MOŻLIWOŚCI SYNCHRONIZACJI TORÓW POMIAROWYCH DWÓCH RÓŻNYCH PRĄDNIC PRZETWORNIKÓW

Transkrypt

1 Andrzej GĘBURA Mirosław ZIEJA Instytut echniczny Wojs Lotniczych PRACE NAUKOWE IWL Zeszyt 38, s. 2 26, 206 r. 0.55/afit MOŻLIWOŚCI SYNCHRONIZACJI ORÓW POMIAROWYCH DWÓCH RÓŻNYCH PRĄDNIC PRZEWORNIKÓW W artyule omówiono zagadnienia związane z możliwościami zastosowania dwóch różnych rodzajów prądnic jednocześnie: prądnicy trójfazowej prądu przemiennego i prądnicy omutatorowej prądu stałego. Co więcej, prądnice te współdziałałyby synchronicznie ze sobą zarówno na etapie próbowania eletromaszynowego, ja i na etapie próbowania eletronicznego. Umożliwiłoby to struturalną poprawę czułości i rozdzielczości. Jednocześnie otworzyłoby to nowe możliwości obserwacji nowych rodzajów zjawis mechanicznych (nieśledzonych dotychczas metodami FAM-C i FDM-A), m.in. sręceń wałów transmisji. Słowa luczowe: metody diagnostyczne FAM-C i FDM-A, synchronizacja torów pomiarowych, pulsacje żłobowe, prądnica prądu przemiennego, prądnica prądu stałego, monitorowanie podzespołów mechanicznego zespołu napędowego, onfiguracja fazowa, omplesowy uład pomiarowy.. Wstęp W Instytucie echnicznym Wojs Lotniczych od wielu lat stosowane są metody FAM-C oraz FDM-A do celów diagnozowania podzespołów lotniczych zespołów napędowych [, 2]. Są to metody M [5, 2] pośredni pomiar prędości obrotowej i przemieszczeń elementów wirujących (np. łopate sprężari) w lasycznym wydaniu odbywa się za pomocą czujniów eletromagnetycznych, optycznych, mirofalowych, pojemnościowych, prądów wirowych [4-6, 2]. W odróżnieniu od lasycznej M, metoda FAM-C [5] nie wymaga montowania czujnia jego rolę odgrywa etatowa prądnica prądu przemiennego. Każdy nabiegunni taiej prądnicy pełni funcję czujnia relutancyjnego i obserwuje przemieszczanie się żłobów wirnia. Dzięi równomiernemu rozmieszczeniu nabiegunniów i różnej ich liczbie w stosunu do liczby żłobów wirnia, tworzy się swoisty noniusz [5, 0]. Znacznie

2 22 Andrzej GĘBURA, Mirosław ZIEJA podnosi to doładność pomiaru wartości chwilowej, co umożliwia wyrycie szybozmiennych procesów teoretycznie niewyrywalnych (przy danej liczbie żłobów lub nabiegunniów). Każdy typ prądnicy ma oreślone pasma częstotliwości mechanicznych [5, 0]. Ponieważ diagnoście zależy na obserwacji pratycznie wszystich podzespołów mechanicznych, więc pasmo obserwacji uładu pomiarowego (wszystich zastosowanych anałów uładów pomiarowych FAM-C i FDM-A) powinno obejmować wszystie pasma częstotliwości generowane przez poszczególne podzespoły mechanicznego uładu napędowego. aa procedura wymaga wielu uładów pomiarowych. Zamiast tych wielu uładów pomiarowych autorzy proponują zastosowanie jednego, tóry wyorzystuje synchroniczną ompilację sygnałów eletrycznych z ilu prądnic. Zalety tej metody zostaną omówione na przyładzie jednoczesnego wyorzystania przebiegu napięcia wyjściowego prądnicy prądu stałego GSR-S-2000W oraz prądnicy trójfazowej. 2. Opis ogólny sposobu działania i onstrucji testerów wyorzystujących metodę FAM-C Metody FAM-C i FDM-A stosowane jednocześnie mogą się wzajemnie uzupełniać, powodując istotny wzrost pewności uzysanych danych diagnostycznych i przyczyniając się do zwięszenia wiarygodności diagnozy. Dzięi zsynchronizowaniu procesu pozysiwania i analizy wyniów z ilu prądnic (torów pomiarowych) możliwa jest analiza wielu dodatowych zagadnień, ja oreślenie poziomu naprężeń srętnych elementów transmisji mocy i zużywania się łożys, w szczególności w otwartych systemach smarowania. Pasmo obserwacji jest przesunięte w ierunu wyższych częstotliwości będą wyrywalne symptomy diagnostyczne niewidoczne dotychczas podczas monitorowania przy pomiarze modulacji dla ażdej z prądnic oddzielnie. W niniejszym projecie poszerzono badania nad tym zagadnieniem. Badania prowadzono zarówno w formie rozważań matematycznych, ja i rozważań fizyalnych [5]. Każdy z torów pomiarowych generuje sładowe przebiegów napięcia o zupełnie innym ształcie (rys. ). Zróżnicowania te wyniają z odmienności sposobu formowania się napięcia: w prądnicy prądu przemiennego, gdzie induuje się tylo sładowa quasisinusoidalna prądu przemiennego (bez sładowej stałej), w omutatorowej prądnicy prądu stałego, gdzie pierwszy etap formowania odbywa się podobnie ja w maszynie prądu przemiennego, lecz jest on eletromaszynowo prostowany przez omutator, przez co powstają dwie sładowe: sładowa stała napięcia (o wartości 28 V) oraz sładowa przemienna o wartości sutecznej amplitudy 0, 2, V [5, 0]. Kształt sładowej przemiennej przypomina połączenie odwróconych półsinusoid (rys., szczegół 2).

