смещения вала в плоскости перпендикулярной оси вала. Таким образом, датчик с бегущим магнитным полем является двухкоординатным. Это позволяет использовать его вместо нескольких однокоординатных датчиков и существенно упростить ИИС для измерения биений валов.

Таким образом, состояние проблемы характеризуется следующим:

- необходимостью разработки ИИС биений валов (угловых и линейных перемещений) с расширенными функциональными возможностями;

- необходимостью анализа воздействия факторов на погрешность измерения биений валов;

- в настоящее время метрологические характеристики существующих ИИС зависят от «эллипсности вала», следовательно, существует необходимость минимизации влияния этого параметра на погрешность ИИС.

Это придает особую актуальность разработке ИИС биений вала с использованием датчика с бегущим магнитным полем.

Объект исследования - муфтовые сочленения валов агрегатов, подверженных воздействию износа подшипников из-за биений валов.

Цель исследования — разработка ИИС биений вращающихся валов с использованием датчика с бегущим магнитным полем. Задачи исследований:

1. Разработка структуры датчиков для измерения биений вала на основе ЭМС с бегущим магнитным полем.

2. Определение функции преобразования ИИС биений валов с учетом параметров датчика.

3. Разработка компьютерной модели ИИС биений вращающихся валов для анализа работы и определения степени влияния параметров ИИС на ее работу;

4. Разработка структуры ИИС биений вращающихся валов;

5. Экспериментальное исследование ИИС биений вращающихся валов. Методы исследований.

В работе применена классическая теория электромагнитных устройств с использованием введенных удельных первичных параметров, идеализации процессов в электромагнитной системе и дискретизация характеристик магнитопровода. При анализе погрешности использованы элементы классической теории измерений.

Для решения задач исследования использованы методы математического анализа, компьютерного моделирования, а также натурные испытания макета ИИС биений вращающихся валов.

Научная новизна. Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

1. Разработана новая структура датчика для измерения биений вала на основе ЭМС с бегущим магнитным полем;

2. Получена функция преобразования ИИС биений вращающихся валов;

3. Создана компьютерная модель и программное обеспечение для ее реализации с целью анализа работы ИИС биений валов и определения степени влияния конструктивных параметров ИИС на ее работу;

4. Результаты экспериментального исследования новой структуры ИИС биения валов.

Практическая значимость.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана новая структура датчика для измерения биений вала на основе ЭМС с бегущим магнитным полем, позволяющая расширить область применения фазового признака выходного сигнала, а также унифицировать устройства измерения параметров угловых и линейных перемещений вала;

2. Создана компьютерная модель ИИС ' для измерения биений валов, позволяющая проводить предварительную оценку электрических и метрологических параметров при разработке ИИС данного типа;

3. Разработано программное обеспечение управления ИИС биений вращающихся валов.

Реализация результатов работы.

Основные теоретические исследования и практические результаты работы внедрены:

- в деятельность ООО «Иссинский комбинат строительных материалов» для контроля биений вала мельницы молотковой тангенциальной ММТ-1300/2300. Датчик с бегущим магнитным полем для измерения биений вала установлен непосредственно на контролируемом валу.

- в деятельность ООО «Иссинский консервный завод» для контрольных измерений биений вала МЭС-320 (котел вакуумный) для производства джемов, конфитюра, повидла. Датчик с бегущим магнитным полем для измерения биений вала установлен непосредственно на контролируемом валу (диаметр вала 50мм, длина вала 2650мм);

- в деятельность ОАО «Пензмаш» для контроля биений вала бичевого барабана линии по производству подсолнечного масла ЛМ-1. Датчик с бегущим магнитным полем устанавливается непосредственно на контролируемый вал при проведении пуско-наладочных работ машины рушально-веечной, входящей в состав линии по производству подсолнечного масла ЛМ-1.

Использование указанных результатов позволяет повысить надежность работы и сократить затраты за счет предупреждения поломок оборудования, вызванных биениями вала.

