RU96427U1

RU96427U1 - ROTOR UNIT MONITORING SYSTEM

Info

Publication number: RU96427U1
Application number: RU2010119598/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Геннадьевич Беловол
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТМК Инновация"
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2010-07-27

Abstract

Система мониторинга роторных агрегатов, содержащая датчики контролируемых параметров, нормирующие преобразователи и устройства сбора данных, отличающаяся тем, что в качестве датчиков контролируемых параметров используют датчик осевого сдвига, и/или датчик угла наклона поверхности, и/или датчик виброускорения, и/или датчик искривления вала, и/или датчик абсолютного расширения корпуса, и/или датчик относительного расширения ротора, и/или датчик частоты вращения, и/или датчик температуры, и/или датчик давления, и/или датчик мощности, и/или датчик расхода, а каждое устройство сбора данных посредством интерфейса RS-485, и/или Ethernet, и/или USB подключено к компьютеру и выполнено в виде модульного измерительного контроллера, включающего сигнальный процессор, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи, блок управления, предназначенный для ввода уставок (предельных значений контролируемых параметров) и управления работой устройства, блок индикации, реле, каждое из которых запрограммировано на срабатывание при выходе любого из контролируемых параметров за предельные значения, и преобразователи «ток-напряжение» и «напряжение-ток», при этом датчик или датчики подключены через нормирующие преобразователи и далее через преобразователи «ток-напряжение» к аналого-цифровым преобразователям, которые совместно с цифроаналоговыми преобразователями, подключенными к преобразователям «напряжение-ток», блоком управления, блоком индикации, реле и преобразователями цифровых интерфейсов подключены к управляющему ими сигнальному процессору. A monitoring system for rotor assemblies, containing sensors for controlled parameters, normalizing converters and data acquisition devices, characterized in that the sensors of controlled parameters use an axial displacement sensor, and / or a surface angle sensor, and / or a vibration acceleration sensor, and / or a curvature sensor a shaft, and / or a sensor for absolute expansion of the housing, and / or a sensor for relative expansion of the rotor, and / or a speed sensor, and / or a temperature sensor, and / or a pressure sensor, and / or a power sensor, and / or a flow sensor, and each data acquisition device via an RS-485 interface, and / or Ethernet, and / or USB is connected to a computer and is designed as a modular measuring controller, including a signal processor, digital-to-analog and analog-to-digital converters, a control unit designed for entering settings (limit values of the monitored parameters) and controlling the operation of the device, an indication unit, relays, each of which is programmed to operate when any of the controlled parameters exceeds the limit values and current-voltage and voltage-current converters, while the sensor or sensors are connected through normalizing converters and then through current-voltage converters to analog-to-digital converters, which together with digital-to-analog converters connected to converters " voltage-current ”, a control unit, an indication unit, relays and digital interface converters are connected to the signal processor controlling them.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к системам мониторинга роторных агрегатов и предназначена для непрерывного измерения и контроля параметров механического состояния паровых и газовых турбин, турбокомпрессоров, центробежных насосов и другого энергетического оборудования во время его эксплуатации.The utility model relates to measuring equipment, in particular to systems for monitoring rotor assemblies, and is intended for continuous measurement and control of the mechanical state parameters of steam and gas turbines, turbocompressors, centrifugal pumps, and other power equipment during its operation.

Система измеряет и контролирует следующие параметры: среднее квадратичное значение (СКЗ) виброскорости опор подшипников, относительную вибрацию роторов и других узлов, относительное смещение валов, искривление вала, осевой сдвиг ротора, относительное расширение ротора, относительное смещение корпусов подшипников, положение запорных и регулирующих органов, число оборотов ротора, ток в цепях постоянного тока, напряжение в цепях постоянного тока, температуру. Система выполняет измерение параметра, преобразование его в унифицированные сигналы постоянного тока, сравнение параметра с заданными уровнями и сигнализацию их превышения, формирование сигналов отключения оборудования, формирование опорного импульса фазы вращения агрегата.The system measures and controls the following parameters: the root mean square value (RMS) of the vibration speed of the bearings, the relative vibration of the rotors and other components, the relative displacement of the shafts, the curvature of the shaft, the axial displacement of the rotor, the relative expansion of the rotor, the relative displacement of the bearing housings, the position of the locking and regulating bodies, rotor speed, current in DC circuits, voltage in DC circuits, temperature. The system measures the parameter, converts it into unified DC signals, compares the parameter with preset levels and signals that they are exceeded, generates shutdown signals, generates a reference pulse of the unit rotation phase.

