CN103162906A - 一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备 - Google Patents

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本发明涉及一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备，该设备包括AIC8904总控制电路、电源和充电装置、系统工作状态装置，AIC8904总控制电路包括转速和振动采集装置和运算控制装置。其工作方式是用转速和振动采集装置采集数据，将所采集的数据通过运算控制装置分析并传输到上位机，由上位机显示；电源和充电装置用于设备供电正常；系统工作状态装置用于正确显示设备当前工作状态。该装置适用于汽轮机、电机、风机、机床、齿轮箱等各类机械振动的离（在）线振动状态监测和故障诊断。可在线诊断旋转机械变形、不平衡、转子磨损、综合不对中、轴弯曲变形、预测潜在故障、判定故障发展趋势等。

Description

一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备
技术领域
本发明涉及旋转机械运行监测的技术领域，特别涉及一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备，特别适用于汽轮机、电机、风机、空压机、机床、泵、齿轮箱等各类机械振动的在线振动状态监测。
背景技术
旋转机械运行时，转子在不平衡量产生的周期性离心力作用下受迫振动。这种受迫振动将引起机械振动，影响其正常运行。这种振动影响机械支撑正常工作，同时造成动、静部分磨损、基础松裂、或使机器管路裂开、自动调节失效，致使机器要经常修理或过早报废等危害。
从转子动力学中可知其定义为：当转子的中心主惯线与旋转轴线不重合时，转子存在不平衡。为了消除转子不平衡，动平衡技术应运而生。动平衡技术是与理论力学、材料力学、动力学、精密机械和精密仪表等学科密切相关的一门综合性技术。动平衡技术的核心目标是消除转子不平衡，可分为刚性转子动平衡平衡和柔性转子动平衡，根据不平衡分类不同，其动平衡技术方法不一样。转子动平衡技术通常分为工艺动平衡、现场动平衡和在线动平衡。工艺动平衡的测试系统所受干扰小，平衡精度高，但一般与实际工况不一致，实验价格昂贵，为了克服这些缺点，采用整机现场动平衡法。将组装完毕的旋转机械在现场安装状态下进行的平衡操作称为整体现场平衡。这种方法是机器作为动平衡机座，通过传感器测的转子有关部位的振动信息，进行数据处理，以确定在转子各平衡校正面上的不平衡及其方位，并通过去重或加重来消除不平衡量，从而达到高精度平衡的目的。不需要动平衡机，只需要一套价格低廉的测试系统，因而较为经济，在工作状态下就可获得较高的平衡精度。现场动平衡方法有三点平衡法、频闪法和影响系数法等。
现在主要应用的方法是影响系数法，它是利用校正量和所测量之间的线性关系来计算转子的不平衡量。在某一转速下运转的转子，其振动位移的幅值与不平衡量的比值近似为一常数，采用该比值衡量质量对该质量引起振幅变化的影响就称影响系数。
发明内容
本发明的目的在于采集含旋转机械系统的运行状态，以此对旋转机械的现场振动状态进行监测并分析诊断故障。
本发明采用的技术方案为：一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备，其特征在于：该设备由AIC8904总控制电路、电源和充电装置、系统工作状态装置组成，AIC8904总控制电路包括转速和振动采集装置和运算控制装置，其中：
所述的运算控制装置，负责产生各种逻辑信号，控制模拟电路各种动作，包括EP3C5F256控制器、USB2.0高速处理器及其它辅助电路：EP3C5F256负责产生各种逻辑信号，控制模拟电路各种动作，设置高通、低通、一次积分、二次积分、程控放大倍数、采样频率。EP3C5F256把采集到的数据存入内部虚拟出来的FIFO或RAM里，等待USB处理器的读取。USB2.0高速处理器解析上位机的命令，并负责把数据从EP3C5F256传到上位机。辅助电路包括EP3C5F256及USB2.0高速处理器的配置电路、低电压电源电路、电压检测电路。
所述的转速和振动采集装置，支持1-4个振动数据采集通道，支持电荷、电压、电流传感器输入，主要电路模块有：（1）14位A/D转换器，最高采样频率可达到250KSPS；（2）高通滤波器；（3）一次积分（速度）；（4）二次积分（位移）；（5）程控放大器，最大放大倍数100（多档，可软件设置）；（6）包络；（7）10阶低通滤波器（抗混滤波器）；
所述的电源和充电装置，电源装置可以自动切换供电电源，提供过冲、短路保护及恒流、涓流充电模式。充电装置包括3.3V，+5V，-5V，24V电压电路、软启动及电池欠压自动关断电路。
所述的系统工作状态装置，包括充电指示灯、冲满指示灯、自检工作灯、异常工作灯、电量指示灯、欠压指示灯等。
其中，所述的AIC9900总控制电路由数字电路和模拟电路组成。
本发明有以下优点：