Также результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГОУ ВПО «Пензенский государственный университет» при проведении лекционных занятий по курсу «Датчиковая аппаратура» для студентов специальности 200106.65 «Информационно-измерительная техника и технологии» и лекционных, лабораторных занятий по курсу «Измерительные преобразователи» для студентов направления подготовки 200100.62 «Приборостроение» (профиль - «Информационно-измерительная техника и технологии»

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Структура датчика для измерения биений валов на основе ЭМС с бегущим магнитным полем;

2. Функция преобразования ИИС биений валов;

3. Программное обеспечение компьютерной модели ИИС биений валов с использованием датчика с бегущим магнитным полем;

4. Результаты экспериментального исследования метрологических характеристик датчика с бегущим магнитным полем в составе ИИС биения валов.

Апробация работы.

Основные положения диссертации и результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на: Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2013); Международной научно-технической конференции «Датчики и системы: методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (Пенза, 2012); Международной научно-практической конференции «Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (Пенза, 2013); XVII Международной научно-технической конференции «Математическое и компьютерное моделирование в решении задач строительства, техники, управления и образования» (Пенза, 2012); Международной научно-практической конференции «Техника и технологии: роль в развитии современного общества» (Краснодар, 2013) и др.

Публикации.

Основные научные положения диссертации представлены в 16 печатных работах, в том числе в 3 статьях в научных журналах из перечня ВАК РФ, в 9 статьях в сборниках материалов и трудов всероссийских и международных конференций, 1 свидетельство о государственной регистрации электронного ресурса, 8 работ опубликованы без соавторов, а остальные - при непосредственном участии автора.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка и 7 приложений. Она содержит 155 страниц, 54 иллюстрации.

1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИИС БИЕНИЙ ВАЛОВ

Примерно 50% всех поломок машин и в первую очередь подшипников вызваны биениями валов.

При несоосности валов сочлененных машин их оси смещаются друг относительно друга, из-за чего возникает момент сил реакции, который приводит к повышенным нагрузкам на опоры и вызывает:

- износ подшипников;

- износ уплотнений;

- повышенное потребление энергии;

- увеличение уровня вибрации и шума;

- снижение работоспособности и надежности машин и всех систем, в которые входят эти машины.

Контроль биений валов необходим для исключения аварийных ситуаций в различных агрегатах.

Для измерения биений валов в настоящее время используются различные ИИС. Главным звеном любой измерительной системы является первичный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина.

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются ИИС со сложной обработкой сигналов, в состав которых входят конструктивно обособленные первичные преобразователи системы, называемые датчиками. Датчики преобразуют контролируемую величину (например, смещение оси вала) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений. Наиболее полно датчики различного принципа действия рассмотрены в ряде работ Н.Е. Конюхова [45, 49-50], М.Ф. Зарипова [42], В.Я. Горячева [38], А. Ф. Котюк [48],

Ф.М. Медников [52], А.И. Трофимов [67, 69], М.П. Цапенко [71], В.М. Шляндин [74-75].

1.1. Измерения биений вала. Методы, средства, эффективность

Сравнительный анализ методов, средств и эффективности измерения биений валов представлен автором в работе [25]. Средства, применяемые в ИИС для измерения биений валов, можно классифицировать по принципу действия:

- прямое измерение;

- лазерно-оптические датчики;

- датчики, основанные на вибрационно-диагностическом методе;

- электромагнитные датчики.

Казалось бы, самым простым и надежным является прямое измерение (штангенциркулем или щупами — измерение радиальных и торцевых зазоров на полумуфтах, приспособлениями с индикаторами часового типа, микрометрами), но на практике такие методы часто не дают желаемых результатов. В механизме, например, на котором с помощью индикаторов была произведена центровка вала с точностью 0,01 мм при допуске 0,04 мм, при контроле технического состояния по вибрации прослеживались явные признаки биения вала. Выверка лазерным центровщиком показала, что при выходе на эксплуатационный режим неравномерный нагрев корпуса механизма по длине и разница между температурой механизма и приводного электродвигателя приводят к перекосу и смещению осей на 0,4 мм, что недопустимо. Таким образом, погрешность методов прямого измерения близка к предельно-допустимой погрешности. Кроме того, прямые методы измерения биений вала не позволяют производить измерения во время работы агрегата при вращении вала. Долгое время прямыми

методами измерения были вынуждены пользоваться из-за отсутствия более точных средств.

