旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置，包括信號采集部、信號處理部、信號輸出部以及冗余電源。傳感器采用電渦流傳感器或振動速度傳感器，傳感器輸出的振動信號或電渦流傳感器信號由高集成處理器控制信號切換電路選擇瓦振幅值處理電路、瓦振烈度處理電路或軸振幅值處理電路處理成信號采集電路能夠識別的電壓信號，再進(jìn)一步處理成高集成處理器能識別的數(shù)字信號，經(jīng)高集成處理器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的運算、處理、控制。本實用新型能驅(qū)動顯示兩路振動的振動幅值和烈度信號，并且通過以太網(wǎng)或串口通訊接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機電腦顯示參數(shù)組態(tài)。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種對旋轉(zhuǎn)機械在線監(jiān)測及保護(hù)用的振動監(jiān)測保護(hù)裝置，用于將大中型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的在線振動信號通過傳感器采集，進(jìn)行集中運算、處理、控制、儲存，根據(jù)運算處理的數(shù)據(jù)及信息控制工業(yè)設(shè)備相應(yīng)的保護(hù)執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)測和保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)領(lǐng)域中的大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備有很多，如汽輪發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組、壓縮機組、燃?xì)廨啓C、風(fēng)機、電機、水泵、齒輪和滾動軸承等。目前，這些設(shè)備使用的在線監(jiān)測裝置，特別是振動在線監(jiān)測裝置90%都采用的進(jìn)口設(shè)備，同時大部分設(shè)備都只是實現(xiàn)設(shè)備的在線單一狀態(tài)的監(jiān)測，不能有效的對設(shè)備運行狀況進(jìn)行全面的了解。而現(xiàn)有的通過振動傳感器的方式輸出振動監(jiān)測信號的方式是現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)方式，并不能可靠的輸出有關(guān)信號。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種在線振動監(jiān)測及保護(hù)的旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置，實時有效的對各種大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備進(jìn)行在線實時監(jiān)測和保護(hù)。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]一種旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置，包括如下組成部分:
[0006]信號采集部，包括順序連接的傳感器和輸入接口電路，所述傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的振動部位，用于采集振動信號，所述傳感器的輸出通過所述輸入接口電路連接至信號處理部；
[0007]信號處理部，包括瓦振幅值處理電路、瓦振烈度處理電路、軸振幅值處理電路、信號切換電路、信號采集電路以及高集成處理器；所述瓦振幅值處理電路、瓦振烈度處理電路和軸振幅值處理電路的輸入分別與輸入接口電路相連接，分別用于測量瓦振幅值、瓦振烈度和軸振幅值；所述瓦振幅值處理電路、瓦振烈度處理電路和軸振幅值處理電路的輸出分別順序通過所述信號切換電路、信號采集電路連接至高集成處理器；
[0008]信號輸出部，包括二級開關(guān)量輸出電路、電流輸出電路、同步緩沖輸出電路、數(shù)據(jù)存儲電路和顯示指示電路；所述二級開關(guān)量輸出電路、電流輸出電路、同步緩沖輸出電路、數(shù)據(jù)存儲電路和顯示指示電路均連接在高集成處理器的輸出端。
[0009]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述傳感器采用電渦流傳感器；或者，所述傳感器采用振動速度傳感器。
[0010]以及，其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:還包括冗余電源電路，所述冗余電源電路分別為所述信號采集部、信號處理部、信號輸出部提供電源。
[0011]本實用新型的有益技術(shù)效果是:
[0012]本實用新型是集成了傳感器、信號處理、計算機處理電路的高科技產(chǎn)品，能夠?qū)崟r在線對設(shè)備的振動進(jìn)行監(jiān)測及保護(hù)，主要應(yīng)用于電力、石化、冶金、煉油、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域中的大型機械設(shè)備，如汽輪發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組、壓縮機組、燃?xì)廨啓C、風(fēng)機、電機、水泵、齒輪和滾動軸承等。
[0013]本實用新型可為設(shè)備建立一套嚴(yán)密的振動監(jiān)測分析體系。通過連續(xù)監(jiān)測設(shè)備運行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時了解設(shè)備的運行狀況，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，對已發(fā)生的故障進(jìn)行快速的分析報警，及時指出故障信息，提醒運行人員采取必要的措施，為設(shè)備的安全運行提供可靠的保障。可準(zhǔn)確地估計設(shè)備繼續(xù)運行的可靠時間，使設(shè)備使用壽命最長和意外停機事故最小，避免過剩維修，既保證了設(shè)備的安全運行，又能獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0014]本實用新型的功能包括:1、具有高度智能化，參數(shù)設(shè)置PC組態(tài)；2、適宜長期在線監(jiān)測，安裝調(diào)試方便簡單，無需現(xiàn)場維護(hù)；3、二級報警開關(guān)量輸出；4、具有4?20mA電流模擬量輸出；5、量程、報警、危險值任意設(shè)置；6、具有TDM實時信號輸出；7、振幅和烈度同時顯示；8、具有雙通道數(shù)據(jù)采集、控制、顯示。本實用新型主要適用于發(fā)電、鋼鐵、冶金、化工等領(lǐng)域，對各類旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的軸瓦振動(絕對振動)及軸振動(相對振動)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視和測量，便于用戶對機器工作情況進(jìn)行分析和維護(hù)。備有電流輸出，可供外接記錄儀和微機等連接用。本實用新型完全實現(xiàn)數(shù)字化，穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確性高、操作簡單、維護(hù)方便可靠。友好的人機對話界面，使該產(chǎn)品處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。
[0015]本實用新型附加的優(yōu)點將在下面【具體實施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2是本實用新型所采用的電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖3是本實用新型所采用的振動速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖4是本實用新型中的瓦振幅值處理電路的原理圖。
[0020]圖5是本實用新型中的瓦振烈度處理電路的原理圖。
[0021]圖6是本實用新型中的軸振幅值處理電路的原理圖。
[0022]圖7是本實用新型中的信號切換電路的原理圖。
[0023]圖8是本實用新型中的信號采集電路的原理圖。
[0024]圖9是本實用新型中的顯示指示電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進(jìn)一步說明。