Известно устройство для контроля состояния узлов трения качения, содержащее вибропреобразователь, коммутатор, предусилитель, блок автонормирования, фильтр высших частот, блок частотной характеристики, пиковый детектор и блок счетчиков (см. авторское свидетельство SU №1423934, 15.09.1988).A device for monitoring the state of rolling friction units, comprising a vibration transducer, a switch, a preamplifier, an auto-feeding unit, a high-pass filter, a frequency response unit, a peak detector and a counter unit (see copyright certificate SU No. 1423934, 09/15/1988).

Данное устройство на основе информации о вибрациях контролируемого объекта с преобразованием ее в амплитудно-частотные характеристики с усреднением, нормированием и сравнением с пороговыми уровнями позволяет различать виды и степени дефектов. Однако необходимость стабилизации скорости вращения источника вибрации, зависимой от разных причин сужает возможности данного устройстваThis device, based on information about the vibrations of the controlled object with its conversion into amplitude-frequency characteristics with averaging, normalization and comparison with threshold levels, allows to distinguish types and degrees of defects. However, the need to stabilize the rotation speed of the vibration source, depending on various reasons, narrows the capabilities of this device

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для мониторинга роторных механизмов, содержащее вибродатчик, нормирующие преобразователи, блок управления, блок индикации и устройство сбора данных, включающее идентификатор дефектов, соединенный с блоком индикации, блок параметров вибросигналов, регистратор экстремума, блок автонормирования, источник сопутствующего сигнала, блок усреднения, переключатель каналов, коммутаторы, блок ввода, формирователь спектра, буферную память и селектор частотных зон, (патент RU №2153660, 27.07.2000).The closest to the utility model in terms of technical nature and the achieved result is a device for monitoring rotor mechanisms, comprising a vibration sensor, normalizing transducers, a control unit, an indication unit and a data acquisition device, including a defect identifier connected to the indication unit, a vibration signal parameter block, an extremum recorder, auto-normalization unit, source of an accompanying signal, averaging unit, channel selector, switches, input unit, spectrum former, buffer memory frequency selector zones (patent RU №2153660, 27.07.2000).

Данное устройство позволяет приводить несколько равноценных последовательных измерений, после чего по адекватно переформированным данным судят о наличии дефекта, его виде и степени развития. Для этого запоминают сигнал, пропорциональный виброускорению, и разграничивают его на несколько сегментов. Из каждого сегмента образуют пары последовательностей из уровней амплитуд и из значений частот, представляющих собой спектры, составляющие которых запоминают отдельно в соответствующих одноименных зонах и сегментах. Кроме того, измеряют и запоминают в моменты разграничения сигнала вибрации последовательность значений уровня скорости вращения, определяют из нее экстремальное значение.This device allows you to cite several equivalent sequential measurements, after which, according to adequately re-formed data, they judge the presence of a defect, its type and degree of development. To do this, remember the signal proportional to vibration acceleration, and delimit it into several segments. From each segment, pairs of sequences are formed from amplitude levels and from frequency values representing spectra, the components of which are stored separately in the corresponding zones and segments of the same name. In addition, the sequence of values of the rotation speed level is measured and stored at the moments of differentiation of the vibration signal, and the extreme value is determined from it.

Однако данное устройство не позволяет контролировать другие, кроме вибросигналов критические параметры работы энергетического оборудования, в частности относительное смещение валов, искривление вала, осевой сдвиг ротора, относительное расширение ротора, относительное смещение корпусов подшипников, положение запорных и регулирующих органов, число оборотов ротора и целый ряд других параметров, что не позволяет в полной мере использовать возможности данного устройства для повышения надежности работы оборудования и предотвращения аварийных ситуаций.However, this device does not allow to control critical parameters of power equipment operation other than vibration signals, in particular, relative displacement of shafts, curvature of a shaft, axial displacement of a rotor, relative expansion of a rotor, relative displacement of bearing housings, position of locking and regulating bodies, rotor speed and a number of other parameters, which does not allow to fully use the capabilities of this device to increase the reliability of the equipment and prevent ava situations.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является обеспечение контроля состояния наиболее важных рабочих элементов энергетического оборудования, в первую очередь подвижных вращающихся, как правило, с большой окружной скоростью конструктивных элементов.The task to which the present utility model is directed is to ensure monitoring of the state of the most important working elements of power equipment, primarily moving rotating, as a rule, structural elements with a high peripheral speed.

