Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Обновление методологии научных исследова
ний и совершенствование техники измерений происходит на базе при
менения информационно-измерительных систем (ИИС);' состоящих из
универсальных микро-,мини- и персональных 9ЬМ, измерительных бло
ков в различных стандартах (КЛМЛК, Вектор, ЛСВТ и т.н.) и специа-"
лизированных приборов, и соответствующего програшного обеспече
ния исследований;' -- - , ,...,-,.-,^,....... .,,.,,/.
При создании ШС мало разработанными являются вопросы создания первичных преобразователей (датчиков), что приводят к снижению достовернестйтголучаёшх результатов.
Организация"всё"более тонких экспериментов, способных "улавливать" множество влияющих факторов, заставляет относить исследуемые процессы к, случайным, а в более общем случае - ,к; нестационарным случайным' процессам. Подобным характёрнш' прішером'" могут являться аэродинамическиег нестационарные процессы в проточной части центробежного1 компрессора;г,,:которые и представляют собой предмет исследования дангой работы.'''
КомпрессорОстрбйние, являясь -.' крупной отраслей- "производства, развиваётсй "быстрыми темпами. Широкая номенклатуры центробежных компрессоров применяется'на/'матиотралъ'ных газопроводах, в металлургическом производстве,-* в' Двйгателастроений; "центробежные компрессоры включаются в сложные технологические циклы. Обеспечение конкурентоспособности,* связанное с качеством производства и эксплуатации, 'требует от разработчиков компрессоров Обеспечения'высокой степени сжатия перекачиваемых сред,' повышения окружных скоростей враш.ения колеса компрессора при минимальных габаритах и массе компрессора. Для значительного повышения всех этих 'технологических параметров необходимо проводить исследования аэродинамических процессОВ'в" проточной части компрессора.
Сущестнуэдяч клі.ч^пиФикаці'Т'т и описатіие процессов в компрессоре дает* возможность"проводить лишь их качественный анализ. Построение же модели сигналов, соответствующих аэродинамическим процессам, на основе которых разрабатываются методы аиализа/'в свею очередь зависит от полученных в ходе эксперимента параметров процессов. При этом модели сигналов зависят от режимов работы"?-Выбор модели определяет использование ИИО с переменной конфигурацией, что значительно усложняет проведение эксперимента. М-"'-:>:.
-4.-
ЦЕЛЬ К ЗАДАЧИ КССЗДОВАНЙЯ. Целью настоящей работы является
разработка ИИС для детального исследования случайных процессов в
проточной части центробежного компрессора аэродинамического про
исхождения, разработка методов и устройств диагностики компрессо
ра для повышения надежности и расширения зоны его„устойчивой ра
боты. Реализация поставленной цели потребовало решения следующих
задач: Г'-"
1.Разработки модели аэродинамических процессов.
2.Выбора параметров характеристик аэродинамических процессов.
8.Выбора методики исследования.
4.Разработки методов анализа и обработки характеристик.
5.Разработки системы сбора и обработки информации.
6.Метрологического обеспечения проводимых измерений.
'/.Разработки методов и устройств диагностики режимов работы
КОМПреССОра. ' ",.:;,
НЕТСЩШСА ИССЛЕДОВАНИЙ базируется на теории случайных. процессов и аппарате математической статистики для оценки вероятностных характеристик и использует системный подход с учетом специфики объекта и процессов, порождаемых этим объектом.
НАУЧНАЯ ИОВШНА работы заключается в следующем:
-обоснован выбор методов исследования с учетом вида нестаци-онарностей процессов по сигналу неподвижного датчика;
-обоснован выбор способов представления результатов исследования;
-впервые использован в качестве информативного параметра процессов текущий третий центральный момент с теоретическим анализом погрешностей его определения, доказана существенная периодическая нестационарность процессов по этому моменту;,.
. -разработаны четыре метода анализа процессов с учетом режима
работы компрессора; ..= , >.,-,.---^-^
-разработана ИИС, состоящая из специализированных (датчик, усилитель, адаптер) и стандартных (измерительная аппаратура) устройств и соответствующего программного обеспечения эксперимента;
-предложены четыре метода диагностики компрессора, причем,
один способ и одно устройство защищены авторскими свидетельства
ми; . , .
