УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ АГРЕГАТА

УСТРОЙСТВО для КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ АГРЕГАТА
Полезная модель относится к вибродиагностике различных двигателей и, в частности, может быть использовано для вибрационного контроля судовых и авиационных двигателей и их агрегатов, газотурбинных двигателей, паротурбинных агрегатов, роторов двигателей, электронасосов и т.п.
Известны устройства для контроля параметров вибрации корпуса газотурбинного двигателя, содержащие датчик вибрации, электронный блок преобразования с полосовым фильтром и блок индикации, см., например, а. с. СССР №1213842, G 01М 15/00, 1984.
Помехоустойчивость таких систем неудовлетворительна, поскольку в полосе пропускания фильтра находятся помеховые составляющие ВХОДНОГО сигнала электронного блока, увеличение амплитуды которых при возникновении неисправности в датчике или бортовой проводке
(например, при парушении экранирования соединительной линии) приводит к ложному срабатыванию аварийной сигнализации.
Известны такие системы контроля вибрации с узкополосными следящими фильтрами, см., например, а. с. СССР №1140536, G01M13/00, 1983.
Помехоустойчивость таких систем значительно выше благодаря настройке на выделение из спектра входного сигнала только той его составляющей, частота которой совпадает с частотой вращения ротора контролируемого двигателя. Другие спектральные составляющие входного сигнала, включая помеховые, находятся в полосе задерживания следящего фильтра и на его выход не проходят.
Однако следует отметить, что такие системы контроля имеют весьма сложную настройку и высокую стоимость ввиду наличия дополнительных каналов, связанных с таходатчиком.
Известны устройства для контроля вибрации агрегата, содержащие последовательно соединенные датчик вибрации, преобразователь заряда датчика вибрации, коммутатор, интегратор, полосовой фильтр, масштабный усилитель, детектор средних значений сигнала, а также генератор тестового сигнала, выход которого соединен со вторым входом коммутатора, первый компаратор сигнала повышенной вибрации и второй компаратор сигнала опасной вибрации, входы которых подключены к
выходу детектора средних значений сигнала, а выходы подключены ко входам индикаторов, см. «Система контроля роторных вибраций ИВ-Д-ПФ-С, руководство но технической эксплуатации 6Л1.720.014 РЭ, Ленинград, НПО «СФЕРА, 28.09.1984 (копия прилагается). Данное техническое решение принято за прототип настоящей полезной модели.
Его недостатки состоят в отсутствии контроля исправности датчика вибрации и линии связи его с преобразователем заряда датчика; отсутствует защита от ложных срабатываний при бросках в сети питания и при превышении входным сигналом границ динамического диапазона устройства; отсутствует индикация критических вибраций, при которых необходим останов контролируемого агрегата.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи создания такого устройства для контроля вибрации агрегата, которое обеспечило бы контроль исправности датчика вибрации и линии связи его с преобразователем заряда датчика, а также защиту от ложных срабатываний при бросках в сети питания и при превышении входным сигналом границ динамического диапазона устройства; также решается задача обеспечения индикации критических вибраций, при которых необходим останов контролируемого агрегата.
Согласно настоящей нолезной модели это достигается за счет того, что в устройстве для контроля вибрации агрегата, включающем последовательно соединенные пьезоэлектрический датчик вибрации, преобразователь заряда датчика вибрации, коммутатор, интегратор, полосовой фильтр, масштабный усилитель, детектор сигнала, а также генератор тестового сигнала, выход которого соединен со вторым входом коммутатора, первый компаратор сигнала повышенной вибрации и второй компаратор сигнала опасной вибрации, первые входы которых подключены к выходу детектора сигнала, а выходы подключены ко входам индикаторов, в качестве детектора сигнала использован детектор средних квадратических значений сигнала, при этом устройство дополнительно снабжено блоком контроля датчика вибрации, пороговым блоком, преобразователем напряжения в ток, электронным ключом, блоком управления электронным ключом, третьим компаратором сигнала критической вибрации агрегата с индикатором, выход которого подключен к выходу этого компаратора, и блоком защиты от сбоев в сети питания, причем блок контроля датчика вибрации первым выходом подключен ко второму входу преобразователя заряда датчика, вторым выходом подключен к первому входу электронного ключа, а входом - к выходу преобразователя датчика вибрации, который подключен ко входу порогового блока, выход которого подключен ко входу блока управления
электронным ключом, выход которого подключен ко второму входу электронного ключа, к третьему входу которого подключен выход преобразователя напряжения в ток, первый вход компаратора сигнала критической вибрации агрегата подключен к выходу детектора средних квадратических значений сигнала, а вторые входы компараторов подключены к выходу блока защиты от сбоев в сети питания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема заявляемого устройства.
