CN108005939A - 离心压缩机扭矩监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心压缩机扭矩检测装置，涉及离心压缩机安全维护机械的结构设计技术领域，用于监测离心压缩机的转子的扭矩变化，扭矩分度盘分别套设在主轴靠近主轴的两端的位置处，沿扭矩分度盘周向等角度间距设置有沟槽；相位探头与扭矩分度盘相匹配设置在机壳上，用于检测扭矩分度盘的扭矩变化并产生第一信号；扭矩分析装置，与相位探头电连接，用于接收并计算分析第一信号，得出离心压缩机的转子的扭矩、转速，及根据扭矩、转速得出离心压缩机的功率。本发明可通过功率变化得出扭矩变化的责任设备，区分出是驱动设备故障还是某一台压缩机故障导致的功率变化，为决策者第一时间确定责任设备进行维护提供准确的数据信息。

Description

离心压缩机扭矩监测装置

技术领域

本发明涉及离心压缩机安全维护机械的结构设计技术领域，具体而言，涉及一种离心压缩机扭矩监测装置。

背景技术

随着工业的不断迅猛发展，目前国内外的核电、石化、制药、食品等行业都设置有离心压缩机来实现其生产工艺流程。在上述各个工艺流程中，部分采用离心压缩机的介质为气体，由于上述气体介质的独有的流动特性，工艺进行过程中气体会出现流量波动，导致离心压缩机的出口压力常常会出现波动，导致整个离心压缩机的功率波动较大，机组功率增大，造成离心压缩机的工作效率降低。波动较大时甚至会造成离心压缩机运行停车，降低生产效率，危及生产安全。

在多台离心压缩机构成的离心压缩机组进行工艺生产时，一旦其中一台产生出口压力波动较大的情况时，各个离心压缩机的转子的扭矩会产生变化，导致整个离心压缩机组的工作效率降低，危及生产安全。并且，在一台驱动机驱动离心压缩机机组时，当转子扭矩发生变化时，无法区分是驱动机造成的还是其中某一台离心压缩机造成的。一旦离心压缩机组中一台离心压缩机发生出口压力波动时，工作人员往往要逐一检查每一台离心压缩机，从而发现存在故障的那一台，对产生故障的离心压缩机进行修正，以保障整个离心压缩机机组的正常运行。综上，现有技术中离心压缩机存在的技术问题是转子扭矩产生变化时,工作人员不能立即确定扭矩发生变化的具体责任设备。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种能够实时监测离心压缩机转子扭矩、转速以及功率的离心压缩机扭矩监测装置。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种离心压缩机扭矩监测装置，用于监测离心压缩机的转子的扭矩变化，离心压缩机包括机壳、主轴，主轴设置于机壳内，在主轴上顺次设置有至少一个叶轮，还包括：扭矩分度盘，分别套设在主轴靠近主轴的两端的位置处，沿扭矩分度盘周向等角度间距设置有沟槽；相位探头，与扭矩分度盘相匹配设置在机壳上，用于检测扭矩分度盘的扭矩变化并产生第一信号；扭矩分析装置，与相位探头电连接，用于接收并计算分析第一信号，得出离心压缩机的转子的扭矩、转速，及根据扭矩、转速得出离心压缩机的功率。

