Направления и результаты реализации
|
||||||||||
 
|
назад к списку
Учебно-технологический комплекс «Измерение и анализ вибраций газотурбинных установок»
В состав УТК входят:
Трехкомпонентный сканирующий лазерный виброметр PSV-400-3D предназначен:
- для бесконтактного измерения вибраций конструкций; Виброметр представляет собой исследовательский лазерно-цифровой измерительный комплекс, состоящий из трех оптических сканирующих лазерных головок PSV-I-400 (рис.1, поз.1), модуля сканирования геометрии PSV-А-420 (рис.1, поз.2), размещенных на штативах либо на стапеле (рис.1, поз.3), и системы управления (рис.1, поз.4). В систему управления входят три управляющих модуля оптических головок (контроллера) OFV-5000 (рис.2, поз.1), блок сопряжения управляющих модулей с промышленным компьютером PSV-E-408 (рис.2, поз.2), промышленный компьютер (рис.2, поз.3).
Рис.1. Общий вид сканирующего лазерного виброметра PSV-400-3D
Оптические головки представляют собой устройства, в которых находятся гелий-неоновые источники лазерных лучей и приемники отраженного сигнала. Работа каждой оптической головки и связь с компьютером обеспечивается управляющим модулем (контроллером) OFV-5000 и блоком сопряжения. В верхней оптической головке дополнительно встроена видеокамера и лазерный модуль сканирования геометрии. Изображение с видеокамеры передается в компьютер и отображается на мониторе. По имеющемуся изображению объекта на мониторе выполняется настройка лазеров оптических головок (2D и 3D выравнивание), задается сетка сканирования (рис.3, поз.1). Сетка сканирования (вид элементов, густота, количество узлов, связи между узлами и т.д.) может быть построена как автоматически (в пределах указанной области), так и в ручную с принудительным заданием узловых точек в наиболее интересных местах поверхности сканирования. При помощи лазерного модуля сканирования геометрии определяются расстояния до поверхностей объекта и смещения. Принцип работы виброметра основан на эффекте Допплера. В процессе работы лазерные лучи всех трех оптических головок синхронно сканируют поверхность объекта в узловых точках сеточной области последовательно перемещаясь из точки в точку. В процессе сканирования фиксируется сдвиг частоты отраженного от вибрирующей поверхности лазерного луча каждой из трех оптических головок и вычисляются мгновенные значения виброскорости и виброускорения. Виброметр PSV-400-3D, оснащенный тремя оптическими головками в отличие от виброметров с одной оптической головкой позволяет определять (фиксировать) параметры вибраций объекта (рис.3, поз.2) не только в направлении оси оптической головки, но и в произвольном направлении в пространстве.
Рис. 3
Использование виброметра PSV-V400-3D позволяет получить параметры вибраций в большом количестве точек поверхности исследуемого объекта без использования контактных вибродатчиков (акселерометров), которые ввиду наличия своей собственной массы могут существенно искажать реальную картину вибраций. Импорт геометрических моделей реальных объектов позволяет с высокой степенью точности задавать поверхности сканирования геометрически сложных объектов.
Сканирующий виброметр PSV-400-3D обеспечивает новейшую технологию анализа колебаний конструкций. PSV-400-3D отличается техническим превосходством, простотой использования, и рядом особенностей, разработанных специально для решения задач по шуму и вибрации в автомобильной, аэрокосмической и других отраслях промышленности, а также при исследованиях и доводке изделий.
Вибратор представляет собой смонтированный на цапфе, вибропреобразователь, функционирующий в широкой полосе частот от 5 до 3000 Гц. Вибратор смонтирован на цапфе с воздушными опорами. Такая система установки обеспечивает изоляцию пола от воздействия создаваемых вибратором сил и стабильную работу в условиях влияния смещающих нагрузок как в горизонтальном, так и в вертикальном положении вибратора. Цапфа с воздушными опорами позволяет также использовать вибратор для испытаний на низких частотах до 5 Гц при полном перемещении. В вибраторе использована подвижная катушка диаметром 440 мм. Максимальное усилие, создаваемое вибратором в комплексе с усилителем SPA32K 22,2 кН. Виброгенератор состоит из двух основных компонентов: тела и подвижной катушки. Тело вибратора представляет собой электромагнит цилиндрической формы, состоящий из двух катушек подмагничивания, которые после подачи на них постоянного тока создают постоянное магнитное поле, необходимое для работы вибратора. Тело вибратора включает верхнюю пластину, кольцеобразный корпус тела, центральный столб, нижнюю пластину и две катушки подмагничивания, формирующие блок электромагнита вибратора. Блок подвижной катушки подвешен внутри тела вибратора в среднем положении; как только наподвижную катушку подан переменный ток, начинается управляемое движение (вибрация) блока подвижной катушки вокруг среднего положения. Испытываемая нагрузка прикреплена к столу, расположенному в верхней части блока подвижной катушки (рис.1). Подвижная катушка (рис. 1) представляет собой цилиндрическую алюминиевую катушку, скрепленную с литой конструкцией из магниевого сплава. Блок подвижной катушки подвешен внутри тела вибратора так, что катушка частично выступает в область воздушного зазора между центральным столбом и верхней пластиной. В нижней части блока расположен расширяющийся стержень, скользящий внутри линейного шарикоподшипника в направлении оси. Подшипник ограничивает боковое движение подвижной катушки. Верхняя часть блока подвижной катушки сформирована рабочим столом подвижной катушки. Стол снабжен выполненными из нержавеющей стали вставками, в которые завинчиваются крепящие нагрузку винты. Вставки расположены так, чтобы значительно упростить монтаж самых сложных креплений. Оптимальные динамические характеристики вибратора достигаются только в том случае, если нагрузка прикреплена с использованием всех вставок.Стол подвижной катушки снабжен резьбовыми отверстиями M16, в которых размещаются вставки для крепления нагрузки.