-раэработан"Измерительный интерфейс, расширяющий возможности эксперимента и ^реализующий»! предложенный принцип настраиваемости
СИСТеМЫ. :.<-.:.' :«. -м:---,;<"!..:
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Возможность использования предложенной методики проверена на практике в реальных условиях работы н-ййС. Полученные вероятностные характеристик'Ш'йнтафищфованы с режимами работы компрессора. "Вид регистрации полученных характеристик позволяет осуществлять последующее машинное управление работой центробежного компрессора и строить ситёмы защиты .-'
РЕАЛИЗАЦИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Материалыдиссертации внедрены в Таганрогском государственном радиотехническом университете, АО МОВЕН (г.Москва). Реву.льтаты диссертации используются при экспериментальных исследованиях центробежных ісомп-рессоров на кафедре компрессоростроения СПбГТУ (ранее Л1Ш тл.М.И.Калинина).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты научных исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация; экспериментальных исследовании" (г.Куйбышев, 1978), 6 Всесоюзной научно-технической конферетщи по компрессоростроению (г.Москва, 1978г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Нестационарные процессы в проточной части турбомашин" (г.Ленинград, 1980г.), Л Всесоюзной школе-семинаре "Распараллеливание обработки информации" (г.Львов, 1983г.), Всесоюзной конферентщи "Теория адаптивных систем и ее применение" (г.Ленинград 1983г.), 4 Всесоюзном симпозиуме "Системы и теоретическое программирование" (г.Кишинев, 1983г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие теории и техники хранения информации " (г.Пенза, 1ЯН'Лт.}, Всесоюзном научно-техническом совещании "Микропроцессорные средства вычислительной техники в системах связи и управления" (г.Москва, 1984г.), на 27...31 научно-технических конференциях радиотехнического института (г.Таганрог, 1981...85*годы ), Всесоюзной научно-технической конференции "Методология'измерений" (г.Ленинград, 1991г.),
ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации изложено в 19 опубликованных работах. Результаты исследований вошли в два отчета по НИР. Но результатам исследований получено два авторских свидетельства.
СТРУКТУРА Н ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений; содержит 817-страниц машинописного текста, включая 4 таблицы и' 82 иллгаст-; рации,* .- -"- >'--< - > -:» "" '""" ''"' '' '--мі
-'Ч«--
- 6 -СОДЕРЖАНИЕ РЛВОТЫ
ВО ВВЗДЕВМ обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность результатов работы.
В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ особенностей аэродинамических процессов, протекающих в центробежном компрессоре,; и основных методов оценки их параметров.
Основными параметрами перекачиваемой среды в проточной части компрессора, являются поля давления (.полного и статического), скоростей, температуры и плотности, связанных меаду собой аэродинамическими соотношениями. Для преобразования параметров в электрический сигнал применяются датчики давления с различными чувствительными элементами, лазерные доплеровские измерители скоростей и время - пролетные анемометры, термоанемометри.
Основной частью компрессора является рабочее колесо, вращение которого определяет периодический характер всех параметров. При исследованиях определены характерные сечения проточной части компрессора и режимы работы, описываемые такими характеристиками как степень повышения давления, коэффициент напора и к. п.д. в зависимости от давления и температуры потока, расхода и частоты вращения колеса.
имеющаяся классификация аэродинамических процессов, разработанная на основе экспериментально-теоретического анализа, определяет детерминированные процессы, вызванные неравномерностью распределения параметров потока по окружной координате и имеющие вид вынужденных колебаний с основной частотой вращения колеса, и случайные процессы, имеющие широкий спектр и проявляющиеся в виде турбулентностей и хаотических крупномасштабных флуктуации при отрыве потока. Для.детерминированных выделяют переходные и периодические процессы, вызванные глобальной потерей устойчивости движения в проточной части (вращающийся срыв) или во всей системе "компрессор-сеть" fпомпаж).
Анализ процессов затрудняется невозможностью исследования влияния отдельных процессов.
При оценивании параметров процессов решаются задачи измерения аэродинамических нагрузок (проблема аэроупругости), расширения диапавона устойчивой работы и построения систем диагностики и защиты.