上述方案中优选的是，在主轴上沿主轴的轴向设置有第一限位槽，在扭矩分度盘内侧设置有第二限位槽，第一限位槽、第二限位槽配合键对扭矩分度盘进行限位。

上述任一方案中优选的是，在主轴上还设置有螺栓孔，扭矩分度盘通过螺栓锁死在主轴上。

上述任一方案中优选的是，第一信号为正弦信号。

上述任一方案中优选的是，扭矩分析装置包括信号分析电路、显示器，其中信号分析电路分别与相位探头、显示器电连接，显示器用于显示信号分析电路的分析计算结果。

上述任一方案中优选的是，分析计算结果包括：转子的扭矩、转子的转速、相位探头的位置离心压缩机的功率。

上述任一方案中优选的是，设置于主轴两端的相位探头产生的信号相位差得出扭转应变。

上述任一方案中优选的是，第一信号包括产生正弦信号的相位探头的位置。

上述任一方案中优选的是，在主轴与驱动机连接的一端设置有连接凸台，连接凸台配合螺栓螺母组合与驱动机可拆卸固定连接。

本发明提供的离心压缩机扭矩监测装置的有益效果在于，通过在背景技术中涉及的离心压缩机上安装本发明的离心压缩机扭矩监测装置，可实时对压缩机组转子传递的扭矩进行监测，特别是在一台驱动设备驱动多台压缩机的机组的情况下，不仅可以及时发现压缩机组的功率变化还可通过压缩机组功率变化确定压缩机组的扭矩变化，有效确定导致功率变化的责任设备，区分出是驱动设备故障还是某一台压缩机故障导致的功率变化，为决策者第一时间确定责任设备进行维护提供准确的数据信息。

附图说明

图1为本发明的离心压缩机扭矩监测装置优选实施例扭矩分度盘、相位探头与压缩机组装的结构示意图；

图2为本发明的离心压缩机扭矩监测装置图1所示实施例结构示扭矩分度盘、相位探头配合安装的结构示意图；

图3为本发明的离心压缩机扭矩监测装置图1所示优选实施例数据传输过程的流程示意图。

附图标记：

1-主轴； 2-叶轮；3-扭矩分度盘；4-相位探头；

5-扭矩分析装置；6-连接凸台；31-第一扭矩分度盘；

32-第二扭矩分度盘；41-第一相位探头；42-第二相位探头；

61-螺栓螺母组合。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。

为克服上述背景技术现有技术中存在的技术缺陷，本实施例提供一种离心压缩机扭矩监测装置，用于监测离心压缩机的转子的扭矩变化，离心压缩机包括机壳、主轴1，主轴1设置于机壳内，在主轴1上顺次设置有至少一个叶轮2，还包括：扭矩分度盘3，分别套设在主轴1靠近主轴1的两端的位置处，沿扭矩分度盘3周向等角度间距设置有沟槽31；相位探头4与扭矩分度盘3相匹配设置在机壳上，用于检测扭矩分度盘3的扭矩变化并产生第一信号；扭矩分析装置5与相位探头4电连接，用于接收并计算分析第一信号，得出离心压缩机的转子的扭矩、转速，及根据扭矩、转速得出离心压缩机的功率。

本实施例中涉及的扭度分度盘3是安装在主轴1上，用于辅助测量主轴1的转动速度，扭度分度盘3为圆盘型结构，在圆盘的中心设置有通孔，该通孔的直径与主轴1的直径大小相等，便于在主轴1上穿设上述扭度分度盘3。在上述扭度分度盘3的边缘处设置有沟槽31，主轴1转动时带动扭度分度盘3绕主轴1周向转动。在机壳上固定设置有相位探头4，相位探头4的端头与扭度分度盘3的边缘相对。相位探头4的长度方向的中心线与扭度分度盘3的中心轴线垂直，即相位探头4的长度方向与扭度分度盘3的盘面平行固定设置在机壳上。

本实施例中相位探头4与扭度分度盘3的组合工作原理如下：相位探头4包括固定部与检测部，固定部与检测部固定连接为一整体结构，固定部用于将相位探头4固定在机壳上，检测部内置有检测线圈，检测线圈用于检测靠近相位探头4的扭度分度盘3中沟槽31的部分。由于检测部检测沟槽31过程中，相位探头4检测到扭度分度盘3距离检测部的距离随着主轴1转动的过程有规律地时近时远。根据上述时近时远的变化规律，相位探头4产生第一信号。本实施例中扭度分度盘3与相位探头4的组合是分别设置在主轴1上的叶轮段的两端的，即在主轴1的两端各设置有一组扭度分度盘3与相位探头4，通过对比主轴1两端的相位探头4产生的信号的差别可得出主轴1两端扭矩的变化值，若主轴1两端的扭矩应变为0，那么，主轴1两端不存在扭矩差值；若主轴1两端的扭矩应变不为0，那么主轴1两端存在扭矩差值，该扭矩应变结合主轴1两端之间的距离(即第一相位探头41与第二相位探头42之间的距离，或者是第一扭度分度盘31与第二扭度分度盘32之间的距离。)与主轴1的直径尺寸可计算得出主轴1两端之间传递的扭矩值。其中，根据扭矩应变、距离、以及主轴1半径计算得出主轴1传递的扭矩值的计算方法如下：定义γ-扭矩应变，l-距离，r-半径，ψ-主轴1两截面之间的相对转角，则扭矩应变与相对转角之间的关系为主轴1传递的扭矩值T＝∫τdA·r，其中，主轴1的扭矩应变与应力之间满足τ＝Gγ。可以肯定的是根据上述变量的确定可以计算得出主轴1传递的扭矩。