Устройство включает пьезоэлектрический датчик 1 вибрации, в конкретном примере типа МВ-43, выпускаемый ЗАО «Вибро-прибор, г. Санкт-Петербург. Выход датчика 1 подсоединен ко входу преобразователя 2 заряда датчика 1 вибрации. Преобразователь 2 выполнен на трех операционных усилителях, расположенных в одном корпусе интегральной микросхемы; преобразователь 2 в целом представляет собой дифференциальный инструментальный усилитель с высоким входным сопротивлением и повышенным подавлением синфазной составляющей помехи и глубокой емкостной обратной связью, что обеспечивает возможность работы с соединительной линией от датчика вибрации любой длины. Выход преобразователя 2 подсоединен к первому входу коммутатора 3, который выполнен на электронном ключе (четыре отдельных ключа в общей сборке). Ко второму входу коммутатора
3 подключен выход генератора 17 тестового сигнала, выполненного на базе операционного усилителя. Выход коммутатора 3 подсоединен ко входу интегратора 4, выполненного на операционном усилителе по схеме активного фильтра второго порядка. Выход интегратора 4 подсоединен ко входу полосового фильтра 5. В конкретном примере фильтр 5 состоит из последовательно соединенных фильтра высших частот и фильтра низших частот, которые обеспечивают заданную неравномерность в полосе пропускания канала и заданное затухание вне ее. Фильтр 5 подсоединен выходом ко входу масштабного усилителя 6, который выполнен на операционном усилителе, включенном по неинвертируюп ;ей схеме. Выход усилителя 6 подключен ко входу детектора 7 средних квадратических значений сигнала, который выполнен на интегральной микросхеме с дополнительным конденсатором постоянной емкости. Выход детектора 7 подсоединен ко входу преобразователя 8 напряжения в ток, выполненного на интегральной микросхеме, обеспечивающей данную функцию. Выход преобразователя 8 подключен к третьему входу электронного ключа 9.
Устройство включает первый компаратор 10 сигнала повышенной вибрации, второй компаратор И сигнала опасной вибрации и третий компаратор 12 сигнала критической вибрации. Компараторы реализованы на операционных усилителях с логическими элементами. Первые входы компараторов соединены с выходом детектора 7 средних квадратических
значений измеряемого сигнала. Выходы компараторов 10,11,12 соединены со входами индикаторов 13,14,15 соответственно. Индикаторы в конкретном примере выполнены на основе светодиодов. Ко вторым входам компараторов подсоединен выход блока 16 защиты от сбоев в сети питания, выполненный на базе логических элементов и RC-цепей с постоянной времени 3 сек. Блок 18 контроля датчика вибрации представляет собой генератор с частотой 160 кГц, выполненный на операционном усилителе. Первый выход блока 18 подсоединен ко второму входу преобразователя 2 заряда датчика вибрации, выход которого соединен со входом блока 18, второй выход которого подсоединен к первому входу электронного ключа 9. Пороговый блок 19 представляет собой совокупность однополупериодного выпрямителя, выполненного на операционном усилителе сигнала, и компаратора с порогом, соответствующим значению входного сигнала, превышающего заданный динамический диапазон устройства. Вход блока 19 соединен с выходом преобразователя 2 датчика вибрации, а выход подключен ко входу блока 20 управления электронным ключом 9. Блок 20 выполнен на логических элементах. Выход блока 20 подключен ко второму входу электронного ключа 9.