- у -
Дзроупругке явления, описываемые матричными уравнениями дни- ., ж«яия лопаток, наиболее полно Исследованы в части свободных, коле-, баний лопаток и без учета взаимодействия со средой. Менее изучен-,. ними являются вовоуждаютие силы и особенно те высокочастотные составляющие, в основном определяемые турбулентностью. Имеющиеся.,; исследования показывают, что помимо изотропной (однородной) тур-, булентности возможно существование турбулентности с поперечным сдвигом, которая характеризуется более организованной структурой и для пульсаций скорости и температуры потока имеет распределение вероятностей отличное от нормального закона.
Решение задач диагностики и защиты компрессора основывается , на различных признаках и параметрах потока при помпаже, получаемых с помощью малоинерционных датчиков, манометров или механических устройств. Более сложные и надежные признаки требуют измет рения дополнительных параметров (скорости изменения или разности давлений, скорости вращения колеса) с нескольких датчиков или использования специализированных анализаторов (например, спектра сигнала).
Достаточно аффективным для защиты является выявление пред-помпашого режима (вращатищгася срыв), что пока не находит надежного решения ввиду малой протяженности соответствующего участка характеристики компрессора и сложности получения амплитудных, .или..... частотных (фазовых) признаков в широком диапазоне окружных ско-.. ростей компрессора.
Анализ известных методов и средств исследования аэродинамических процессов показан, что основным методом являлась визуализация потока, позволившая определить устойчивые и неустойчивые режимы работы компрессора. Применение датчиков потока и последующая запись сигналов также дает качественную картину и простейшие характеристики типа размаха с погрешностями не лучше 15%. Использование устройств первичной обработки и методов синхронного накопления позволило выделять периодические сигналы типа вращающийся срыв. Использование измерительно-вычислительних комплексов, состоящих из стандартных измерительных блоков и олоков сопряжения и предварительной обработки с выводом результатов на специализированную ЭВМ, расширяет возможности измерений ва счет вторичной (с разделением времени) программной обработки.
Использование ИИС на баве ПЭВМ , имеющих достаточную вычислительную мощность,требует дополнительных исследований и раз-
- 8 -работки высокоскоростных блоков сопряжения (контроллеров), дополнительно выполняющих функции управления процесса измерения. При этом решается новая задача поиска соотношения программных и аппаратных средств с целью упрощения аппаратной части ва счет специализированных блоков.
Анализ метрологической модели измерительного канала (ПК) определил в качестве основной динамическую погрешность,; зависящую от характеристик датчиков, скорости потока, погрешности восстановления, и для определения которой требуются экспериментально-аналитические методы,
йначительной также является погрешность систем обработки, обусловленная конечным объемом и временем накопления выборок, продолжительностью времени обработки и особенностями формирования ансамбля реализаций.
ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ диссертации, исходя из анализа применимости и информативности моделей случайных процессов, осуществлен выбор моделей процессов в центробежном компрессоре, учитывающих режимы работы.
Существующий подход для первичной классификации процессов (Бендат Д., Пирсол А.) использует учет основных физических факторов и практическую проверку имеющихся реализаций путем визуального просмотра или детального исследования различных вероятностных характеристик (ВХ). Исходя из этого, при построении шдели учитывалось наличие идентичных по физическим параметрам каналов колеса, наличие шумовых составляющих, вызванных турбулентностью и периодический характер процессов, обусловленный вращением колеса. Предварительно проведенный спектральный анализ с помощью аналогового спектроанализатора указал на наличие , полигармонических составляющих до 3-5 гармоники, перекрываемых сплошным спектром. Тем самым обосновывается использование модели нестационарного случайного процесса, при которой учитывается более тонкая структура потока, так как выявляются и описываются составляющие сигнала, соответствующие прохождению каналов колеса.
В общем случае можно полагать, что образуется смесь полигармонического детерминированного сигнала, соответствующего следам лопаток, и случайного сигнала, вызванного турбулентностью. Это позволяет отнести случайный процесс для устойчивых режимов работы к периодически нестационарному случайному процессу по математическому ожиданию и дисперсии типа
'-'9 -
ГДЄ ;l(t),^2(tj - 1ХЧ1; ,., .
<Pi(t)i4)2(t): - периодические функцій времени, имеющиесоизмеримые периоды нестационарное.
Для более детального анализа предлагается модель с фазово- временной дискретияаііией потока и представления его в виде вращающейся системы векторов относительно неподвижной системы координат, когда фача і-того вектора равна
гд« Ф8??! (t) - фаза вектора во вращающейся системе координат (привязка к колесу).
