本文關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 離心壓縮機(jī) 電磁軸承 FPGA 穩(wěn)定性識別 振動(dòng)控制

【摘要】：伴隨近代流程工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步,離心壓縮機(jī)成為生產(chǎn)環(huán)節(jié)中關(guān)鍵的一部分。它除了流量大、體積小、運(yùn)行效率高、質(zhì)量輕、易損件少外,還具有運(yùn)送氣體無油氣污染的優(yōu)點(diǎn)。在一定程度上,離心壓縮機(jī)的生產(chǎn)制造水平和運(yùn)行維護(hù)水平成為衡量一個(gè)國家發(fā)展進(jìn)步的重要標(biāo)志。隨著現(xiàn)代離心壓縮機(jī)向著高轉(zhuǎn)速、高精密度發(fā)展,其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)問題成為現(xiàn)代過程工業(yè)亟待解決的難題。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)的大小,是判斷離心壓縮機(jī)是否可靠的關(guān)鍵因素。轉(zhuǎn)子失穩(wěn)是一種比較典型的振動(dòng)故障,是影響壓縮機(jī)大型化的主要障礙,會帶來一系列惡劣的后果,輕則破壞相關(guān)零件疲勞程度,降低工作效率；重則威脅生產(chǎn)員工生命安全,帶給社會和工業(yè)發(fā)展不可估量的損失。因此,采取有效便捷的措施監(jiān)測轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài),并對轉(zhuǎn)子振動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)控制不僅具有重要的工程意義還能有效地節(jié)約成本、保證安全生產(chǎn)。本文從保障離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的角度出發(fā),搭建以電磁控制器為基礎(chǔ)的硬件控制系統(tǒng),從電磁控制器的設(shè)計(jì)、測控系統(tǒng)的搭建、信號的采集處理等方面入手設(shè)計(jì)離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制系統(tǒng)并在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下對相關(guān)的問題進(jìn)行研究。本文主要完成以下幾項(xiàng)工作：1.電磁控制器控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)。對于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)控制,需要硬件和軟件的綜合協(xié)調(diào)配合。電磁控制器控制系統(tǒng)的搭建是完成離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制的基礎(chǔ)�？紤]到壓縮機(jī)實(shí)際工況的復(fù)雜性,控制器各部分在空間分配、平面布局等方面的設(shè)計(jì)將會影響電磁控制系統(tǒng)應(yīng)用的普遍性和廣泛性。如何實(shí)現(xiàn)電磁控制器控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、規(guī)范性將是本文著重解決的問題之一,特別是控制的執(zhí)行器的設(shè)計(jì),將是能否完成轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。本文將在離心壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)臺上合理布局安裝不同功能的電磁執(zhí)行器,建立一套電磁執(zhí)行器-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。同時(shí)搭建一整套規(guī)范的硬件平臺,用于離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性識別實(shí)驗(yàn)和振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。2.實(shí)時(shí)控制平臺設(shè)計(jì)。離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高。數(shù)據(jù)采集與控制的實(shí)時(shí)性能已成為一個(gè)重要的指標(biāo),基于實(shí)時(shí)系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)采集與控制方案成為主流。本文基于NI(美國國家儀器)公司的CompactRIO嵌入式測控系統(tǒng),利用其現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)機(jī)箱、實(shí)時(shí)控制器編寫軟件實(shí)時(shí)控制平臺,完成對離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)、軸瓦溫度、電磁控制器電流、轉(zhuǎn)子速度、潤滑系統(tǒng)的流量及溫度等的綜合監(jiān)測進(jìn)行振動(dòng)控制。除此之外,還能根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)故障的預(yù)警和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)。3.依據(jù)對電磁控制器控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)控制平臺的設(shè)計(jì),搭建實(shí)際實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)際測試控制系統(tǒng)軟件、硬件的實(shí)際控制效果。通過實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性并有效地降低轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)。本文從電磁控制器控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)及實(shí)時(shí)控制平臺兩方面入手,搭建了合乎規(guī)范的電磁控制器控制和穩(wěn)定性測試的軟硬件系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)條件下驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和可靠性,給工業(yè)應(yīng)用提供參考。
