СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ВИБРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

Область техники
Полезная модель относится к испытанию роторных машин и может быть использована для вибрационных испытаний газотурбинных и реактивных установок, паровых, газовых и гидравлических турбин, насосов и прочих машин, содержащих вращающиеся детали.
Уровень техники
Известно устройство для диагностики технического состояния деталей, узлов и приводных агрегатов газотурбинного двигателя, содержащее последовательно соединенные средство измерения вибросигналов и средство обработки вибросигналов для получения информации о техническом состоянии деталей. В качестве средства измерения вибросигналов известное устройство содержит лазерный вибропреобразователь (RU 70005 U1, 10.01.2008).
Известно устройство для диагностики технического состояния деталей и узлов газотурбинного двигателя, содержащее последовательно соединенные средство измерения вибросигналов, состоящее из лазерного преобразователя с измерительной головкой, объектива и электронного блока, и средство обработки вибросигналов для получения информации о техническом состоянии деталей и узлов газотурбинного двигателя (RU 80568 U1, 10.02.2009).
Однако известные устройства с лазерным преобразователем вибраций не могут обеспечить высокой точности и широкого диапазона измерений вибрационных параметров. Кроме того, известные устройства с лазерным преобразователем вибраций пригодны для лабораторных испытаний и не могут быть использованы для стационарных систем. Элементы системы не надежны (не долговечны) и громоздки. При этом проводится анализ не абсолютной вибрации, а относительной, т.е. колебания объекта относительно измерительной системы. Это не приемлемо по требованию нормативных документов.
Известна система мониторинга вибрационных параметров турбомашины, содержащая электрически связанные устройство измерения вибрационных сигналов, устройство обработки вибрационных сигналов и анализатор сигналов (RU 2318194 С1, 27.02.2008).
В техническом решении по патенту RU 2318194 предлагается производить контроль и диагностирование состояния подшипников качения и других элементов газотурбинного двигателя, а также и других турбомашин, путем контроля вибрации трубопровода, связанного с масляной полостью подшипника качения, по которому проходит газомасляная смесь, несущая акустическую информацию о работе подшипника и других элементов двигателя и передающая эту информацию на стенки трубопровода. С трубопровода информация снимается традиционными преобразователями колебаний. Однако такая конструкция не может обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики известного устройства, в частности, широкого диапазона измерений, высокой точности и достоверности контроля вибрационных параметров, передачи результатов измерений на большое расстояние. Кроме того, известная конструкция системы не может обеспечить заданную точность, поскольку производитель испытуемых машин точно указывает места контроля.
Раскрытие полезной модели
Задача полезной модели заключалась в разработке системы для мониторинга вибрационных параметров со следующими показателями: с широким диапазоном измерения в динамическом и частотном диапазоне; с высокой точностью и достоверностью контроля; передачей результатов измерений без потерь на большое расстояние; вычислением необходимого набора метрологических параметров с использованием высокоскоростных сигнальных процессоров, использующих разработанные алгоритмы и дающих достоверные результаты; отображением полученных результатов на индикаторе; выдачей полученных результатов в АСУ предприятия по стандартным протоколам; выдачей сигнала унифицированного тока (0÷5,4÷20 тА), пропорционального параметру на внешние регистраторы; управлением реле сигнализации - защиты при выходе параметра из устанавливаемых защит; с высоким уровнем автоматизации диагностирования в процессе испытания и эксплуатации объекта.
Таким образом, задача полезной модели состояла в разработке системы мониторинга вибрационных параметров с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что в системе мониторинга вибрационных параметров, содержащей электрически связанные средство измерения вибрационных параметров, устройство обработки вибрационных сигналов и анализатор сигналов, согласно полезной модели, средство измерения вибрационных параметров включает в себя, по меньшей мере, один вихретоковый датчик и, по меньшей мере, один пьезоакселерометр. При этом устройство обработки вибрационных сигналов состоит из вихретокового преобразователя, соединенного входом с вихретоковым датчиком, а выходом с анализатором сигналов, и из первичного преобразователя акселерометра, соединенного входом с пьезоакселерометром, а выходом с анализатором сигналов. Вихретоковый преобразователь состоит из последовательно соединенных по линии связи автогенератора, детектора и первого нормирующего усилителя. Первичный преобразователь акселерометра состоит из последовательно соединенных по линии связи дифференциального усилителя заряда, фильтра нижних частот и второго нормирующего усилителя.
Кроме того, предусмотрено, что на выходе вихретокового преобразователя и первичного преобразователя акселерометра могут быть установлены токовые конверторы.
Краткое описание фигур чертежей
На чертеже показана блок-схема системы мониторинга вибрационных параметров.