В настоящее время используются лазерные датчики положения (ЛДП). Высокая разрешающая способность и быстродействие позволяют использовать их для измерения биений и вибрации валов. Измерения выполняются по методу оптической триангуляции (рисунок 1.1).

Расстояние S - перемещение пятна проекции отраженного лазерного луча на фоточувствительный элемент. В ЛДП серии CD в качестве фотоэлементов применяются полупроводниковые

сегментные детекторы PSD (Position Sensing Detector), матрицы и линейки КМОП и ПЗС. Усовершенствованная оптическая система, обеспечивающая малые размеры пятна проекции, наряду с высокой разрешающей способностью фотоэлемента, позволяют производить измерения линейных перемещений и расстояний с точностью от 0,02 микрона.

Матрица изображений подключена к высокоскоростному микропроцессору, который преобразует сигналы измерений в выходные сигналы: дискретный, аналоговый, цифровой (последовательный RS-422).

На мировом рынке существует ряд изделий, аналогичных изделиям серии CD: Лабракон®. «Micro Epsilon», «Laser Components», «Acuity Research». Наиболее близкие работы по датчику положения проводятся фирмой «ОПТЭЛ» (г. Уфа). Проведенные по четырем различным методикам сравнения технико-экономических характеристик показали, что ЛДП серии Лабракон® по потребительским качествам уступают лишь изделию компании «Micro Epsilon»,

m

А

Измеряемая поверхность

Полупроводниковый лакр

p.s.d.

Рисунок 1.1 - метод оптической триангуляции

но по соотношению «цена - потребительские качества» лазерный датчик положения находится вне конкуренции.

Отличительные особенности лазеро-оптических датчиков для измерения биений вала:

- высокая помехоустойчивость, которая достигается за счет полной обработки измерительной информации в месте ее получения сигнальным процессором;

- измерение расстояния от неподвижно установленного измерителя до поверхности вращающегося вала агрегата и составление циклограммы;

вычисление по циклограмме текущих значений величин биений, смещений и вибрации;

существенным недостатком метода является невозможность использования лазерно-оптических датчиков в непрозрачных средах.

Вибродиагностические средства измерения и контроля основаны на вибрационно-диагностическом методе контроля и анализе параметров вибрации, возникающей при работе объекта контроля. Вибрационная диагностика, как и другие методы технической диагностики, решает задачи поиска неисправностей и оценки технического состояния исследуемого объекта. С помощью вибродиагностики можно обнаружить различные дефекты, такие как: дисбаланс, ослабление опор, отсутствие соосности и параллельность валов, смещение осей валов от своего исходного положения, обрывов болтов, изменения геометрии линии вала, дефекты смазки, износ и повреждения подшипниковых узлов и пр.

Самый распространённый вид промышленного контроля вибрационного состояния агрегатов представляет собой измерение среднего квадратичного значения (СКЗ) горизонтальной (канал X) и вертикальной (канал Т) составляющих виброскорости, модуля векторной суммы СКЗ виброскорости каналов X и У и мгновенного значения виброскорости по каналам X и Г. Среднеквадратичное

значение виброскорости измеряется в частотном диапазоне 10...1000 Гц. Результаты измерений сравниваются с уставками, соответствующими требованиям стандартов ISO 2372, ISO 2373. Преобразование механических колебаний в цифровую величину среднеквадратичного значения виброскорости в частотном диапазоне 10...1000 Гц и передача этой величины по интерфейсу RS-485 в контроллер осуществляется «интеллектуальными» датчиками ИВД-2 , ИВД-3 (последний заменил выпускаемый ранее датчик ИВД-1), а также ДВС-И, состоящими из двух преобразователей. Преимущество вибродиагностических средств измерения и контроля основывается на физических свойствах процесса вибрации:

- колебания возникают в местах дислокации дефектов;

- сама вибрация несет в себе большой объем информации;

- метод, как правило, не требует сборки-разборки оборудования;

- возможность обнаружения неисправностей на этапе их зарождения.

Вибродиагностический метод является косвенным методом, не

позволяющим измерять направление и величину смещения валов.

