CN102692180A - 轴系热态对中装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴系热态对中装置及其方法，在轴系的轴承位置或机组需调整对中位置轴颈附近分别布置一个横向和垂向电涡流传感器，分别用来测量轴系横向间隙和垂向间隙，在需调整对中位置的轴上粘贴一个反光纸，对应反光纸处设置转速传感器，用于键相标记角度；电涡流传感器采集机组轴系低速旋转时的横向间隙和垂向间隙值信号，经隔交电路和信号衰减电路处理后传入ADC模数转换电路转换成数字信号，数字信号再传入后端ARM主控芯片；转速传感器采集机组轴系旋转至反光片时的一瞬间的相位标记角度值信号，并输出方波信号至ARM主控芯片，ARM主控芯片通过热态对中软件作差值计算处理后输出热态对中所需的轴系位置补偿值数据信号给数据输出设备。

Description

轴系热态对中装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种机械设备中各转子轴线的对中装置，尤其是一种用于热态下设备轴系对中装置。

背景技术

轴系转子不对中是旋转机械设备最常见的故障之一，它主要是由机器各转子轴线之间产生轴线平行位移、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差引起。发生转子不对中的轴系，不仅改变了转子轴颈与轴承的相互位置和轴承的工作状态，同时也降低了轴系的固有频率。轴系转子不对中，转子受力及支承所受的附加力，这是轴系发生异常振动和轴承早期损坏的重要原因。因此，在每台设备在装配、安装、调试时均进行冷态对中，但当投入正常运行后，因运行的热态等工况参数变化，轴系中心或轴承同心度均会变化很大，原先的冷态对中将会被破坏。也就是说设备在热态下轴系对中度与冷态相比相差较大，导致在热态下设备轴系中心跑偏，引起振动甚至故障。比较常见的是，由于轴系未进行进一步热态对中，将会导致以下几种常见故障：动静比较碰摩；因改变整个轴系临界转速而引起振型变化或者共振；导致烧瓦或油膜振荡；引起相关零件过度疲劳而损坏等。

由此看来，有必要在冷态或静态对中的基础上对整个轴系进行热态对中。目前最常用的热态对中方案如下：

1.在冷态对中完成的基础上开机使机组压力、温度等达到各级指标并满负荷稳定一段时间运行后停机，将所需热态对中的轴系联轴器每隔90°标号，然后依次盘车，用千分表等工具以最快速度记录下相应联轴器同心度、径向和轴向偏差，以此数据作为原始数据；

2.待机组完全冷却后，以前述方法将轴系所有联轴器同心度再次记录下来，作为冷态数据；

3.将热态数据与冷态数据作差值，依此差值作为依据补偿对中量，这样便完成热态对中过程。

不过现有方案存在以下缺点：

1.马上打闸停机，再打开外壳，架设工具测量对中数据，过程需要花费一定时间而非瞬间立即测量，测得的对中数据并非准确的热态状态下的对中数据；

2.虽然千分表是最常规测量工具，分度值为0.001mm或者0.002mm，示值范围一般为0~10mm，但由于安装、人为读数误差等一系列原因，得到的数据始终存在一定误差，若需进一步提高精度存在瓶颈；

3.过程中获得对中数据需要手动盘车，手动盘车使得轴系转动并不稳定恒速，而且因人因时而异，因而在一定程度也会影响热态对中数据的准确获得。

发明内容

本发明是要提供一种轴系热态对中装置及其方法，用于解决轴系在热态下的准确对中的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种轴系热态对中装置，包括电涡流传感器，转速传感器，隔交电路，信号衰减电路，ADC模数转换电路，ARM主控芯片，其特点是：在轴系的轴承位置或机组需调整对中位置轴附近分别布置一个横向和垂向电涡流传感器，分别用来测量轴系横向间隙和垂向间隙，在需调整对中位置的轴上粘贴一个反光纸，对应反光纸处设置转速传感器，用于键相标记角度；电涡流传感器采集机组轴系低速旋转时的横向间隙和垂向间隙值信号，经隔交电路和信号衰减电路处理后传入ADC模数转换电路转换成数字信号，数字信号再传入后端ARM主控芯片；转速传感器采集机组轴系旋转至反光片时的一瞬间的相位标记角度值信号，并输出方波信号至ARM主控芯片，ARM主控芯片通过热态对中软件作差值计算处理后输出热态对中所需的轴系位置补偿值数据信号给数据输出设备。

电涡流传感器分辨率为0.1um，量程为0.5~60mm，线性度<1%。

ARM主控芯片挂载嵌入式Linux操作系统并与触摸屏连接。

一种应用轴系热态对中装置对轴系进行对中方法，具体步骤是：

1．开机使机组满负荷稳定运行，轴系达到热态，降速使机组轴系匀速稳定在150转/分；

2.将转速传感器检测到反光纸时输出的方波信号的上升沿作为0°，并输出方波至ARM主控芯片，ARM主控芯片将以此方波上升沿作为触发点，自动保存此时刻由电涡流传感器采集的热态轴系的横向间隙数据X1和垂向间隙Y1； 