与上述相位探头4导电连接设置有扭矩分析装置5。扭矩分析装置5接收第一相位探头41与第二相位探头42产生的第一信号，并对第一信号进行整合分析，当转子转动时，第一相位探头41可以探测到第一扭矩分度圆盘31的转动，产生正弦信号；同理第二扭矩探头42探测第二扭度分度盘32的转动产生正弦信号，正弦信号即为上述第一信号。但由于存在扭矩，在主轴1上存在扭应力与扭转应变，第一相位探头41和第二相位探头42分别产生的第一信号存在一定相位差，这个相位差就是由于主轴1传递转动扭矩所产生的扭转应变。综合第一相位探头41与第二相位探头42之间的距离以及主轴1的直径，通过计算可得到转子所传递的扭矩值。同时，通过对第一相位探头41或者第二相位探头42产生的正弦信号可以得知转子的转速。通过上述转速和扭矩，可以计算得出压缩机的功率值。

在离心压缩机，尤其是多个离心压缩机构成的离心压缩机组上安装本实施例提供的离心压缩机扭矩监测装置，通过上述扭矩分析装置5由主轴1转速和扭矩计算得出压缩机组的功率值分析，可实时对压缩机组转子传递的扭矩进行监测，及时发现压缩机组的功率变化。通过功率变化可知压缩机组产生了扭矩变化，然后检查第一相位探头41与第二相位探头42是否产生相位差，若第一相位探头41与第二相位探头42之间存在相位差，结合压缩机主轴1转速可推出相应压缩机的扭矩变化，则可推断出是相应的离心压缩机扭矩产生了变化导致的功率变化，该离心压缩机为导致离心压缩机组功率变化的责任设备；若第一相位探头41与第二相位探头42之间未存在相位差，则可推断出是驱动设备导致的功率变化，该驱动设备为导致离心压缩机组功率变化的责任设备。因此可通过上述压缩机功率变化可有效确定导致功率变化的责任设备，区分出是驱动设备故障还是具体某一台压缩机故障导致的功率变化，为决策者第一时间确定责任设备并进行维护提供准确的数据信息。

进一步地，在主轴1上沿主轴1的轴向设置有第一限位槽，在扭矩分度盘3内侧设置有第二限位槽，第一限位槽、第二限位槽配合键对扭矩分度盘3进行限位。在主轴1的外周沿主轴1的轴向设置有第一限位槽，第一限位槽的数量至少为1个，在设置多个第一限位槽的情况下，第一限位槽之间的间距相等。第一限位槽不是沿主轴1方向上的通槽，键固定在第一限位槽内。扭度分度盘3为与主轴1相匹配的环状结构，在扭度分度盘3的内侧面沿主轴1的轴向设置有第二限位槽。设置在扭度分度盘3上的第二限位槽的数量至少为一个。当扭度分度盘3上的第二限位槽的数量为多个的情况下，第二限位槽之间的间距相等。在第一限位槽与第二限位槽同时为多个的情况下，第一限位槽与第二限位槽的数量可以相等，也可以不相等，不相等的情况下第一限位槽与第二限位槽的数量为整数倍设置，确保能够使第一限位槽与第二限位槽能够在同一键进行限位。同理，第一限位槽为一个的情况下，第二限位槽的数量可以是一个也可以是多个。采用上述方式设计扭度分度盘3可在一定程度上提高扭度分度盘3的通用性。

