Диссертация (Разработка методик и аппаратуры для технической диагностики промышленного оборудования с применением волоконно­оптического телеметрического комплекса)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ"МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"На правах рукописиСимонов Максим АндреевичРАЗРАБОТКА МЕТОДИК И АППАРАТУРЫ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОЙДИАГНОСТИКИ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ СПРИМЕНЕНИЕМ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСАСпециальность: 05.11.07 – Оптические и оптико-электронныеприборы и комплексыДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,профессор Кондратенко В. С.Москва – 20162Введение ..........................................................................................................................

6ГЛАВА 1. Обзор и анализ современных методик и аппаратуры длятехнической диагностики промышленных объектов ............................................... 161.1.Обзорметодикитехническойдиагностикипромышленногооборудования с использованием электронных средств ...........................................

161.1.1. Метод измерения температуры термометром сопротивления ...................... 161.1.2. Метод измерения температуры термистором ................................................. 171.1.3. Метод измерения деформации тензорезистором............................................ 181.2.Анализметодикииаппаратурытехническойдиагностикипромышленного оборудования с использованием волоконно-оптическихсредств ...........................................................................................................................

211.2.1. Методы распределенной технической диагностики .................................... 221.2.2. Методы локальной и квазираспределенной технической диагностики ..... 241.2.3. Аппаратура для локальной и квазираспределенной техническойдиагностики с использованием волоконно-оптических средств ............................ 311.2.4. Выводы и постановка задачи исследований ................................................... 40ГЛАВА 2. Теоретические исследования квазираспределенной волоконнооптической методики определения температуры и деформации и разработкаалгоритмов обработки измерений ..............................................................................

422.1. Волоконно - оптические решетки Брэгга и их основные параметры .............. 422.2.Теоретическиеисследованияметодикнахожденияспектровчувствительных элементов ВОД ................................................................................ 462.1.1. Методика разбиения на спектральные интервалы ......................................... 472.1.2. Методика установления пороговых параметров пика ВБР ........................... 492.1.3.

Методика, основанная на установлении общего числа резонансныхпиков .............................................................................................................................. 502.1.4. Методика, основанная на задании приблизительного положениярезонансных пиков .......................................................................................................

512.1.5. Вывод по теоретическому исследованию методик нахождения спектровчувствительных элементов ВОД ................................................................................ 5132.2. Разработка алгоритма обработки спектров чувствительных элементовВОД ................................................................................................................................ 522.2.1. Алгоритм отыскания РДВ ВБР, основанный на умножении спектра нанечетную функцию ...................................................................................................... 542.2.2.

Алгоритм отыскания РДВ ВБР, основанный на аппроксимациимодельным спектром ................................................................................................... 562.3. Исследование влияния температурного и деформационного воздействияна ВБР ВОД...................................................................................................................

572.3.1.Исследованиевлияниятемпературногоидеформационноговоздействия на ВБР ВОД при изоляции одного из воздействий ............................ 582.3.2.Исследование одновременного температурного и деформационноговоздействия на ВБР ВОД.............................................................................................

592.4. Разработка методики расчета внешнего воздействия на ВБР .......................... 612.5. Выводы ................................................................................................................... 63ГЛАВА 3.Разработка технического задания на волоконно-оптическийтелеметрический комплекс (ВоТК) иэкспериментальные исследованияприменения волоконно-оптической методики измерения температуры идеформации производственных объектов ................................................................. 643.1.Техническоезаданиенаволоконно-оптическийтелеметрическийкомплекс ........................................................................................................................ 643.1.1.

Техническое задание на унифицированный регистрирующий модуль(УРМ) ............................................................................................................................. 643.1.2.Техническиехарактеристикиволоконно-оптическогодатчикатемпературы (ВОДТ) и деформации (ВОДД) ........................................................... 693.1.4. Требования к испытаниям ВоТК ...................................................................... 703.2.

Принцип действия и конструктивные особенности ВоТК ............................... 743.2.1. Принцип действия и конструктивные особенности УРМ ............................. 763.2.2. Принцип действия и конструктивные особенности ВОДТ ........................... 803.2.3. Принцип действия и конструктивные особенности ВОДД ........................... 863.2.4.

Конструктивные особенности волоконно-оптических соединений ............. 9143.3. Экспериментальные исследования применения волоконно-оптическойметодики измерения температуры и деформации производственных объектов .. 943.3.1. Экспериментальные исследования характеристик датчика температуры ... 943.3.2. Экспериментальные исследования характеристик датчика деформациии выбор схемы измерения ........................................................................................... 983.4.

Выводы ................................................................................................................. 108ГЛАВА4.Метрологическиетелеметрическогокомплексаииспытанияапробацияволоконно-оптическогоегонадействующихпроизводственных объектах...................................................................................... 1094.1. Метрологические испытания волоконно-оптического телеметрическогокомплекса ....................................................................................................................

1094.1.1. Методика проведения испытаний .................................................................. 1094.1.2. Калибровка и проверка датчиков температуры ............................................ 1174.1.3. Калибровка и проверка датчиков деформации ............................................. 1224.1.4. Испытания унифицированного регистрирующего модуля ......................... 1274.2. Апробация ВоТК на действующих производственных объектах .................. 1294.2.1.

Апробация ВоТК на объекте коксования нефтепродуктов ОАО«Газпромнефть-ОНПЗ» ............................................................................................. 1294.2.3. Апробация ВоТК для решения задач ОАО «Концерн «Океанприбор» ..... 1324.3. Альтернативные области применения разработанной методики сприменением волоконно-оптических средств ........................................................ 1344.3.1. Волоконно-оптический термометр.................................................................

1344.3.2. Устройство измерения показателя преломления .......................................... 1364.3.3. Волоконно-оптический торцевой датчик давления...................................... 138Выводы ........................................................................................................................ 142Заключение ................................................................................................................. 144Список использованной литературы........................................................................ 148Приложение1.Результатыаттестацииразработанноговолоконно-оптического телеметрического комплекса .............................................................. 1585Приложение2.Актыиспользованиярезультатовдиссертационныхисследований ..............................................................................................................

167Приложение 3. Патенты на изобретение и полезную модель ............................... 1706ВведениеВ результате эксплуатации промышленных объектов возникаютразрушения конструкций из-за образования и роста дефектов, либо потериустойчивости. Причинами данных проблем являются напряжения материаловв конструкции объекта [78].Посколькуконструкцийсозданиеидеальныхневозможно,возникаютпоформеравнонапряженныхнеравномерностираспределениянапряжений в стенках промышленных объектов. Рост напряженностиконструкций приводят кобразованию зон повышенных напряжений ивозникновениюповышенныхобластейпластическихдеформацийинапряжений, которые могут привести к потере устойчивости конструкции.Концентрация напряжений приводит к появлению и росту дефектов,являющихся одной из главных причин производственных аварий.Распространены случаи работы промышленных объектов в условияхотличия собственной температуры от температуры окружающей среды, а также неравномерного распределения температур в различных зонах объекта.Изменение температуры по поверхности или объему материала объектаприводит к объемному расширению или сжатию материала.Неравномерность распределения температурного поля в объектепровоцируетвозникновениеперенапряженийвразличныхчастяхконструкции объекта, что неизбежно приводит к их повреждению [85].Повреждаемостъ - это процесс необратимых изменений в материалепод действием напряжений и деформаций в условиях перепада температур.Изменяется структура материала в результате деформаций по границам зерени сдвигов внутри зерен, их дробления, образования двойников, процессовразрыхления в результате образования вакансий и микроскопическихразрывов.