Назначение
Система автоматизированная измерения, управления и обработки параметров газотурбинных двигателей «ПАРУС-М5» (АС «ПАРУС-М5»), № 01 (далее - Система) предназначена для измерений параметров газотурбинных двигателей (ГТД): частоты вращения роторов, температуры, избыточного давления и разности давлений жидкостей и газов, массового расхода топлива, параметров вибрации при проведении испытаний на испытательном стенде № 5.
Описание
Архитектура построения Системы - многоуровневая.
Нижний уровень Системы состоит из первичных измерительных преобразователей (ПИП), а так же станций сбора данных (ССД), предназначенных для измерения и регистрации параметров испытуемого изделия и технологического оборудования, выдачи управляющих сигналов на исполнительные устройства стендовых систем по заранее заданным алгоритмам.
Верхний уровень Системы - это:
- сервера сбора данных, предназначенные для приема и объединения информационных потоков от ССД, обработки и регистрации параметров, передачи и хранения полученных данных, выдачи управляющих команд в ССД для выполнения заданных функций;
- автоматизированные рабочие места (АРМ) персонала, предназначенные для обработки полученных данных, визуализации значений параметров на экране мониторов, записи на диск.
Принцип действия Системы основан на:
- преобразовании измеряемых физических величин (массового расхода топлива, давления газов и жидкостей, вибрации корпусов двигателя) в электрические сигналы при помощи ПИП;
- преобразовании электрических сигналов датчиков в цифровой код и вычисление значений измеряемых физических величин комплексами измерительно-вычислительными типа MIC (Госреестр № 20859-09) исполнения MIC-036R, комплексами измерительными магистрально-модульными типа MIC-M (Госреестр № 46517-11), НПП “Мера”;
- передачи результатов измерений по сети Ethernet от ССД на верхний уровень Системы;
- регистрации результатов измерений параметров на диске с одновременным выводом их на мониторах Системы.
Обмен информацией и командами между ССД, серверами и операторскими станциями АРМ, входящими в состав Системы, осуществляется по вычислительной сети Ethernet.
Программное взаимодействие между ССД и серверами в сети осуществляется посредством стандартного протокола OPC (OLE for Process Control).
Система является изделием с переменным составом измерительных каналов, который определяется исходя из поставленной измерительной задачи. В состав системы входят следующие измерительные каналы:
- частоты вращения роторов;
- массового расхода топлива;
- давлений воздуха (газов) и жидкости;
- температуры воздуха (газов) с применением термоэлектрических
преобразователей ТХА и ТХК;
- температуры воздуха, жидкости с применением термопреобразователей
сопротивления с номинальными статическими характеристиками Pt100, 100П, 100М;
- виброскорости (виброускорения) корпусов двигателя.
Конструктивно Система представляет собой стойки с аппаратурой, соединённые через кроссовые шкафы с датчиками физических величин, расположенными на испытуемом изделии и стендовом оборудовании.
Система работает следующим образом.
Принцип измерения частоты вращения роторов основан на законе электромагнитной индукции. Вращение ротора ГТД через редуктор передается к индуктору, “зубья” которого, при прохождении в непосредственной близости от торца постоянного магнита датчика типа ДЧВ-2500 (ДЧВ-18М), установленного непосредственно на испытуемом изделии, изменяют магнитный поток его сердечника и наводят ЭДС индукции в обмотках. На выходе датчика генерируется напряжение с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора ГТД. Электрический сигнал датчика частоты вращения поступает на вход Системы, которая нормирует импульсы сигнала по амплитуде и форме, преобразует частоту импульсных сигналов в цифровой код и вычисляет ее значение, а затем по формуле вычисления физической величины - значение частоты вращения ротора.