Наибольшее применение в области измерения механических величин получили электромагнитные датчики. В сравнительном анализе датчиков различных принципов действия можно отметить простоту и дешевизну конструкций, механическую прочность, высокую надежность и высокую разрешающую способность электромагнитных датчиков, которые требуют прецизионного изготовления элементов.

Наилучшие результаты для измерения угловых перемещений дает применение электромагнитных фазовращателей. Носителем информации в таких датчиках является фаза выходного напряжения. Как показывает практика, фаза является наиболее стабильным информационным параметром датчиков. Как правило, измерительные системы биений валов, базируются на электромагнитных

датчиках малых перемещений поверхности вала. При этом разработаны специальные системы для измерения биений вала, которые и будут рассматриваться далее.

1.2 Сравнительный анализ электромеханических датчиков биений вала и

ИИС на их основе

ИИС для измерения биений вала на базе электромагнитных датчиков, как правило, базируются на датчиках малых перемещений поверхности вала. При этом разработаны специальные системы для измерения биений вала.

Аппаратно-программный комплекс автоматизированного мониторинга биения вала гидроагрегатов (АПК «ВАЛ»), выпускаемый НТЦ «Автоматика» предназначен для непрерывных измерений биения вала действующих гидроагрегатов с целью оперативной оценки их состояния.

АПК «ВАЛ», например, обеспечивает сбор сигналов с датчиков, регистрирующих биение вала гидроагрегата (колебания внешней поверхности вала относительно несущих конструкций), аналого-цифровое преобразование сигналов, расчет и индикацию величин амплитуд биения вала регистрируемых каждым датчиком в реальном масштабе времени. Он реализует индикацию и оповещение о превышении допустимых величин биений вала, накопление данных наблюдения и передачу информации в АСУ ГЭС для дальнейшей обработки и интерпретации с целью диагностики состояния гидроагрегатов. Он предназначен для непрерывных измерений биения вала действующих гидроагрегатов с целью оперативной оценки их состояния. Комплекс состоит из индуктивных датчиков биений вала (рисунок 1.2), устройства согласования с линией связи, оптического датчика отметки оборотов.

Рисунок 1.2 - Индуктивные датчики биений вала АПК «ВАЛ»

Кроме этого, используются кабельные линии связи, аппаратура обработки и индикации. Датчики биения вала устанавливаются в районе нижнего и верхнего подшипников попарно, ортогонально. Устройства согласования датчиков с линией связи в произвольном положении располагаются в непосредственной близости от датчиков. Блок аппаратуры обработки и индикации устанавливается в стойки (шкафы) АСУ. Электролюминесцентные дисплеи устанавливаются на передних панелях блоков. Специальные программные средства обеспечивают взаимодействие технических средств и управление режимами работы комплекса. Пакеты прикладных программ производят обработку и интерпретацию данных наблюдений.

ООО «Гидроэнерготехсервис» использует современный

виброизмерительный комплекс для испытаний гидроагрегатов «ВИК - АОС440». Виброизмерительный комплекс предназначен для проведения вибрационных испытаний гидроагрегатов и может быть использован как для проведения приемосдаточных испытаний до и после ремонтов агрегатов, так и при проведении различных исследований состояния основных опорных узлов и вспомогательного оборудования.

В качестве первичных датчиков для измерения биения вала гидроагрегата используется индуктивный датчик типа ДПА-М18-86У-2Г10-Н (рисунок 1.3).

Основные технические характеристики: - рабочий диапазон измерений - 2,5...5,5 мм;

- коэффициент преобразования -1,0 В/мм;

- погрешность коэффициента преобразования в рабочем диапазоне не более 10%;

- напряжение питания 12...24 В;

- нагрузка (в разъеме) 300 Ом; Максимальный выходной

сигнал 6 В.

Для ввода сигналов в компьютер используется модуль Е14-440. Для соединения компьютера и Е14-440 используется стандартный USB кабель.

Фирмой ЗАО ТПК «Проминжинеринг» выпускается прибор измерительный цифровой ИП-4-ТК. Он предназначен для измерения механических величин, таких как: прогиб, эксцентриситет ротора, биение вала относительно подшипника в соответствии с требованиями ГОСТ 27165-97.

