УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРОУСКОРЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к измерениям величины виброускорения подвижных элементов машин и механизмов в рабочих условиях, преимущественно вращающихся. Может применяться для контроля и прогноза технического состояния узлов и компонентов промышленного оборудования, в частности электроприводной арматуры топливно-энергетического комплекса.
Известны устройства измерения различных параметров вибрации (виброперемещения, виброскорости, виброускорения) подвижных (вращающихся) элементов машин и механизмов, производящие измерения контактными и бесконтактными способами.
Контактные и бесконтактные устройства измерения радиальной вибрации вращающихся валов описаны в ГОСТ ИСО 10817-1-2002, заключающиеся в измерении изменения длины оптического пути, индуктивности, электрической емкости или вносимых потерь между двумя точками, одна из которых находится на валу, а другая - точка установки датчика относительной вибрации вала - на некотором расстоянии от вала, обычно в непосредственной близости от него. Этим изменениям соответствует изменение относительного перемещения вала со временем. Так же применяются датчики зонды для прямого измерения перемещения вала.
Особенностью указанных выше устройств является измерение виброперемещения либо виброускорения, и невозможность измерения виброускорения.
Наиболее близким устройством измерения виброускорения подвижных элементов машин и механизмов к предлагаемому является «беспроводной модуль измерения виброускорения AX-3D» (http://www.sovtest.ru/ru/equipment/ax-3d, дата обращения 30.01.2014 г.), реализующий в себе контактный способ измерения вибрации и позволяющий фиксировать виброускорение. Устройство, содержащее датчик виброускорения (акселерометр), основанный на технологии микроэлектромеханических систем, модуль беспроводной передачи данных, а так же аккумулятор для питания, устанавливаемый на подвижных элементах узлов механизмов, требующих измерения вибрации (например, лопасти ветрогенератора, колеса железнодорожного состава), таким образом, чтобы вибрация с конструкции передавалась на датчик вибрации.
Недостатками вышеуказанного технического решения являются значительные размер и вес устройства, а так же наличие аккумулятора, которые не позволяют встраивать данное устройство в конструкцию труднодоступных узлов механизмов, а так же на подвижные элементы небольших машин и механизмов, таких как валы редукторов, так как аккумулятор требует регулярного обслуживания (зарядки), а размер и вес устройства вносят искажения в измерения.
В основе настоящей полезной модели стоит задача измерения виброускорения подвижных элементов машин и механизмов с целью прогноза возникающих дефектов для повышения качества контроля технического состояния.
Технический результат заключается в том, что значительно повышается чувствительность существующих методов обработки вибрационной информации объектов для прогнозирования возникающих дефектов и контроля технического состояния подвижных элементов узлов механизмов и машин, что значительно повышает их надежность работы, своевременность ремонта и замены.
Технический результат достигается тем, что датчики виброускорения (далее акселерометры) и электронные компоненты, предназначенные для приема-передачи и предварительной обработки получаемой информации, жестко закрепляют на роторе (подвижном элементе узла механизма), например, на вращающемся валу или шестерне, с учетом не создания дисбаланса по оси вращения элемента. Энергия, питающая электрическую схему, содержащую акселерометр, поступает по беспроводному каналу, например, методом электромагнитной индукции, причем частоты питающего канала и канала данных могут, как совпадать, так и не совпадать. Сочетание нескольких акселерометров с различной ориентацией осей чувствительности, закрепленных на роторе (подвижном элементе), позволяет измерять и разделять по независимым координатам движения виброускорения в точке съема информации, получая, в частности, значения крутильных, радиальных и осевых виброускорений в каждый момент времени. При этом измерительное устройство, являясь сбалансированным по оси вращения элемента и обладая малой массой и размерами, благодаря отсутствию аккумулятора, не вносит существенного влияния в работу устройства, а так же не требует регулярного обслуживания в связи с отсутствием внутренних источников питания, и частей, подверженных интенсивному износу (токоподводов).
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена схема роторного блока измерителя, на которой:
11 - плата роторного блока,
13 - отверстие для вала,
14 - датчики виброускорения (акселерометры),
405 - обмотка питания роторного блока,
406 - фильтр,
407 - выпрямитель напряжения,
408 - аналого-цифровой преобразователь,
409 - микропроцессор,
410 - приемопередатчик,
411 - обмотка данных роторного блока.
На фиг. 2 представлена схема статорного блока измерителя, где:
21 - плата статорного блока,
23 - отверстие для вала,
24 - разъемы питания и данных,
403 - обмотка питания статорного блока,
412 - обмотка данных статорного блока.