Фиксируя приход і-того вектора, преобразуем его пространственное "фазово-временное положение во временное положение по оси времени.
Данное представление позволяет для измерений использовать неподвижно установленный датчик в диффузоре'" при получении как реализаций сигналов, так и выборок при временной синхронизации.
Тем самым/"-модель процесса при "' устойчивых режимач работы компрессора имеет следующий вид:
«i(t) - %№) є '''".'.'.' ' ,. . где sr.i (t) - случайный процесс.
Олучайный процесс 4i(t.), описывающий поведение модуля вектора, тлеет свои различные по каналу колеса вх, но для разных каналов RX сходных векторов должны совпадать.
Одним из важных и сложных вопросов ивмерения является осуществление фааовой привязки, т.е. определение Ф"і(t). '
Аналогичная модель возможна и для вращающегося срыва в не-. подвижной системе координат для вектора, вращающегося с угловой скоростью равной скорости вращения зон срыва:
ЬИй№(Ь)е , где j(t) - случайный процесс;
«з - угловая скорость вращения зон. Предварительные даннйе'-о возможной нестационарности по дисперсии для вращающегося срыва отсутствуют и, потому, можно описать i(t) как ПНГП1 по математическому ожиданию.
второй составной частью разработки теоретических основ экспериментального"исследования является аналиа погрешностей оп-
ределения ВХ для выбранных моделей, разделяемых на аппаратурные и методические.
Аппаратурные погрешности зависят от условий проведения эксперимента, вызываются нелинейность^характеристик входных устройств, их недостаточной пшрокополосностью, несовершенством усредняющих устройств, точностью регистрирующих устройств и многими другими.
Среди методов измерение ВХ ПНСП выделены основные:
ооциллографические;
основанные на выделении, и, компенсацій периодической поставляющей нестационарности;
анализа по сечениям;
Для этих методов в качестве основных недостатков определены низкая точность получения ВХ, сложность выделения составляющих нестационарности или накопления ансамбля реализаций.
Особое место занимает использование ЭВМ для получения ВХ, имеющее явное преимущество по программной гибкости организации эксперимента, но ограниченное скоростью ввода аналоговой информации.
В качестве основных методических погреягаостей определены статистические (конечное время усреднения, объем выборки), неидеальность операторов преобразования и .усреднения, погрешность классификации.
Особенно выделяются погрешности дляи, методов анализа по ансамблям реализаций, связанные с, разбросом начала реализаций, для уменьшения которых обычно рекомендуется использовать визуальный контроль.
Для диагностики неустойчивых режимов работы компрессора были получены первичные спектральные и амплитудные признаки, основанные на анализе временных,.реализаций. Возможности построения систем диагностики ограничены отсутствием количественных параметров и показателей надежности их определения.
В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ проведена разработка ^методов определения ВХ
режимов работы компрессора, основанная на получении первичной из
мерительной информации с помощью разработанной ИИС и других ана
лизаторов, і
Все методы были разделены надає группы, ^.соответствующие устойчивым и неустойчивым режимам работы компрессора.
Для устойчивого режима, исходя.из.анализа методов исследова-
- и -ния периодически-- нестационарных процессов, ^основным был выбран последовательный метод анализа по сечениям, особенностью применения которого являлось формирование массива'-"выборочных данных- ;ги йсполъвование операторов усреднения.' ' ":'' '
Использовались три принципа формирования массива данных "пу
тем варьирования временными интервалами по одном реализации, реа
лизациями при заданном интервале и одновременно интервалами и ре
ализациями. 'Усреднение проводилось по времени и по номеру выбор
ки. -'' ' Г"
Старт измерений, осуществлялся с жесткой привязкой к элементам конструкции колеса. > '*
-' При реализации метода синхронного накопления^было выделено текущее математическое '-ожидание, что позволило сравнивать процессы' при различных расходах и была1показана- устойчивость этой характеристики.
Метод анализа по сечениям требовал значительное время для натоплений результатов, но при последующей обработке позволил получить текущие математическое ожидание,' дисперсию и третий центральный момент.
. Для анализа по сечениям били разработаны последовательный и параллельные методы и определены основные временные ограничения для получения ИХ в реальном времени.
Для неустойчивых режимов разработан метод условного"синхронного накопления, для которого аналитически*получены-оценки погрешностей, вызванных нестабильностью формирования старта анализа.
