Вибрационный контроль ГПА

Вибрационный контроль технического состояния ГПА обычно осу-; ществляется двумя способами: это виброконтроль корпуса с помощью поверхностных датчиков вибрации, устанавливаемых на корпусах под­шипников турбины или электропривода, а также на корпусах редукто-

ров, и виброконтроль ротора турбины и/или нагнетателя с помощью вихретоковых датчиков относительной вибрации, которые устанавли­ваются на статоре и контролируют вибросмещение ротора.

Виброконтроль корпуса турбо- и электропривода осуществляется аппаратурой виброконтроля с помощью пьезоэлектрических или элект­ромагнитных (электродинамических) преобразователей (датчиков).

Пьезоэлектрические датчики применяются в комплекте с виброап­паратурой типа СВКА1. Все типы используемой виброаппаратуры име­ют одинаковый принцип действия и отличаются между собой только схемными решениями, элементной базой электронных блоков и конст­рукцией датчиков.

Принцип действия аппаратуры основан на преобразовании пьезоэ­лектрическим вибропреобразователем вибрации в электрический сиг­нал и дальнейшей его обработке. Чувствительный элемент вибропреоб­разователя обычно состоит из двух кольцевых пьезопластин, электри­чески соединенных параллельно (рис. 6.13). Принцип действия виброп­реобразователя основан на использовании явления пьезоэффекта. Под воздействием вибрации пьезопластина деформируется и на обкладках каждой пьезопластины появляется знакопеременный заряд, пропорцио­нальный в рабочей полосе частот ускорению. Напряжения, создавае­мые этими зарядами, поступают на дифференциальный вход согласую­щего усилителя КР (рис.6.14). Согласующий усилитель в зависимости от модификации либо встроен в корпус вибропреобразователя, либо расположен отдельно. Согласующий усилитель необходим для согласо­вания выходного сопротивления вибропреобразователя с линией связи и вторичной аппаратурой. Электрический сигнал с согласующего уси­лителя поступает на вход измерительного блока. Измерительный блок включает в себя следующие функциональные устройства: ячейку ис-крозащиты, фильтр верхних частот, интегратор, детектор среднеквад­ратичных значений, узел аварийной и предупредительной сигнализа­ции. Интегратор производит интегрирование электрического сигнала и формирование амплитудно-частотной характеристики канала измере­ния. Виброускорение, информация о котором в виде электрического сиг­нала имеется на выходе вибропреобразователя, есть производная по времени от скорости, поэтому для получения информации о виброскоро­сти необходимо произвести интегрирование электрического сигнала виброускорения. Фильтры нижних и верхних частот обеспечивают вы­деление вибросигнала частотой от 10 Гц до 1 кГц. Детектор выделяет среднеквадратическое значение электрического сигнала, пропорцио­нальное виброскорости. Узел сигнализации служит для указания пре­вышения уровня виброскорости свыше заданного значения. Временная

Рис. 6.13.Общий вид пьезоэлектрического вибропреобразователя: 1 - крышка; 2 - чувствительный элемент;
3 - основание^ 4 * защитный металлорукав для кабеля ,<

:V^-t:"-^j^ • -t.'i •< *^.:-^А'<- ^-v. ^' ^:. ?а? >.^% ^.. ..-Лзи- . = ...^~. ->~,--Я>.. . . •*< *- .~'-.^ -<.-,* ^ - ..,*» Z:. . .

=27 В ~220В

БКИ

Рис. 6.14.Структурная схема аппаратуры виброконтроля: УЗ - усилитель заряда; £ - сумматор; ФНЧ - фильтр низких частот; ФВЧ - фильтр высоких частот; ЗУА - блок задания уровня аварии; ЗУП - блок задания уровня предаварии; / - интегратор;

Д - детектор среднеквадратических СКЗ значений; 1_зд - блок задержки срабатывания; ИП - индикатор предаварии;

U/1 - преобразователь напряжение-ток; ИА - индикатор аварии; РА - реле аварии; РП - реле предаварии; БВК - блок выбора

канала; MUX - мультиплексор; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

задержка аварийной и предупредительной сигнализации может настра­иваться в пределах от 0 до 10 с.

