Устройство бесконтактного измерения крутильных колебаний вращающегося вала

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения крутильных колебаний вращающихся валов, в том числе и валов энергетических турбогенераторов. Целью является повышение точности измерения. Для этого в двух плоскостях радиального сечения, разнесенных вдоль оси вращения вала, установлено по два бесконтактных измерительных преобразователя 1, 3 (2, 4) в ортогональных направлениях . Преобразователи 1, 2, установленные по горизонтали каждого сечения , подключены к входам первого умножителя 6, а преобразователи 3, 4, установленные по вертикали - к входам второго умножителя 7. выходы умножителей 6, 7 подключены к соответствующим входам сумматора 8. Выход сумматора 8 подключен к блоку 9 обработки сигнала. Полученный сигнал, пропорциональный величине крутильных колебаний, может быть передан для регистрации и индикации. 1 ил. & Ё

.ат 5U<:> 1 756774 А 1 (51)5 G 01 Н 17/00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 :: : ::.:.: 2 . (21) 4826092/28 ... .:, .ние точности измерения, Для этого в двух (22) 15.05.90...:.. .: плоскостях радиального сечения, разнесен. (46) 23.08.92. Бюл, М 31 .:: :: .: ных вдоль оси вращения вала, установлено (71) Харьковский филиал Центрального кон-..: . по два бесконтактных измерительных пре: структорского бюро Союзэнергоремонта . образователя I. 3 (2, 4) в ортогональных на(72) ЛьД.Метелев, В.И.Цыбулько, Ю;П;Коси- правлейиях; Преобразователи 1, 2, НОВ И.M.Ô.ÊÂàØÈÍ .::,:. уСтаНОВЛЕННЫЕ ПО ГОрИзхОНтбаЛИ КаждОГО СЕ- (56) Патент США М 4444064, кл. G 01 1 3/10,: чения, подключены к входам первого умно-

1984. ::;;.: .;:. :: .. -::::, жйтеля 6; а преобразователи 3, 4, (54) УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНОГО ИЗ- установленныеrio вертикали — квходамвто-

МЕРЕНИЯ КРУТИЛЬНЫХ. КОЛЕБАНИЙ.. рого умножителя 7; выхтоды умножителей 6, ВРАЩАЮщЕГОСя BAJlA .. - 7 подключены к. соответствующим входам (57) Изобретение относится к измеритель- . сумматора 8.Выходсумматора8подключен ной технике и предназначено для измере-:: . к блоку 9 обработки сигнала. Полученный ния крутильных колебаний вращающихся тсгигнал,"пропорциональлнйй величине крувалов, в том числе и валов энергетических . тильных колебаний, может быть передан турбогенераторов. Целью является повыше- для регистрации и индикации, 1 ил. т

Изобретение относится к измебрйтель- - лебаний. Последовательности импульсов ной технике и предназначено для измере-: поступают в блок обработки сигнала. ния крутильных колебаний вращающегося - Известно и другое устройство бескон- (Л, вала, в том числе и валов турбогенератора. . тактного измерения крутильных колебаний, 0й, Известно устройство бесконтактного . отличающееся от описанного выше только измерения крутильных колебаний вращаю- . наличием в нем схем. связанных с часами и щегося вала; содержащее первый и второй . соединенных с преобразователями (датчибесконтактные измерительные преобраэо- .: ками), которые предназначены для форми- + натали:(датчики)относительных вибропере-:: рования: первых групп:.временных мещений, установленные соответственно в импульсов. первой и второй плоскостях радиального се- Недостатком атих обтоихусттройгств явля- ° .. чения на фиксированном расстоянии вдоль ется то, что для измерения крутильных колеосивращениявала,напротивимеющихсяна баний вращающегося вала требуется этом валу зубчатых колес (звездочек). Пре- наличие на нем специальных приспособле обраэователи формируют сигнал в виде по- ний, например, звездочек, что снижает точследовательности импульсов одинаковой .. ность измерения колебаний, так как она частоты, йо со сдвигом фаз, пропорциойаль- зависит от числа и точйотстй изготовления ных мгновенным значениям крутйльных ко- зубьев звездочек.

