CN203551240U - 旋转机械监测保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种旋转机械监测保护装置，包括信号采集部、信号处理部、信号输出部以及冗余电源。传感器采用电涡流传感器或振动速度传感器，传感器输出的振动信号或电涡流传感器信号由高集成处理器控制信号切换电路选择瓦振幅值处理电路、瓦振烈度处理电路或轴振幅值处理电路处理成信号采集电路能够识别的电压信号，再进一步处理成高集成处理器能识别的数字信号，经高集成处理器对采集的数据进行集中的运算、处理、控制。本实用新型能驱动显示两路振动的振动幅值和烈度信号，并且通过以太网或串口通讯接口实现数据在上位机电脑显示参数组态。

Description

旋转机械监测保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种对旋转机械在线监测及保护用的振动监测保护装置，用于将大中型旋转机械设备的在线振动信号通过传感器采集，进行集中运算、处理、控制、储存，根据运算处理的数据及信息控制工业设备相应的保护执行机构，实现对工业现场设备的监测和保护。

背景技术

工业领域中的大型旋转机械设备有很多，如汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、燃气轮机、风机、电机、水泵、齿轮和滚动轴承等。目前，这些设备使用的在线监测装置，特别是振动在线监测装置90%都采用的进口设备，同时大部分设备都只是实现设备的在线单一状态的监测，不能有效的对设备运行状况进行全面的了解。而现有的通过振动传感器的方式输出振动监测信号的方式是现有技术的传统方式，并不能可靠的输出有关信号。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在线振动监测及保护的旋转机械监测保护装置，实时有效的对各种大型旋转机械设备进行在线实时监测和保护。

本实用新型的技术方案如下：

一种旋转机械监测保护装置，包括如下组成部分：

信号采集部，包括顺序连接的传感器和输入接口电路，所述传感器安装在旋转机械设备的振动部位，用于采集振动信号，所述传感器的输出通过所述输入接口电路连接至信号处理部；

信号处理部，包括瓦振幅值处理电路、瓦振烈度处理电路、轴振幅值处理电路、信号切换电路、信号采集电路以及高集成处理器；所述瓦振幅值处理电路、瓦振烈度处理电路和轴振幅值处理电路的输入分别与输入接口电路相连接，分别用于测量瓦振幅值、瓦振烈度和轴振幅值；所述瓦振幅值处理电路、瓦振烈度处理电路和轴振幅值处理电路的输出分别顺序通过所述信号切换电路、信号采集电路连接至高集成处理器；

信号输出部，包括二级开关量输出电路、电流输出电路、同步缓冲输出电路、数据存储电路和显示指示电路；所述二级开关量输出电路、电流输出电路、同步缓冲输出电路、数据存储电路和显示指示电路均连接在高集成处理器的输出端。

其进一步的技术方案为：所述传感器采用电涡流传感器；或者，所述传感器采用振动速度传感器。

以及，其进一步的技术方案为：还包括冗余电源电路，所述冗余电源电路分别为所述信号采集部、信号处理部、信号输出部提供电源。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型是集成了传感器、信号处理、计算机处理电路的高科技产品，能够实时在线对设备的振动进行监测及保护，主要应用于电力、石化、冶金、炼油、钢铁等工业领域中的大型机械设备，如汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、燃气轮机、风机、电机、水泵、齿轮和滚动轴承等。

本实用新型可为设备建立一套严密的振动监测分析体系。通过连续监测设备运行的重要状态参数，及时了解设备的运行状况，为事故征兆的预诊断提供重要的数据资料，对已发生的故障进行快速的分析报警，及时指出故障信息，提醒运行人员采取必要的措施，为设备的安全运行提供可靠的保障。可准确地估计设备继续运行的可靠时间，使设备使用寿命最长和意外停机事故最小，避免过剩维修，既保证了设备的安全运行，又能获得巨大的经济效益。