3.待机组完全冷却以后，开机使机组低速转动于150转/分，按照步骤二采集冷态轴系的横向间隙数据X2和垂向间隙Y2；

4．使用ARM主控芯片中的内置软件计算热态状态下间隙数据与冷态的间隙数据差值：△X=X1-X2，△Y=Y1-Y2，得到此次热态对中所需的补偿值△X和△Y，

5．根据此补偿值对轴系重新进行找正操作，从冷态对中的轴心位置移动到热态对中的轴心位置，完成整个热态对中过程。

本发明的有益效果：

    1.本发明采用分辨率0.1um的电涡流传感器代替最小分度值0.001mm的千分表来获取轴系间隙位置数据，且待打闸停机之后可以立即测量轴系的间隙值，从而得到对中数据，消除了传统方法所带来的时间差，分辨率提高了至少10倍，可以提高测量的准确度。

    2.本发明在后端读数方面采用嵌入式数据采集方案，电涡流传感器所采集到的间隙值经对中装置的隔交电路、信号衰减电路等一系列信号调理进入ADC进行模数转换转换成数字信号，进入后端ARM主控芯片进行处理。由于电涡流传感器安装偏角小于15°时对系统特性无影响，故在读数方面避免了传统方法人工读取的不确定性，可以提高测量的精度。

    3.本发明由于测量传感器事先布置于轴系上，在现场测量过程中可以随时进行数据的采集工作，故可避免反复打开外壳架设工具，使得测量工作效率大为提高。

    4.本发明采用反光纸反光输出方波信号至转速传感器，并使用转速传感器来键相标记角度，使机组匀速稳定在150转/分，避免手动盘车，确保测量的精确度。

    5.本发明使用ARM主控芯片挂载嵌入式Linux操作系统,且所有程序编写亦严格遵守Linux系统架构，经过严格无故障测试，这样使得系统更稳定、更可靠。

6.本发明采用触摸屏，可以使得操作更加便利，同时也可以缩小体积，使仪器具有便携性和美观性。

附图说明

图1是本发明的热态对中外接装置布置图；

图2是本发明的热态对中装置处理分析模块示意图；

图3是是本发明的热态对中装置对中计算方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，2所示，本发明的轴系热态对中装置，包括电涡流传感器1，转速传感器2，隔交电路6，信号衰减电路7，ADC模数转换电路8，ARM主控芯片9等。

在轴系的轴承4位置或机组需调整对中位置轴附近分别布置一个横向和垂向电涡流传感器1，分别用来测量轴系横向间隙和垂向间隙，在需调整对中位置的轴上粘贴一个反光纸3，对应反光纸3处设置转速传感器2，用来键相标记角度。电涡流传感器1通过隔交电路6，信号衰减电路7和模数转换转换电路与主控芯片9输入端连接，转速传感器2与主控芯片9输入端连接，主控芯片9输出端与数据输出设备连接。

电涡流传感器1采集机组轴系低速旋转时的横向间隙和垂向间隙值信号，经隔交电路6和信号衰减电路7调理处理后传入ADC模数转换电路8转换成数字信号，数字信号再传入后端ARM主控芯片9；转速传感器2采集机组轴系旋转至反光片3时的一瞬间的相位标记角度值信号，并输出方波信号至ARM主控芯片9，ARM主控芯片9通过热态对中软件10作差值计算处理后输出热态对中所需的轴系位置补偿值数据信号给数据输出设备。

电涡流传感器1分辨率为0.1um，量程一般为0.5~60mm，线性度<1%。ARM主控芯片9挂载嵌入式Linux操作系统并与触摸屏连接。

本发明实施的具体方法：步骤如下：

（1）如图1中，在完成冷态对中的基础上，在轴承4的位置或是机组需调整对中位置轴附近分别布置横向和垂向电涡流传感器1各一个，分别用来测量轴系横向间隙与垂向间隙，在轴上选取一位置粘贴反光纸3，并架设转速传感器2用来键相标记角度；

（2）将测试装置连接并调试传感器，开机使机组压力、温度等达到各级指标并满负荷稳定一段时间运行后降速，使机组匀速稳定在150转/分；

（3）以转速传感器2检测到反光纸3时输出的方波信号的上升沿作为0°，旋转一周，其它角度以此类推。在本装置中设置0°（其它角度亦可）检测，当间隙采集时就会将0°作为对中数据参考值；

（4）如图2中，当机组轴系低速旋转时，电涡流传感器1采集到的间隙值经对中装置的隔交电路6，信号衰减电路7等一系列信号调理进入ACD模数转换电路8进行模数转换转换成数字信号，进入后端ARM主控芯片9；

