CN102662070A - 一种低温工质向心透平和离心压气机转速测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低温工质向心透平和离心压气机转速测试系统，包括第一壳体、调压稳压电路、数据采集卡和工业控制计算机；所述第一壳体内设有叶轮；所述第一壳体正对叶轮处设有一个安装孔，该安装孔内安装有螺纹套筒，该螺纹套筒内安装有第一接近开关，所述第一接近开关与第一壳体的内壁齐平；所述第一接近开关连接调压稳压电路和数据采集卡，所述数据采集卡连接所述工业控制计算机。本发明转速测试系统装简单、适用范围广，对于低温工质的大小各种型号向心透平和离心压气机均能适用；接近开关的使用克服了传统磁电式传感器需要极其靠近被测转动部件，运行中如果转动部件的振动过大，将使传感器和转子碰磨、安装难度比较高的问题。

Description

一种低温工质向心透平和离心压气机转速测试系统

技术领域

本发明涉及转速测量领域，特别涉及一种非接触式的低温工质向心透平和离心压气机转速测试系统。

背景技术

向心透平具有结构紧凑、制造工艺简单、造价低廉，以及在流量较小的设计条件下仍可获得较高效率等优点。随着工程技术发展，不仅在中小功率燃气轮机装置上和柴油机的废气涡轮增压器上获得广泛应用，并且大量地被应用于制冷装置和天然气液化装置的膨胀机、某些中小型船舶的主机、分布式发电系统、军用车辆辅助动力装置、车用混合动力装置、燃料电池—燃气轮机联合循环装置中。

离心压气机是应用最为广泛的一种压气机形式，由于其结构简单、单级压比高而被广泛应用于各领域，如冶金、石油化工、动力工业、航空业等，具有军、民两用价值。尤其是航空发动机对热效率、比功与耗油率要求的持续提升，推动着研究人员追求更高负荷单级离心压气机设计。

同时，有效利用能源，提高能源利用率，是节约能源、保护环境的重要措施。工业生产中，余热能源普遍存在，低温余热能源约占余热能源的30%左右，我国能源利用率低的一个重要原因是低温余热能源没有得到充分利用。加大发展低温余热利用系统及装置的力度，利用这部分能源来发电或者作功，对提高能源利用率有重要作用。

基于上述原因，在实验中进行向心透平和离心压气机转速等实验，而后根据实验调整向心透平和离心压气机设计方案以及再检验显得尤为重要。而在检测实验中，无论是监测还是作为变化工况的参考，向心透平和离心压气机的转速值一定是一个不可或缺的参数。所以，找到更合适的转速测量方法是很有必要的。同时，小型化的新型向心透平和离心压气机也是设计的一个趋势，对于小型向心透平和离心压气机，传统的磁电式及普通的非接触式安装难度会明显加大，转速传感器测量精度会显著下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、可靠、适用于多种类型的向心透平和离心压气机转速测试系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种转速测试系统，包括第一壳体、调压稳压电路、数据采集卡和工业控制计算机；所述第一壳体内设有叶轮；所述第一壳体正对叶轮处设有一个安装孔，该安装孔内安装有螺纹套筒，该螺纹套筒内安装有第一接近开关，所述第一接近开关与第一壳体的内壁齐平；所述第一接近开关连接调压稳压电路和数据采集卡，所述数据采集卡连接所述工业控制计算机。

优选的，第一接近开关的中心线垂直于其安装处第一壳体内壁曲线的切线。

优选的，所述第一壳体为向心透平或离心压气机的壳体。

优选的，所述低温工质向心透平和离心压气机转速测试系统还包括第二壳体；所述第二壳体正对叶轮处设有一个安装孔，该安装孔内安装有螺纹套筒，该螺纹套筒内安装有第二接近开关，所述第二接近开关与第二壳体的内壁齐平；第二接近开关的中心线垂直于其安装处第二壳体内壁曲线的切线。

优选的，所述第二壳体为向心透平或离心压气机的壳体。

优选的，所述第一壳体为向心透平的壳体，所述第二壳体为离心压气机的壳体。

优选的，所述第一壳体为离心压气机的壳体，所述第二壳体为向心透平的壳体。

优选的，螺纹套筒和第一接近开关通过焊接密封安装于第一壳体上。

所述第一接近开关为NPN输出的高频振荡型接近开关。

优选的，所述数据采集卡的型号为PCL-812PG；所述工业控制计算机的型号为IPC-610。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明转速测试系统，安装简单，适用范围广，对于低温工质的大小各种型号向心透平和离心压气机均能适用。本发明由接近开关的输出信号波形频率以及叶轮叶片数换算出向心透平和离心压气机转速；克服了传统磁电式传感器需要极其靠近被测转动部件，运行中如果转动部件的振动过大，将使传感器和转子碰磨，所以安装难度比较高的问题；同时高速高频振荡接近开关内含积分放大回路等信号调理电路，使得信号可以放大输出无需外接信号调理部分；本系统通过改变使用元件参数，还能适应更广范围电压的供电电源，一般提供的电源转换器主要是为了能直接使用交流220V来工作；工控机对信号进行处理及显示，有利于提高系统测试效率和精度。

附图说明

图1为本发明转速测试系统的接近开关安装示意图；

图2为本发明转速测试系统的结构框图；

图3为本发明转速测试系统的调压稳压电路的电路图；

图4为本发明转速测试系统的接近开关、数据采集卡和工业控制计算机的接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体给予说明：