Блок контроля и индикации (БКИ) служит для визуального контроля состояния вибрации по всем измерительным каналам.

На некоторых узлах ГПА, где требуется контролировать вибрацию | с повышенной частотой (выше 1 кГц), например, на редукторах ГПА| СТД-4000, контролируется и виброускорение. Отличие аппаратурыJf контролирующей виброускорение, от описанной выше заключается Щ отсутствии в ней интегратора.

Электромагнитные датчики (рис. 6.15) применяются в аппарату|
типа AMV-3, используемой на части агрегатов «Дон-1», «Дон-2», «А»!
рора», ГТ-750-6. Конструктивно датчик состоит из двухсекционной
катушки, внутри которой между двух постоянных магнитов «подвешенш
стержневой магнит. При колебаниях стержневой магнит движется и пеЯ
ресекает электромагнитное поле, генерируемое катушкой. Таким o6patf
зом, выходное напряжение катушки прямо пропорционально скорости
виброколебаний. ''

В настоящее время электромагнитные датчики уступают место i
зоэлектрическим, так как имеют более низкую надежность, высол
стоимость, большие размеры, а также узкий диапазон рабочих темпе
тур (от -10 до 70 °С, в то время как некоторые модификации пьезоэле
рических датчиков имеют диапазон рабочих температур от!
-40до500°С). . ч!

Осевой сдвиг и вибросмещение роторов нагнетателей контролирую! ется посредством вихретоковых датчиков вибросмещения. Вышеопи--! санная виброаппаратура практически не применяется для виброконтро-1 ля нагнетателей, так как корпус нагнетателя имеет несоизмеримо более I высокие жесткость и массу по сравнению с ротором, и поэтому измене^ 1 ние вибрации ротора практически не меняет уровень вибрации его под-1 шипников. В свою очередь, опорная система турбины и турбокомпрес- f сора (т.е. система подшипник-корпус-стойка-фундамент) более подат­лива и менее стабильна.

В настоящее время на П «Мострансгаз» применяется различная ап­паратура виброконтроля с вихретоковыми датчиками типов: КСА-15, ВСВ-331, АВКС-2, «Виброконтроль» и др. Вся аппаратура имеет иден­тичную конструкцию и принцип действия и отличается элементной ба­зой электрических схем.

Каждый канал состоит из вихретокового преобразователя (рис. 6.16) и вторичной аппаратуры. Преобразователь вихретоковый состоит из катушки и блока согласования (рис. 6.17), которые могут иметь одина­ковое или разное конструктивное исполнение. Вихретоковый преобра-

Рис. 6.15. Общий вид электромагнитного датчика: 1 - постоянный магнит; 2 - пружина; 3 - инерционная масса; 4 - неподвижная катушка; 5 - основание

зователь предназначен для преобразования величины зазора между тор­цом катушки преобразователя и объектом контроля в электрический выходной сигнал. Блок согласования преобразует напряжение питания в радиочастотный сигнал частотой 1-2 МГц, который излучается ка­тушкой в окружающее пространство в виде электромагнитного поля. При отсутствии металла вблизи катушки потери мощности радиочас­тотного сигнала отсутствуют и выходное напряжение максимально. При приближении проводящего материала к рабочему торцу катушки вихревые токи, генерируемые в поверхности материала, приводят к по­тере мощности радиочастотного сигнала, пропорционально уменьша­ется выходное напряжение генератора. Вторичная аппаратура предназ­начена для измерения размаха вибросмещения, ее индикации, формиро­вания аварийной и предупредительной сигнализации, контроля исправ­ности преобразователя.