Проведенный спектральный и корреляционный 'Анализ показал наличие информативных признаков в виде спектральных"' соотношений и формы корреляционных функции, что позволило предложить методы Об-" наружения предпомпажного режима работы компрессора.
Проведенная оценка достоверности выявления неустойчивых ре
жимов показала возможность использования амплитудных и- спектраль
ных признаков. — "-.- -- '-Г !> <
В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ описан разработанный измерительного канала
(Ж) ИИС, состоящий из датчика давления, схем сопряжения, аппара
туры синхронизации и обработки.
Исходя из анализа'ИК, предназначенного для измерения аэродинамических параметров в компрессоре, основнім элементом определен датчик давленияї - измеряемые метрологические характеристики (MX) которого используются для доработок-конструкции if для построения
- їй -
блоков сопряжения. Для получения MX был выбран ИК, состоящий из
-датчика с' прЬшшлённш блоком питаними цифрового вольтметра/ Для
"данного' ИК были получены градировочные характеристики датчика,
оценены температурные погрешности, проведена отладка технологии
изготовления датчика, '' -:>>
' Для- измерения динамических погрешностей в ИК был включен : усилитель гй осциллограф. Данный ЙК с регистрацией переходных характеристик, задаваемых > в'" ударной трубе, позволил оценить качество конструкции датчиков и исследовать ИК с целью обеспечения требуемого подавления наводок при соединительных линиях до 15 м.
Для выбранных устройств первичной обработки' типа многоканальные анализаторы импульсов потребовалось разработка блоков согласования. Данный состав ИК использовался для разработки метода сквозной градуировки, определившего следующие особенности получения MX;
корректировка нуля перед и в процессе проведения эксперимента;
измерение коэффициента чувствительности датчика при реальном сигнале;
использование конструкции датчика для подачи образцового (компенсирующего) давления;
выбор точек градуировочной характеристики при измерении коэффициента чувствительности;
задание объема выборок; ''"''
выбор режима работы компрессора;
использование программных средств ввода коэффициентов;
выбор линейного участка характеристики;
контроль нулевого уровня и постоянной составляющей давления;
учет статистических погрешностей используемых ВХ при измерениях градуировочной характеристики.
Разработанное семейство датчиков давления использует интегральные полупроводниковые тензорезисторы в качестве чувствительных элементов давления (ЧЩ) с размерами мембраны от 1 до 3 мм2 и толщиной''от 10 до 40 мкм.
Конструкция и материал корпуса'датчиков обеспечивают неискаженную передачу давления на'ЧЙД, прочность и герметичность, возможность подачи образцового давления на работающий датчик. Шя уменьшения температурной погрешности датчика исследова-
-1.3 -лиоь способы крепления чад и способы питания.
Датчики давления имели следующие технические характеристики:
коэффициент чувствительности от 0,32 до 0,94 мВ/КПа;
изменение коэффициента чувствительности около 0,1 ж/град;
температурний дрейф начальной точки характеристики около 0,08 мВ/град. (
Л'инамтаескйё^ погрешности ; датчиков', определялись конечными размерами ЧЭД и особенностями 'взаимодействия с потоком. Экспериментально определялась собственная частота датчиков и степень успокоения. Взаимодействие оценивалось аналитически с применением машинного моделирования.Проведенные исследования позволили определите наивысшие частота турбулентности, различимые датчиком с задаваемой погрешностью, для различных окружных скоростей колеса. Важным результатом является отсутствие необходимости получения собственной частоты ЧЗД более 60 кГц. Полученные соотношения позволяют уточнить требования к разрабатываемым, ЧЭД .
Одновременно проведенные исследования влияния конструкции датчика на динамические погрешности позволили свести их до минимума.
При анализе влияющих величин, в качестве основных были опре
делены температура, наводки и нестабильности привода компрессора.
Для компенсации температуры и наводок,использовались схемные,,
конструктивны*- и Алгоритмические решения. Нестабильность: привода
ограничивает возможное время эксперимента и требует дополнитель
ной регулировки. . ..„;..
оценка результирующей погрешности ИК состоит из.аддитивной и мультпликативной составляющих и получена с учетом законов распределения источников, наличия систематической составляющей и приводится с доверительной вероятностью.