Измерение массового расхода топлива осуществляется с помощью Счетчика-расходомера массового Micro Motion (Госреестр № 45115-10), который состоит из сенсора типа CMF-100, микропроцессорного преобразователя (датчика) типа RFT 9739 и соединительного кабеля. Принцип измерения массового расхода топлива основан на эффекте Кориолиса. Поступательное движение топлива по U-образной трубке сенсора типа CMF-100, колеблющейся с постоянной частотой, приводит к появлению силы Кориолиса. Эта сила вызывает поперечные колебания входной и выходной сторон сенсорной трубки и, как следствие, фазовые смещения их частотных характеристик, которые преобразуются микропроцессорным датчиком типа RFT 9739 в импульсные сигналы с частотой, пропорциональной массовому расходу топлива. Система нормирует импульсы сигнала по амплитуде и форме, преобразует частоту импульсных сигналов в цифровой код и вычисляет ее значение, а затем по формуле вычисления физической величины - значение массового расхода топлива.
В измерительных каналах давления воздуха (газов) и жидкостей преобразование измеряемых физических величин в унифицированный сигнал постоянного тока осуществляется с помощью датчиков типа РПГ-08 (Госреестр № 32045-06), МИДА-13П (Госреестр № 17636-06), преобразователей давления измерительных типа EJX (Госреестр № 28456-09), датчиков давления типа DMP (Госреестр № 44736-10). Принцип действия указанных измерительных каналов основан на зависимости выходного сигнала постоянного тока датчиков давления от воздействия измеряемого давления на чувствительный элемент датчика. Выходной сигнал датчика поступает на вход комплекса типа MIC. Система преобразует силу постоянного тока в цифровой код, вычисляется значение силы, а затем по индивидуальной функции преобразования измерительного канала - значение измеряемого давления.
Для измерения давления воздуха (газов) применяется также интеллектуальный сканер давления модели 9116 системы NetScanner (далее - NS 9116), фирмы Pressure Systems Incorporated, который представляет собой полностью автономное многоканальное устройство измерения дифференциального давления. С выхода NS 9116 информация с результатами измерения давлений передаётся по протоколу Ethernet через блок коммутационный МБР на ССД, где обрабатывается с помощью программного обеспечения Recorder.
Принцип действия измерительных каналов температуры воздуха (газов) и жидкостей заключается в преобразовании электрических аналоговых сигналов, поступающих от
Лист № 3
Всего листов 9 термоэлектрических преобразователей (ТП) и термопреобразователей сопротивления (ТС), в цифровой код и дальнейшей их обработке с помощью программного обеспечения Recorder.
Преобразование выходного сигнала ТП основано на зависимости термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) термопары от разности температур между «горячими» и «холодными» спаями. Измерение ТЭДС, температуры «холодного» спая ТП осуществляется с помощью комплексов типа MIC-M исполнения MIC-140.
Преобразование выходного сигнала ТС основано на зависимости изменения сопротивления ТС от температуры среды. Сигнал, пропорциональный изменению сопротивления, поступает на вход Системы, в котором преобразуется в цифровой код и вычисляется значение сопротивления, а затем по номинальной статической характеристике преобразования ТС типов Pt100, 100П, 100М - значение температуры.
Принцип действия измерительного канала виброскорости (виброускорения) основан на использовании вибропреобразователей типа МВ-43 (Госреестр № 16985-08), преобразующих механические колебания корпусов ГТД в электрический заряд, пропорциональный виброускорению. Электрические заряды переменной частоты от вибропреобразователя поступают на вход комплекса типа MIC-M исполнения MIC-236 и преобразуются с помощью усилителя заряда в напряжение. Выходное напряжение усилителя заряда, пропорциональное виброускорению корпуса ГТД, импульсные сигналы от датчиков частоты вращения с частотой, пропорциональные частоте вращения роторов ГТД, поступают на вход комплекса типа MIC-M исполнения MIC-553 PXI и преобразуются в цифровой код. Система с помощью программного обеспечения MR-300 вычисляет значения амплитуды измеряемых напряжений, а затем с учетом индивидуальных характеристик измерительных каналов:
- амплитудное значение виброускорения корпуса двигателя;
- частота оборотов роторов двигателя в секунду;
- амплитудное значение виброскорости корпуса двигателя в привязке к частотам вращения его роторов.