К прибору можно подключить до двух датчиков. В качестве датчиков используются бесконтактные индуктивные датчики зазора производства германской фирмы "TURCK" или их аналоги. Питание датчиков осуществляется от внутреннего блока питания прибора. Предусмотрена индивидуальная калибровка датчиков с целью повышения точности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гаврина, Олеся Владимировна, 2014 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Азизов, А. М. Методическая погрешность исследования случайных коррелированных процессов / А. М. Азизов. - Измерительная техника. - 1969. -№ 2.-С. 11-14.

2. Ахметжанов, А. А. Высокочастотные системы передачи угла автоматических устройств / А. А. Ахметжанов //- М. : Энергия, 1975. - 278 с.

3. Ахметжанов, А. А. Индукционный редуктосин / А. А. Ахметжанов, Н. В. Лукиных // - М. : Энергия, 1971. - 78 с.

4. Ахметжанов, А. А. Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией. / Под ред. А. А. Ахметжанова // - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 104 с.

5. Батищев, В.И. Аппроксимационные методы и системы измерения и контроля параметров периодических сигналов/ Мелентьев B.C., Батищев В.И.// -М.: Машиностроение, 2007-393с.

6. Батищев, В.И. Измерение параметров емкости датчиков положения и перемещения/ Мелентьев B.C., Батищев В.И.// - М.: Машиностроение-1, 2005-124с. ,

7. Батоврин, А. А. Основы теории индукционных фазовращателей с пульсирующим полем / А. А. Батоврин // - Л.: Судпромгиз, 1957. - с. 3-25.

8. Батоврин, А. А. Электромашинные фазовращатели / А. А. Батоврин // -Л. : Энергоатомиздат, 1986. - 124 с.

9. Гаврина, О.В. Анализ двухфазного режима работы информационно-измерительной системы на основе датчика биений вала с бегущим магнитным полем/ Гаврина О.В., Шатова Ю.А.// Современные проблемы науки и образования. - 2013. - №2 - http://www.science-education.ru/108-8942;

10. Гаврина, O.B. Анализ систематической погрешности информационно-измерительной системы на основе датчика биений вала с бегущим магнитным полем/ Гаврина О.В., Горячев В .Я., Чапчиков Ю.К., Шатова Ю.А.// Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2013. -№1 -С.46-57;

11. Гаврина, О.В. Информационно-измерительная система для измерения биений вала турбины на основе датчика с бегущим магнитным полем/ Гаврина, О.В., Бростилова Т.Ю., Шатова Ю.А.// Интернет-журнал «Науковедение», 2013 №6 (19) [Электронный ресурс]-М.: Науковедение, 2013 -.- Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/145TVN613.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус., англ.

12. Гаврина, О.В. Спектральный метод анализа погрешности информационно-измерительной системы/ Гаврина О.В., Нефедьев Д.И., Горячев В.Я.// Интернет-журнал «Науковедение», 2014 №5 (24) [Электронный ресурс]-М.: Науковедение, 2014 -.- Режим доступа: http:// http://naukovedenie.ru/PDF/43TVN514.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. рус., англ.

13. Гаврина, О.В. Возможность использования математического моделирования для анализа режимов работы информационно-измерительной системы механических величин на базе ассиметричной электромагнитной системы/ Гаврина О.В.// Вестник Пензенского государственного университета-2013.-№1.-с. 115-120;

14. Гаврина, О.В. Расчет электрических параметров датчика биений вала с помощью математической модели/ Гаврина О.В.// Вестник Пензенского государственного университета-2013.-№2.-с.84-89;

15. Гаврина, O.B. Анализ работы датчика биений вала с бегущим магнитным полем/ Гаврина О.В.// Вестник Пензенского государственного университета-2013.-№3.-с.70-74;

16. Гаврина, О.В. Анализ систематической погрешности датчика биений вала с бегущим магнитным полем/ Гаврина О.В., Горячев В.Я., Чапчиков Ю.К., Шатова Ю.А.//Датчики и системы: Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации: труды МНТК.-2012.-С.77-82;

