提升燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集可靠性的策略

摘 要：燃機(jī)的水平和垂直振動(dòng)數(shù)據(jù)是判定燃機(jī)性能的重要指標(biāo)，所以在燃機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，需要通過(guò)燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)實(shí)時(shí)的采集燃機(jī)水平和垂直的振動(dòng)信號(hào)[1]。借此，對(duì)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況進(jìn)行分析并加以控制。但是由于電磁干擾、溫度諧波、器件精準(zhǔn)度等原因會(huì)造成測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集不可靠。本論文以解決上述問(wèn)題為課題，首先分析了測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)狀，隨后從測(cè)振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)漂移、供給電壓、傳輸導(dǎo)線、標(biāo)定方法、變送器干擾、傳感器干擾等六方面進(jìn)行試驗(yàn)。最后通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出提升燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集可靠性的策略。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)；測(cè)振系統(tǒng)；可靠性

1 課題背景

燃機(jī)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械。由于轉(zhuǎn)子不平衡和氣體流動(dòng)等原因引起的燃機(jī)整機(jī)振動(dòng)是全方位周期振動(dòng)（例如正弦振動(dòng)）和復(fù)雜隨機(jī)振動(dòng)的復(fù)合。過(guò)大的振動(dòng)將會(huì)極大的影響燃機(jī)本體的壽命以及發(fā)電質(zhì)量。所以在燃機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃機(jī)的水平和垂直振動(dòng)值，對(duì)于保護(hù)燃機(jī)本體和保障發(fā)電質(zhì)量尤為十分重要。新能源科技有限公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組（機(jī)組）的燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)主要由：水平振動(dòng)傳感器、垂直振動(dòng)傳感器、振動(dòng)變送器以及上位機(jī)共同組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水平和垂直0g-5g以內(nèi)振動(dòng)信號(hào)的采集。

2 測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)外場(chǎng)服役機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，特別是服役于北京電力公司16B機(jī)組的振動(dòng)誤報(bào)警事件，新能源公司現(xiàn)有測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性提出了質(zhì)疑。

在北京電力公司16B機(jī)組上，采用編號(hào)為A11的測(cè)振系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組的起動(dòng)、加載以及減載的過(guò)程進(jìn)行了跟蹤測(cè)量。隨后在此16B機(jī)組上安裝東安廠試車臺(tái)使用的測(cè)振系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示：

通過(guò)數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)新能源公司現(xiàn)有測(cè)振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)相比東安廠試車臺(tái)使用的測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)偏大。在加載的過(guò)程中數(shù)據(jù)起伏快，在減載的過(guò)程中數(shù)據(jù)下降快。其中最大偏差達(dá)到：

為研究偏差問(wèn)題所在，由省計(jì)量局提供標(biāo)準(zhǔn)（0-5g）的振動(dòng)源，對(duì)現(xiàn)有的A11測(cè)振系統(tǒng)和東安廠試車臺(tái)使用的測(cè)振系統(tǒng)進(jìn)行檢定：

東安廠試車臺(tái)使用的測(cè)振系統(tǒng)的檢定數(shù)據(jù)：

通過(guò)檢定證明東安廠試車臺(tái)使用的測(cè)振系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)可靠。

對(duì)A11測(cè)振系統(tǒng)進(jìn)行檢定的數(shù)據(jù)如下：

水平振動(dòng)傳感器編號(hào)：02133

3 振動(dòng)數(shù)據(jù)采集不可靠原因分析

3.1 是否由于傳感器和變送器的數(shù)據(jù)漂移導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不可靠

在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于器件的磨損及老化可能造成器件測(cè)量數(shù)據(jù)的漂移。為排查此故障現(xiàn)象是否存在，對(duì)09年曾鑒定過(guò)的測(cè)振系統(tǒng)A002進(jìn)行重新檢定：

3.2 是否由于振動(dòng)系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不可靠

為支持振動(dòng)變送器正常工作，需要控制系統(tǒng)為其提供24V的直流電壓，這也正是內(nèi)部信號(hào)變換所依據(jù)的基準(zhǔn)電壓。如果這個(gè)基準(zhǔn)電壓不穩(wěn)定，那將直接影響振動(dòng)變送器的輸出信號(hào)。新能源測(cè)振系統(tǒng)的24V電壓是由2個(gè)12V鉛酸蓄電池串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而蓄電池在大電流放電、饋電等狀態(tài)時(shí)很容易造成24V電壓的不穩(wěn)定，這將直接影響測(cè)振系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集可靠性。