上段中技术方案的另一替代方案为：在主轴1上还设置有螺栓孔，扭矩分度盘3通过螺栓锁死在主轴1上。

上述两种技术方案涉及扭度分度盘3的固定方式，其目的是保障扭度分度盘3能够在结构损伤时能够拆卸，并且安装在主轴1上后能够使扭度分度盘3与主轴1能够同步转动。

进一步地，扭矩分析装置5包括信号分析电路、显示器，其中信号分析电路分别与相位探头4、显示器电连接，显示器用于显示信号分析电路的分析计算结果。设置于主轴1两端的相位探头4产生的信号相位差得出扭转应变。第一信号包括产生正弦信号的相位探头4的位置。将相位探头4检测得出的第一信号传输至信号分析电路5。信号分析电路5中设置信号处理程序，将接收的第一信号转换为正弦信号与数字信号，并连同将第一相位探头41与第二相位探头42对应的位置信息显示在显示器上，供决策者观察并依此对离心压缩机的运行情况进行调试。显示位置信息可使决策者更直观、更迅速找到故障产生的准确位置。

进一步地，分析计算结果包括：转子的扭矩、转子的转速、相位探头4的位置、离心压缩机的功率。如上在信号分析电路5中设计信号处理程序，信号分析电路接收第一相位探头41与第二相位探头42传递的第一信号，经过信号处理程序的处理，得出上述分析计算结果。节省了决策者对第一信号进行处理的时间以及人力投入。

进一步地，在主轴1与驱动机连接的一端设置有连接凸台6，连接凸台配合螺栓螺母组合61与驱动机可拆卸固定连接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种离心压缩机扭矩监测装置，用于监测离心压缩机的转子的扭矩变化，离心压缩机包括机壳、主轴(1)，所述主轴(1)设置于所述机壳内，在所述主轴(1)上顺次设置有至少一个叶轮(2)，其特征在于，还包括：

扭矩分度盘(3)，分别套设在所述主轴(1)靠近所述主轴(1)的两端的位置处，沿所述扭矩分度盘(3)周向等角度间距设置有沟槽(31)；

相位探头(4)，与所述扭矩分度盘(3)相匹配设置在所述机壳上，用于检测所述扭矩分度盘(3)的扭矩变化并产生第一信号；

扭矩分析装置(5)，与所述相位探头电连接，用于接收并计算分析所述第一信号，得出所述离心压缩机的转子的扭矩、转速，及根据所述扭矩、转速得出所述离心压缩机的功率。

2.如权利要求1所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，在所述主轴(1)上沿所述主轴(1)的轴向设置有第一限位槽，在所述扭矩分度盘(3)内侧设置有第二限位槽，所述第一限位槽、所述第二限位槽配合键对所述扭矩分度盘(3)进行限位。

3.如权利要求1所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，在所述主轴(1)上还设置有螺栓孔，所述扭矩分度盘(3)通过螺栓锁死在所述主轴(1)上。

4.如权利要求3所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，所述第一信号为正弦信号。

5.如权利要求1所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，所述扭矩分析装置(5)包括信号分析电路、显示器，其中所述信号分析电路分别与所述相位探头(4)、所述显示器电连接，所述显示器用于显示所述信号分析电路的分析计算结果。

6.如权利要求5所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，所述分析计算结果包括：转子的扭矩、转子的转速、所述相位探头(4)的位置所述离心压缩机的功率。

7.如权利要求4所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，设置于所述主轴(1)两端的相位探头(4)产生的信号相位差得出扭转应变。

8.如权利要求4所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，所述第一信号包括产生正弦信号的相位探头(4)的位置。

9.如权利要求2所述的离心压缩机扭矩监测装置，其特征在于，在所述主轴(1)与驱动机连接的一端设置有连接凸台(6)，所述连接凸台配合螺栓螺母组合(61)与所述驱动机可拆卸固定连接。