Рис. 6.16. Общий вид вихретокового преобразователя: 1 - чувствительный элемент; 2 - корпус; 3 - кабель в изоляционной

трубке; 4 - раз>ём , ~

Рис. 6.17. Структурная схема вихретоковой аппаратуры измерения осевых перемещений и радиальных биений. Датчиковая аппаратура: Д,...Д₄- вихревые датчики; ОВ - обмотка возбуждения. Блоки согласования: ГВ - генератор возбуждения;

ИУ - инструментальный усилитель; Л - лианеризатор; Ф - фильтр; ИТ - источник тока; стандартный выход - 4...20мА. Процессорные ячейки: ТП - токоприемник; Ф - фильтр; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; Пр - процессор; ШИ - шкальный индикатор; ЦИ - цифровой индикатор; Г - генератор; СЧ - счётчик; ЦИО - цифровой индикатор отображения;

К - ключ; ГрИ - графический индикатор

6. 5. Измерение расхода газа

Одной из важнейших задач при транспортировке газа является изме«;
рение расхода газа, причем учет расхода газа на магистральных газо­
проводах необходим не только для коммерческих расчетов, но и как;
технологический параметр режима работы системы дальнего транспор-1
та газа. ;|

Основным методом измерения количества транспортируемого при-; родного газа является метод определения перепада давления на сужаю­щих устройствах, в качестве которых используются разного рода изме­рительные диафрагмы, сопла, трубки Вентури и т. д,

В качестве приборов определения расхода газа применяются и диф- f ференциальные сильфонные самопишущие манометры (ДСС), и более современные микропроцессорные измерительные комплексы, например «Суперфлоу-П».

Формула для определения расхода газа имеет следующий вид:

Принцип действия ДСС основан на зависимости между измеряемым перепадом давления и упругой деформацией винтовых цилиндрических пружин, сильфонов или торсионной трубки. С помощью системы рыча­гов эта зависимость преобразуется в показание стрелки самопишущего прибора.

Микропроцессорные измерительные комплексы являются более со­временными, точными и надежными системами учета расхода газа. Об­щий вид измерительного трубопровода с диафрагмой и микропроцес­сорным измерительным комплексом приведен на рис. 6.18.

Стандартный измерительный комплекс («Суперфлоу-П») состоит из датчиков давления, перепада давления и температуры. Принцип действия комплекса основан на измерении перепада давления, давления, темпера­туры и непрерывном автоматическом вычислении расхода и объема при­родного газа в соответствии с Правилами измерения расхода газа и жид­костей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80.

(6.1)

где <2_И- расход газа при нормальных условиях (р_н = 1,0332 кгс/см², Т_и = 293,15 К), м¥ч; АР = Р_{-Р₂ -перепад давления на диафрагме, кгс/см t! - температура газа, К; z - коэффициент сжимаемости газа, характе-1 ризующий отличие реального газа от идеального; ос - коэффициент рас-; хода сужающего устройства; е - поправочный множитель на расшире-; ние измеряемой среды (коэффициент расширения); р_н - плотность газа < при нормальных условиях; d - диаметр отверстия диафрагмы, мм. [•

Перечень формул, а также таблицы и графики по которым определя-: ются различные поправочные коэффициенты, входящие в формулы рас-' чета газа (6.1), приведены в Правилах измерения расхода газов и жид- i; костей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80. В этих? Правилах также определены требования к исполнению и установке су­жающих устройств, на участках трубопроводов, требования к установ­ке дифманометров и т. д.

Важнейшим преимуществом метода перепада давления является; возможность поверки и аттестации первичных преобразователей рас­четным путем по геометрическим данным сужающих устройств. Атте­стация вторичных преобразователей производится стандартными ме­тодами.

Рис. 6.18.Структурная схема системы измерения расхода газа методом перепада давления

Структурная схема комплекса «Суперфлоу-П» изображена на J рис. 6.19. Сигналы отдатчиков поступают на входы 1-7 вычислителя;! При помощи мультиплексора сигналы поступают на аналого-цифрово!„. преобразователь (AD) и затем в центральный процессор (CPU). Процес'-l сор, выполняя команды, записанные в предварительно-программируем мом запоминающем устройстве (EEPROM), обеспечивает автоматичес- 1 кое непрерывное определение и отображение показаний на жидкокрис*I таллическом дисплее (LCD), вычисление расхода газа, дистанционную^ передачу показаний на компьютер, автоматическое фиксирование во* времени и запоминание нештатных ситуаций, хранение и передачу ме-1 сячных, суточных и часовых отчетов, ввод и запоминание параметров:¹!