本实用新型的功能包括：1、具有高度智能化，参数设置PC组态；2、适宜长期在线监测，安装调试方便简单，无需现场维护；3、二级报警开关量输出；4、具有4～20mA电流模拟量输出；5、量程、报警、危险值任意设置；6、具有TDM实时信号输出；7、振幅和烈度同时显示；8、具有双通道数据采集、控制、显示。本实用新型主要适用于发电、钢铁、冶金、化工等领域，对各类旋转机构的轴瓦振动（绝对振动）及轴振动（相对振动）进行连续监视和测量，便于用户对机器工作情况进行分析和维护。备有电流输出，可供外接记录仪和微机等连接用。本实用新型完全实现数字化，稳定性好、准确性高、操作简单、维护方便可靠。友好的人机对话界面，使该产品处于国内领先水平。

本实用新型附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型所采用的电涡流传感器的结构图。

图3是本实用新型所采用的振动速度传感器的结构图。

图4是本实用新型中的瓦振幅值处理电路的原理图。

图5是本实用新型中的瓦振烈度处理电路的原理图。

图6是本实用新型中的轴振幅值处理电路的原理图。

图7是本实用新型中的信号切换电路的原理图。

图8是本实用新型中的信号采集电路的原理图。

图9是本实用新型中的显示指示电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本实用新型的原理框图如图1所示，由传感器2、输入接口电路3、瓦振幅值处理电路4、瓦振烈度处理电路5、轴振幅值处理电路6、信号切换电路7、信号采集电路8、高集成处理器9、二级开关量输出电路10、电流输出电路11、同步缓冲输出电路12、数据存储电路13、显示指示电路14和冗余电源电路15构成。

传感器2和输入接口电路3组成信号采集部。传感器2和输入接口电路3顺序连接。传感器2安装在旋转机械设备1的振动部位，可采用电涡流传感器或振动速度传感器，用于采集振动信号；传感器2的输出通过所述输入接口电路3连接至信号处理部。

瓦振幅值处理电路4、瓦振烈度处理电路5、轴振幅值处理电路6、信号切换电路7、信号采集电路8及高集成处理器9组成信号处理部。瓦振幅值处理电路4、瓦振烈度处理电路5、轴振幅值处理电路6的输入分别与输入接口电路3相连接，分别用于测量瓦振幅值、瓦振烈度和轴振幅值；瓦振幅值处理电路4、瓦振烈度处理电路5、轴振幅值处理电路6的输出分别顺序通过所述信号切换电路7、信号采集电路8连接至高集成处理器9。

二级开关量输出电路10、电流输出电路11、同步缓冲输出电路12、数据存储电路13、显示指示电路14组成信号输出部。二级开关量输出电路10、电流输出电路11、同步缓冲输出电路12、数据存储电路13、显示指示电路14均连接在高集成处理器9的输出端。

图1中，传感器2的输出通过输入接口电路3连接瓦振幅值处理电路4、瓦振烈度处理电路5和轴振幅值处理电路6，经信号处理后，瓦振幅值处理电路4、瓦振烈度处理电路5和轴振幅值处理电路6的输出顺序连接信号切换电路7、信号采集电路8和高集成处理器9，得到有用的信号。高集成处理器9的输出端设有二级开关量输出电路10、电流输出电路11、同步缓冲输出电路12、数据存储电路13和显示指示电路14。另设有冗余电源电路15，冗余电源电路15分别与上述信号采集部、信号处理部、信号输出部相连接，为其提供电源。

本实用新型由多种传感器2输出的振动信号并经瓦振幅值处理电路4、瓦振烈度处理电路5和轴振幅值处理电路6，各路信号经过上述处理电路把信号处理成信号采集电路8能够识别的直流电压信号。信号由信号切换电路7切换，且此切换由高集成处理器9控制切换开关选择不同的信号处理电路输出；由信号采集电路8把直流电压信号转换成高集成处理器9能够识别的数字信号，送给高集成处理器9处理。再经过高集成处理器9对釆集的数据进行集中的运算、处理、控制。高集成处理器9把数字信号控制输出电流模拟信号，根据设定参数阀值逻辑控制输出二级开关量信号，同时提供故障诊断系统所需的TDM信号。高集成处理器9驱动液晶显示，显示两路振动的振动幅值和烈度信号。并且通过以太网或串口通讯接口实现数据在上位机电脑显示参数组态。