Рис.1 Разрез вибратора
Смонтированный на цапфе Вибратор V850 можно устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Для того, чтобы изолировать вибратор от пола испытательной камеры, используется подвесная система Lin-E-Air. При помощи системы Lin-E-Air тело вибратора можно приподнять на надувных подушках и переместить по направляющим стержням. Подушки наполнены сжатым воздухом, давление которого регулируется клавишей LIN-E-AIR, размещенной на блоке управления пневмосистемой. В режиме работы вибратора по вертикальной оси при помощи клавиши LIN-E-AIR осуществляет ся выравнивание центрального положения тела вибратора между блоками цапф. При использовании вибратора в горизонтальном положении воздух из надувных подушек следует откачать, так как выравнивание тела вибратора по центру между блоками цапф осуществляется посредством возвратных пружин. Подвижная катушка подвешена внутри тела вибратора на четырех подвесных блоках (см. рис. 2). Подвесной блок включает четыре ролика, перемещающихся по полипропиленовым изгибам, препятствующим боковому движению и вращению блока подвижной катушки. Статическое положение подвижной катушки с «ненагруженным столом» – это среднее положение катушки. Для создания максимального перемещения испытываемой нагрузки подвижная катушка должна вибрировать вокруг заданного среднего положения. Электронные схемы защиты от смещения и механическое устройство ограничителя колебаний предупреждают перемещение подвижной катушки за установленные допустимые пределы. Как только на столе подвижной катушки закреплена испытываемая нагрузка, подвижная катушка выталкивается вниз из среднего положения; это ограничивает максимально возможное перемещение.
Для того, чтобы после закрепления нагрузки на столе подвижной катушки, вернуть подвижную катушку в среднее рабочее положение, используется устройство встроенной опоры нагрузки (ILS) (см. рис. 1). В состав устройства встроенной опоры нагрузки входит качающаяся диафрагма, см. рис. 1; система сжатого воздуха, управляемая вручную клавишей LOAD SUPPORT (Опора нагрузки), контролирует положение подвижной катушки относительно тела вибратора. Положение подвижной катушки указано на блоке управления пневмосистемой. Встроенная опора нагрузки может быть применена только в том случае, если вибратор действует в направлении вертикальной оси. При использовании вибратора в горизонтальном положении давление во встроенной опоре нагрузки должно быть сброшено. Устройство встроенной опоры нагрузки (ILS) обеспечивает возврат подвижной катушки в среднее рабочее положение после того, как испытываемая нагрузка закреплена на столе подвижной катушки. Таким образом, достигается максимальное перемещение вибратора. Кроме того подвижную катушку можно устанавливать в заданное положение вручную поворотом регулятора LOAD SUPPORT, размещенного на блоке управления пневмосистемой. Активную регулировку среднего положения подвижной катушки осуществляет датчик центрального положения. Датчик измеряет ширину отражающего сегмента эталонной полосы, и полученные результаты используются устройством усилителя для расчета положения подвижной катушки. Если в момент совершения колебательного движения подвижная катушка выходит за пределы среднего рабочего положения, на подвижную катушку для корректировки ее положения подается сигнал сдвига по постоянному току. Эта функция активна всегда, когда включен усилитель. После того, как испытываемая нагрузка закреплена на рабочем столе подвижной катушки, поворотом регулятора LOAD SUPPORT подвижная катушка устанавливается в среднее рабочее положение, которое соответствует риске 1/2 светодиодного индикатора-розетки, указывающего точность положения подвижной катушки. Устройство готово к работе, можно запускать режим испытания. Для снижения магнитной индукции поля рассеяния над столом подвижной катушки вокруг этого стола смонтирована катушка размагничивания, снижающая влияние полей магнитного рассеяния(см. рис. 1). Через распределительную коробку катушка