УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГИБА ВАЛА

Полезная модель относится к области энергетики, а именно, к измерительной технике и может быть использована для определения прогиба роторов турбогенераторов и другого вращающегося оборудования тепловых и атомных станций, а также насосно-компрессорного оборудования нефтехимического производства.
Известно устройство автоматического диагностирования положения шейки вала внутри подшипника скольжения, содержащее установленные на одном из торцов последнего два расположенных под прямым углом друг к другу бесконтактных датчика положения вала, подключенных к измерительному прибору, причем такая же пара датчиков, подключенных к тому же измерительному прибору, установлена на другом торце подшипника (RU 125625 МПК: F01D 25/16 опубликовано 10.03.2013 г.).
Недостатком известного устройства является отсутствие установленных датчиков в другом подшипнике указанного вала, что не позволяет учитывать пространственную линию прогиба вала и приводит к недостоверным результатам при проведении диагностирования положения шейки вала в подшипнике.
Известно устройство для определения величины минимального зазора между элементами ротора и корпуса в проточной части турбомашины между ее подшипниковыми опорами, характеризующееся тем, что оно выполнено в виде четырех пар бесконтактных датчиков перемещений вала относительно указанных опор, причем пары указанных датчиков установлены соответственно в четырех сечениях по границам шеек вала на торцах указанных подшипниковых опор со взаимно перпендикулярным расположением датчиков каждой указанной пары, и все указанные датчики подключены к общему измерительному устройству или компьютеру для фиксации указанных перемещений вала с последующей графической аппроксимацией мгновенной пространственной линии прогиба валопровода между указанными подшипниковыми опорами и вычислением по ней минимальной величины контролируемого зазора (RU 125687 МПК: G01B 7/14, опубликовано 10.03.2013 г.).
По совокупности признаков это техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является невысокая точность графической аппроксимации мгновенной линии прогиба вала, которая соизмерима с возможным прогибом вала равным 0,03-0,25 мм. Существенное влияние на полученный результат оказывают такие физические свойства поверхности шеек вала, как чистота обработки поверхности, пятнистость намагниченности, некруглость (эллипсность шеек), кроме того процедура пространственной аппроксимации реализуется без учета векторных значений перемещения вала.
Заявленное техническое решение позволяет существенно повысить точность измерения прогиба вала до 0,02 мм за счет снижения влияния физических свойств шеек вала на определение прогиба ротора за счет проведения гармонического анализа перемещения вала и фиксации векторных значений перемещений, а следовательно, приводит к повышению экономичности и надежности при эксплуатации контролируемого оборудования, а также увеличению межремонтного периода.
Предложено устройство для определения прогиба вала, установленного в подшипниковые опоры, включающее, по крайней мере, две пары бесконтактных датчиков перемещений вала относительно указанных опор, установленных соответственно в двух сечениях по границам шеек вала на торцах подшипниковых опор со взаимно перпендикулярным расположением датчиков каждой указанной пары, подключенных к общему измерительному блоку или компьютеру с последующим вычислением значения прогиба вала, при этом над участком вала с нанесенной меткой дополнительно установлен бесконтактный датчик синхронизации, также подключенный к общему измерительному блоку или компьютеру и формирующий за один оборот вала при медленном его вращении валоповоротным устройством импульс для гармонического анализа и фиксации векторных значений перемещения вала.
Полезная модель иллюстрируется чертежом.
Устройство для определения прогиба вала установлено в подшипниковые опоры 1 и включает две пары бесконтактных датчиков 2, 3 перемещений вала 4 относительно подшипниковых опор 1. Вал 4 соединен с валоповоротным устройством (не показан). Устройство может включать четыре пары бесконтактных датчиков. Каждая пара датчиков 2, 3 расположены взаимно перпендикулярно относительно друг друга и установлены в сечениях по границам шеек 5 вала 4 на торцах подшипниковых опор 1 и подключены к общему измерительному блоку или компьютеру 6. Над участком шеек 5 вала 4 с нанесенной меткой 7 дополнительно установлен бесконтактный датчик синхронизации 8. Бесконтактный датчик синхронизации 8 также подключен к общему измерительному блоку или компьютеру 6. Дополнительно установленный датчик синхронизации 8 является источником опорного импульсного сигнала, который необходим для проведения гармонического анализа и определения векторных значений перемещений вала 4.
Устройство работает следующим образом.
Перед пуском турбины при медленном вращении вала 4 валоповоротным устройством выходной сигнал от датчиков 2, 3 пропорционален воздушному зазору между торцом датчиков 3 и шейки 5 вала 4, а следовательно, и перемещению вала 4 внутри подшипниковых опор 1. Метка 7 представляет собой выступ или углубление на поверхности шейки 5 вала 4. При прохождении метки 7 над бесконтактным датчиком синхронизации 8 метка 7 воздействует на датчик 8, который генерирует импульс, являющийся опорным сигналом для измерительного блока 6. Сигналы от датчиков 2, 3 и 8 поступают на измерительный блок 6, где производится гармонический анализ выходных сигналов датчиков 2, 3 8. В качестве опорного сигнала для расчета колебаний оборотной частоты используется выходной сигнал датчика 8. В результате обработки сигналов рассчитываются размах и фаза оборотной частоты (векторные значения) перемещения шеек 5 вала 4 внутри подшипниковых опор 1 в вертикальном и горизонтально-поперечном направлениях. По соотношениям полученных векторных значений перемещения шеек 5 вала 4 в подшипниковых опорах 1 определяется значение прогиба вала 4 в пролете между подшипниковыми опорами 1. Установка дополнительного датчика синхронизации 8, позволяет выделить из сигналов датчиков перемещений 2. 3 сигнал только оборотной частоты, который пропорционален перемещению вала 4, вызванного наличием прогиба, а составляющие выходного сигнала датчиков 2, 3, вызванные наличием таких физических свойства поверхности шеек 5 вала 4, как чистота обработки, пятнистость намагниченности, некгруглость (эллипсность шеек) в этом случае исключаются.
При использовании четырех пар бесконтактных датчиков 3 повышается достоверность определения прогиба за счет учета наличия возможного перекоса подшипниковых опор 1. Определение прогиба вала 4 на основе полученных векторных значений перемещения вала 4, позволяет повысить точность измерения прогиба до 0,02 мм. за счет отсутствия значительного влияния качества обработки поверхности шеек 5 вала 4 в местах установки бесконтактных датчиков 2, 3 на проводимые расчеты, а также на возможность использования в алгоритме расчета прогиба векторных значений перемещения вала 4.
Определение прогиба вала 4 при медленном его вращении валоповоротным устройством обусловлено тем, что на рабочих частотах вращения трудно отличить виброперемещение (вибрацию), вызванную прогибом, от вибрации, вызванной наличием дисбаланса вала 4. При медленном вращении фиксируемые векторные значения перемещения вала 4 однозначно определяют величину его прогиба.