请参阅图1至图4所示，本发明一种低温工质向心透平和离心压气机转速测试系统，包括高速高频振荡接近开关5、调压稳压电路、数据采集卡和工业控制计算机。

请参阅图2所示，安装高速高频振荡接近开关5时，在向心透平或离心压气机外壳1正对叶轮3部分打一个孔，在孔中焊接螺纹套筒4，然后将高速高频振荡接近开关5安装入其中，与向心透平或离心压气机外壳1的内壁齐平。

感应部分由高速高频振荡接近开关5完成，与其他方式比较，它具有感应距离远、无磨损、长寿命、高速响应、耐潮湿、耐油污、价格低廉等优点。本发明高速高频振荡接近开关5的选择为NPN输出、圆柱形、可以与向心透平或离心压气机外壳1内壁齐平安装的类型。高速高频振荡接近开关5安装于压气机壳上，垂直于向心透平或离心压气机的叶轮3。安装时只需在对应位置打一个孔，孔径与接近开关螺纹尺寸相当，如有不严密，可以焊接紧密。

请参阅图3所示，调压稳压电路包括变压、整流、滤波、稳压部分。改变R1和R2比值可以实现电压在所需的10~30v之间改变。当电流比较高时，IC会因为温升太大截止，所以需要加散热器，选择R2为线性电位器。C1用于输入整流滤波；C2用以提高IC的波纹抑制能力；C3用来改善IC的瞬态响应。

成品可以由金属盒或者塑料盒包装成方便使用的产品；电源变压器和电路板均可以固定在包装盒的底座上。在变压器之后桥式连接四个二极管，之后并联电容C1，其一端和IC的I号引脚连接，另一端和电容C2和线性电位器R2的并联电路相连，C2和线性电位器R2并联的另一端既连入IC的II号引脚，同时连接电阻R1，R1另一端和IC的III号引脚连接后将电容C3并联入电路尾端，电容C3之后即为电压输出端。

其中U1为外接电源，如交流220V。由于高压操作比较危险，故而需要变压至低压方便安全操作，由LM317的降压稳压特性使得其变压幅度只需要保证V1比高2~3V即可。LM317之前的电路实质由变压、整流、滤波部分组成。输出电压V2为：

$V2=\mathrm{\ΔV}(1+\frac{R2}{R1})+(I1\×R2)$

本发明所采用的数据采集卡的型号为PCL-812PG，所采用的工业控制计算机的型号为IPC-610。

请参阅图1至图4所示，本发明转速测试系统工作时，高速高频振荡接近开关5检测心透平或离心压气机的叶轮3的转速，其输出信号至数据采集卡，然后再进入工业控制计算机进行信号的及显示。工业控制计算机根据数据采集卡输入的数据，读出周期，换为频率，进而由公式f＝n·z/60(f单位为HZ；n为叶轮3转速，单位为r/min；z为压气机叶轮齿数)计算出转速值并进行显示。

结合图4进行说明下，A1端子板为例说明：接近开关输出信号接入端子板，端子板由20芯扁平电缆再将信号送入安装于工控机内部的采集卡的CN2接口(CN1：开关量输出，CN2：开关量输入，CN3：模拟量单端输入与输出)（接线方法见附图4），至此，采集的信号便可以在工控机上调整与显示了。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种转速测试系统，其特征在于，包括第一壳体、调压稳压电路、数据采集卡和工业控制计算机；所述第一壳体内设有叶轮；所述第一壳体正对叶轮处设有一个安装孔，该安装孔内安装有螺纹套筒，该螺纹套筒内安装有第一接近开关，所述第一接近开关与第一壳体的内壁齐平；所述第一接近开关连接调压稳压电路和数据采集卡，所述数据采集卡连接所述工业控制计算机。

2.根据权利要求1所述的转速测试系统，其特征在于，第一接近开关的中心线垂直于其安装处第一壳体内壁曲线的切线。

3.根据权利要求1所述的转速测试系统，其特征在于，所述第一壳体为向心透平或离心压气机的壳体。

4.根据权利要求3所述的转速测试系统，其特征在于，所述低温工质向心透平和离心压气机转速测试系统还包括第二壳体；所述第二壳体正对叶轮处设有一个安装孔，该安装孔内安装有螺纹套筒，该螺纹套筒内安装有第二接近开关，所述第二接近开关与第二壳体的内壁齐平；第二接近开关的中心线垂直于其安装处第二壳体内壁曲线的切线。

5.根据权利要求4所述的转速测试系统，其特征在于，所述第二壳体为向心透平或离心压气机的壳体。

6.根据权利要求5所述的转速测试系统，其特征在于，所述第一壳体为向心透平的壳体，所述第二壳体为离心压气机的壳体。

7.根据权利要求5所述的转速测试系统，其特征在于，所述第一壳体为离心压气机的壳体，所述第二壳体为向心透平的壳体。

8.根据权利要求1所述的转速测试系统，其特征在于，螺纹套筒和第一接近开关通过焊接密封安装于第一壳体上。

9.根据权利要求1所述的转速测试系统，其特征在于，所述第一接近开关为NPN输出的高频振荡型接近开关。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的转速测试系统，其特征在于，所述数据采集卡的型号为PCL-812PG；所述工业控制计算机的型号为IPC-610。

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