Оперативное запоминающее устройство (RAM) служит для хранё^Й ния результатов вычислений и промежуточных величин в процессе вы-¹1 числений. Встроенная литиевая батарейка (3,2 В) обеспечивает хране5| ние данных в оперативном запоминающем устройстве и ход часов рей ального времени (RTC), в случае пропадания внешнего источника элек-1 троснабжения - в течение одного года.

Рис. 6.19.Структурная схема стандартного измерительного комплекса

«Суперфлоу-П»: вх.1- вх.7 - аналоговые входы; MUX - мультиплексор;

AD - аналого-цифровой преобразователь; CPU - центральный процессор;

LCD - жидкокристалический дисплей; RAM - оперативное запоминающее

устройство; EEPROM - предварительно- програмирующее запоминающее

устройство; RTC - часы реального времени; Serial RS232C - последовательный

RS232C порт; CHIT - переносной терминал; О_вш - выходной сигнал

Собственный блок бесперебойного питания с аккумуляторами (ем­костью 10 А-ч) обеспечивает нормальную работу вычислительного ком­плекса, в случае пропадания электроснабжения - в течение одного ме­сяца.

Последовательный порт RS232C служит для приема и передачи дан­ных с переносного терминала (CHIT) или компьютера. При помощи руч­ного терминала или персонального компьютера со специальным программным обеспечением в вычислитель вводятся постоянные пара­метры:

• диаметр измеряемого трубопровода;

• диаметр отверстия диафрагмы;

• текущее время и дата;

• время цикла измерения;

• тип отбора давления (фланцевый или угловой);

• нормальная температура Т_я, нормальное давление р_н и переменные параметры (обычно один раз в сутки);

• плотность измеряемого газа в нормальных условиях;

• содержание азота и углерода в измеряемом газе;

• барометрическое давление.

Переменные параметры вводят либо вручную (через переносной тер­минал или персональный компьютер), используя результаты лаборатор­ных анализов газа, либо при наличии электронных приборов определе­ния состава газа (хроматографов) и электронных барометров - автома­тически.

Вычислитель имеет также программируемые дискретные выходные сигналы (£>_вых), при помощи которых можно передавать данные о расхо­де в другие системы автоматики.

Относительная погрешность комплекса не превышает ± 0,5 %.

Определенное распространение начинает получать метод измерения расхода газа при помощи турбинных и ротационных счетчиков. Этот метод является более точным, особенно при небольших расходах газа, однако необходимость создания сложных поверочных установок сдер­живает его распространение.

Структурная схема турбинного счетчика приведена на рис. 6.20. Принцип действия турбинных счетчиков заключается в преобразова­нии скорости потока газа в частоту вращения турбины, установленной в счетчике, которая в свою очередь преобразует ее в частоту электри-

Рис. 6.20.Структурная схема системы измерения расхода газа при помощи

турбинного счетчика: 1 - турбинный счётчик; 2 - датчик температуры; 3 - датчик

давления; 4 - электронный вычислитель

(6.2)

где Q_n - приведенный к нормальным условиям объем прошедшего газа, м³; Q - объем прошедшего газа при рабочих температурах и дав­лениях (показания турбинного счетчика), м³, Р - давление газа в счетчи­ке, МПа; Р_н =0,103 МПа - нормальное атмосферное давление; Г_н=239,15 К - нормальная температура газа; Т- температура газа в счетчике, К; z - коэффициент сжимаемости.

Следует отметить, что давление на выходе газораспределительных станций, где обычно устанавливаются турбинные счетчики, невелико (0,3 - 0,6 МПа), в связи с чем в практических расчетах коэффициент сжимаемости z можно принимать равным единице.

Структурная схема системы измерения расхода газа при помощи тур­бинного счетчика состоит из турбинного счетчика, датчика давления, дат­чика температуры и электронного вычислителя, в качестве которого мо­жет использоваться вычислитель «Суперфлоу- IIЕТ» (рис. 6.20).

В настоящее время существует еще целый ряд более совершенных приборов для измерения расхода газа, например, вихревые, ультразву­ковые, щелевые расходомеры и др., однако, несмотря на определенные преимущества этих средств измерения, их применение ограничено, во-первых, из-за отсутствия методик измерения количества газа при помо­щи этих средств, а во-вторых, из-за невозможности их поверки без пред­варительно созданных специальных образцовых установок.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: