RU2536774C1

RU2536774C1 - System to diagnose technical condition of shaft or shafting of rotor machine using contact sensors of absolute vibration

Info

Publication number: RU2536774C1
Application number: RU2013133424/28A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Вадимович Тарадай; Сергей Борисович Томашевский; Александр Зиновьевич Зиле; Юлия Аркадьевна Шуранова
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2014-12-27

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: system to diagnose technical condition of a controlled shaft or shafting includes two contact sensors of absolute vibration fixed on the shaft and at least one device to match signals of the specified sensors connected to a reading device. At the same time devices of signal matching and the reading device in the form of a common measurement block are fixed on the shaft of the rotor, sensors are installed in the plane of measurements perpendicularly to the diametrical axis of the cross section of the shaft, and the reading device of the measurement block is equipped with a port of a flash card of digital memory for automatic recording of measurement results on it. The system also comprises a separate hardware-software block equipped with a similar port for detailed processing of measurement results in accordance with a specification for diagnostics. The number of sensors in the plane of measurements shall preferably be even, and each sensor at the same shall pair with another similar sensor, arranged on the same diametrical axis at the opposite side of shaft.

EFFECT: increased accuracy of measurements and increased reliability of information processing.

2 cl, 5 dwg

Description

Область использованияArea of use

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при эксплуатации и ремонте энергетических турбоагрегатов и другого подобного оборудования для диагностирования технического состояния контролируемого вала или валопровода турбоагрегата.The invention relates to a power system and can be used in the operation and repair of power turbines and other similar equipment for diagnosing the technical condition of a controlled shaft or shaft duct of a turbine unit.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известна принятая в качестве прототипа заявляемого изобретения система диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, содержащая закрепленные на валу ротора машины по меньшей мере два контактных датчика абсолютной вибрации и по меньшей мере одно устройство согласования сигналов указанных датчиков, подключенное к считывающему устройству (Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 7919-1-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Общие требования. Дата введения 2000-07-01. Приложение С, рис. С.2).A known system of diagnosing the technical condition of the shaft or shaft shaft of a rotary machine, adopted as a prototype of the claimed invention, comprising at least two absolute vibration contact sensors and at least one signal conditioning device for said sensors mounted on a rotor shaft and connected to a reading device (State Standard of the Russian Federation Federation GOST R ISO 7919-1-99, Vibration - Condition monitoring of machines from vibration measurements on rotating shafts - General requirements Bani. Date 07/01/2000 administration. Appendix C, Fig. C.2).

Техническое решение по осуществлению диагностирования роторных машин с использованием контактных датчиков абсолютной вибрации позволяет осуществлять измерения с высокой точностью на малой частоте вращения и даже на неподвижном роторе (валопроводе). Описанная в том же источнике информации система диагностирования с использованием бесконтактных датчиков на малых частотах вращения не обеспечивает необходимую точность измерений, а на остановленном роторе вообще не может быть использована, так как для измерения необходимо перемещение вала относительно датчика.The technical solution for diagnosing rotary machines using contact sensors of absolute vibration allows measurements to be made with high accuracy at a low speed and even on a fixed rotor (shaft shaft). The diagnostic system described in the same source of information using contactless sensors at low speeds does not provide the necessary measurement accuracy, and cannot be used on a stopped rotor, since the shaft must be moved relative to the sensor for measurement.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей полезной модели является повышение представительности и точности результатов диагностирования состояния валов или валопроводов роторных машин, а техническим результатом - обеспечение возможности получения от контактных датчиков информации о параметрах крутильных колебаний в валах и валопроводах роторных машин при высокой точности и надежности обработки измерительной информации. Побочным техническим результатом изобретения является обеспечение возможности выделения из общего вибрационного сигнала характеристик не только крутильных, но и изгибных колебаний.The objective of the utility model is to increase the representativeness and accuracy of the results of diagnosing the condition of shafts or shafts of rotor machines, and the technical result is to ensure that contact sensors can obtain information on the parameters of torsional vibrations in shafts and shafts of rotor machines with high accuracy and reliability of processing of measurement information. A side technical result of the invention is the ability to isolate characteristics of not only torsional, but also bending vibrations from a general vibrational signal.