Полученные аддитивная составляющая погрешности не хуже 7 Z и мультипликативная не хуже 3 X. от номинального давления позволили более чем в Я раза повысить точность аэродинамического эксперимента в компрессоре.
В ШПОЙ ГЛАВЕ приводится описание разработанной ШО, реализующей выбранные методы измерения ЬХ случайных процессов в кош-рессоре.
Для решения задачи одновременного анализа периодической и случайной составляющих с помощью метода анализа по сечениям и расчета текущих ВХ ШС имеет следующую структурную схему (рисі):
Подсистема
градуировки
характеристики
Компрессор
Аналоговая подсистема!-- Визуальный контроль
Подсистема синхронизации
Подсистема предварительного накопления и обработки
Адаптер
Периферийные устройства
- дисплей
- НГМД
- НІВД
Рис 1..
Основными подсистемами являются: аналоговая, состоящая из
датчика, усилителя, устройства согласования, осциллографа; граду
ировки характеристики, состоящая из манометров и вольтметра;
синхронизации, состоящая из отметчика оборотов, устройств задерж
ки, формирователей массивов и аапуска; предварительного накопле
ния и обработки, состоящая из многоканальных амплитудных анализа
торов (Ай); вторичной обработки и представления результатов на
ЭВМ с соответствующим программным обеспечением и периферийными
устройствами. ' "
Исследования проводились на компрессоре стенда'ЭЦК-1 кафедры компрессоростроения О-Ш'ТУ с максимальной окружной скоростью до ШОм/с. Датчики размещались в покрывающем диске диффуаора.'Усилите-ли,схемы сопряжения, питание, формирователи размещались в стойке.
Отметка оборотов формировалась с помощь»;'полупроводникового 'лазера и отметки :нач валу колеса. Для" формирователей и; задержки использовались промышленные реверсивные счетчики и делители.
' "'Многоканальные Ш (АИ-12В, АИ-2Ь6) использовались в'режимах амплитудного анализа для метода анализа по сечениям и'"'в 'режиме синхронного накопления для условных методов анализа.
- ЇЙ - ..,-:.-
Данная конфигурация ШС обеспечила полупение метрологических характеристик ИК, получение первичной измерительной информации, отработку оиихрониза-Щи и проверку предложенных методов анализа. Основная сложность проведения исследования заключалась, во вторичной обработке и получении текущих характеристик.
Расширение функциональных возможностей Шло достигнуто применением УНО-40%-90, тлеющем на входе блок аналого-цифрового преобразования с временем преобразования 5 мкс. В данной конфигурации реализовывались режимы цифровой записи, синхронного накопления и вероятностного анализа. ЛИ обеспечил вывод на трехмерный графический дисплей и связь с микро- и мини-ЗВМ.
Так ісак АИ является специализированным с жесткой программой управления устройством',''"реализация разработанных методов привела к расширению номенклатуры используемых приборов, что ограничивало возможности эксперимента.
Важной особенностью проведения исследований являлся поиск соотношения аппаратных и программных средств. Разработанные программы можно разделить на программы реального времени, управляющие вводом и выводом, режимами измерений и первичной обработки,и программы режима с разделением времени спектрального анализа, расчета текущих характеристик, графического представления результатов эксперимента и вторичной обработки и их документирования.
Небходимость получения одновременно информации с нескольких датчиков при енєшнєй синхронизации, значительные временные диапазоны перестройки управления режимов измерения и реальный масштаб времени вызвали разработку измерительного интерфейса, имеющего следующие основные принципы организации:
синхронный и асинхронные протоколы обмена данными пословно или блоками произвольной длины;
регистрово-ориентированная архитектура;
внешняя синхронизация;
системный пуск, останов, продолжение и сброс периферийных устройств;
системная синхронизация с управлением от таймера;
прием данных через буферное запоминающее устройство;
адресное-накопление гистограмм;
развитая: система прерываний и арбитража.
Управляющая 5ВМ может иметь системную шину в стандартах UNIBUS и Q; - bus или-внешнюю-шину SCSI-2. Этим охватывается широ-
кий круг микро-, мини- и"ПЭВМ.
Предложенные принципы построения интерфейса позволили разработать ряд контроллеров и блоков, решающих широкий круг задач и имеющий различную мощность И конструктивное исполнение. Возможность адаптации обусловлена внутренней двунаправленной шиной данных, на которую можно подключать произвольное количество регистров и тем самым изменять разрядность шин адреса и данных.