Обозначения на блок-схеме: ОК - объект контроля; ВТД - вихретоковый датчик; А - пьезоакселерометр; ВТП - вихретоковый преобразователь; АГ - автогенератор; Д - детектор; НУ - нормирующий усилитель; ДУЗ-дифференциальный усилитель заряда; ФНЧ - фильтр нижних частот; Q/U - преобразователь заряд - напряжение; U/I - преобразователь напряжение - ток; I/U - преобразователь ток - напряжение; DSP - цифровой сигнальный процессор; АЦП/ЦАП - аналого - цифровой и цифро-аналоговый преобразователи; RS-485/CAN - стандартные сетевые протоколы; 0..5mA, 4..20mA - нормированные токовые линии.
Осуществление полезной модели
Система мониторинга вибрационных параметров содержит электрически связанные средство измерения вибрационных параметров (1), устройство обработки вибрационных сигналов (2) и анализатор сигналов (3) (измерительный контроллер). Средство измерения вибрационных параметров (1) включает в себя, по меньшей мере, один вихретоковый датчик (ВТД) и, по меньшей мере, один пьезоакселерометр (А). Устройство обработки вибрационных сигналов (2) состоит из вихретокового преобразователя (ВТП), соединенного входом с вихретоковым датчиком (ВТД), а выходом с анализатором сигналов (3), и из первичного преобразователя акселерометра (ППА), соединенного входом с пьезоакселерометром (А), а выходом с анализатором сигналов (3). Вихретоковый преобразователь (ВТП) состоит из последовательно соединенных по линии связи автогенератора (АГ), детектора (Д) и первого нормирующего усилителя (НУ). Первичный преобразователь акселерометра (ППА) состоит из последовательно соединенных по линии связи дифференциального усилителя заряда (ДУЗ), фильтра нижних частот (ФНЧ) и второго нормирующего усилителя. Для снижения потерь на длинных линиях связи на выходе вихретокового преобразователя (ВТП) и первичного преобразователя акселерометра (ППА) могут быть установлены токовые конверторы.
Система мониторинга вибрационных параметров работает следующим образом.
На объекте контроля (ОК) устанавливаются пьезоакселерометры (А) контроля вибрации и вихретоковые датчики (ВТД) отметчика фазы оборотов. В непосредственной близости (≈10м) от датчиков установлены первичные преобразователи ВТП и ППА, входящие в устройство обработки вибрационных сигналов, поступающих от соответствующих датчиков. Соответствующие сигналы нормируется на нормирующем усилителе (НУ) и переводится в ток (U/I). Датчики для замеров вибропараметров устанавливаются в места, указанные производителем машин. Число датчиков зависит от необходимых точек измерения. Датчики устанавливаются, например, на корпусах турбины или турбокомпрессора, лопатках направляющих аппаратов, корпусах подшипников и т.д. Для снижения потерь на длинных линиях связи на выходах преобразователей стоят токовые конверторы (U/I). Далее эти сигналы поступают в анализатор сигналов (измерительный контроллер) для последующей обработки. Предварительно сигнал переводится в напряжение (I/U). Данные вихретокового датчика (ВТД) (фазового отметчика) поступают непосредственно на сигнальный процессор (DSP) через компаратор. Данные пьезоакселерометра предварительно оцифровываются. В DSP производится вся необходимая обработка сигнала, а именно цифровая фильтрация (согласно нормативным документам), двойное интегрирование для получения виброскорости и виброперемещения из исходного сигнала виброускорения, проведение спектрального анализа и определение всех заданных параметров. Данные отображаются на панели индикации, выдаются на регистрирующие устройства по нормированным токовым выходам (U/I) и по сетевому протоколу в системы верхнего уровня (RS-485/CAN). Величины установок («Предупреждение», «Авария», «Останов») регулируемые и при их превышении происходит срабатывание соответствующего реле. Каналы связи диагностируются, и при неисправности срабатывает реле «неисправность». Линии связи могут быть порядка сотен метров, поэтому для предотвращения влияния сопротивлений кабеля на длинных линиях связи на выходах соответствующих преобразователей (ВТП, ППА) установлены токовые конверторы (U/I, I/U).
Улучшение технических и эксплуатационных характеристик предлагаемой системы мониторинга вибрационных параметров обусловлено широким диапазоном измерения вибрационных параметров, высокой точностью и достоверностью контроля вибрационных параметров, высоким уровнем автоматизации диагностирования в процессе испытания и эксплуатации объекта.
Указанный технический результат обеспечивается совокупностью существенных признаков, приведенных в независимом пункте формулы полезной модели.
Система внесена в Государственный реестр средств измерения №43796-10 и допущена к применению в Российской Федерации.