Устройство работает следующим образом. Электрические заряды переменной частоты, пропорциональные виброускорению, от датчика 1
вибрации поступают на вход преобразователя 2 заряда датчика вибрации, где преобразуются в переменное напряжение, пропорциональное виброускорению в месте установки датчика 1. С выхода преобразователя 2 переменное напряжение поступает через коммутатор 3 на вход интегратора 4. Коммутатор 3 переключает вход интегратора 4 с выхода преобразователя 2 заряда на выход генератора 17 тестового сигнала в режиме встроенного контроля функционирования измерительного канала. Интегратор 4 преобразует напряжение, пропорциональное виброускорению, в напряжение, пропорциональное виброскорости. С выхода интегратора 4 переменное напряжение поступает на вход полосового фильтра 5. Полосовой фильтр 5 обеспечивает заданную неравномерность в полосе пропускания частот вибрации и заданное затухание вне полосы пропускания. С выхода полосового фильтра 5 переменное напряжение поступает на масштабный усилитель 6, далее - на вход детектора 7 средних квадратических значений измеряемого сигнала, позволяющего более адекватно отражать параметры вибрационных процессов. Масштабный усилитель 6 обеспечивает заданный коэффициент преобразования устройства.
Детектор 7 средних квадратических значений преобразует переменное напряжение, пропорциональное амплитуде виброскорости объекта контроля, в постоянное напряжение, пропорциональное среднему
квадратическому значевшю виброскорости. Постоянное напряжение с выхода детектора 7 средних квадратических значений поступает на преобразователь 8 напряжения в ток, на выходы компараторов 10,11,12, а также к блоку индикации значений вибрации (на чертеже условно не показан). Преобразователь 8 напряжения в ток обеспечивает преобразование постоянного напряжения с выхода детектора 7 средних квадратических значений в выходной постоянный ток, пропорциональный среднему квадратическому значению виброскорости, который поступает на третий вход электронного ключа. Значение выходного постоянного тока в заданном диапазоне измерения среднего квадратического значения виброскорости находится в пределах (4-20) мА.
Компараторы 10,11,12 обеспечивают срабатывание сигнализаций ВИБРАЦИЯ ПОВЫШЕНПАЯ, ВИБРАЦИЯ ОПАСНАЯ И ВИБРАЦИЯ КРИТИЧЕСКАЯ (ОСТАНОВ) при превышении вибраций двигателя, соответственно, повышенного, опасного и критического уровней заданных значений, при этом выдаются сигналы «Вибрация повышенная, «Вибрация опасная и «Вибрация критическая на световые индикаторы 13,14,15, расположенные на лицевой панели устройства.
Генератор 17 при включении выдает стабилизированное напряжение заданной частоты и амплитуды в соответствии с частотным диапазоном аппаратуры и коэффициентом преобразования устройства.
При нажатии кнопки КОНТРОЛЬ, на лицевой панели устройства коммутатор 3 отключает вход интегратора 4 от выхода преобразователя 2 заряда и подключает к нему выход генератора 17. Выходное напряжение генератора 17 поступает на вход интегратора 4, при этом выходной постоянный ток находится в заданных пределах и включены световые индикаторы 13,14,15.
Таким образом осуществляется проверка устройства. Блок 18 контроля датчика предназначен для непрерывного контроля работоспособности датчика 1 вибрации.
В случае неисправности датчика 1 вибрации или его кабеля и линии связи с блоком 2 блок 18 выдает на преобразователь 8 напряжения в ток сигнал «Отказ датчика вибрации, при этом значение выходного постоянного тока составляет не более 2 мА.
Пороговый блок 19 позволяет предотвратить измерение вибраций, находящихся за пределами заданного динамического диапазона путем выдачи предупредительного сигнала на блок 20 управления электронным ключом 9, при этом показания блока индикации значений вибрации обнуляются.
Блок 16 защиты от сбоев в сети питания выдает сигнал к логическим элементам компараторов 10,11,12, которые предотвращают ложное включение индикаторов 13,14,15 при сбоях в сети питания.
Устройство реализуется с использованием ставдартной элементной базы и обычного оборудования. На основе настоящей нолезной модели ЗАО «Вибро-прибор разработана аппаратура контроля вибрации типов ИВ-Д-ПФ и ИВ-Д-ПФ-С, в том числе модернизированных (индекс М), что подтверждает, по мнению заявителя, соответствие предложенного технического решения критерию «промышленная применимость.