传感器2可采用电涡流传感器或振动速度传感器。传感器原理如下：

1、采用电涡流传感器

电涡流传感器的外型如图2所示，其外型与普通螺栓十分相似，其头部有扁平的感应线圈201，将它固定在不锈钢螺栓202一端，感应线圈的引线从螺栓另一端与高频电缆203相连。

当头部感应线圈通上高频（1～2MHz）电流时，线圈周围产生了高频电磁场；如其周围有金属导体，便会在金属表面产生个感应电流，即电涡流，根据楞次定律，电涡流产生的电磁场与感应线圈的电磁场方向相反，这两个磁场相互叠加，改变了感应线圈的阻抗，感应线圈内阻抗变化可用下式表示：

Z=f(μ、γ、r、x、I、ω)

式中：μ——导磁系数；

          γ——电导率；

          r——线圈尺寸因子；

          x——感应线圈与导体之间的间隙；

          I——励磁电流；

          ω——励磁电流圆周率。

当金属导体结构均匀、各向同性且μ、γ、r、I、ω一定时，感应线圈阻抗Z的变化是感应线圈与金属导体之间距离的单值函数。

如果当μ、γ、x、I、ω一定时，增大线圈尺寸r，磁场分布范围将增大，但感应磁场强度的变化幅度减少，反之则相反。因此这种传感器的线性范围随感应线圈直径增大而加大，而传感器灵敏度（单位间隙的阻抗变化值）随感应线圈直径增大而减少。

为了使感应线圈获得高频电流，应将感应线圈接入振荡回路，由此在高频振荡回路输出端可以获得间隙x有关的高频谐波，该信号经放大、检波、滤波后，便可得到一个与x值成正比的输出电压，输出电压的直流分量正比于感应线圈与金属导体之间的静态间隙；若线圈与金属板之间存在相对振动，则有交流电压输出，它正处于金属板与感应线圈之间的相对位移，因此这种传感器又称为位移传感器，它不但可作静态测量，例如两个物体之间的距离、金属板的厚度等，而且还可以作动态测量。

电涡流传感器检波到的交直流信号是叠加在线圈的高频电源上的，如果直接将这种混频信号送到振动仪，即使采用高频电缆，也会使传感器的灵敏度显著降低，而且易受干扰。为防止这些不利影响，必须在电涡流传感器附近设置放大器、检波器和滤波器，将振动信号放大并检出后送到振动仪。这一装置称为电涡流传感器的前置器。

2、采用振动速度传感器

振动速度传感器是目前较常见的一种振动传感器，其工作原理实际上是一个往复式永磁小发电机。振动速度传感器的结构如图3所示。包括第一簧片301、永久磁钢302、阻尼杯303、导磁体304、连接杆305、外壳306、振动线圈307、第二簧片308及引出线接头309。

当传感器的外壳306固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈307是用很软的第一簧片301、第二簧片308固定在外壳上的，其自振频率ωn较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对（相对与传感器外壳）静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E：

E=BLν

式中：B——磁场强度；

          L——感应线圈磁场强度；

          ν——相对运动速度。

当B、L一定时，输出电势E正比于振动速度ν，所以称它为振动速度传感器。又因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称绝对式振动速度传感器。

图4至图9分别示出了本实用新型中的瓦振幅值处理电路（图4）、瓦振烈度处理电路（图5）、轴振幅值处理电路（图6）、信号切换电路（图7）、信号采集电路（图8）以及显示指示电路（图9）的原理图。其余输入接口电路3、高集成处理器9、二级开关量输出电路10、电流输出电路11、同步缓冲输出电路12、数据存储电路13和冗余电源电路15均采用现有技术。