Технический результат заключается в том, что достигается получение достоверной информации при сокращении времени диагностирования, что позволяет повысить надежность и безаварийность работы энергетического оборудования.The technical result consists in the fact that obtaining reliable information is achieved while reducing the time of diagnosis, which allows to increase the reliability and trouble-free operation of power equipment.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что система мониторинга роторных агрегатов содержит датчики контролируемых параметров, нормирующие преобразователи и устройства сбора данных, в качестве датчиков контролируемых параметров используют датчик осевого сдвига и/или датчик угла наклона поверхности и/или датчик виброускорения и/или датчик искривления вала и/или датчик абсолютного расширения корпуса и/или датчик относительного расширения ротора и/или датчик частоты вращения, а каждое устройство сбора данных, посредством интерфейса RS-485 и/или Ethernet и/или USB по стандартным промышленным или разработанным протоколам подключено к компьютеру и выполнено в виде модульного измерительного контроллера, включающего сигнальный процессор, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, блок управления, предназначенный для ввода уставок (предельных значений контролируемых параметров) и управления работой устройства, блок индикации, реле, каждое из которых запрограммировано на срабатывание при выходе любого из контролируемых параметров за предельные значения, и преобразователи «ток-напряжение» и «напряжение-ток», при этом датчик или датчики подключены через нормирующие преобразователи и далее через преобразователи «ток-напряжение» к аналого-цифровым преобразователям, которые совместно с цифро-аналоговыми преобразователями, подключенными к токовым выходам, блоком управления, блоком индикации, реле и преобразователями цифровых интерфейсов подключены к управляющему ими сигнальному процессору.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the monitoring system of rotor assemblies contains sensors of controlled parameters, normalizing converters and data acquisition devices, axial shift sensors and / or surface angle sensors and / or acceleration sensors are used as sensors for controlled parameters and / or a shaft curvature sensor and / or a case absolute expansion sensor and / or rotor relative expansion sensor and / or speed sensor, and each device Data ora, through the RS-485 interface and / or Ethernet and / or USB, is connected to a computer using standard industrial or developed protocols and is designed as a modular measuring controller, including a signal processor, digital-to-analog and analog-to-digital converters, a control unit designed to enter the settings (limit values of the monitored parameters) and control the operation of the device, an indication unit, a relay, each of which is programmed to operate when any of the monitored parameters for limit values, and current-voltage and voltage-current converters, while the sensor or sensors are connected through normalizing converters and then through current-voltage converters to analog-to-digital converters, which together with digital-to-analog converters, connected to current outputs, a control unit, an indication unit, relays and digital interface converters are connected to a signal processor controlling them.

На фиг.1 представлена структурная схема системы мониторинга роторных агрегатов.Figure 1 presents the structural diagram of a monitoring system of rotor units.

На фиг.2 представлена структурная схема устройства сбора данных.Figure 2 presents the structural diagram of a data acquisition device.

Система мониторинга роторных агрегатов содержит датчики 1 контролируемых параметров, нормирующие преобразователи 2 и устройства сбора данных 3, выполненные совместно с блоком управления 4 и блоком индикации 5. В качестве датчиков 1 контролируемых параметров используют датчик осевого сдвига и/или датчик угла наклона поверхности и/или датчик виброускорения и/или датчик искривления вала и/или датчик абсолютного расширения корпуса и/или датчик относительного расширения ротора и/или датчик частоты вращения и/или датчик температуры и/или датчик давления и/или датчик мощности и/или датчик расхода.The monitoring system of rotor assemblies includes sensors 1 of controlled parameters, normalizing transducers 2 and data acquisition devices 3, made in conjunction with a control unit 4 and an indication unit 5. As sensors 1 of the controlled parameters, an axial shift sensor and / or a surface angle sensor and / or vibration acceleration sensor and / or shaft distortion sensor and / or case absolute expansion sensor and / or rotor relative expansion sensor and / or speed sensor and / or temperature and / or sensor pressure ir and / or power sensor and / or flow sensor.

Нормирующий преобразователь 2 усиливает сигнал и/или формирует его АЧХ и ФЧХ и/или осуществляет функции барьера гальванического разделения и/или барьера искрозащиты.Normalizing Converter 2 amplifies the signal and / or generates its frequency response and phase response and / or performs the functions of a galvanic separation barrier and / or an intrinsic protection barrier.

Каждое устройство сбора данных 3 посредством цифрового интерфейса 6, в качестве которого могут быть использованы интерфейсы RS-485 и/или Ethernet и/или USB по стандартным промышленным или разработанным протоколам, подключено к компьютеру 7 и выполнено в виде модульного измерительного контроллера, включающего сигнальный процессор 8, цифро-аналоговые (ЦАП) 9 и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 10, реле 11, блок управления 4, блок индикации 5, преобразователи «ток-напряжение» 12, «напряжение-ток» (токовые выходы) 13 и цифровые интерфейсы 6.Each data acquisition device 3 through a digital interface 6, which can be used with RS-485 and / or Ethernet and / or USB interfaces using standard industrial or developed protocols, is connected to computer 7 and is designed as a modular measuring controller, including a signal processor 8, digital-to-analog (DAC) 9 and analog-to-digital converters (ADC) 10, relay 11, control unit 4, display unit 5, current-voltage converters 12, voltage-current (current outputs) 13 and digital interfaces 6.