подсоединена к регулятору тока размагничивания, размещенному внутри усилителя SPAK. При помощи этого регулятора сила пропускаемого через катушку размагничивания тока настраивается так, чтобы достичь оптимального поля рассеяния; настройка регулятора предварительно выполнена на заводе-изготовителе. Обеспечивающие работу вибратора магнитные поля создаются пропусканием токов высокого напряжения через подвижную катушку и катушку подмагничивания. В процессе прохождения тока по катушкам генерируется тепло. Для того, чтобы избежать поломки вибратора, используется система воздушного охлаждения, рассеивающая нежелательное тепло. Для пропускания воздуха через вибратор используется внешний воздухоотводящий вентилятор. В целях максимального снижения уровня тепла и шума вблизи вибратора вентилятор обычно помещается на расстоянии от устройства. Охлаждение вибратора обеспечивается потоком воздуха, засасываемого размещенными в верхней панели воздухозаборниками в образованное под верхней пластиной пространство. На этом уровне осуществляется разделение воздушного потока. Один воздушный поток пропускается над подвижной катушкой, другой по щелям между сегментами верхней пластины проходит над катушками подмагничивания. После того, как воздушный поток пропущен над катушками, нагретый воздух проходит через отверстия в теле вибратора и собирается в полости отработанного воздуха. Выпускной клапан полости отработанного воздуха соединен с охлаждающим вентилятором гибким шлангом. Монтаж выпускного клапана полости отработанного воздуха может быть выполнен двумя способами. Так как полость отработанного воздуха снабжена двумя выпускными отверстиями, выпускной клапан можно привинтить к любому отверстию, одновременно закрыв другое отверстие специальной пластиной.
В SCADAS III реализована концепция полностью интегрированной системы - самый быстрый и наиболее эффективный способ высокоскоростной обработки многоканальных приложений в широком диапазоне электрических, механических и структурных сред. SCADAS III является результатом обширного опыта LMS Instruments в поставке полных, модифицируемых по заказу пользователя решений, обеспечивающих оптимизированные характеристики и функциональные возможности. SCADAS III - изначально модульная и расширяемая система. Расширение системы возможно до практически неограниченного количества каналов при использовании одной или более ведомых стоек (slave frames). В состав многоканальной цифровой системы Scadas III входят: - базовый крейт Scadas III SC316W; - модуль системного контроллера BPROC; - модуль формирования выходного сигнала VDAC; - модуль предварительного формирования сигнала PDT; - модуль предварительного формирования сигнала PQA-II; - модуль предварительного формирования сигнала PQBA-II; - модуль сигнального процессора SP92B; - интерфейсный SCSI кабель SCSI - программное обеспечение: - Операционная система Windows XP SP2; - LMS Test.Lab SCADAS III Driver RUS; - LMS Test.Lab 8A
Рис.1. Схема расширения системы Scadas III
В состав каждого внешнего интерфейса (front-end) SCADAS III входят блок питания, работающий в широком диапазоне входных напряжений (только переменного тока или переменного и постоянного тока аккумулятор), системный тактовый генератор, модуль источника калибровки и модуль интерфейса «ведущий/ведомый» (master/slave). Ведущие базовые стойки (master mainframes) содержат в себе системный контроллер и главный интерфейс SCSI. Ведомые базовые стойки (slave mainframes) взаимодействуют с ведущей базовой стойкой через их интерфейс «ведущий/ведомый». Каждая ведомая стойка (slave rack) имеет собственный тактовый генератор и калибровочный модуль. Тактовые генераторы синхронизируются с «ведущим» по цепи «Контур фазовой автоподстройки частоты» (Phase Lock Loop), обеспечивающей синхронизацию тактовой частоты и компенсацию задержки сигнала в кабеле «ведущий - ведомый». Такая схема позволяет растягивать конфигурации «ведущий/ведомый» на общее расстояние до 500 метров без ухудшения фазовых характеристик.