17. Гаврина, О.В. Анализ двухфазного режима работы информационно-измерительной системы на основе датчика биений вала с бегущим магнитным полем/ Гаврина О.В., Горячев В .Я., Голобоков C.B., Бростилова Т.Ю.// Надежность и качество: труды международного симпозиума.-т.1 -2013.-С.164-166;

18. Гаврина, О.В. Анализ факторов, влияющих на систематическую погрешность датчика биений вала с бегущим магнитным полем/ Гаврина, О.В.// Надежность и качество: труды международного симпозиума.-т2. -2013.-С.23-27;

19. Гаврина, О.В. Применение имитационной модели для исследования информационно-измерительной системы измерения биений вала/ Гаврина, О.В// Математическое и компьютерное моделирование в решении задач строительства, техники, управления и образования: труды международной конференции.-2013.-с.27-29;

20. Гаврина, О.В. Определение погрешностей информационно-измерительной системы для измерения биений вала с помощью имитационной модели/ Гаврина О.В.// Математическое и компьютерное моделирование в решении задач строительства, техники, управления и образования: труды международной конференции.-2013.-с.29-33;

21. Гаврина, О.В. Влияние дискретности количества витков секций обмоток электромагнитной системы на погрешность информационно-измерительной системы на основе датчика биений вала с бегущим магнитным

полем/ Гаврина O.B.// Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических сетях: труды МНПК.-2013.-с.12-14;

22. Гаврина, О.В. Погрешность информационно-измерительной системы на основе датчика биений вала, вызванная неортогональностью напряжений генератора/ Гарина О.В.// Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических сетях: труды MHQK.-2013.-c. 14-17;

23. Гаврина, О.В. Погрешность информационно-измерительной системы на основе датчика биений вала, вызванная неточностью установки датчика/ Гаврина О.В.// Техника и технологии: роль в развитии современного общества: труды МНПК.-2013.-с.32-34;

24. Гаврина, О.В. Определение влияния точности изготовления пазов магнитопровода на погрешность информационно-измерительной системы на основе датчика биений вала с бегущим магнитным полем/ Гаврина, О.В.// Техника и технологии: роль в развитии современного общества: труды МНПК.-2013.-с.30-32;

25. Гаврина, О.В. Измерения биений валов. Методы, средства, эффективность/ Гаврина О.В.// Электронный научный журнал APRIORI. Серия: Естественные и технические науки. - 2013. -№1 -http://apriori-journal.ru/seria2/l-2013/Gavrina.pdf;

26. Горячев, В. Я. Электрические параметры фазовых датчиков линейных и угловых перемещений / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин // Новые промышленные технологии. Вып. 1. - М., 2007. - С. 48-52.

27. Горячев, В. Я. Влияние конструктивных параметров фазовых датчиков с бегущим магнитным полем на их метрологические характеристики / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин // Датчики и системы. Вып 12. - М., 2006. - с. 1822.

28. Горячев, В. Я. Схема замещения фазовых датчиков линейных перемещений / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Сер. Технические науки. № 6. - Пенза, 2006. - с. 237-244.

29. Горячев, В. Я. Фазовые датчики линейных перемещений с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин // Новые промышленные технологии. Вып. 1. - М., 2007. - С. 45^8.

30. Горячев, В. Я. Фазовые датчики угловых перемещений и крутящих моментов с бегущим магнитным полем / В. Я. Горячев, В. И. Волчихин // Датчики и системы. Вып. 11.- М., 2006. - с. 12-16.

31. Горячев, В. Я. Спектральный метод анализа погрешности фазовых датчиков механических величин / В. Я. Горячев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Сер. Технические науки. № 5. - Пенза, 2006. - с. 48-56.

32. Горячев, В. Я. Фазовые датчики механических величин с бегущим магнитным полем: монография / В. Я. Горячев. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 307 с.

33. Горячев, В. Я. Электрические параметры фазовых датчиков механических величин / В. Я. Горячев // Труды Международного юбилейного симпозиума «Актуальные проблемы науки и образования». - Пенза, 2003. - Т. 2. -с. 231-233.