[0026]本實用新型的原理框圖如圖1所示，由傳感器2、輸入接口電路3、瓦振幅值處理電路4、瓦振烈度處理電路5、軸振幅值處理電路6、信號切換電路7、信號采集電路8、高集成處理器9、二級開關(guān)量輸出電路10、電流輸出電路11、同步緩沖輸出電路12、數(shù)據(jù)存儲電路13、顯示指示電路14和冗余電源電路15構(gòu)成。
[0027]傳感器2和輸入接口電路3組成信號采集部。傳感器2和輸入接口電路3順序連接。傳感器2安裝在旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備I的振動部位，可采用電渦流傳感器或振動速度傳感器，用于采集振動信號；傳感器2的輸出通過所述輸入接口電路3連接至信號處理部。[0028]瓦振幅值處理電路4、瓦振烈度處理電路5、軸振幅值處理電路6、信號切換電路7、信號采集電路8及高集成處理器9組成信號處理部。瓦振幅值處理電路4、瓦振烈度處理電路5、軸振幅值處理電路6的輸入分別與輸入接口電路3相連接，分別用于測量瓦振幅值、瓦振烈度和軸振幅值；瓦振幅值處理電路4、瓦振烈度處理電路5、軸振幅值處理電路6的輸出分別順序通過所述信號切換電路7、信號采集電路8連接至高集成處理器9。
[0029]二級開關(guān)量輸出電路10、電流輸出電路11、同步緩沖輸出電路12、數(shù)據(jù)存儲電路13、顯示指示電路14組成信號輸出部。二級開關(guān)量輸出電路10、電流輸出電路11、同步緩沖輸出電路12、數(shù)據(jù)存儲電路13、顯示指示電路14均連接在高集成處理器9的輸出端。
[0030]圖1中，傳感器2的輸出通過輸入接口電路3連接瓦振幅值處理電路4、瓦振烈度處理電路5和軸振幅值處理電路6，經(jīng)信號處理后，瓦振幅值處理電路4、瓦振烈度處理電路5和軸振幅值處理電路6的輸出順序連接信號切換電路7、信號采集電路8和高集成處理器9，得到有用的信號。高集成處理器9的輸出端設(shè)有二級開關(guān)量輸出電路10、電流輸出電路
11、同步緩沖輸出電路12、數(shù)據(jù)存儲電路13和顯示指示電路14。另設(shè)有冗余電源電路15，冗余電源電路15分別與上述信號采集部、信號處理部、信號輸出部相連接，為其提供電源。
[0031]本實用新型由多種傳感器2輸出的振動信號并經(jīng)瓦振幅值處理電路4、瓦振烈度處理電路5和軸振幅值處理電路6，各路信號經(jīng)過上述處理電路把信號處理成信號采集電路8能夠識別的直流電壓信號。信號由信號切換電路7切換，且此切換由高集成處理器9控制切換開關(guān)選擇不同的信號處理電路輸出；由信號采集電路8把直流電壓信號轉(zhuǎn)換成高集成處理器9能夠識別的數(shù)字信號，送給高集成處理器9處理。再經(jīng)過高集成處理器9對釆集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的運算、處理、控制。高集成處理器9把數(shù)字信號控制輸出電流模擬信號，根據(jù)設(shè)定參數(shù)閥值邏輯控制輸出二級開關(guān)量信號，同時提供故障診斷系統(tǒng)所需的TDM信號。高集成處理器9驅(qū)動液晶顯示，顯示兩路振動的振動幅值和烈度信號。并且通過以太網(wǎng)或串口通訊接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機電腦顯示參數(shù)組態(tài)。
[0032]傳感器2可采用電渦流傳感器或振動速度傳感器。傳感器原理如下:
[0033]1、采用電渦流傳感器
[0034]電渦流傳感器的外型如圖2所示，其外型與普通螺栓十分相似，其頭部有扁平的感應(yīng)線圈201，將它固定在不銹鋼螺栓202 —端，感應(yīng)線圈的引線從螺栓另一端與高頻電纜203相連。
[0035]當(dāng)頭部感應(yīng)線圈通上高頻(I?2MHz)電流時，線圈周圍產(chǎn)生了高頻電磁場；如其周圍有金屬導(dǎo)體，便會在金屬表面產(chǎn)生個感應(yīng)電流，即電渦流，根據(jù)楞次定律，電渦流產(chǎn)生的電磁場與感應(yīng)線圈的電磁場方向相反,這兩個磁場相互疊加,改變了感應(yīng)線圈的阻抗,感應(yīng)線圈內(nèi)阻抗變化可用下式表示:
[0036]Z=f ( μ、Y、r、X、1、ω )
[0037]式中:μ——導(dǎo)磁系數(shù)；
[0038]y-電導(dǎo)率；
[0039]r——線圈尺寸因子；
[0040]X——感應(yīng)線圈與導(dǎo)體之間的間隙；
[0041]I——勵磁電流；
[0042]ω——勵磁電流圓周率。[0043]當(dāng)金屬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)均勻、各向同性且μ、Y、r、1、ω —定時，感應(yīng)線圈阻抗Z的變化是感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間距離的單值函數(shù)。