Указанные задача и перечисленные технические результаты обеспечиваются тем, что при осуществлении системы диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, содержащей закрепленные на валу ротора машины по меньшей мере два контактных датчика абсолютной вибрации и по меньшей мере одно устройство согласования сигналов указанных датчиков, подключенное к считывающему устройству, согласно изобретению устройства согласования сигналов и считывающее устройство также закреплены на валу указанного ротора, датчики установлены в плоскости измерений перпендикулярно диаметральной оси поперечного сечения вала, а устройство считывания снабжено портом флэш-карты цифровой памяти для автоматической записи на нее результатов измерений, и система дополнительно содержит снабженный аналогичным портом отдельный аппаратурно-программный блок для проведения детальной обработки результатов измерений в соответствии с техническим заданием на диагностирование. При этом число датчиков в плоскости измерений предпочтительно является четным, а каждый датчик составляет пару с другим аналогичным датчиком, расположенным на той же диаметральной оси с противоположной стороны вала.These tasks and the listed technical results are ensured by the fact that when implementing a system for diagnosing the technical condition of the shaft or shaft of a rotor machine containing at least two absolute vibration contact sensors and at least one signal matching device for said sensors connected to the readout the device according to the invention, the signal matching device and the reader are also mounted on the shaft of the specified rotor, sensors and are installed in the measurement plane perpendicular to the diametrical axis of the shaft cross section, and the reader is equipped with a digital flash memory card port for automatically recording measurement results on it, and the system additionally contains a separate hardware and software unit equipped with a similar port for performing detailed processing of measurement results in accordance with with the technical task for diagnosis. The number of sensors in the measurement plane is preferably even, and each sensor is paired with another similar sensor located on the same diametrical axis on the opposite side of the shaft.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками заявляемого изобретения и достигаемыми техническими результатами состоит в том, что закрепление устройства согласования сигналов и считывающее устройство не отдельно от ротора, а вместе с датчиками на диагностируемом валу позволяет упростить и, следовательно, повысить надежность передачи информации от датчиков считывающему устройству. Установка датчиков в плоскости измерений перпендикулярно диаметральной оси поперечного сечения вала обеспечивает возможность четкого выявления характеристик крутильных колебаний. Снабжение устройства считывания портом флэш-карты цифровой памяти для автоматической записи на нее результатов измерений позволяет ограничить программирование считывающего устройства минимумом операций, достаточных только для записи информационного сигнала, а оборудование системы диагностирования снабженным аналогичным портом отдельным аппаратурно-программным блоком для проведения детальной обработки результатов измерений в соответствии с техническим заданием на диагностирование позволяет применить мощные средства программирования для обработки измерительной информации вплоть до передачи этой информации по Интернету в любой вычислительный центр, что обеспечивает высокую надежность, точность и представительность результатов диагностирования. Четное число датчиков в плоскости измерений и то, что каждый датчик составляет пару с другим аналогичным датчиком, расположенным на той же диаметральной оси с противоположной стороны вала, обеспечивает отдельную отстройку из общего сигнала характеристик крутильных и изгибных колебаний вала.The causal relationship between the distinguishing features of the claimed invention and the achieved technical results is that the fastening of the signal matching device and the reading device are not separate from the rotor, but together with the sensors on the diagnosed shaft, it simplifies and, therefore, improves the reliability of the transmission of information from the sensors to the reading device. The installation of sensors in the measurement plane perpendicular to the diametrical axis of the shaft cross section provides the ability to clearly identify the characteristics of torsional vibrations. Providing the reader with a port on a digital memory flash card for automatic recording of measurement results on it allows you to limit the programming of the reader to a minimum of operations sufficient only to record an information signal, and the diagnostic system equipment is equipped with a separate port with a separate hardware and software unit for detailed processing of measurement results in in accordance with the technical task for diagnosis allows you to apply powerful software tools processing of measuring information up to the transmission of this information over the Internet to any computer center, which ensures high reliability, accuracy and representativeness of the diagnostic results. An even number of sensors in the measurement plane and the fact that each sensor is paired with another similar sensor located on the same diametrical axis on the opposite side of the shaft, provides a separate detuning from the general signal of the characteristics of torsional and bending vibrations of the shaft.