34. Горячев, В. Я. Физические основы возникновения погрешностей датчиков с бегущим магнитным полем / В. Я: Горячев // Труды Международного юбилейного симпозиума «Актуальные проблемы науки и образования». - Пенза, 2003. - Т. 2. - с. 238-240.

35. Горячев, В. Я. Спектральный метод анализа погрешности фазовых датчиков механических величин / В. Я. Горячев // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза, 2005. - с. 383-384.

36. Горячев, В. Я. Бегущие волны магнитных линий с распределенными параметрами в датчиках механических величин / В. Я. Горячев // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза, 2006. - с. 328332.

37. Горячев, В. Я. Особенности составления схем замещения многообмоточных электромагнитных устройств с распределенными параметрами / В. Я. Горячев // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество». — Пенза, 2006. - с. 332-335.

38. Горячев, В. Я. Фазовые датчики / В. Я. Горячев // Материалы конференции «Измерения и контроль при автоматизации». - Барнаул, 1991. - с. 23-31.

39. Гутер, Р. С. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта / Р. С. Гутер, Б. В. Овчинский. — М.: Наука, 1970. -432 с.

40. Зарипов, М. Ф. Индуктивные преобразователи больших линейных перемещений с распределенными параметрами магнитных цепей/ М. Ф. Зарипов // Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1963.

41. Зарипов, М.Ф. Энерго-информационный метод анализа и синтеза чувствительных элементов систем управления./ Зарипов М.Ф., Петрова И.Ю.// -Датчики и системы, 1999, №5.

42. Зарипов, М. Ф. Преобразователи с распределенными параметрами для автоматики и информационно-измерительной техники / Зарипов М.Ф. //- М.: Энергия, 1969.-176 с.

43. Конюхов, Н. Е. Электромеханические функциональные преобразователи. / Конюхов Н. Е.// -М. : Машиностроение, 1977. -235 с.

44. Конюхов, Н. Е. Унифицированный преобразователь линейных перемещений / Н. Е. Конюхов, А. А. Курицкий // Приборы и системы управления. - 1984. -№ 10. - С. 29-30.

45. Конюхов, Н. Е. Электромагнитные датчики механических величин./ Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, М. JI. Нечаевский // - М. : Машиностроение, 1987-256 с.

46. Конюхов, Н. Е. Расчет электромагнитных полей в трансформаторных датчиках перемещений./ Н. Е. Конюхов, Б. В. Скворцов, A.A. Курицкий //Изв. вузов. Приборостроение, -1983. - № 6. - С. 3-8.

47. Конюхов, Н. Е. Трансформаторные функциональные преобразователи с профилированными вторичными контурами./ Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, JI. Ф. Куликовский. II - М.: Энергия, 1971. - 103 с.

48. Котюк, А.Ф. Датчики в современных измерениях. / А.Ф. Котюк // - М.: Радио и связь, Горячая линия - Телеком, 2006. - 96 е., ил. - (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1227).

49. Куликовский, Л. Ф. Индуктивные измерители перемещений./ Л. Ф. Куликовский // — М.: Госэнергоиздат, 1961. - 180 с.

50. Куликовский, Л. Ф. Преобразователи перемещения с распределенными параметрами./ Л. Ф. Куликовский, М.Ф. Зарипов //-Л. - М.: Энергия, 1966.-112 с.

51. Маркин, Н.С. Основы теории обработки результатов измерений. /Н.С. Маркин. // -М.: Издательство стандартов, 1991. - 176 с.

52. Медников, Ф. М. Электромагнитные датчики механических величин./ Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, М. Л. Нечаевский // - М. : Машиностроение, 1987-256 с.

53. Медников, Ф. М. Трансформаторные функциональные преобразователи с профилированными вторичными контурами./ Н. Е. Конюхов, Ф. М. Медников, Л. Ф. Куликовский. //- М.: Энергия, 1971. - 103 с.

54. Мокров, Е.А./ Упругие элементы датчиков механических величин Тихонов А.И., Тихоненков В.А., Мокров Е.А.//- Ульяновск: УлГТУ, 1998. -120 с.

55. Мурашкина, Т.И. Теория измерений/ Т.И. Мурашкина, В. А. Мещеряков, Е.А. Бадеева, Е.В. Шалобаев// - М.: Высшая школа, 2007. -151 е., ил.