1、该装置最突出的特点在于可以多通道同时采集振动信号，同时分析其振动状态；
2、该装置不仅可以测量含有旋转机械的系统的振动状态，还能够分析其不平衡矢量，计算出不平衡质量及方向，给现场动平衡提供数据；
附图说明
图1装置电路原理方框图；其中，1为运算控制装置、2为转速和振动采集装置、3为电源和充电装置、4为系统工作状态装置；
图2AIC8904总原理图；
图3AIC8904内CHAB1原理图；
图4AIC8904内ADMAX215原理图；
图5AIC8904内EP3C5原理图；
图6AIC8904内peripherals原理图；
图7AIC8904内USB原理图；
图8AIC8904内CHAB2原理图；
图9AIC8904内CHCD1原理图；
图10AIC8904内CHCD2原理图；
图11BQ2461X原理图；
图12POWER6.0原理图；
图13各线路板间连接图。
具体实施方式
本发明为一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备，总连接图参见图1，设备包括：上位机、运算控制装置1、转速和振动采集装置2、电源和充电装置3和系统工作状态装置4。
AIC9900电路由数字电路和模拟电路组成（电路图如图2至图10所示）：
数字电路负责产生各种逻辑信号，控制模拟电路各种动作，包括EP3C5F256控制器、USB2.0高速处理器及其它辅助电路。EP3C5F256负责产生各种逻辑信号，控制模拟电路各种动作，比如设置高通、低通、一次积分、二次积分、程控放大倍数、采样频率高低等。EP3C5F256把采集到的数据存入内部虚拟出来的FIFO或RAM里，等待USB处理器的读取。USB2.0高速处理器解析上位机的命令，并负责把数据从EP3C5F256传到上位机。辅助电路包括EP3C5F256及USB2.0高速处理器的配置电路、低电压电源电路、电压检测电路等。
模拟电路模拟电路支持1-4个振动数据采集通道，支持电荷、电压、电流传感器输入，主要电路模块有：4位A/D转换器，最高采样频率可达到250KSPS、高通滤波器、一次积分（速度）、二次积分（位移）、程控放大器，最大放大倍数100（多档，可软件设置）、包络、10阶低通滤波器（抗混滤波器）。
充电电路（如图11所示）采用TI新一代智能充电芯片bq24610，自动切换供电电源，提供过冲、短路保护及恒流、涓流充电模式。
电源电路（如图12所示）：包括3.3V，+5V，-5V，24V电压电路、软启动及电池欠压自动关断电路。
电路板连接如图13所示：
充电器板BQ2461X含：ACPWR为适配器插座；VSYS给power6.0板供电的插座；BAT为电池插座。
电源板power6.0含：POWER(1)为主板提供+5V，-5V电源插座；POWER(2)为主板提供+3.3V电源插座；JP1为主板提供24V电源插座；DC1为连接VSYS板座；KPOW为软复位开关座。
主板8904含：POWER(1)插座连接电源板POWER(1)；POWER(2)插座连接电源板POWER(2)；RPM为转速插座；JP9连接电源板JP1；CHA、CHB、CHC、CHD均为振动插座。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备，其特征在于：该设备包括AIC9900总控制电路、电源和充电装置和系统工作状态装置，AIC9900总控制电路包括转速和振动采集装置和运算控制装置，其中：
所述的运算控制装置，负责产生各种逻辑信号，控制模拟电路各种动作，包括EP3C5F256控制器、USB2.0高速处理器及其它辅助电路；EP3C5F256控制器负责产生各种逻辑信号，控制模拟电路各种动作，设置高通、低通、一次积分、二次积分、程控放大倍数、采样频率；EP3C5F256控制器把采集到的数据存入内部虚拟出来的FIFO或RAM里，等待USB高速处理器的读取；USB2.0高速处理器解析上位机的命令，并负责把数据从EP3C5F256控制器传到上位机；辅助电路包括EP3C5F256控制器及USB2.0高速处理器的配置电路、低电压电源电路、电压检测电路；
所述的转速和振动采集装置，支持1-4个振动数据采集通道，支持电荷、电压、电流传感器输入，主要电路模块有：（1）、14位A/D转换器，最高采样频率可达到250KSPS；（2）、高通滤波器；（3）、一次积分（速度）；（4）、二次积分（位移）；（5）、可软件设置的多档程控放大器，最大放大倍数100；（6）、包络；（7）、10阶低通滤波器（抗混滤波器）；
所述的电源和充电装置，电源装置可以自动切换供电电源，提供过冲、短路保护及恒流、涓流充电模式。充电装置包括3.3V，+5V，-5V，24V电压电路、软启动及电池欠压自动关断电路；
所述的系统工作状态装置，包括充电指示灯、冲满指示灯、自检工作灯、异常工作灯、电量指示灯和欠压指示灯。
2.根据权利要求1所述的一种用于在线监测旋转机械动平衡的设备，其特征在于：所述的AIC8904总控制电路由数字电路和模拟电路组成。
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