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 схематично изображен в поперечном разрезе контролируемый вал роторной машины и один из примеров осуществления системы диагностирования его технического состояния согласно изобретению; на фиг.2 - контролируемый вал с двумя контактными датчиками абсолютной вибрации, расположенными на одной диаметральной оси с противоположной стороны вала; на фиг.3 - представлены в виде векторных отрезков воспринимаемые контактными датчиками абсолютной вибрации составляющие изгибных и крутильных колебаний вала; на фиг.4 приведен график временной характеристики общего сигнала для одного из датчиков, установленных на валопроводе экспериментального стенда; на фиг.5 - представлена спектральная характеристика собственных крутильных колебаний того же валопровода после математической обработки общего сигнала в аппаратурно-программном блоке.Figure 1 schematically shows in cross section a controlled shaft of a rotary machine and one example of a system for diagnosing its technical condition according to the invention; figure 2 - controlled shaft with two contact sensors of absolute vibration located on the same diametrical axis on the opposite side of the shaft; figure 3 - presents in the form of vector segments perceived by contact sensors of absolute vibration components of the bending and torsional vibrations of the shaft; figure 4 shows a graph of the temporal characteristics of the common signal for one of the sensors installed on the shaft of the experimental stand; figure 5 - presents the spectral characteristic of the own torsional vibrations of the same shaft after mathematical processing of the total signal in the hardware-software unit.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Система диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, в рассматриваемом примере вала 1 (одного из валов валопровода) энергетического турбоагрегата с паровой турбиной и электрогенератором (не показаны), содержит (фиг.1) закрепленные с противоположных сторон измерительного сечения вала 1 с помощью съемного хомута 2 главный и вспомогательный кронштейны 3,4, на каждом из которых установлены один из двух контактных датчиков соответственно 5.1 и 5.2 абсолютной вибрации. Каждый из указанных датчиков представляет собой стандартный пьезоэлектрический вибропреобразователь с предусилителем. Для выделения крутильных и изгибных колебаний датчики 5.1 и 5.2 установлены в плоскости измерений перпендикулярно диаметральной оси 1.1 поперечного сечения вала 1 (фиг.2). На главном кронштейне 3, кроме датчика 5.1, установлены блок 6 питания и один общий измерительный блок 7, включающий в себя (не показаны) устройство согласования в виде двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) сигналов датчиков 5.1, 5.2 и устройство считывания в виде микропроцессора с двухканальным самописцем получаемой от указанных датчиков через указанный АЦП информации. Блок 6 питания и датчики 5.1, 5.2 подключены к устройствам измерительного блока 7 с помощью стандартных кабелей (не показаны) через разъемы 7.1. Устройство считывания измерительного блока 7 оборудовано портом 7.2 для подключения флэш-карты 8 цифровой памяти. В произвольном месте вне зоны измерений расположен отдельный аппаратурно-программный блок, в данном примере ноутбук 9 снабженный аналогичным, в данном случае стандартным USB портом 9.1 для подключения флэш-карты 8 с требуемой информацией для проведения детальной обработки результатов измерений в соответствии с техническим заданием на диагностирование объекта.The system for diagnosing the technical condition of the shaft or shaft of a rotary machine, in the considered example of shaft 1 (of one of the shaft shafts) of an energy turbine with a steam turbine and an electric generator (not shown), contains (Fig. 1) the measuring section of shaft 1 mounted on opposite sides using a removable clamp 2 main and auxiliary brackets 3.4, on each of which one of the two contact sensors are installed, respectively 5.1 and 5.2 of absolute vibration. Each of these sensors is a standard piezoelectric vibration transducer with a preamplifier. To highlight torsional and bending vibrations, the sensors 5.1 and 5.2 are installed in the measurement plane perpendicular to the diametrical axis 1.1 of the cross section of the shaft 1 (figure 2). On the main bracket 3, in addition to the 5.1 sensor, a power supply unit 6 and one common measuring unit 7 are installed, which includes (not shown) a matching device in the form of a two-channel analog-to-digital converter (ADC) of sensor signals 5.1, 5.2 and a reader in the form of a microprocessor with a two-channel recorder received from these sensors through the specified ADC information. The power supply unit 6 and the sensors 5.1, 5.2 are connected to the devices of the measuring unit 7 using standard cables (not shown) through the connectors 7.1. The reader of the measuring unit 7 is equipped with a port 7.2 for connecting a digital memory stick 8. A separate hardware and software unit is located in an arbitrary place outside the measurement zone, in this example, laptop 9 equipped with a similar, in this case standard USB port 9.1 for connecting a flash card 8 with the required information for detailed processing of measurement results in accordance with the technical task for diagnosis object.

Работа системы диагностированияDiagnostic system operation

Система диагностирования технического состояния вала или валопровода роторной машины, в рассматриваемом примере турбоагрегата с паровой турбиной и электрогенератором, согласно изобретению осуществляется следующим образом. На остановленной турбине без какой-либо ее разборки на свободном участке вала 1 в выбранном измерительном сечении с помощью хомута 2 укрепляют кронштейны 3 и 4 с установленными на них измерительными средствами 5-8, после чего включат в работу блок 6 питания. Затем одновременно возбуждают, например, включением в работу валоповоротного устройства (не показано), как изгибные, так и крутильные колебания всего валопровода турбины, включая валы всех цилиндров турбины и вал электрогенератора. Для диагностирования используются два контактных датчика 5.1,5.2 абсолютной вибрации, сигналы которых, пройдя измерительный блок 7, записываются на флэш-карту 8 цифровой памяти. После завершения измерений и останове валоповоротного устройства флэш-карту 8 извлекают из порта 7.2 измерительного блока 7 и вводят в порт 9.1 ноутбука 9 для математической обработки полученной информации.The system for diagnosing the technical condition of the shaft or shaft of a rotary machine, in the considered example of a turbine with a steam turbine and an electric generator, according to the invention is carried out as follows. On a stopped turbine without any disassembly, on the free section of the shaft 1 in the selected measuring section, the brackets 3 and 4 are mounted with a clamp 2 with measuring instruments 5-8 installed on them, after which the power supply unit 6 will be turned on. Then, at the same time, it is excited, for example, by turning on a shaft-turning device (not shown), both bending and torsional vibrations of the entire turbine shaft, including the shafts of all turbine cylinders and the shaft of the generator. For diagnosis, two contact sensors 5.1.5.2 of absolute vibration are used, the signals of which, having passed the measuring unit 7, are recorded on the digital memory flash card 8. After completing the measurements and stopping the shaft-turning device, the flash card 8 is removed from port 7.2 of the measuring unit 7 and inserted into port 9.1 of laptop 9 for mathematical processing of the obtained information.

Для осуществления диагностирования необходимо выделить из суммарных вибрационных сигналов виброускорения S (фиг.4) отдельно сигналы S_изг изгибных и S_кр крутильных колебаний. При этом S_изг определяется как разность сигналов S двух датчиков 5.1 и 5.2 (S_изг=S_5.1-S_5.2), а S_кр - как полусумма этих сигналов (фиг.3), то есть S_кр=0,5(S_5.1+S_5.2). На основании полученной информации значения указанных величин сигналов путем математической обработки преобразуются в требуемые характеристики изгибных и крутильных колебаний. При этом значения собственных частот колебаний (фиг.5) определяются для нескольких различных угловых положений вала или валопровода путем математической обработки каждого из выделенных сигналов в отдельности. Для удобства восприятия амплитуды крутильных колебаний представлены в единицах линейного перемещения (в микронах) на дуге окружности с условным радиусом, равным 0,25 м (фиг.5). Выводы о наличии либо отсутствии дефектов контролируемого вала или валопровода делаются на основании раздельного сравнения полученных характеристик изгибных и крутильных колебаний. Для крутильных колебаний полученные характеристики сравниваются с результатами предыдущих диагностических испытаний, а для изгибных колебаний дополнительно сравниваются характеристики для различных угловых положений контролируемого вала или валопровода.To carry out the diagnosis, it is necessary to separate separately from the total vibrational signals of vibration acceleration S (Fig. 4) the signals S _{of the} bending and S _cr torsional vibrations. Thus _mfd S is defined as the difference signals S of two sensors 5.1 and 5.2 (S = _mfd S _5.1 -S _5.2), and S _cr - a half-sum of these signals (3), i.e. S _cr = 0.5 (S _5.1 + S _5.2 ). Based on the information received, the values of the indicated signal values are converted by mathematical processing into the required characteristics of bending and torsional vibrations. In this case, the values of the natural frequencies of oscillations (Fig. 5) are determined for several different angular positions of the shaft or shaft line by mathematical processing of each of the selected signals separately. For ease of perception, the amplitudes of torsional vibrations are presented in units of linear displacement (in microns) on an arc of a circle with a conditional radius equal to 0.25 m (Fig. 5). Conclusions about the presence or absence of defects of a controlled shaft or shaft shaft are made on the basis of a separate comparison of the obtained characteristics of bending and torsional vibrations. For torsional vibrations, the obtained characteristics are compared with the results of previous diagnostic tests, and for bending vibrations, the characteristics for different angular positions of the controlled shaft or shaft shaft are additionally compared.

Claims

1. A system for diagnosing the technical condition of the shaft or shaft of a rotary machine, comprising at least two absolute vibration contact sensors and at least one signal conditioning device for said sensors attached to a reader, characterized in that the signal conditioning device and the reader is also mounted on the shaft of the specified rotor, the sensors are mounted in the measurement plane perpendicular to the diametrical axis of the shaft cross section, and the reader is equipped with a digital flash memory card port for automatically recording measurement results on it, and the system further comprises a separate hardware and software unit equipped with a similar port for detailed processing of measurement results in accordance with the technical task for diagnosis.

2. The diagnostic system according to claim 1, characterized in that the number of sensors in the measurement plane is even, and each sensor is paired with another similar sensor located on the same diametrical axis on the opposite side of the shaft.