СИСТЕМА МОНИТОРИНГА РОТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к системам мониторинга роторных агрегатов и предназначена для непрерывного измерения и контроля параметров механического состояния паровых и газовых турбин, турбокомпрессоров, центробежных насосов и другого энергетического оборудования во время его эксплуатации.
Система измеряет и контролирует следующие параметры: среднее квадратичное значение (СКЗ) виброскорости опор подшипников, относительную вибрацию роторов и других узлов, относительное смещение валов, искривление вала, осевой сдвиг ротора, относительное расширение ротора, относительное смещение корпусов подшипников, положение запорных и регулирующих органов, число оборотов ротора, ток в цепях постоянного тока, напряжение в цепях постоянного тока, температуру. Система выполняет измерение параметра, преобразование его в унифицированные сигналы постоянного тока, сравнение параметра с заданными уровнями и сигнализацию их превышения, формирование сигналов отключения оборудования, формирование опорного импульса фазы вращения агрегата.
Известно устройство для контроля состояния узлов трения качения, содержащее вибропреобразователь, коммутатор, предусилитель, блок автонормирования, фильтр высших частот, блок частотной характеристики, пиковый детектор и блок счетчиков (см. авторское свидетельство SU №1423934, 15.09.1988).
Данное устройство на основе информации о вибрациях контролируемого объекта с преобразованием ее в амплитудно-частотные характеристики с усреднением, нормированием и сравнением с пороговыми уровнями позволяет различать виды и степени дефектов. Однако необходимость стабилизации скорости вращения источника вибрации, зависимой от разных причин сужает возможности данного устройства
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для мониторинга роторных механизмов, содержащее вибродатчик, нормирующие преобразователи, блок управления, блок индикации и устройство сбора данных, включающее идентификатор дефектов, соединенный с блоком индикации, блок параметров вибросигналов, регистратор экстремума, блок автонормирования, источник сопутствующего сигнала, блок усреднения, переключатель каналов, коммутаторы, блок ввода, формирователь спектра, буферную память и селектор частотных зон, (патент RU №2153660, 27.07.2000).
Данное устройство позволяет приводить несколько равноценных последовательных измерений, после чего по адекватно переформированным данным судят о наличии дефекта, его виде и степени развития. Для этого запоминают сигнал, пропорциональный виброускорению, и разграничивают его на несколько сегментов. Из каждого сегмента образуют пары последовательностей из уровней амплитуд и из значений частот, представляющих собой спектры, составляющие которых запоминают отдельно в соответствующих одноименных зонах и сегментах. Кроме того, измеряют и запоминают в моменты разграничения сигнала вибрации последовательность значений уровня скорости вращения, определяют из нее экстремальное значение.
Однако данное устройство не позволяет контролировать другие, кроме вибросигналов критические параметры работы энергетического оборудования, в частности относительное смещение валов, искривление вала, осевой сдвиг ротора, относительное расширение ротора, относительное смещение корпусов подшипников, положение запорных и регулирующих органов, число оборотов ротора и целый ряд других параметров, что не позволяет в полной мере использовать возможности данного устройства для повышения надежности работы оборудования и предотвращения аварийных ситуаций.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является обеспечение контроля состояния наиболее важных рабочих элементов энергетического оборудования, в первую очередь подвижных вращающихся, как правило, с большой окружной скоростью конструктивных элементов.