【關(guān)鍵詞】：離心壓縮機(jī) 電磁軸承 FPGA 穩(wěn)定性識別 振動(dòng)控制
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH452
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集4-5
• 摘要5-8
• ABSTRACT8-19
• 符號說明19-21
• 第一章 緒論21-33
• 1.1 課題來源21
• 1.2 課題研究背景及意義21-22
• 1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀22-31
• 1.3.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀22-26
• 1.3.2 轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制研究現(xiàn)狀26-29
• 1.3.3 主動(dòng)電磁軸承研究現(xiàn)狀29-31
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容31-33
• 第二章 振動(dòng)控制系統(tǒng)整體架構(gòu)及搭建33-47
• 2.1 引言33
• 2.2 振動(dòng)控制系統(tǒng)整體架構(gòu)33-35
• 2.3 振動(dòng)控系統(tǒng)各部分介紹35-45
• 2.3.1 直流供電電源35-36
• 2.3.2 功率放大器36-39
• 2.3.3 電流監(jiān)測模塊39-41
• 2.3.4 信號調(diào)理模塊41-42
• 2.3.5 CompactRIO嵌入式測控系統(tǒng)42-44
• 2.3.6 Bently電渦流傳感器及配件44-45
• 2.3.7 LabVIEW軟件平臺45
• 2.4 本系統(tǒng)預(yù)期的目的與效果45
• 2.5 本章小結(jié)45-47
• 第三章 電磁軸承設(shè)計(jì)仿真及測試47-71
• 3.1 引言47
• 3.2 電磁軸承設(shè)計(jì)47-56
• 3.2.1 設(shè)計(jì)的基本思路47-48
• 3.2.2 電磁軸承轉(zhuǎn)子直徑設(shè)計(jì)48
• 3.2.3 電磁軸承尺寸設(shè)計(jì)48-56
• 3.3 電磁軸承的安裝56-62
• 3.3.1 模型的建立56-58
• 3.3.2 單獨(dú)溫度場作用下的膨脹58-59
• 3.3.3 溫度、離心力作用下轉(zhuǎn)子接觸壓力的計(jì)算59-61
• 3.3.4 室溫下接觸應(yīng)力的計(jì)算61-62
• 3.3.5 過盈量的確定62
• 3.3.6 電磁軸承動(dòng)環(huán)硅鋼片的安裝62
• 3.4 電磁執(zhí)行器的電磁場分析62-66
• 3.4.1 三維模型及網(wǎng)格劃分62-64
• 3.4.2 施加載荷和邊界條件64-65
• 3.4.3 電磁力計(jì)算結(jié)果65
• 3.4.4 不同電流下電磁力變化曲線65-66
• 3.5 電磁軸承的標(biāo)定66-70
• 3.5.1 單磁極標(biāo)定原理及結(jié)果67-68
• 3.5.2 雙磁極標(biāo)定原理及結(jié)果68-70
• 3.6 本章小結(jié)70-71
• 第四章 測試系統(tǒng)及實(shí)時(shí)控制平臺的設(shè)計(jì)71-89
• 4.1 引言71
• 4.2 測試系統(tǒng)程序界面設(shè)計(jì)71-82
• 4.2.1 設(shè)計(jì)的基本思路71-72
• 4.2.2 掃頻測試VI的設(shè)計(jì)72-73
• 4.2.3 信號采集顯示VI的設(shè)計(jì)73-75
• 4.2.4 信號分析處理VI的設(shè)計(jì)75-82
• 4.3 振動(dòng)控制系統(tǒng)程序界面設(shè)計(jì)82-87
• 4.3.1 設(shè)計(jì)的基本思路82-84
• 4.3.2 信號采集顯示VI的設(shè)計(jì)84
• 4.3.3 FPGA控制VI的設(shè)計(jì)84-85
• 4.3.4 RT通訊VI的設(shè)計(jì)85-86
• 4.3.5 總控制UI的設(shè)計(jì)86-87
• 4.4 本章小結(jié)87-89
• 第五章 穩(wěn)定性測試與振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)研究89-101
• 5.1 引言89
• 5.2 實(shí)驗(yàn)臺的搭建89-91
• 5.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性測試91-95
• 5.3.1 測試過程及結(jié)果91-93
• 5.3.2 測試結(jié)果可靠性驗(yàn)證93-95
• 5.4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)控制95-99
• 5.4.1 控制策略選擇95-97
• 5.4.2 施加剛度的控制97-98
• 5.4.3 施加阻尼的控制98-99
• 5.5 本章小結(jié)99-101
• 第六章 結(jié)論與展望101-103
• 6.1 結(jié)論101-102
• 6.2 展望102-103
• 參考文獻(xiàn)103-109
• 致謝109-111
• 研究成果及發(fā)表學(xué)術(shù)論文111-113
• 作者與導(dǎo)師簡介113-114
• 附件114-115

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