CN2195090Y - 汽轮发电机组轴承阻尼在线检测仪 - Google Patents

Abstract

汽轮发电机组轴承阻尼在线检测仪由振动传感 器、放大器、有源RC滤波器、开关电容滤波器、 A/D转换器和8031单片机系统组成，它通过对反 映阻尼特性的低频信号的提取和处理，并采用普罗尼 (Prony)方法进行计算机处理，得出反映阻尼特性参 量，以便对运行中的发电机组进行实时分析，及时诊 断和排除故障，确保安全运行，具有结构简单、成本低 和监控可靠等优点，可采用积木式的模块结构，便于 调试和维护。

Description

本实用新型是一种用于测量汽轮发电机组轴承阻尼的在线检测仪，属于振动分析和测试技术领域。

目前汽轮发电机组轴承阻尼都是通过理论分析的方法计算得到，而没有专门的检测仪器进行实际测量。由于影响阻尼值的因素很多，因而理论分析复杂、计算工作量很大，无法对运行中的汽轮发电机组进行实时分析和计算其轴承的阻尼值，不利于对运行中汽轮发电机组的实时监控和故障诊断。

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种汽轮发电机组轴承阻尼在线检测仪，为汽轮发电机组的安全运行、故障诊断、性能分析和状态监控等提供依据。

本实用新型由振动传感器、特征信号提取器、信号采集器、特征信号处理器、电源和外壳组成，其特点是特征信号提取器可采用放大器、有源RC带通滤波器和具有陡峭频率衰减特性滤波器构成。振动传感器可采用电磁传感器或涡流传感器，信号采集器可采用模数（A／D）转换器构成，特征信号处理器可采用通用微机、单片机或DSP处理器结构，采取编程方案实现对特征信号的处理功能，在正常运行的汽轮发电机组中，轴承振动信号为由低频、工频和高频成分组成的混频信号，能反映轴承阻尼特性的特征信号主要是轴承低频振动分量，低频分量量值与工频和高频分量相比很小，仅占通频幅值的1％～5％。因此，在提取特征信号时，必须滤除其他分量，以免它们对特征信号的干扰。根据现场信号的特点，同时考虑器件成本，特征信号提取器采用信号放大、粗滤波和高精度滤波的方案构成。由于特征信号提取器提取出的特征信号并不能直接反映出阻尼特性。因此特征信号需经过特征信号处理器处理，它可采用信号处理学科中的扩展普罗尼（prony）方法，利用计算机技术用一组减幅衰减信号来逼近原始信号，得到减幅信号中的衰减系数即可得轴承阻尼因子，从而反映出轴承阻尼特性，工程上常用与其等价的对数衰减率来表示。

本实用新型与现有技术相比，具有结构简单、成本低等优点。可实时分析，便于及时诊断和排除故障；由于紧密结合发电机组实际情况进行监测，有利于实时反映汽轮发电机组的实际运行状况，以便保证汽轮发电机组的安全运行。通过对国产200MW汽轮发电机组＃6轴承阻尼特性的测量。得到结果与工程上公认的理论结果相符，＃6轴承的对数衰减率在3000转／分和3270转／分的情况下分别为0.13和0.0786，工程上公认的相应值为0.1～0.2和0～0.1范围。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的电路方框示意图；图3为特征信号提取器电路原理示意图。

本实用新型可采用附图所示的方案实现，一种便携式结构如图1所示，仪器外壳上有220V交流电源插孔，面板上有电源开关C、指示灯D、键盘E、频率选择钮F、显示器G和打印机输出孔H。电路方框图如图2所示，可由传感器（1）、特征信号提取器、模数（A／D）转换器（5）、特征信号处理器构成。传感器（1）可采用常规的电磁式A或涡流式传感器B。特征信号提取器可由放大器（2）、有源RC带通滤波器（3）和具有陡峭频率衰减特性的滤波器（4）构成。放大器（2）可由集成块IC₁和电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃构成；有源RC带通滤波器（3）可由IC₂和IC₃、电阻R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、电容C₁和C₂构成；IC₁IC₂和IC₃可采用LM324、μA741和LF356等运算放大器；具有陡峭频率衰减特性的滤波器（4）可采用开关电容滤波器或有源RC滤波器中的椭圆函数滤波器，例如采用开关电容滤波器集成块MF10，如图3所示。根据不同要求的需要，放大器（2）、有源RC带通滤波器（3）和具有陡峭频率衰减特性的滤波器（4）可分别采用单级或多级串连构成。模数（A／D）转换器（5）可采用A／D插板，以便与通用微机连接；对于单片机系统，则可用ADC0804集成块构成。特征信号处理器可采用单片机系统，由常规的单片机8031（6）、外部程序存贮器EPROM（8）、数据存贮器RAM（7）、通用I／O扩展芯片8155（9）、打印机（10）、LED数码管显示器（11）和键盘（12）构成。为了避免突然断电而丢失信号，仪器可设置常规的断电保护电路（13）。图3所示的有源RC滤波器工作于特定中心频率的带通方式；开关电容滤波器可工作于特定中心频率的带通方式或特定截止频率的低通方式。对于19.8Hz的特征信号，开关电容滤波器工作于低通方式，电阻和电容值可取：R₁₁＝R₁₃＝5.6KΩ，R₂₁＝51KΩ，R₂₂＝5KΩ，R₂₄＝33KΩ；C₁＝C₂＝1μF；可变电阻R₁₂＝30KΩ、R₃₂＝10KΩ、R₃₃＝20KΩ。

本实用新型可采用积木式的模块结构，可由输入模块、主模块、显示与键盘模块、打印机模块和电源模块组成。输入模块由特征信号提取器和模数（A／D）转换器构成；主模块由8031单片机、2764EPROM、6116RAM、8155扩展器和必要的逻辑器件等构成；显示与键盘模块由14个键（其中10个数字键，4个功能键：开始测试键S、显示键D、打印键P和复位键R）、7个LED数码管（前3位显示频率，后4位显示对数衰减率）、75452驱动器和逻辑器件等构成；打印机模块由智能型微型打印机构成（如GP－16），直接与8031相连；电源模块由变压器、整流电路、稳压电路和电源扩展电路构成，其功能是将输入220V交流电转换为±12V、＋5V的三组直流电。除了特征信号提取器需要±12V和＋5V供电外，其余部件均由＋5V电源供电，由于本实用新型可采取积木式模块结构，因而使结构紧凑、体积缩小，便于调试和维护。

Claims (4)

1、一种用于测量汽轮发电机组轴承阻尼的在线检测仪，由振动传感器、特征信号提取器、信号采集器、特征信号处理器、电源和外壳组成，其特征在于特征信号提取器采用放大器、有源RC带通滤波器和具有陡峭频率衰减特性的滤波器构成。

2、根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测仪，其特征在于具有陡峭频率衰减特性的滤波器采用开关电容滤波器。

3、根据权利要求1或2所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测仪，其特征在于特征信号处理器由8031单片机、EPROM、RAM、通用I／O扩展芯法8155、打印机、LED数码管显示器和键盘构成。

4、根据权利要求1或2所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测仪，其特征在于采用积木式的模块结构，由输入模块、主模块、显示与键盘模块、打印模块和电源模块组成。

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