СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВАЛА ИЛИ ВАЛОПРОВОДА РОТОРНОЙ МАШИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТАКТНЫХ ДАТЧИКОВ АБСОЛЮТНОЙ ВИБРАЦИИ
SYSTEM TO DIAGNOSE TECHNICAL CONDITION OF SHAFT OR SHAFTING OF ROTOR MACHINE USING CONTACT SENSORS OF ABSOLUTE VIBRATION

Область использования
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при эксплуатации и ремонте энергетических турбоагрегатов и другого подобного оборудования для диагностирования технического состояния контролируемого вала или валопровода турбоагрегата.
Предшествующий уровень техники
Известна принятая в качестве прототипа заявляемого изобретения система диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, содержащая закрепленные на валу ротора машины по меньшей мере два контактных датчика абсолютной вибрации и по меньшей мере одно устройство согласования сигналов указанных датчиков, подключенное к считывающему устройству (Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 7919-1-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Общие требования. Дата введения 2000-07-01. Приложение С, рис. С.2).
Техническое решение по осуществлению диагностирования роторных машин с использованием контактных датчиков абсолютной вибрации позволяет осуществлять измерения с высокой точностью на малой частоте вращения и даже на неподвижном роторе (валопроводе). Описанная в том же источнике информации система диагностирования с использованием бесконтактных датчиков на малых частотах вращения не обеспечивает необходимую точность измерений, а на остановленном роторе вообще не может быть использована, так как для измерения необходимо перемещение вала относительно датчика.
Раскрытие изобретения
Задачей полезной модели является повышение представительности и точности результатов диагностирования состояния валов или валопроводов роторных машин, а техническим результатом - обеспечение возможности получения от контактных датчиков информации о параметрах крутильных колебаний в валах и валопроводах роторных машин при высокой точности и надежности обработки измерительной информации. Побочным техническим результатом изобретения является обеспечение возможности выделения из общего вибрационного сигнала характеристик не только крутильных, но и изгибных колебаний.
Указанные задача и перечисленные технические результаты обеспечиваются тем, что при осуществлении системы диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, содержащей закрепленные на валу ротора машины по меньшей мере два контактных датчика абсолютной вибрации и по меньшей мере одно устройство согласования сигналов указанных датчиков, подключенное к считывающему устройству, согласно изобретению устройства согласования сигналов и считывающее устройство также закреплены на валу указанного ротора, датчики установлены в плоскости измерений перпендикулярно диаметральной оси поперечного сечения вала, а устройство считывания снабжено портом флэш-карты цифровой памяти для автоматической записи на нее результатов измерений, и система дополнительно содержит снабженный аналогичным портом отдельный аппаратурно-программный блок для проведения детальной обработки результатов измерений в соответствии с техническим заданием на диагностирование. При этом число датчиков в плоскости измерений предпочтительно является четным, а каждый датчик составляет пару с другим аналогичным датчиком, расположенным на той же диаметральной оси с противоположной стороны вала.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками заявляемого изобретения и достигаемыми техническими результатами состоит в том, что закрепление устройства согласования сигналов и считывающее устройство не отдельно от ротора, а вместе с датчиками на диагностируемом валу позволяет упростить и, следовательно, повысить надежность передачи информации от датчиков считывающему устройству. Установка датчиков в плоскости измерений перпендикулярно диаметральной оси поперечного сечения вала обеспечивает возможность четкого выявления характеристик крутильных колебаний. Снабжение устройства считывания портом флэш-карты цифровой памяти для автоматической записи на нее результатов измерений позволяет ограничить программирование считывающего устройства минимумом операций, достаточных только для записи информационного сигнала, а оборудование системы диагностирования снабженным аналогичным портом отдельным аппаратурно-программным блоком для проведения детальной обработки результатов измерений в соответствии с техническим заданием на диагностирование позволяет применить мощные средства программирования для обработки измерительной информации вплоть до передачи этой информации по Интернету в любой вычислительный центр, что обеспечивает высокую надежность, точность и представительность результатов диагностирования. Четное число датчиков в плоскости измерений и то, что каждый датчик составляет пару с другим аналогичным датчиком, расположенным на той же диаметральной оси с противоположной стороны вала, обеспечивает отдельную отстройку из общего сигнала характеристик крутильных и изгибных колебаний вала.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично изображен в поперечном разрезе контролируемый вал роторной машины и один из примеров осуществления системы диагностирования его технического состояния согласно изобретению; на фиг.2 - контролируемый вал с двумя контактными датчиками абсолютной вибрации, расположенными на одной диаметральной оси с противоположной стороны вала; на фиг.3 - представлены в виде векторных отрезков воспринимаемые контактными датчиками абсолютной вибрации составляющие изгибных и крутильных колебаний вала; на фиг.4 приведен график временной характеристики общего сигнала для одного из датчиков, установленных на валопроводе экспериментального стенда; на фиг.5 - представлена спектральная характеристика собственных крутильных колебаний того же валопровода после математической обработки общего сигнала в аппаратурно-программном блоке.