На фиг. 3 представлена кинематическая схема одноступенчатой зубчатой передачи с установленными устройствами измерения виброускорения подвижных элементов машин и механизмов, являющаяся примером применения устройства, где:
31 - валы,
32 - зубчатые колеса,
33 - подшипники качения,
34 - блок роторный,
35 - блок статорный.
На фиг. 4 представлена блок-схема работы устройства измерения виброускрения подвижных элементов машин и механизмов, где:
401 - генератор,
402 - усилитель мощности,
403 - обмотка питания статорного блока,
404 - датчик вибрации,
405 - обмотка питания роторного блока,
406 - фильтр,
407 - выпрямитель напряжения,
408 - аналого-цифровой преобразователь,
409 - микропроцессор,
410 - приемопередатчик,
411 - обмотка данных роторного блока,
412 - обмотка данных статорного блока,
413 - приемопередатчик,
414 - блок обработки данных
Устройство измерения виброускорения подвижных элементов машин и механизмов содержит роторный блок 34, жестко закрепленный через отверстие 13 на вращающемся валу 31 таким образом, чтобы роторный блок 34 располагался перпендикулярно оси вращения вала 31. Роторный блок 34 содержит обмотку данных 411 для приема и передачи данных беспроводным способом и обмотку питания 405 для беспроводного питания роторного блока 34. На роторном блоке 34 установлен, как минимум, один датчики виброускорения 404. Так же роторный блок 34 содержит, как минимум один, микропроцессор 409, аналоговый фильтр сигналов 406, аналогово-цифровой преобразователь 408, выпрямитель напряжения 407 и приемопередатчик 410. В случае применения цифровых датчиков виброускорения 404 из схемы исключают блоки фильтров 406 и аналого-цифровых преобразователей 408, а данные с датчика виброускорения 404 сразу поступают в микропроцессор 409. Устройство измерения виброускорения подвижных элементов машин и механизмов так же содержит статорный блок 35, жестко закрепленный на корпусе механизма таким образом, чтобы отверстие 23 располагалось соосно с валом 31, причем, статорный блок 35 расположен перпендикулярно оси вращения вала 31. Статорный блок 35 содержит обмотку данных 412 для приема и передачи данных беспроводным способом и обмотку питания 403 для беспроводного питания роторного блока 34. На статорном блоке 35 размещены разъемы для подключения питания и данных 24. Статорный блок 35 и роторный блок 34 располагаются соосно на минимально возможном расстоянии друг от друга таким образом, чтобы блоки 35 и 34 во время движения вала 31 не соприкасались.
Устройство измерения виброускорения подвижных элементов машин и механизмов работает следующим образом.
Генератор сигналов 401 создает сигнал требуемой формы, частоты и амплитуды, затем, усилитель мощности 402 усиливает сигнал с генератора 401 и возбуждает обмотку питания (обмотку беспроводной передачи энергии) 403 на статорном блоке 35. На обмотке питания 405 (обмотка беспроводной передачи энергии), расположенной на статорном блоке 34, возникает напряжение, выпрямляемое и стабилизируемое выпрямителем напряжения 407. Выпрямленное напряжение питает микропроцессор 409, датчики вибрации 404, аналого-цифровые преобразователи 408 и приемопередатчик 410. Датчики вибрации 404 измеряют виброускорение в точке закрепления на элементе узла механизма и преобразуют в аналоговый сигнал. Аналоговый сигнал фильтруется от высокочастотных шумов фильтром 406, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 408, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровой и поступает в микропроцессор 409, где происходит первичная обработка полученного оцифрованного сигнала, который поступает на приемопередатчик 410. Приемопередатчик 410 передает полученную информацию через обмотку данных 411, которая, в свою очередь, наводит на обмотку данных 412 статорного блока 35 электромагнитный сигнал, который обрабатывается приемопередатчиком 413. Полученные данные приемопередатчик 413 передает в блок обработки данных 414, например, на персональный компьютер, для хранения и последующей обработки и анализа.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет измерять виброускорения подвижных элементов машин и механизмов, не внося существенного влияния в работу устройства, а так же, не трубя регулярного обслуживания в связи с отсутствием внутренних источников питания, и частей, подверженных интенсивному износу, таким образом, значительно повышая чувствительность существующих методов обработки вибрационной информации объектов для прогнозирования возникающих дефектов и контроля технического состояния подвижных элементов узлов механизмов и машин, что значительно повышает их надежность работы, своевременность ремонта и замены.