Нормирующие преобразователи 2 подключены через преобразователи «ток-напряжение» 12 к аналого-цифровым преобразователям 10, которые совместно с цифро-аналоговыми преобразователями 9, подключенными к преобразователям «напряжение-ток» 13, блоком управления 4, блоком индикации 5, реле 11 и преобразователями цифровых интерфейсов 14 подключены к управляющему ими сигнальному процессору 8. Устройство сбора данных 3 подключено к блоку питания 15.Normalizing converters 2 are connected via current-voltage converters 12 to analog-to-digital converters 10, which together with digital-to-analog converters 9 connected to voltage-current converters 13, control unit 4, display unit 5, relay 11 and converters digital interfaces 14 are connected to the signal processor 8 controlling them. Data acquisition device 3 is connected to a power supply 15.

Входной сигнал с первичного преобразователя - датчика 1 через нормирующий преобразователь 2 и далее преобразователь «ток-напряжение» 12 поступает на АЦП 10. Оцифрованный сигнал поступает в сигнальный процессор 8, где происходит его обработка. В связи с нелинейностью передаточной характеристики некоторых каналов «датчик-нормирующий преобразователь» в сигнальном процессоре 8 производится линеаризация полиномом не ниже пятого порядка. Сигнальный процессор 8 осуществляет обработку входного сигнала, вывод показаний на блок индикации 5, анализ и обработку команд с блока управления 4, передачу и прием данных через цифровые интерфейсы 6, управление программируемыми реле 11 и токовыми выходами 13. Управление токовыми выходами 13 осуществляется через независимые ЦАП 9 с возможностью программирования под различные внешние регистрирующие устройства.The input signal from the primary Converter - sensor 1 through a normalizing Converter 2 and then the Converter "current-voltage" 12 is fed to the ADC 10. The digitized signal is fed to the signal processor 8, where it is processed. Due to the nonlinearity of the transfer characteristic of some of the sensor-normalizing converter channels in the signal processor 8, linearization is performed by a polynomial of at least fifth order. The signal processor 8 processes the input signal, displays readings to the indicating unit 5, analyzes and processes the commands from the control unit 4, sends and receives data via digital interfaces 6, controls programmable relays 11 and current outputs 13. The current outputs 13 are controlled via independent DACs 9 with the possibility of programming for various external recording devices.

Реле 11 представляют собой независимые реле, каждое из которых может быть запрограммировано на срабатывание при выходе любого из измеряемых параметров за заранее запрограммированные пределы и/или при возникновении иного детектируемого процессором 8 события.Relays 11 are independent relays, each of which can be programmed to operate when any of the measured parameters goes beyond the previously programmed limits and / or when another event detected by the processor 8 occurs.

Данная полезная модель может быть использована везде, где требуется обеспечение контроля за состоянием роторных агрегатов, а также другого энергетического оборудования.This utility model can be used wherever it is necessary to ensure control over the condition of rotor units, as well as other power equipment.

Claims

A monitoring system for rotor assemblies, containing sensors for controlled parameters, normalizing converters and data acquisition devices, characterized in that the sensors of the controlled parameters use an axial displacement sensor and / or a surface angle sensor and / or a vibration acceleration sensor and / or a curvature sensor a shaft, and / or a sensor for absolute expansion of the housing, and / or a sensor for relative expansion of the rotor, and / or a speed sensor, and / or a temperature sensor, and / or a pressure sensor, and / or a power sensor, and / or a flow sensor, and each data acquisition device via an RS-485 interface, and / or Ethernet, and / or USB is connected to a computer and is designed as a modular measuring controller, including a signal processor, digital-to-analog and analog-to-digital converters, a control unit designed for entering settings (limit values of the monitored parameters) and controlling the operation of the device, an indication unit, relays, each of which is programmed to operate when any of the controlled parameters exceeds the limit values and current-voltage and voltage-current converters, while the sensor or sensors are connected through normalizing converters and then through current-voltage converters to analog-to-digital converters, which together with digital-to-analog converters connected to converters " voltage-current ”, a control unit, an indication unit, relays and digital interface converters are connected to the signal processor controlling them.