56. Новицкий, П. В. Оценка погрешностей результатов измерений./ П. В. Новицкий, И.А. Зограф // - Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. -304 е., ил.

57. Новгородцев, А.Б. Расчет электрических цепей в МАТЬАВ: Учебный курс. - СПб.: Питер, 2004. - 250 е., ил.

58. Орнатский, П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники./ П. П. Орнатский // - Киев: Вища шк., 1983. - 455 с.

59. Осадчий, Е. П. Испытательное оборудование и методы испытаний элементов систем автоматики./ Е. П. Осадчий // - Пенза, 1981. - 110 с.

60. Осадчий, Е. П. Проектирование датчиков для измерения механических величин./ Е. П. Осадчий// -М.: Машиностроение, 1979. - 480 с.

61. Осадчий, Е. П. Методы проведения эксперимента при проектировании измерительных элементов систем автоматики и телемеханики./ Е. П. Осадчий , В.И. Карпов // - Пенза, 1988. - 84 с.

62. Потемкин, В.Г. МАТЬАВ 6: среда проектирования инженерных приложений. / В.Г. Потемкин // - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. - 448 с.

63. Преснухин, Л.Н. Муаровые растровые датчики положения и их применение./ Л.Н. Преснухин, В.Ф. Шаньгин, Ю.А. Шаталов // - М. : Машиностроение, 1969. - 210 с.

64. Преснухин, JI. Н. Синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы в преобразователях «угол - код» / Л. Н. Преснухин // Электричество, 1970. - № 9. - С. 52-54.

65. Рабинович, С.Г. Погрешности измерений / С.Г. Рабинович // Л.: Энергия, 1978.-240 с.

66. Сергиенко, А. Б. Цифровая обработка сигналов / А.Б. Сергиенко // -СПб.: Питер, 2002. - 608 е.: ил.

67. Трофимов, А. И. Измерительные преобразователи механических величин/ Трофимов А. И.// — Томск: Издательство Томского политехнического института, 1979. — 96 с.

68. Трофимов, А. И. Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления/ Трофимов А. И., Пупков К. А., Егупов Н. Д., Баркин А. И. и др.// —М.: Издательство МГТУ имени И. Э. Баумана. — 656 с.

69. Трофимов, А. И. Измерительные преобразователи неэлектрических величин: Учебное пособие/ Трофимов А. И.// — Обнинск: ИАТЭ, 1990. — 524с.

70. Трофимов, А. И. Справочник по контрольно-измерительным приборам и средствам автоматики/ Трофимов А. И.// — М.: Энергоатомиздат, 1986. —348с.

71. Цапенко, М.П. Измерительные информационные системы (Структуры и алгоритмы, схемотехническое проектирование) / М.П. Цапенко // М.: Энергоатомиздат, 1985. -238 с.

72. Шатерников В.Е. Электротехника/ Волынский Б.А., Зейн E.H., Шатерников В.Е.// - М.: Энергоатомиздат, 1987. -528с.

73. Шатерников В.Е. Методы и приборы электромагнитного контроля/ Герасимов В.Г. Клюев В.В. Шатерников В.Е.// - М.: Спектр издательский дом, 2010. -356с.

74. Шляндин, В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения / А. И. Мартяшин , Э. К. Шахов, В. М. Шляндин //М.: Энергия, 1976. - 392 с.

75. Шляндин, В.М. Цифровые электроизмерительные приборы/ В. М. Шляндин //- М.: Энергия, 1972. - 400 с.

76. Agraval R.P., Pai М.А. & Prabhakar T.V.: Microprocessor based data acquisition system for power systems. Proc. of All India Symp. On Power System Operation and Control, Hyderbad, Paper No. 56.2.

77. H.R. Harrson, B.A. Horlock and oth., The Inductosin and its Application to a Programm Coordinate Table, Electronic Engeneering, 1957, vol.29, No. 352, 353.

78. N.J. Finden, B.A. Horlock, The Inductosyn and its Application, The Journal of the British Institution of Radio Engineers, 1957, vol. 17, No. 7.