VDAC-II (ЦАП для управления вибрацией) - двух канальный генератор сигналов, в котором применены современные 24-битовые цифро-аналоговые преобразователи, обеспечивающие динамический диапазон 110 дБ. Этот специализированный генератор сигналов обеспечивает ряд функций медленного запуска/останова, а также аппаратные средства управления безаварийным выключением в случае нарушения энергоснабжения или отказа связи. VDAC-II поддерживает два выходных канала генератора, один выход «CLO» (выход с постоянным уровнем, связанный с первым выходным каналом), и один выход «Статус» (Status). На выходе «Статус» генерируется логический сигнал (подобный TTL), который может быть использован для запуска внешнего оборудования. PDT (программируемый двойной тахо-модуль) Модуль PDT является двухканальным входом тахометра, используемым для синхронизации сбора данных с внешним генератором тактовых импульсов. Гибкое и программируемое предварительное формирование сигнала позволяет использовать самые разные тахо-сигналы. Входные усилители с автоматическим выбором диапазона обеспечивают стабильный захват тахо-сигналов с изменяющимися амплитудами. Если потребуется, то встроенный сбор тахо-сигналов может работать при постобработке файлов потоковых данных. Входы могут быть сконфигурированы таким образом, что один вход станет внешним входом триггера, а другой останется входом тахометра. Переключение конфигурации входов осуществляется полностью программным обеспечением. PDT обеспечивает режим предварительного просмотра сигнала тахометра. Когда этот режим активирован, то для наблюдения за тахо-сигналами используются два АЦП, преобразующих два входных сигнала. Модуль PDT имеет собственную плату цифрового процессора сигналов (DP80). Цифровой процессор сигналов выполняет следующее функции: · Измеряет частоту тахо-сигнала, обеспечивает широкий диапазон для числа тахо-импульсов на оборот и задание четырёхзначного коэффициента передачи. · Используя один из тахо-сигналов, вычисляет параметры интерполяции для «вычисленного коэффициента подстройки» (Computed Ratio Tuning). Модули SP92 SCADAS III используют эти параметры интерполяции при выполнении CRT-операций. PQA (программируемый 4-х канальный усилитель). PQA - модуль усилителя напряжения, поддерживающий входной диапазон от ±62.5 мВ до ±10 В и имеющий источник питания для ICP датчиков. PQA обеспечивает контроль и светодиодную индикацию состояния кабеля датчика. Этот модуль имеет заземлённые разъёмы типа BNC и обеспечивает связь с входным сигналом по переменному и постоянному току. Для акустических измерений в PQA имеется встроенный аналоговый взвешивающий фильтр типа A. PQBA (программируемый 4-х канальный мостовой усилитель). PQBA - по существу является модулем формирования сигнала с датчика деформации (тензодатчика) для конфигураций полный мост, половина моста и четверть моста, укомплектованный завершающими мост резисторами, с полностью программным управлением. Автоматическое обнуление моста с использованием испытанного современного метода инжекции компенсирует дисбаланс моста без изменения чувствительности моста. Финальная калибровка моста также проводится с использованием современного метода инжекции, что обеспечивает полную динамическую калибровку усиления и компенсацию сопротивления подводящих проводов (этот метод лучше, чем обычные шунтирующие калибровочные резисторы). PQBA поставляется с четырьмя шести контактными разъёмами типа LEMO. SP92 (процессор сигналов). Серия процессоров сигналов SP92 обеспечивает высокоэффективный сбор данных и обработку сигналов в реальном масштабе времени. В основе SP92 лежит мощный цифровой процессор сигналов (ЦПС) DSP56303. Каждый SP92 имеет четыре 5-полюсных фильтра, защищающих от наложения спектров (anti-alias filters) с равными характеристиками запаздывания и четыре 24-битовых Σ-? аналого-цифровых преобразователя. Высокоскоростной буфер обратного магазинного типа (FIFO buffer) между ЦПС и системной шиной оптимизирует скорость передачи данных. Доступны три версии SP92 с разными уровнями быстродействия: · Версия A, с ЦПС работающем на частоте 66 МГц и 128 Кб статическая памяти. · Версия B, с ЦПС работающем на частоте 66 МГц и 512 Кб статическая памяти. · Версия D, с ЦПС работающем на частоте 90 МГц и 512 Кб статическая памяти. Возможности SP92: · Точное 24-битовое А-Ц преобразование и цифровая обработка сигналов. · Фундаментальная (АЦП) частота дискретизации (sampling rate), выбирается между 51.2 кГц, 102.4 кГц и 204.8 кГц. · Цифровое прореживание (decimation) частоты дискретизации в последовательности 1, 2, 2.5, 4, 5, 8, 10, и т.д. · Размер блока в двоичных шагах от 256 до 8 Кб (SP92A) или 32 Кб (SP92B/D) · Гибкий запуск, включающий преждевременный запуск (pre-triggering), запуск с задержкой (post-triggering) и перекрытие (overlap). · Встроенные функции обработки потока данных в реальном времени, типа отслеживания порядка (SP92B/D) и третьоктавная фильтрация (только в SP92D). · Цифровое обнаружение перегрузки. · Оперативное детектирование СКЗ и абсолютного максимума. · Синхронное осуществление выборки по множеству каналов и SP92. Параллельное выполнение различных функций обработки. Например: третьоктавный анализ в реальном времени параллельно с непрерывной передачей потоковых данных в хост-компьютер.
На базе перечисленного разрабатываются 8 лабораторных работ:
|