1756774

Известно еще одно устройство бесконтактного измеренил крутильных колебаний вращающегося вала, содержащее первый и второй бесконтактные измерительные преобразователи относитальных виброперемешений, установленные соответственно в первой и второй плоскостях радиального сечения на фиксированном расстоянии вдоль оси вращения вала и блок обработки сигналов, который дает сигнал о величине крутильных колебаний вращающегося вала, обработав сигналы от преобразователей, которые преобразовывают наносимый синхронно вращению вала магнитный узор на не м.

Недостатком этого устройства является его пониженная точносгь измерения крутильных колебаний вращающегося вала иэза того, что оно не защищено от случайных намагничиваний и перемагничиваний в местах установки преобразователей (датчиков), вызываемых действием электромагнитных и блуждающих магнитных полей, которые имеют место на работающих турбоагрегатах электростанций.

Другим недостатком является ограничение применения этого устройства случаями, когда материал вращающегося вала обладает достаточной степенью магнитной проницаемости и остаточной намагниченности (коорцетивной силой).

Целью изобретения лвллетсл повышение точности измерения крутильных колебаний вращающегося вала без прйменения " специальной маркировки вала.что снижает технологические зэтрать на иэ оперение кру- тильных колебаний вала турбоагрегата, позволяет своевременно диагностировать состояние вращающегося вала..

Поставлейная цель достигается тем, что известное устройство бесконтактного измерения крутильных колебаний враЩающегося вала, содержащее первый и второй бесконтактные измерительные преобразователи относительных виброперемещений, установленные соответственно в первой и второй плосКостях радиального сеченил нэ фиксированном расстолнии вдоль оси вращения вала, и блок обработки сигнала, согласно изобретению, снабжено третьим и четвертым бесконтактными измерительными преобразователями относительных виброперемещений,, установленные соответственно в первой и вт. рой плоскостях радиального сечен я ортс гонально соответственно первому и второму измерительным преобразователям, первым и втором умножителями и сумиэтором, вхо- ды которого соединены соответственно с выходами первого и второго умножителей, а выход — с входом блока обработки, входы первого умножителя соединены соответственно с выходами первого и второго измерительных преобразователей, входы

5 . второго умножителл соединены с выходами третьего и четвертого измерительных преобразователей.

На чертеже представлена структурнал схема устройства.

10 Устройство бесконтактного измерения крутильных колебаний вращающегосл вала содержит первый, второй, третий и четвертый бесконтактные измерительные преобразователи 1-4 относительных

15 виброперемещений, установленные соответственно в первой и второй плоскостлх (обозначены Н и !Н!) радиального сечения на фиксированном расстоянии вдоль оси вращения вала 5 ортогонально; первый ripe- .

20 образователь 1 — третьему преобразователю 3, второй преобразователь 2 четвертому преобразователю 4, первый и второй умножители 6 и 7 и сумматор 8, входы которого соединены соответственно с

25 выходами первого и второго умножителей 6 и 7, а выход — с входом блока 9 обработки сигнала, входы первого умножителя 6 соединены соответственно с выходами первого и второго измерительных преобразовате-.

30 лей 1 и 2, а входы второго умножителя 7 соединены соответственно с входами третьего и четвертого измерительных преобразователей 3 и 4;

Устройство работает следующим обра35 зом.

Относительные виброперемещения первого радиального сечения вала 5 измерительный преобразователь 1 преобразует в нормированнйй сйгнал вида S»(t) =

40 =а1соэ pi(t), а измерительный йреобрэзователь 3 — в нормированный сигнал ьида

Яу!(т) = а!э!пр1(т), где рф = mt+0!(t) — угловал скорость вращения вектора неуравновешенности ва45 ла в первом радиальном сечении; в- частота вращения вала.

0i(t) — величина неравномерности частоты вращейия вала в первом радиальном сечении; а1 — амплитуда виброперемещения в первом радиальном сечении (модуль вектора неуравновешенности в первом радиальном сечении).