Принципы управления, формат шин и их электрические характер
рнстики позволяют использовать в качестве периферийных устройств
простейшие устройства ввода,аналоговой информации ряіа,;АЩІ.;и уст
ройства с шщюгфограмшшм управлением, включая-гблокикстандарта
"Вектор". "'." ...-.. v.-, :, Vs-
Одновременно были разработаны следующее принципы настраивае-мости интерфейса, позволяющие сокращать сроки разработки систем и повышать"надежность эксплуатации:
магистрального построения;
наращиваемости числа и форматов регистров и системных шин;
унификации устройств и регистров;
обеспечения программного доступа к шинам адреса и данных;
совместной отладки программных и аппаратных средств; -пошаговой проверки программ; .
'" - циклического пуска программ и управляющих сигналов;
- наращиваемости системы формирования векторов прерывания.
''Принципы используют автоматизацию отладки и программные
средства для формирования тестов и управления. Принципы реализуются^ ;наэтапах моделирования блоков, отладки разработанной аппаратуры й использования ИКС.
Проведенный метрологический анализ ИИС с учетом аппаратурных, >;методичёских и статистических погрешностей определил предельные возможности реализации методов и ограничения по измеряемым характеристикам.
В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ проводится анализ полученных с помощью разработанной ИИС характеристик устойчивых и неустойчивых режимов работы компрессора, позволяющих проводить анализ структуры потока и диагностику режимов. .,,,
Экспериментальные исследования состояли в получении временных диаграмм процессов, измерении амплитудных и частотных характеристик в режимах реального и с разделением времени. -
' Для устойчивого режима работы компрессора основными ВХ явля-
- V? -
лись текущие математическое ожидание, дисперсия и третий центральный момент.
При измерениях использовалась синхронизация от отметчика оборотов, оЬеопечиващук.1 точную пространственную привязку к элементам колеса, и от сигналов датчика.
Проведенные исследования при синхронизации от сигналов датчика подтвердили надежность получения текущего математического ожидания и приемлемую точность измерения текущей дисперсии. ,
Критериями качества полученных результатов явились следующие
поканатели: ..'.. .', ...
совпадение сходных точек потока для-ближайших' каналов не хуже 5 %;'."' '' ' \ '.',.
независимость относительных характеристик от частоты вращения, числа лопаток и других условий измерений;
сравнение абсолютных измеренных параметров с показаниями манометров;
- независимость от условий формирования и величины массива.
Один иэ результатов измерений последовательним методом ана
лиза по сечениям приводится на рис.й для оптимального расхода.
График построен в осях: относительная координата канала ко
леса (f) - давление (Р) - накопленная частность { nj(P) ). Пер
вая и одиннадцатая гистограмма соответствуют сходным точкам пото
ка. .. . . . . .
. Рассчитанные по накопленным гистограммам первые три текущие моменты при максимальном, оптимальном и менее оптимального расхо-
дах приводятся на рис.У: X
t'
максимальный
оптимальный
— -. — менее оптимального
Рису
Полученные результаты позволяют давать объективные характеристики сложного течения типа струя-след за колесом.
Аналогичные результаты,были подучены для различных окружных скоростей, числа лопаток колеса и положения датчика по диффузору.
При инмернении характеристик вращающегося срыва были решены оледущие основные задачи:
получены оценки рачмаха иди максимального значения периодических пульсаций;
получен амплитудный спектр в низкочастотной области.
Надежность оценок обеспечивалась выбором параметров реализаций (длительность, шаг дискретизации), видом синхронизации и использованием предварительного синхронного накопления.
Основные результаты спектрального анализа сигнала, соответствующего вращающемуся срыву, показали устойчивость Форш спектра для различных окружных скоростей, увеличение ширины спектра при удалении датчика от колеса и устошіивое отношение между некоторыми гармониками.
Полученные характеристики позволили уточнить требования к устройствам диагностики компрессора и разработать спектральные,. корреляционный и амшштиудный методы защиты. Все методы ориентированы на цифровую обработку сигналов.
Проведенные экспериментальные исследования подтвердили обоснованность выбранных моделей нестационарных процессов в проточной части компрессора и обеспечение требуемых погрешностей измерений.