Программное обеспечение
Программное обеспечение Системы включает общее программное обеспечение и специальное программное обеспечение.
В состав общего программного обеспечения входит операционная система MS Windows XP/Vistа.
В состав специального программного обеспечения входят:
- “Recorder” - программа для проведения измерений медленноменяющихся
сигналов;
- “MR-300” - программа для проведения измерений динамических сигналов;
- “rcPanel” - программа пульта управления испытаниями;
- “Парус-WIN” - пакет программ подготовки и проведения испытания (ПО
клиентской части Системы).
Метрологически значимой частью специального ПО является метрологический модуль, имеющий следующие характеристики.
| Идентификационное наименование программного обеспечения | Номер версии (идентификационный номер программного обеспечения) | Цифровой идентиф икатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) | Другие идентификационные данные | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора программного обеспечения |
| MERA Recorder (scales.dll) | 1.0.0.8 | 24CBC163 | MR-300 Recorder | CRC32 по IEEE 1059-1993 |
Лист № 4
Всего листов 9
Уровень защиты ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню С по МИ 3286-2010.
Технические характеристики
Диапазоны измерений и значения пределов погрешностей измерительных каналов
Системы приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Метрологические характеристики
| Наименование измеряемого параметра | Количество измерительных каналов | Диапазон измерений | Пределы допускаемой погрешности измерений |
| Частота вращения роторов, об/мин | 2 | от 500 до 17000 | ± 0,1 % (относительная) |
| Массовый расход топлива, кг/ч | 1 | от 0 до 8200 | приведенная ± 0,3 % в диапазоне измерений от 0 до 0,5^Ymax относительная ± 0,3 % в диапазоне измерений от 0,YYmax до Ymax |
| Температура воздуха (газов) по тракту ГТД, °С (К) | до 96 | от минус 40 до 1300 (от 233 до 1573) | ± 0.6 °С (К) (абсолютная) |
| до 14 | от минус 40 до 50 (от 233 до 323) | ± 0,15 °С (К) (абсолютная) |
| Температура рабочих жидкостей (топлива, масла), °С | 2 | от минус 50 до 250 | ± 0,3 °С (абсолютная) |
| Избыточное давление-разрежение воздуха (газов) по тракту ГТД, кгс/см2 | до 52 | от минус 0,5 до 45 | приведенная ± 0,3 % в диапазоне измерений от 0 до 0,5^Ymax относительная ± 0,3 % в диапазоне измерений от 0>Ymax до Ymax |
| 1 | от 0 до 40 | ± 0,5 % (приведенная) |
| Разность давлений воздуха, мм вод. ст. | 4 | от 0 до 120 | ± 5 мм вод. ст. (абсолютная) |
| 2 | от 0 до 2000 | приведенная ± 0,3 % в диапазоне измерений от 0 до 0,5^Ymax относительная ± 0,3 % в диапазоне измерений от 0>Ymax до Ymax |
| Избыточное давление жидкостей (масла, топлива), кгс/см2 | 3 | от 0 до 150 | ± 1,0 % (приведенная) |
| Виброскорость корпусов и деталей ГТД (при вибрациях с частотами роторов), мм/с | 4 | от 0 до 100 | по амплитуде ± (10,0 - 12,0) % (приведенная) |
| Примечание -Ymax - значение диапазона измерений. |
Технические характеристики приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение характеристики |
| Напряжение питания от сети переменного тока частотой (50 ± 1) Гц, В | от 187 до 242 |
| Потребляемая мощность, ВА, не более | 6000 |
| Условия эксплуатации в кабине наблюдения и управления: - температура окружающего воздуха, оС - относительная влажность воздуха при температуре 25 оС, % - атмосферное давление, мм рт. ст. | от 15 до 30 до 80 от 700 до 800 |
| Условия эксплуатации в закрытом испытательном боксе: - температура окружающего воздуха, оС - относительная влажность воздуха при температуре 25 °С - атмосферное давление, мм рт. ст. | от минус 40 до 50 до 100 % от 700 до 800 |
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится на эксплуатационную документацию типографским способом.