Технический результат заключается в том, что достигается получение достоверной информации при сокращении времени диагностирования, что позволяет повысить надежность и безаварийность работы энергетического оборудования.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что система мониторинга роторных агрегатов содержит датчики контролируемых параметров, нормирующие преобразователи и устройства сбора данных, в качестве датчиков контролируемых параметров используют датчик осевого сдвига и/или датчик угла наклона поверхности и/или датчик виброускорения и/или датчик искривления вала и/или датчик абсолютного расширения корпуса и/или датчик относительного расширения ротора и/или датчик частоты вращения, а каждое устройство сбора данных, посредством интерфейса RS-485 и/или Ethernet и/или USB по стандартным промышленным или разработанным протоколам подключено к компьютеру и выполнено в виде модульного измерительного контроллера, включающего сигнальный процессор, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, блок управления, предназначенный для ввода уставок (предельных значений контролируемых параметров) и управления работой устройства, блок индикации, реле, каждое из которых запрограммировано на срабатывание при выходе любого из контролируемых параметров за предельные значения, и преобразователи «ток-напряжение» и «напряжение-ток», при этом датчик или датчики подключены через нормирующие преобразователи и далее через преобразователи «ток-напряжение» к аналого-цифровым преобразователям, которые совместно с цифро-аналоговыми преобразователями, подключенными к токовым выходам, блоком управления, блоком индикации, реле и преобразователями цифровых интерфейсов подключены к управляющему ими сигнальному процессору.
На фиг.1 представлена структурная схема системы мониторинга роторных агрегатов.
На фиг.2 представлена структурная схема устройства сбора данных.
Система мониторинга роторных агрегатов содержит датчики 1 контролируемых параметров, нормирующие преобразователи 2 и устройства сбора данных 3, выполненные совместно с блоком управления 4 и блоком индикации 5. В качестве датчиков 1 контролируемых параметров используют датчик осевого сдвига и/или датчик угла наклона поверхности и/или датчик виброускорения и/или датчик искривления вала и/или датчик абсолютного расширения корпуса и/или датчик относительного расширения ротора и/или датчик частоты вращения и/или датчик температуры и/или датчик давления и/или датчик мощности и/или датчик расхода.
Нормирующий преобразователь 2 усиливает сигнал и/или формирует его АЧХ и ФЧХ и/или осуществляет функции барьера гальванического разделения и/или барьера искрозащиты.
Каждое устройство сбора данных 3 посредством цифрового интерфейса 6, в качестве которого могут быть использованы интерфейсы RS-485 и/или Ethernet и/или USB по стандартным промышленным или разработанным протоколам, подключено к компьютеру 7 и выполнено в виде модульного измерительного контроллера, включающего сигнальный процессор 8, цифро-аналоговые (ЦАП) 9 и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 10, реле 11, блок управления 4, блок индикации 5, преобразователи «ток-напряжение» 12, «напряжение-ток» (токовые выходы) 13 и цифровые интерфейсы 6.
Нормирующие преобразователи 2 подключены через преобразователи «ток-напряжение» 12 к аналого-цифровым преобразователям 10, которые совместно с цифро-аналоговыми преобразователями 9, подключенными к преобразователям «напряжение-ток» 13, блоком управления 4, блоком индикации 5, реле 11 и преобразователями цифровых интерфейсов 14 подключены к управляющему ими сигнальному процессору 8. Устройство сбора данных 3 подключено к блоку питания 15.
Входной сигнал с первичного преобразователя - датчика 1 через нормирующий преобразователь 2 и далее преобразователь «ток-напряжение» 12 поступает на АЦП 10. Оцифрованный сигнал поступает в сигнальный процессор 8, где происходит его обработка. В связи с нелинейностью передаточной характеристики некоторых каналов «датчик-нормирующий преобразователь» в сигнальном процессоре 8 производится линеаризация полиномом не ниже пятого порядка. Сигнальный процессор 8 осуществляет обработку входного сигнала, вывод показаний на блок индикации 5, анализ и обработку команд с блока управления 4, передачу и прием данных через цифровые интерфейсы 6, управление программируемыми реле 11 и токовыми выходами 13. Управление токовыми выходами 13 осуществляется через независимые ЦАП 9 с возможностью программирования под различные внешние регистрирующие устройства.
Реле 11 представляют собой независимые реле, каждое из которых может быть запрограммировано на срабатывание при выходе любого из измеряемых параметров за заранее запрограммированные пределы и/или при возникновении иного детектируемого процессором 8 события.
Данная полезная модель может быть использована везде, где требуется обеспечение контроля за состоянием роторных агрегатов, а также другого энергетического оборудования.