3 Możliwości synchronizacji torów pomiarowych dwóch różnych prądnic u [V] 3-faz Faza A Faza B Faza C t[s] 2 ϕ ϕ 2 Rys.. Przebiegi napięć z dwóch różnych prądnic wyorzystywane do pomiaru ąta sręcenia wału: napięcie wyjściowe prądnicy trójfazowej prądu przemiennego (fazy: A, B, C), 2 sładowa pulsacji napięcia wyjściowego omutatorowej prądnicy prądu stałego Dla ażdej z tych prądnic w celu zapewnienia optymalnej rozdzielczości należy stosować inny sposób pomiaru [5] dla prądnicy trójfazowej stosowany jest sposób zliczania półoresowy i trójfazowy, podczas gdy w przypadu omutatorowej prądnicy prądu stałego pełnooresowy jednofazowy. u AC [V] 3-faz Faza A Faza B Faza C t[s] Numer olejnego przejścia przez poziom zero U L [V] t [s] Rys. 2. Sposób zliczania przejść przez zero dla trójfazowej prądnicy prądu przemiennego: uac przebieg napięcia poszczególnych faz trójfazowej prądnicy-przetwornia w metodzie FAM-C, odpowiednio liczba impulsów dla olejnej espozycji liczeniowej (UL)

4 24 Andrzej GĘBURA, Mirosław ZIEJA u DC [V] g g 2 g3 gi i-- i t [s] U L [V] Numer olejnego przejścia przez poziom zero t [s] l l 2 l 3 l i Rys. 3. Sposób zliczania przejść przez zero dla omutatorowej prądnicy prądu stałego: udc przebieg sładowej pulsacji prądnicy-przetwornia prądu stałego w metodzie FDM-A; l, l 2, l 3, l 4, l 5, l 6 odpowiednio liczba impulsów dla olejnej espozycji liczeniowej (UL) Z uwagi na inne wartości częstotliwości znamionowej ażdej z tych prądnic stosuje się dla nich odmienne częstotliwości podstawy czasu: dla prądnicy prądu stałego fzg = fs = 32MHz, dla prądnicy trójfazowej prądu przemiennego fz-3faz= fs= MHz. Oznacza to, że dla jednego wygenerowanego impulsu w metodzie FAM-C przypadają 32 impulsy wygenerowane w metodzie FDM-A. Zatem czas wygenerowania jednego oresu przebiegu napięcia wyjściowego 3faz dla prądnicy trójfazowej prądu przemiennego przy pomiarze dwupołówowym (przy zastosowaniu dwutorowej arty liczniowej z generatorem podstawy czasu fz-3faz = fs= MHz) wynosi: tz3 faz 6 m i i= i= = = fz 3faz [s] () Liczba 6 bierze się stąd, że dla uładu pomiarowego silnia SO-3/3W na sześć oresów przebiegu napięcia sładowej pulsacji prądnicy prądu stałego przypada jeden półores trójfazowej prądnicy prądu przemiennego. Dla prądnicy prądu stałego z olei czas jednego oresu g (rys. 3) można oreślić: li l i zg = = [s] (2) fzg