传感器输出的振动信号或电涡流传感器信号由高集成处理器控制信号切换电路选择不同的信号处理电路（瓦振幅值处理电路、瓦振烈度处理电路，或者轴振幅值处理电路）。再由信号处理电路把信号整理成信号采集电路能识别的直流电压，再由信号采集电路把电压信号转换成高集成处理器能识别的数字信号，再经过高集成处理器对采集的数据进行集中的运算、处理、控制。控制输出电流模拟信号，根据设定参数阀值逻辑控制输出多路开关量信号，同时提供故障诊断系统所需的TDM信号。高集成处理器驱动显示两路振动的振动幅值和烈度信号，并且通过以太网或则串口通讯接口电路实现数据在上位机电脑显示参数组态。

本实用新型是机电一体化产品，采用智能化数字仪表，具有传统的在线监测仪器不可比拟的优越性。适用于所有大中型旋转机械的在线监测保护，包括汽轮机、水轮机、压缩机、燃汽轮机、鼓风机、电机、水泵等。系统可以连续测量和监视与安全有关的轴振、瓦振、胀差、偏心、轴向位移、转速、热膨胀、油动机行程等多种主要机械参数。性能技术指标完全可以替代进口产品，是产品更新换代的首选。使用本实用新型可以及时识别设备的异常状态，保证机组安全可靠地运行，对于帮助掌握机组的运行状态，早期诊断常见的机械故障具有重要的现实意义。

本实用新型的一种实施例的技术参数如下：

1、显示方式：LCD液晶显示；

2、测量范围：频响：1～3KHz（轴振动）/10～300Hz（瓦振动）；

             振幅：0～500μm内任意设置（峰-峰值）；出厂值为：0～200μm；

             烈度：0～50.0mm/s内任意设置（真有效值）；出厂值为：0～20.0mm/s；

3、测量精度：±0.5级，线性误差≤±2%（满量程）；

4、输出方式：电流输出：4～20mA（负载≤1KΩ）；

             二级开关量输出：DC27V/2A或AC250V/5A；

             TDM同步信号输出；

5、环境温度：-10～65℃（相对湿度：≤85%）；

6、供电电压：AC85V～265V/50～400Hz；

7、安装方式：盘式；

8、外形尺寸：常规样式：155mm（长）×82mm（高）×152mm（深）；

9、开孔尺寸：常规样式：146mm（长）×73mm（高）。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种旋转机械监测保护装置，其特征在于，包括如下组成部分：

信号采集部，包括顺序连接的传感器（2）和输入接口电路（3），所述传感器（2）安装在旋转机械设备（1）的振动部位，用于采集振动信号，所述传感器（2）的输出通过所述输入接口电路（3）连接至信号处理部；

信号处理部，包括瓦振幅值处理电路（4）、瓦振烈度处理电路（5）、轴振幅值处理电路（6）、信号切换电路（7）、信号采集电路（8）以及高集成处理器（9）；所述瓦振幅值处理电路（4）、瓦振烈度处理电路（5）和轴振幅值处理电路（6）的输入分别与输入接口电路（3）相连接，分别用于测量瓦振幅值、瓦振烈度和轴振幅值；所述瓦振幅值处理电路（4）、瓦振烈度处理电路（5）和轴振幅值处理电路（6）的输出分别顺序通过所述信号切换电路（7）、信号采集电路（8）连接至高集成处理器（9）；

信号输出部，包括二级开关量输出电路（10）、电流输出电路（11）、同步缓冲输出电路（12）、数据存储电路（13）和显示指示电路（14）；所述二级开关量输出电路（10）、电流输出电路（11）、同步缓冲输出电路（12）、数据存储电路（13）和显示指示电路（14）均连接在高集成处理器（9）的输出端。

2.根据权利要求1所述旋转机械监测保护装置，其特征在于：所述传感器（2）采用电涡流传感器。

3.根据权利要求1所述旋转机械监测保护装置，其特征在于：所述传感器（2）采用振动速度传感器。

4.根据权利要求1所述旋转机械监测保护装置，其特征在于：还包括冗余电源电路（15），所述冗余电源电路（15）分别为所述信号采集部、信号处理部、信号输出部提供电源。

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