為排查該情況，為振動(dòng)變送器提供獨(dú)立的24V電源。由市電經(jīng)過(guò)24V恒壓源直接供給振動(dòng)變送器。該項(xiàng)試驗(yàn)是同“3.3 是否由于變送器受干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不可靠”的試驗(yàn)一同完成了。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表9。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)獨(dú)立供電后的數(shù)據(jù)相比原始數(shù)據(jù)變化不大，故此問(wèn)題的可能性排除。

雖然由于萬(wàn)用表的靈敏度，表10中數(shù)據(jù)部分失真。但是通過(guò)表9和表10百分比數(shù)據(jù)的比較發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)傳感器和振動(dòng)變送器數(shù)據(jù)的線性度較好，但是振動(dòng)傳感器和振動(dòng)變送器的對(duì)應(yīng)關(guān)系存在偏差。懷疑在振動(dòng)變送器標(biāo)定的過(guò)程中存在誤差，導(dǎo)致這樣對(duì)應(yīng)關(guān)系的偏差。

4.1振動(dòng)變送器加屏蔽隔離

振動(dòng)變送器是燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)中數(shù)據(jù)變化的主要場(chǎng)所，描述振動(dòng)的電壓或電流信號(hào)都是較微弱的信號(hào)，很容易受到外界干擾而變化。而外加金屬屏蔽層是隔離電磁干擾最簡(jiǎn)單有效的策略。通過(guò)3.6節(jié)的試驗(yàn)證明，在振動(dòng)變送器外外套金屬屏蔽盒可以較好的提升燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性。所以在振動(dòng)變送器的封裝上，可以考慮選擇金屬殼體封裝，從而起到屏蔽隔離的作用。

4.2 傳輸導(dǎo)線采用屏蔽電纜

測(cè)振系統(tǒng)傳輸導(dǎo)線中的電信號(hào)同樣是較微弱的信號(hào)。所以為提升燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性，傳輸導(dǎo)線的電磁屏蔽同樣重要。在傳輸導(dǎo)線的選型上，可以考慮選擇帶金屬層的屏蔽電纜。

4.3 正弦波信號(hào)發(fā)生器使用方法的更正

在測(cè)振系統(tǒng)標(biāo)定的過(guò)程中，正弦波發(fā)生器是穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來(lái)源。正弦波信號(hào)的準(zhǔn)確性將直接影響標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性以及測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性。所以在標(biāo)定的過(guò)程中需要保證信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)為穩(wěn)定的252Hz正弦波信號(hào)，確保DUTY（占空比）旋鈕歸零。

在振動(dòng)變送器的輸入端增加放大倍數(shù)為1的反相帶通濾波器，濾除252Hz之外的其他頻率的干擾信號(hào)。這樣可以為振動(dòng)變送器輸入更潔凈的交流電壓信號(hào)。帶通濾波器由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，可以較好的抑制零漂，有較大的輸入電阻和較小的輸出電阻[4]。有利于提高測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本論文以中航動(dòng)科新能源燃機(jī)為課題研究平臺(tái)；基于測(cè)振系統(tǒng)的多次試驗(yàn)，得出大量的對(duì)比數(shù)據(jù)；經(jīng)過(guò)數(shù)理計(jì)算和樣本分析，最終得到適用于提升燃機(jī)測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集可靠性的策略。將此策略應(yīng)用于燃機(jī)的試運(yùn)轉(zhuǎn)和加載試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)證明，對(duì)測(cè)振系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集起到了良好的改觀。所提出的策略尊重現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、真實(shí)、有效、針對(duì)性強(qiáng)。它的應(yīng)用對(duì)動(dòng)科新能源燃機(jī)產(chǎn)品技術(shù)的革新和私有化以及燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定，可靠服役提供了保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 鮑興財(cái)，王長(zhǎng)志.燃機(jī)裝配試車工[M].中航工業(yè)哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司.2009，1-3.

[2] 詹昌斌，劉淑英.數(shù)據(jù)與曲線擬合[M].電子工業(yè)出版社.2005，248-300.

[3] 高偉濤.電路設(shè)計(jì)實(shí)例精粹[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002，35-39.

[4] 張邦寧.通信抗干擾技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010，14-15.

作者簡(jiǎn)介

高金?。?984-），男，黑龍江省哈爾濱市人，民族：漢 職稱：工程師，學(xué)歷：碩士研究生。研究方向：電路與系統(tǒng)。單位：通用電氣。

（作者單位：通用電氣）