[0044]如果當(dāng)μ、Υ、χ、Ι、ω —定時，增大線圈尺寸r，磁場分布范圍將增大，但感應(yīng)磁場強度的變化幅度減少，反之則相反。因此這種傳感器的線性范圍隨感應(yīng)線圈直徑增大而加大，而傳感器靈敏度(單位間隙的阻抗變化值)隨感應(yīng)線圈直徑增大而減少。
[0045]為了使感應(yīng)線圈獲得高頻電流，應(yīng)將感應(yīng)線圈接入振蕩回路，由此在高頻振蕩回路輸出端可以獲得間隙X有關(guān)的高頻諧波，該信號經(jīng)放大、檢波、濾波后，便可得到一個與X值成正比的輸出電壓，輸出電壓的直流分量正比于感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間的靜態(tài)間隙；若線圈與金屬板之間存在相對振動，則有交流電壓輸出，它正處于金屬板與感應(yīng)線圈之間的相對位移，因此這種傳感器又稱為位移傳感器，它不但可作靜態(tài)測量，例如兩個物體之間的距離、金屬板的厚度等，而且還可以作動態(tài)測量。
[0046]電渦流傳感器檢波到的交直流信號是疊加在線圈的高頻電源上的，如果直接將這種混頻信號送到振動儀，即使采用高頻電纜，也會使傳感器的靈敏度顯著降低，而且易受干擾。為防止這些不利影響，必須在電渦流傳感器附近設(shè)置放大器、檢波器和濾波器，將振動信號放大并檢出后送到振動儀。這一裝置稱為電渦流傳感器的前置器。
[0047]2、采用振動速度傳感器
[0048]振動速度傳感器是目前較常見的一種振動傳感器，其工作原理實際上是一個往復(fù)式永磁小發(fā)電機。振動速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3所不。包括第一簧片301、永久磁鋼302、阻尼杯303、導(dǎo)磁體304、連接桿305、外殼306、振動線圈307、第二簧片308及引出線接頭309。
[0049]當(dāng)傳感器的外殼306固定在振動物體上時，整個傳感器跟著振動物體一起振動，而處在空氣間隙內(nèi)的振動線圈307是用很軟的第一簧片301、第二簧片308固定在外殼上的，其自振頻率ωη較低。當(dāng)自振頻率ω > 1.5 ω η時，動線圈處在相對(相對與傳感器外殼)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對運動，動線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢Ε:
[0050]E=BL V
[0051]式中:Β——磁場強度；
[0052]L——感應(yīng)線圈磁場強度；
[0053]V-相對運動速度。
[0054]當(dāng)B、L 一定時，輸出電勢E正比于振動速度V，所以稱它為振動速度傳感器。又因為其振動的相對速度是相對于空間某一靜止點而言，故又稱絕對式振動速度傳感器。
[0055]圖4至圖9分別示出了本實用新型中的瓦振幅值處理電路(圖4)、瓦振烈度處理電路(圖5)、軸振幅值處理電路(圖6)、信號切換電路(圖7)、信號采集電路(圖8)以及顯示指示電路(圖9)的原理圖。其余輸入接口電路3、高集成處理器9、二級開關(guān)量輸出電路10、電流輸出電路11、同步緩沖輸出電路12、數(shù)據(jù)存儲電路13和冗余電源電路15均采用現(xiàn)有技術(shù)。
[0056]傳感器輸出的振動信號或電渦流傳感器信號由高集成處理器控制信號切換電路選擇不同的信號處理電路(瓦振幅值處理電路、瓦振烈度處理電路，或者軸振幅值處理電路)。再由信號處理電路把信號整理成信號采集電路能識別的直流電壓，再由信號采集電路把電壓信號轉(zhuǎn)換成高集成處理器能識別的數(shù)字信號，再經(jīng)過高集成處理器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的運算、處理、控制?？刂戚敵鲭娏髂M信號，根據(jù)設(shè)定參數(shù)閥值邏輯控制輸出多路開關(guān)量信號，同時提供故障診斷系統(tǒng)所需的TDM信號。高集成處理器驅(qū)動顯示兩路振動的振動幅值和烈度信號，并且通過以太網(wǎng)或則串口通訊接口電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)在上位機電腦顯示參數(shù)組態(tài)。
