基于虛擬設(shè)備的空氣壓縮機(jī)維護(hù)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高勁松

基于虛擬設(shè)備的空氣壓縮機(jī)維護(hù)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高勁松

(中糧生化能源公主嶺有限公司，吉林 公主嶺 136100)

空氣壓縮機(jī)一般簡稱空壓機(jī)，是起源裝置的重要組成部分，它能將原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械勢能轉(zhuǎn)換為氣體勢能，同時(shí)也是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。定期定時(shí)開展空壓機(jī)維護(hù)檢測工作，可為其正常運(yùn)行提供重要保障。為提高空壓機(jī)維護(hù)檢測工作的效率，基于虛擬設(shè)備設(shè)計(jì)了一種可動(dòng)態(tài)測試空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的維護(hù)檢測系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)周期短、維護(hù)調(diào)試簡便等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)功能完善，可有效滿足現(xiàn)階段空壓機(jī)的維護(hù)檢測需求。

空壓機(jī)；虛擬設(shè)備；日常維護(hù)檢測

空氣壓縮機(jī)(空壓機(jī))是一種為氣動(dòng)產(chǎn)品提供動(dòng)力源的設(shè)備，由于能大幅度提高工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)與人們?nèi)粘Ｉ畹男?，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。由于空壓機(jī)的運(yùn)行環(huán)境普遍較差，因此在其運(yùn)行期間，必須采取有效方式進(jìn)行定期維護(hù)與檢測，以確保其處于良好的運(yùn)行狀態(tài)[2]。傳統(tǒng)空壓機(jī)的維護(hù)檢測方式通常以人工作業(yè)為主，往往存在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不足、檢測效率低、數(shù)據(jù)記錄不完整等問題，嚴(yán)重影響著后續(xù)空壓機(jī)維護(hù)與維修工作的效率[3]。為提高空壓機(jī)日常維護(hù)與檢測的效率，確?？諌簷C(jī)長期處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，以0～2 MPa為目標(biāo)測量壓力，± 5%為測量準(zhǔn)確度，基于LabVIEW環(huán)境設(shè)計(jì)了一種空壓機(jī)維護(hù)檢測系統(tǒng)。

1　硬件設(shè)計(jì)

1.1　傳感器

為滿足目標(biāo)測量壓力，選用KYB2003-DXQ壓力變送器(深圳萬和)，內(nèi)含國外引的進(jìn)陶瓷壓阻式傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、安裝便捷等特點(diǎn)。該型號(hào)壓力變送器中應(yīng)用了充油隔離封裝技術(shù)，裝配有專用信號(hào)調(diào)理電路，工作溫度范圍較寬，作業(yè)精度和性價(jià)比較高，具有良好的穩(wěn)定性與可靠性，符合工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益需求。該壓力變送器重要技術(shù)指標(biāo)：①輸出信號(hào)為4～20 mA，1～5 V；②精度為± 0.5% FS；③溫度誤差為± 0.3% FS(-10～70 ℃)；④穩(wěn)定性為± 0.25%FS/年；⑤零點(diǎn)和滿度誤差為± 0.25%FS，負(fù)載電阻(4～20 mA)在0.5～4.5 V時(shí)≥10 kΩ，在1～5 V時(shí)≥11 kΩ；⑥相對濕度為90%～95%；⑦工作溫度為-40～+105℃。該壓力變送器的性能參數(shù)：①0.5～4.5 V(三線)，工作電壓直流電5 V±0.5 V；②1～5 V(三線)，工作電壓直流電8～30 V；③4～20 mA(二線)，工作電壓直流電8～30 V。

1.2　氣流溫度測定

目前，測定氣流溫度的常用方法主要有接觸式測溫和非接觸式測溫兩種，前者是將傳感器放置于與受測物質(zhì)相同的熱平衡狀態(tài)中，使傳感器與受測物質(zhì)保持同一溫度，以獲取受測物質(zhì)的溫度；而非接觸式測溫是基于熱輻射原理，借助受測物質(zhì)發(fā)出的熱量輻射，使得熱感受器達(dá)到平衡溫度，此時(shí)熱感受器的溫度即為受測物質(zhì)的溫度[4]。由于受到技術(shù)限制，目前已經(jīng)研制出的熱感受器僅在其與受測氣流溫度差距極小時(shí)，才能將其溫度視為受測氣流的溫度，因此采用非接觸式測溫不僅需要良好的檢測環(huán)境支持，而且對受測物質(zhì)也存在較大局限性[5]。故針對氣流溫度的測定，則選用WRP-100簡易式溫差熱電偶(上海錫泰)作為溫度傳感器，其測溫范圍為0～1300℃，具有測溫范圍寬，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，精準(zhǔn)度高等特點(diǎn)。此外，該溫度傳感器不僅可用于氣流溫度的檢測，還能精準(zhǔn)檢測固體物質(zhì)的溫度。