5 Możliwości synchronizacji torów pomiarowych dwóch różnych prądnic a więc podczas analizy jednoczesnego pomiaru sygnałów z obu prądnic należy stosować zasadę sprzężonych rodzin [5, 7], tórych oresy i półoresy są dobrane na zasadzie najmniejszej wspólnej wielorotności (NMW). Przyjmijmy, że dla prądnicy prądu stałego będzie to liczba l = {l, l2,..., li,... ln}, zaś dla prądnicy trójfazowej prądu przemiennego liczba = {, 2,..., i,..., m}. W przyszłości możliwe będzie zastosowanie tej teorii do pomiaru ąta sręcenia wału pomiędzy dwiema prądnicami. Możliwy będzie również monitoring dynamii ąta sręcenia taiego wału: n fz 3faz max fzg min li = ϕ i 6 fz 3fazmax i i = (3) gdzie: fz-3fazmax częstotliwość masymalna podstawy czasu stosowana na artach liczniowych systemu pomiarowego dla toru pomiarowego prądnicy prądu przemiennego; fzgmin częstotliwość minimalna podstawy czasu stosowana na artach liczniowych systemu pomiarowego dla toru pomiarowego omutatorowej prądnicy prądu stałego; li liczebność olejnej (i-tej) paczi impulsów pomiędzy olejnymi przejściami sładowej pulsacji omutatorowej prądnicy prądu stałego przez poziom zero, i liczebność olejnej (i-tej) paczi impulsów pomiędzy olejnymi przejściami trójfazowego napięcia wyjściowego prądnicy prądu przemiennego przez poziom zero, n liczba pacze impulsów otrzymanych w torze pomiarowym prądu stałego, m liczba pacze impulsów otrzymanych w torze pomiarowym prądu przemiennego. Porównując poszczególne ąty sręcenia wału w jednostce czasu, można oreślić dynamię srętu i wyciągnąć odpowiednie wniosi. Można będzie przygotować aparat matematyczny dla innych zjawis mechanicznych, np. monitoring wyluzowania łącznego różnych lotniczych zespołów napędowych z wieloma różnymi prądnicami poładowymi. Każda rodzina jest dobrana w postaci oreślonej liczby półoresów przebiegu napięcia prądnicy prądu przemiennego oraz oresów przebiegu sładowej pulsacji napięcia wyjściowego prądnicy prądu stałego.

6 26 Andrzej GĘBURA, Mirosław ZIEJA 3. Podsumowanie i wniosi W artyule przedstawiono projet zmodyfiowanego uładu pomiarowego wyorzystującego synchroniczną ompilację sygnałów z wszystich zamontowanych na badanym mechanicznym zespole napędowym prądnic energetycznych i prądnicze tachometrycznych. W ten sposób można wielorotnie poszerzyć pasmo obserwacji pomiarowej uładu. W pratyce jeden, w ten sposób zmodyfiowany, uład pomiarowy mógłby umożliwiać monitorowanie wszystich podzespołów ażdego znanego autorom lotniczego zespołu napędowego. Autorzy są głęboo przeonani, że po zsynchronizowaniu anałów pomiarowych w sposób uazany w niniejszym artyule metody FAM-C i FDM-A będą miały zarówno zwięszoną precyzję pomiarową, ja i możliwość monitorowania nowych, nieśledzonych dotychczas metodami FAM-C i FDM-A, zjawis mechanicznych, ja np. sręcanie wałów transmisji. Literatura. Biarda D., Falowsi P., Gębura A., Kowalczy A.: Opis patentowy PL 75664B: Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silni, a zwłaszcza lotniczy silni spalinowy, z prądnicą prądu przemiennego. Udzielenie patentu Biarda D., Falowsi P., Gębura A., Kowalczy A.: Opis patentowy PL 75674B Sposób diagnozowania technicznego elementów sprzęgających silni, a zwłaszcza lotniczy silni spalinowy, z prądnicą prądu stałego. Udzielenie patentu Campbell W.: Elastic fluid turbine rotor and method of avoiding tangential bucet vibration therein. Patent US Gajda J., Sroa R.: Pomiary ąta fazowego Metody ułady algorytmy, Kraów Gębura A.: Dozorowanie stanu technicznego węzłów łożysowych i wybranych elementów transmisji zespołu napędowego z wyorzystaniem modulacji częstotliwości napięcia wyjściowego. Wyd. IWL, Warszawa Izydorczy J., Płona G., yma G.: eoria sygnałów. Wyd. Helion, Lindstedt P.: Badania diagnostyczne załócanych obietów technicznych z ingerencją w ich struturę metodą sieci neuronowej. Zagadnienia Esploatacji Maszyn 999, nr 3(9). 8. Metoda pomiaru momentu obrotowego przenoszonego przez wał obrotowy. Patent USA nr , Mierni momentu na wale obrotowym. Patent USA nr , Mitew W.: Maszyny eletryczne. tom. Radom Młynarczy M., Szymańsi Z., Waśo S.: Momentomierz quasi-fazowy. Prace Instytutu Lotnictwa 983, nr 4 (95). 2. Witoś M.: Zwięszenie żywotności silniów turbinowych poprzez atywne diagnozowanie i sterowanie. Prace Nauowe Instytutu echnicznego Wojs Lotniczych 20, nr 29.