[0057]本實用新型是機電一體化產(chǎn)品，采用智能化數(shù)字儀表，具有傳統(tǒng)的在線監(jiān)測儀器不可比擬的優(yōu)越性。適用于所有大中型旋轉(zhuǎn)機械的在線監(jiān)測保護(hù)，包括汽輪機、水輪機、壓縮機、燃汽輪機、鼓風(fēng)機、電機、水泵等。系統(tǒng)可以連續(xù)測量和監(jiān)視與安全有關(guān)的軸振、瓦振、脹差、偏心、軸向位移、轉(zhuǎn)速、熱膨脹、油動機行程等多種主要機械參數(shù)。性能技術(shù)指標(biāo)完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，是產(chǎn)品更新?lián)Q代的首選。使用本實用新型可以及時識別設(shè)備的異常狀態(tài)，保證機組安全可靠地運行，對于幫助掌握機組的運行狀態(tài)，早期診斷常見的機械故障具有重要的現(xiàn)實意義。
[0058]本實用新型的一種實施例的技術(shù)參數(shù)如下:
[0059]1、顯示方式:IXD液晶顯示；
[0060]2、測量范圍:頻響:1~3KHz (軸振動)/10~300Hz (瓦振動)；
[0061]振幅:0~500 μ m內(nèi)任意設(shè)置(峰_峰值)；出廠值為:0~200 μ m ；
[0062]烈度:0~50.0mm/s內(nèi)任意設(shè)置(真有效值)；出廠值為:0~20.0mm/s ；
[0063]3、測量精度:±0.5級，線性誤差≤±2% (滿量程)；
[0064]4、輸出方式:電流輸出:4~20mA (負(fù)載≤1ΚΩ )；
[0065]二級開關(guān)量輸出:DC27V/2A 或 AC250V/5A ；
[0066]TDM同步信號輸出；
[0067]5、環(huán)境溫度:-10~65°C (相對濕度:≤85%);
[0068]6、供電電壓:AC85V ~265V/50 ~400Hz ；
[0069]7、安裝方式:盤式；
[0070]8、外形尺寸:常規(guī)樣式:155mm (長)X82mm (高)X 152mm (深)；
[0071]9、開孔尺寸:常規(guī)樣式:146mm (長)X 73mm (高)。
[0072]以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型不限于以上實施例。可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置，其特征在于，包括如下組成部分: 信號采集部，包括順序連接的傳感器(2)和輸入接口電路(3)，所述傳感器(2)安裝在旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備(I)的振動部位，用于采集振動信號，所述傳感器(2)的輸出通過所述輸入接口電路(3)連接至信號處理部； 信號處理部，包括瓦振幅值處理電路(4)、瓦振烈度處理電路(5)、軸振幅值處理電路(6)、信號切換電路(7)、信號采集電路(8)以及高集成處理器(9);所述瓦振幅值處理電路(4)、瓦振烈度處理電路(5)和軸振幅值處理電路(6)的輸入分別與輸入接口電路(3)相連接，分別用于測量瓦振幅值、瓦振烈度和軸振幅值；所述瓦振幅值處理電路(4)、瓦振烈度處理電路(5)和軸振幅值處理電路(6)的輸出分別順序通過所述信號切換電路(7)、信號采集電路(8 )連接至高集成處理器(9 ); 信號輸出部，包括二級開關(guān)量輸出電路(10)、電流輸出電路(11)、同步緩沖輸出電路(12)、數(shù)據(jù)存儲電路(13)和顯示指示電路(14);所述二級開關(guān)量輸出電路(10)、電流輸出電路(11)、同步緩沖輸出電路(12 )、數(shù)據(jù)存儲電路(13 )和顯示指示電路(14 )均連接在高集成處理器(9)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置，其特征在于:所述傳感器(2)采用電渦流傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置，其特征在于:所述傳感器(2)采用振動速度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護(hù)裝置，其特征在于:還包括冗余電源電路(15)，所述冗余電源電路(15)分別為所述信號采集部、信號處理部、信號輸出部提供電源。
【文檔編號】G01M7/02GK203551240SQ201320291443
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】夏惠興, 華洪斌 申請人:江陰市江凌科技有限公司