1.3　流量測定

空壓機(jī)的流量指的是單位時(shí)間內(nèi)機(jī)組產(chǎn)生壓縮氣體量的能力，是評(píng)價(jià)空壓機(jī)性能的重要參數(shù)之一，在空壓機(jī)維護(hù)檢測中精準(zhǔn)地進(jìn)行空壓機(jī)流量的測量意義重大[6]?，F(xiàn)階段，直接測量和間接測量均可用于空壓機(jī)流量的檢測，但在實(shí)際的維護(hù)檢測過程中，直接測量法通常用于小流量的測量，而對于大流量的測量則更多選用間接測量法[7]。本文設(shè)計(jì)的空壓機(jī)維護(hù)檢測裝置選用LK-015-150熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)(淮安三暢)，進(jìn)行流量測定的工作原理為：當(dāng)氣體通過熱物質(zhì)表面時(shí)會(huì)帶走一部分熱量，該部分熱量值與氣體質(zhì)量流量和其熱吸收特性成正比，流量計(jì)中的溫度傳感器會(huì)對測量介質(zhì)的溫度進(jìn)行不間斷測量，且加熱傳感器與溫度傳感器會(huì)保持固定溫差，當(dāng)氣體帶走熱量時(shí)，兩者間的溫差便會(huì)隨之減小，此時(shí)流量計(jì)會(huì)自動(dòng)提高加熱功率，對被氣體帶走的熱量進(jìn)行補(bǔ)償，以維持兩個(gè)傳感器之間的溫差，基于熱量補(bǔ)償，經(jīng)信號(hào)傳輸和公式計(jì)算，最終即可獲得通過的氣體質(zhì)量流量。該流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)：①溫度測量誤差為±1 ℃；②密度測量誤差為±0.002 g/cm3；③介質(zhì)溫度為-50～+350 ℃；④輸出信號(hào)為4～20 mA，0～10 kHz；⑤通訊接口為RS 485；⑥測量范圍為0～600 t/h；⑦公稱壓力為4.0 MPa。流量計(jì)外部連線如圖1所示。

圖1　熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)外部連線

1.4　軸功率測定

軸功率測定也是空壓機(jī)維護(hù)檢測工作中的重要項(xiàng)目之一，目前測定的精準(zhǔn)度還需要不斷改進(jìn)[8]?，F(xiàn)階段針對空壓機(jī)軸功率的測定方法主要有3種：①借助測定扭矩和轉(zhuǎn)速的方法對軸功率進(jìn)行直接測量；②通過對驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的電功率進(jìn)行測量以獲得空壓機(jī)的功耗；③采用熱平衡方法間接獲取空壓機(jī)的軸功率。為提高軸功率測定的效率與精準(zhǔn)度，在裝置中引入可自行測量軸功率的JD194-BS4P-Y三相四線功率變送器(江蘇斯菲爾)，該功率變送器的技術(shù)指標(biāo)：①工作范圍為交流電80～270 V(50/60Hz)，直流電80～270 V，直流電24 V；②絕緣電阻≥100 MΩ；③工作環(huán)境為-10～+55 ℃；④最大輸出為24m A/12V；⑤輸入頻率為45～65 Hz；⑥標(biāo)稱值4～20 mA，12～20 mA，0～10 V；⑦功耗<0.1 VA；⑧過載輸入持續(xù)1.2倍，瞬時(shí)電壓2倍/min，瞬時(shí)電流10倍/5 s。

1.5　數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，具有自動(dòng)采集并自動(dòng)上傳受測設(shè)備模擬或數(shù)字信號(hào)的功能，本系統(tǒng)選用USB8586高速數(shù)據(jù)采集卡(西安阿爾泰)，該數(shù)據(jù)采集卡主要技術(shù)指標(biāo)：①模擬輸入為16路，16位，250kS/s；②采樣率為100MHz；③采樣方式為同步采樣；④輸入抗阻為1MΩ；⑤帶寬為50MHz。此外，該數(shù)據(jù)采集卡能完美兼容LabVIEW，從而為該裝置的設(shè)計(jì)提供了極大的便捷性。

2　軟件設(shè)計(jì)

利用該裝置對空壓機(jī)進(jìn)行測試，能相對精準(zhǔn)地測量出空壓機(jī)維護(hù)期間需要的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，并可在計(jì)算機(jī)中顯示有關(guān)參數(shù)，還可進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的打印，以便于運(yùn)維人員在最短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)運(yùn)行的異常，有利于后續(xù)維修和維護(hù)工作的開展。空壓機(jī)維護(hù)檢測裝置具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　空壓機(jī)維護(hù)檢測裝置結(jié)構(gòu)

3　結(jié)語

基于LabVIEW環(huán)境設(shè)計(jì)了一款帶有檢測系統(tǒng)的空壓機(jī)維護(hù)裝置，試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)功能完善，可滿足現(xiàn)階段空壓機(jī)維護(hù)檢測需求，具有檢測穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度高，結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)周期短、維護(hù)調(diào)試簡便等特點(diǎn)，能有效提高空壓機(jī)維護(hù)檢測工作的效率。

[1] 李福送,王文軍,林偉健,等.智能化螺桿空壓機(jī)性能檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)[J].真空,2021,58(1):19-22.

[2] 牛洪濤,李超.基于LabVIEW的渦旋壓縮機(jī)曲軸振動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2020,43(18):71-74.

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Design of air compressor maintenance and detection system based on virtual equipment

GAO Jinsong

(COFCO Bioenergy Gongzhuling Co., Ltd., Gongzhuling, Jilin 136100, China)

The air compressor is the abbreviation of the air compressor. It is an important part of the origin device. It can convert the mechanical potential energy generated by the prime mover into gas potential energy, and is also the air pressure generating device of compressed air. Regular maintenance and testing of air compressors can provide an important guarantee for their normal operation. In order to improve the efficiency of air compressor maintenance and detection, based on virtual equipment design, this paper designs a maintenance and detection system that can dynamically test the operation status of air compressor, and the system has the advantages of simple structure, short development cycle, simple maintenance, and debugging. The test shows that the system has perfect functions and can effectively meet the maintenance and detection requirements of the air compressor at this stage.

air compressor; virtual equipment; routine maintenance inspection

TD443.2

A

2096–8736(2022)06–0024–03

高勁松(1986—)，男，吉林公主嶺人，碩士研究生，中級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樵O(shè)備維護(hù)。

責(zé)任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