Относительные виброперемещения второго радиального сечения вала 5 измерительный преобразователь 2 преобразует в нормированный сигнал вида S>z(t) =

-а соэ (t), а измерительный преобразователь 4 — в нормированный сигнал вида

1756774

Sy2(t) = а2з!и pz(t) где p2(t) = ж1 +Cb(t) — ответственно, ф и ф- начальные фазоугловая скорость вращения вектора неурав- вые сдвиги колебаний. новешенности вала во втором радиальном При этом сигнал крутильных колебаний сечении, 02(t) — величина неравномерности вращающегося вала принимает вид вращения вала ва втором сечении а2""- ам- 5 S„„(t) =- a, а cos ((p 1 — ф.2) sin O плитуда виброперемещений вала во втором + (1/!1 — 1ф ) ) = à à cos (ApmslnQt + A/ ). а радиальйом сечении (модуль вектора неу- Таким образом, полученный электричеРаВНОВЕШЕННОСтИ Ва ВТОРОМ РаДИаЛЬ11ОМ СКИй СИГНаЛ Яху(т) СОДЕРжИт ИНфаРМаЦИЮ сечении)..:, . - Лф11б величине угла скручивания и инфор01 (t) и Cb (1)представляют собой "не 10 мацию Лр sin Qt о крутильных колебачто иное, как мгновенные значения измене- ниях вращающегося вала. Этот сигнал . ния фазового угла неуравновешенности в подается в блок 9 обработки сигнала, в копервом и втором. радиальных сечен isa вра- торам вырабатывается сигнал, пропорциощающегося вала, причем их разность "НеСет нальный разности фаз, и выдаваемый для информацию о крутильных колебаниях, .15 регистрации, индикации как информации о

Нормированные сигналы Sx1(1) и Sx2(t) с крутильных колебаниях вращающегося вавыходов измерительных преобразователей ла, который в необходимых случаях мо е

1и2 и подаются на входы умножителя 6, а использаватьсядлясйгналиэацииабпревынормированные сигналы Syi(t) и Яу2(1) с вы;,: -шении крутильных колебаний как па величйходовизмерительныхпреобраэователейЗи 20 не, так и числу допустимых циклов

4 подаются на входы умножителя 7. После д е ф о р и э ц и и в а л а . перемножения этих сигналов;умножи1ели Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

6 и 7) получим на выходе умножителя 6 Устройство бесконтактнага измерения

СИГНаЛ ВИда Sx(t) =- 1/2 а1а2 (COS(01:, )-02{1)+ . КрутИЛЬНЫХ КОЛЕбаНИй ВращаЮщЕГОСя ВаЛа, + cos (2 м +(01(1)+О® ). а на выхо- 2> содержащее первый и второй бесконтактд е у м н а ж и т е л я 7 с и г н а л в и д а ные измерительные преобразователи отнаSy(t) = 1/2 aia2(cos(U1 (t) — (32 (ф .—. сительных . виброперемещений, -- cos(2 tot + Oi (t) + Oz (t))),: установленные соответственно в первой и

Сигналы Sx(t) и Sy(t) с выходов умножи- - второй плоскостях радиального сечения на телей 6 и 7 подаются на входы сумматора 8 фиксированном расстоянии вдоль оси вра.,и в результате суммирования wx получим, щения вала, блок обработки сигнала, о тл иэлектрический сигнал S„.,(p) в виде . ч à ю щ е е с я тем, что, c целью йавышения

Sxy(t) = а1а2соз(01 (t) — Oz (t)), тачностй измерения, оно сйабжено третьим который содержит информацию об измене- и четвертым бесконтактными измерительнии разности фаз относительных вибрапе- З5 ными преобразователями относительных ремещений вала в его первом и втором вибраперемещений, установленные соотрадиальных сечениях, которая несет всю" ветственна в первой и второй плоскостях необходимую информацию об крутйльных радиальнагосечейияортоганальносоответ- колебаниях вращающегося вала, : ственна первому и второму измерительйым-. преабразавателям, первым и вторым умно Действительно, полагая, чта нестабиль -: жителями и сумматором, входы которого саность частоты вращения вала в первом единены соответственно с" выходами и втором радиальных сечениях, вызван- пеРвогои второгоумнОжителей,а выход-с ная крутильными колебаниями враща- входом блока обработки, входы первогоумющегося вала, носит гармонический 45 ножителя соединены соответственна с выхарактер частоты Р, мож 1а предста- хадами первого и второго измерительных вить, что 01 (t) =prn1 sin Qt +1 1, преобразователей — входы второгоумножиCb(t) = Ъ2 з1п Qt +ф амплитуды углово- теля соединены со выходами третьего и четго колебания первого и второго сечений со- вертаго измерительных преобразователей.

1756774

Составитель В. Хазанович

РедаКтор М, Блайар Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т; Палйй

Заказ 3083 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям йри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101