Подробное описание изобретения
Система диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, в рассматриваемом примере вала 1 (одного из валов валопровода) энергетического турбоагрегата с паровой турбиной и электрогенератором (не показаны), содержит (фиг.1) закрепленные с противоположных сторон измерительного сечения вала 1 с помощью съемного хомута 2 главный и вспомогательный кронштейны 3,4, на каждом из которых установлены один из двух контактных датчиков соответственно 5.1 и 5.2 абсолютной вибрации. Каждый из указанных датчиков представляет собой стандартный пьезоэлектрический вибропреобразователь с предусилителем. Для выделения крутильных и изгибных колебаний датчики 5.1 и 5.2 установлены в плоскости измерений перпендикулярно диаметральной оси 1.1 поперечного сечения вала 1 (фиг.2). На главном кронштейне 3, кроме датчика 5.1, установлены блок 6 питания и один общий измерительный блок 7, включающий в себя (не показаны) устройство согласования в виде двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) сигналов датчиков 5.1, 5.2 и устройство считывания в виде микропроцессора с двухканальным самописцем получаемой от указанных датчиков через указанный АЦП информации. Блок 6 питания и датчики 5.1, 5.2 подключены к устройствам измерительного блока 7 с помощью стандартных кабелей (не показаны) через разъемы 7.1. Устройство считывания измерительного блока 7 оборудовано портом 7.2 для подключения флэш-карты 8 цифровой памяти. В произвольном месте вне зоны измерений расположен отдельный аппаратурно-программный блок, в данном примере ноутбук 9 снабженный аналогичным, в данном случае стандартным USB портом 9.1 для подключения флэш-карты 8 с требуемой информацией для проведения детальной обработки результатов измерений в соответствии с техническим заданием на диагностирование объекта.
Работа системы диагностирования
Система диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, в рассматриваемом примере турбоагрегата с паровой турбиной и электрогенератором, согласно изобретению осуществляется следующим образом. На остановленной турбине без какой-либо ее разборки на свободном участке вала 1 в выбранном измерительном сечении с помощью хомута 2 укрепляют кронштейны 3 и 4 с установленными на них измерительными средствами 5-8, после чего включат в работу блок 6 питания. Затем одновременно возбуждают, например, включением в работу валоповоротного устройства (не показано), как изгибные, так и крутильные колебания всего валопровода турбины, включая валы всех цилиндров турбины и вал электрогенератора. Для диагностирования используются два контактных датчика 5.1,5.2 абсолютной вибрации, сигналы которых, пройдя измерительный блок 7, записываются на флэш-карту 8 цифровой памяти. После завершения измерений и останове валоповоротного устройства флэш-карту 8 извлекают из порта 7.2 измерительного блока 7 и вводят в порт 9.1 ноутбука 9 для математической обработки полученной информации.
изг
кр
изг
изг
5.1
5.2
кр
кр
5.1
5.2
Для осуществления диагностирования необходимо выделить из суммарных вибрационных сигналов виброускорения S (фиг.4) отдельно сигналы S изгибных и S крутильных колебаний. При этом S определяется как разность сигналов S двух датчиков 5.1 и 5.2 (S=S-S), а S - как полусумма этих сигналов (фиг.3), то есть S=0,5(S+S). На основании полученной информации значения указанных величин сигналов путем математической обработки преобразуются в требуемые характеристики изгибных и крутильных колебаний. При этом значения собственных частот колебаний (фиг.5) определяются для нескольких различных угловых положений вала или валопровода путем математической обработки каждого из выделенных сигналов в отдельности. Для удобства восприятия амплитуды крутильных колебаний представлены в единицах линейного перемещения (в микронах) на дуге окружности с условным радиусом, равным 0,25 м (фиг.5). Выводы о наличии либо отсутствии дефектов контролируемого вала или валопровода делаются на основании раздельного сравнения полученных характеристик изгибных и крутильных колебаний. Для крутильных колебаний полученные характеристики сравниваются с результатами предыдущих диагностических испытаний, а для изгибных колебаний дополнительно сравниваются характеристики для различных угловых положений контролируемого вала или валопровода.