Комплектность
Комплектность средства измерений приведена в таблице 3. Таблица 3 - Комплектность Системы
| № п/п | Наименование | Кол-во, шт. | Примечания |
| 1 | Сервер сбора данных | 1 | |
| 2 | Станция сбора данных | 4 | |
| 3 | Расходомерный комплект ELITE: сенсор CMF-100 c преобразователем RFT9739, подразделения Micro Motion фирмы Emerson Process Management | 1 | |
| 4 | Сканер давления модели 9116 системы NetScanner™, фирмы Pressure Systems Incorporated | до 12 | Серийные номера: 7452, 7426, 7427, 7370, 7453,7388, 7450,7418, 7394, 7414, 7415, 7446 |
| 5 | Датчик давления типа DMP, ООО "БД СЕНСОР РУС", г. Москва | до 4 | |
| 6 | Преобразователь дифференциального давления типа EJX110A фирмы “Yokogawa Electric Corporation”, Япония | 2 | |
| 7 | Преобразователь избыточного давления типа EJX530A, фирмы “Yokogawa Electric Corporation”, Япония | 3 | |
| 8 | Преобразователь избыточного давления типа МИДА-13П-В, ЗАО МИДАУС, г. Ульяновск | 3 | |
| 9 | Датчик избыточного давления типа РПГ-08-И, ООО "Сенсор", г. Москва | до 4 | |
| 10 | Измерительно-вычислительный комплекс типа MIC-036R, НПП “Мера”, г. Мытищи | до 2 | |
| 11 | Комплекс измерения температур магистрально-модульный типа MIC-140, НПП “Мера”, г. Мытищи | до 2 | |
| 12 | Комплекс измерительный магистрально-модульный типа MIC-553 PXI, НПП “Мера”, г. Мытищи | 1 | |
| 13 | Комплекс измерительный магистрально-модульный типа MIC-236, НПП “Мера”, г. Мытищи | 1 | |
| 14 | Сетевой сервер LANTIME, фирмы “Meinberg”(Германия) | 1 | |
| 15 | Блок синхронизации МЕ-020В, НПП “Мера”, г. Мытищи | 2 | |
| 16 | Блок питания постоянного тока БП96/24-1/600 DIN, НПО “Элемер”, г. Москва, г. Зеленоград | до 5 | |
| 17 | Распределительный блок МБР, НПП “Мера”, г. Мытищи | до 4 | |
| 18 | Переключатель 8 портовый KVM ADDERView 8 PRO DVI, фирмы ADDER, Китай | 1 | |
| 19 | Источник бесперебойного питания 220 В | 4 | |
| 20 | Коммутатор Ethernet | 3 | |
| 21 | Системный шкаф DK 7820 710, фирмы Rittal, Германия | 3 | |
| 22 | Кроссовый шкаф TS 8, фирмы Rittal, Германия | 5 | |
| 23 | Программа для проведения измерений медленноменяющихся сигналов “Recorder”, НПП “Мера”, г. Мытищи | 1 | |
| 24 | Программа для проведения измерений динамических сигналов “MR-300”, НПП “Мера”, г. Мытищи | 1 | |
| 25 | Пакет программ подготовки и проведения испытаний, “ПАРУС-WIN”, ОАО “Авиадвигатель”, г. Пермь | 1 | |
| 26 | Комплект эксплуатационной документации | 1 | |
| 27 | Методика поверки | 1 | |
Поверка
осуществляется в соответствии с документом МП 57309-14 «Система автоматизированная информационно-измерительная управления и обработки параметров газотурбинных двигателей «ПАРУС-М5» (АС «ПАРУС-М5»). Методика поверки», утвержденным ФБУ «Пермский ЦСМ» 13.12.2013 и входящей в комплект поставки.