（5）当选择0°作为对中数据参考值时，当机组轴系旋转至反光片时的一瞬间，转速传感器输出方波至ARM主控芯片9，ARM主控芯片9将以此方波上升沿作为触发自动保存此时刻ADC模数转换电路8发送过来的数据至装置热态对中软件10中，为此次热态对中的热态间隙数据X1、Y1；

（6）待机组完全冷却以后，开机使机组低速转动于150转/分，采集冷态间隙数据X2、Y2的过程与步骤4、5一致；

（7）通过本装置中的内置软件10，可以自动将5、6两个步骤所保存的热态状态下间隙数据与冷态的间隙数据作差值计算，便可得到此次热态对中所需的补偿值△X和△Y（如图3中，△X=X1-X2，△Y=Y1-Y2），再根据此补偿值对轴系重新进行找正操作，从冷态对中的轴心位置12移动到热态对中的轴心位置11，即可完成整个热态对中过程。

　本发明提出上述改进，可获得一种新的热态对中方法弥补现有热态对中手段带来的不足：

1.本发明设计了一种数字式热态对中装置，前端采用电涡流传感器替代千分表测量间隙变化值，电涡流传感器分辨率0.1um（部分纳米级电涡流传感器精度可达到1nm），量程一般为0.5~60mm，线性度<1%（可优化0.25%左右），后端采用嵌入式数据采集方案替代人为读数识别千分表的传统方法，这样进一步提高的测量的精度和降低了测试的不确定性；

2.由于采用了电涡流传感器测量间隙值，因此待打闸停机后可立即测量轴系的间隙值从而获得对中数据，期间不存在传统方法所带来的时间差，这样提高了测量的准确度；

3.本发明采用的方法，由于测量传感器事先布置于轴系上，因此实际操作时无需像传统方法一样反复打开机组外壳架设工具，这样使得这个操作更为便捷，大大提高了现场技术人员的工作效率；

4.由于本发明不仅可测量静态下的间隙值，还可测量动态间隙值，因此本发明可使机组在超低转速匀速如150转/分进行热态对中测量，如此便可替代使得轴系运转不太稳定的手动盘车过程，这样使得获得的热态对中数据较之传统方法更为精确。

Claims (4)

1.一种轴系热态对中装置，包括电涡流传感器（1），转速传感器（2），隔交电路（6），信号衰减电路（7），ADC模数转换电路（8），ARM主控芯片9，其特征在于：在轴系的轴承（4）位置或机组需调整对中位置轴附近分别布置一个横向和垂向电涡流传感器（1），分别用来测量轴系横向间隙和垂向间隙，在需调整对中位置的轴上粘贴一个反光纸（3），对应反光纸（3）处设置转速传感器（2），用于键相标记角度；电涡流传感器（1）采集机组轴系低速旋转时的横向间隙和垂向间隙值信号，经隔交电路（6）和信号衰减电路（7）处理后传入ADC模数转换电路（8）转换成数字信号，数字信号再传入后端ARM主控芯片（9）；转速传感器（2）采集机组轴系旋转至反光片（3）时的一瞬间的相位标记角度值信号，并输出方波信号至ARM主控芯片（9），ARM主控芯片（9）通过热态对中软件（10）作差值计算处理后输出热态对中所需的轴系位置补偿值数据信号给数据输出设备。

2.根据权利要求1所述的轴系热态对中装置，其特征在于：所述电涡流传感器（1）分辨率为0.1um，量程为0.5~60mm，线性度<1%。

3.根据权利要求1所述的轴系热态对中装置，其特征在于：所述ARM主控芯片（9）挂载嵌入式Linux操作系统并与触摸屏连接。

4.一种应用权利要求1至3的任一项所述的轴系热态对中装置对轴系进行对中方法，其特征在于，具体步骤是：

（1）开机使机组满负荷稳定运行，轴系达到热态，降速使机组轴系匀速稳定在150转/分；

（2）将转速传感器（2）检测到反光纸（3）时输出的方波信号的上升沿作为0°，并输出方波至ARM主控芯片（9），ARM主控芯片（9）将以此方波上升沿作为触发点，自动保存此时刻由电涡流传感器（1）采集的热态轴系的横向间隙数据X1和垂向间隙Y1； 

（3）待机组完全冷却以后，开机使机组低速转动于150转/分，按照步骤二采集冷态轴系的横向间隙数据X2和垂向间隙Y2；

（4）使用ARM主控芯片（9）中的内置软件10计算热态状态下间隙数据与冷态的间隙数据差值：△X=X1-X2，△Y=Y1-Y2，得到此次热态对中所需的补偿值△X和△Y；

（5）根据此补偿值对轴系重新进行找正操作，从冷态对中的轴心位置（12）移动到热态对中的轴心位置（11），完成整个热态对中过程。

Images