Средства поверки приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Средства поверки Системы
| Наименование и тип | Диапазон измерений | Класс точности, пределы допускаемой погрешности |
| Микроманометр МКВ-250 | от минус 250 до 250 мм вод. ст. | КТ 0,02 |
| Задатчик избыточного давления «Воздух-2,5» | от 0,01 до 2,5 кгс/см2 | КТ 0,02 |
| Манометр избыточного давления грузопоршневой МП-6 | от 0,1 до 6 кгс/см2 | КТ 0,05 |
| Манометр избыточного давления грузопоршневой МП-60 | от 1 до 60 кгс/см2 | КТ 0,05 |
| Манометр избыточного давления грузопоршневой МП-600 | от 10 до 600 кгс/см2 | КТ 0,05 |
| Калибратор давления пневматический «Метран 504 Воздух-П» | от 0,4 до 10 кгс/см2 | КТ 0,02 |
| Магазин сопротивлений Р4831 | от 0,01 до 111111,11 Ом | КТ 0,02 |
| Калибратор многофункциональный TRX-IIR | (0 - 20) мА | ПГ ± 0,05 % |
| Калибратор-измеритель унифицированных сигналов эталонный ИКСУ-2000 | от минус 10 до 100 мВ | ПГ ± (740-5JU| + 3) мкВ |
| Генератор сигналов низкочастотный прецизионный Г3-122 | от 0,001 до 1999999,999 Гц | ПГ ± 5J0 7 |
| Вибратор калибровочный портативный 9100D | Амплитудный диапазон виброускорений (на 100 Гц) от 0 до 196 м/с2, диапазон частот от 7 до 10000 Гц | Расширенная неопределенность (k=2, р=0,95) измерения виброускорения в диапазонах частот: (30 - 2000) Гц, ПГ ± 3,0 %, (7 - 10000) Гц, ПГ ± 15 % |
| Мера электрической емкости Р597/7 | 1000 пФ | КТ 0,05 |
| Универсальный калибратор-вольтметр В1-28. | Диапазоны воспроизведения напряжения переменного тока: 0,1; 1,0; 10,0 В. Диапазоны воспроизведения напряжения постоянного тока: 10,0; 100,0; 1000,0 В. | Пределы допускаемой основной погрешности генерации напряжения переменного тока ± (% от U + % от Uk) : 0,06 + 0,02 (диапазон 0,1 В); 0,06 + 0,01 (диапазон 1,0 В); 0,06 + 0,005 (диапазон 10,0 В), где U -воспроизводимое значение напряжения, ик - верхний предел установленного диапазона. Пределы допускаемой основной погрешности выдачи напряжения постоянного тока ± (% от U + % от Uk): 0,003 + 0,003 (диапазон 10 В); 0,004 + 0,003 (диапазон 100 В); 0,0044 + 0,001 (диапазон 1000 В), где U - воспроизводимое значение напряжения, ик - верхний предел установленного диапазона. |
| Термометр ртутный стеклянный | от 0 до 55 °С | Цена деления не более 1 °С, метрологические характеристики согласно ГОСТ 28498-90 |
| Гигрометр психрометрический ВИТ-2 | (16 - 40)°С (10 - 100)% | ПГ ± 0, ПГ ± 6 % |
| Измеритель давления специальный ИДС-1-1 | (700 - 800) мм рт. ст. | ПГ ± 0,35 мм рт. ст. |
Сведения о методах измерений
Методика (метод) измерений содержится в руководстве по эксплуатации на Комплексы измерительно-вычислительные типа «MIC», Комплексы измерительные
магистрально-модульные типа «MIC-M».
Нормативные документы
1 ГОСТ 8.596-2002 «ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения».
2 ОСТ 1 01021-93. «Отраслевой стандарт. Стенды испытательные авиационных газотурбинных двигателей. Общие требования».
3 Комплекс измерительно-вычислительный типа «MIC». Руководство по эксплуатации.
4 Комплекс измерительный магистрально-модульный типа «MIC-M». Руководство по эксплуатации.
Рекомендации к применению
при выполнении работ по оценке соответствия промышленной продукции и продукции других видов, а также иных объектов установленным законодательством Российской Федерации обязательным требованиям.
