Пристрій безконтактного вимірювання крутильних коливань обертового вала

Пристрій безконтактного вимірювання крутильних коливань обертового вала, що містить безконтактні вимірювальні перетворювачі, установлені в першій і ортогонально в другій площинах радіального перерізу уздовж осі обертання вала на фіксованій відстані від його поверхні, перший і другий помножувачі й суматор, входи суматора з'єднано відповідно з виходами першого й другого помножувачів, а вихід з'єднано із блоком обробки сигналу, який відрізняється тим, що додатково має формувачі синусоїдального й косинусоїдаль C2 2 (19) 1 3 92864 4 ності й залишкової намагніченості (коерцитивну нтактного вимірювального перетворювача, а друсилу). гий вхід з виходом другого безконтактного вимірюНайбільш близьким по технічній сутності до вального перетворювача, при цьому перший виміпередбачуваного винаходу є "Пристрій безконтакрювальний перетворювач установлено навпроти тного виміру крутильних коливань обертового вамітки, нанесеної на вал у площині першого переріла" (а.с. CPCP №1756774, МКИ G01H17/00, зу, а другий і третій у радіальній площині другого 15.05.90 р., Бюл. № 31), що містить по два безконперерізу в районі наявного на валу контактного тактних вимірювальних перетворювача, встановкільця з гвинтовою однозахідною канавкою. лених в ортогональних напрямках у двох площиВведення формувачів синусоїдального й косинах радіального перерізу, рознесених уздовж осі нусоїдального сигналів дозволяє одержати більш обертання вала. З яких, два перетворювачі встадостовірну інформацію про крутильні коливання новлені по горизонталі кожного перерізу, підклювала, що підвищує точність виміру пристрою. чені до входів першого помножувача. Два інші пеВведення фазового детектора дозволяє по сиретворювачі установлені по вертикалі, підключені гналах першого й другого вимірювальних перетводо входів другого помножувача. Виходи помножурювачів виділити й нормувати сигнал, що несе вачів підключені до відповідних входів суматора. інформацію про величину кута скручування і його Вихід суматора підключений до блока обробки зміну під дією навантаження (потужності) на валу, сигналу. Отриманий сигнал, пропорційний величий оцінити залишкову деформацію після зняття ні крутильних коливань, після обробки передаєтьнавантаження. Діагностична оцінка стану вала і ся для реєстрації й індикації. його з'єднань здійснюється за зміною відносного Недоліком цього пристрою є те, що точність кута скручування, величина якого для справного виміру крутильних коливань обертового вала істостану вала залишається незмінної при зміні навантно залежить від рівня й гармонійного складу сигтаження, а при знятті навантаження повинна відналів вібропереміщення в контрольованих переріповідати початковому значенню на холостому хозах і при слабкому й полігармонійному сигналі ду. При цьому неповернення до початкового фаза оборотної складової (при дисбалансах ротозначення буде свідчити про наявність непружних і ра припустимих значень, що перебувають у мезалишкових утомних деформацій вала й зсувів у жах), відображається з великою похибкою. Відпоз'єднаннях. Таке діагностування розширює функвідно, крутильні коливання виділяються теж з ціональні можливості пристрою. великою похибкою. Для контролю кута скручування всього вала й В основу винаходу поставлено задачу розробокремо кожного з валів циліндрів турбоагрегату і ки пристрою для безконтактного виміру крутильних їхньої крутильної деформації досить на вал кожноколивань обертового вала, у якому за рахунок виго циліндра біля з'єднань нанести мітку й над нею користання додаткових структурних елементів встановити безконтактний вимірювальний перетрозширюються функціональні можливості приворювач і підключити його вихід на вхід свого фастрою і поліпшується точність виміру. зового детектора, що розширює функціональні Задача вирішується за рахунок того, що в приможливості пристрою. строї для безконтактного виміру крутильних колиФормування від мітки, нанесеної на вал під вань обертового вала, що містить безконтактні першим вимірювальним перетворювачем, опорних вимірювальні перетворювачі, установлено в персигналів синусоїдальної й косинусоїдальної форми шій і ортогонально в другій площинах радіального із частотою обертання вала й нормованих ампліперерізу уздовж осі обертання вала на фіксованій туд, використання гвинтової однозахідної канавки відстані від його поверхні, перший й другий помконтактного кільця вала під другим й третім безконожувачі й суматор, входи суматора з'єднано віднтактними вимірювальними перетворювачами, повідно з виходами першого й другого помножуваустановленими ортогонально один до одного, із чів, а вихід з'єднано із блоком обробки сигналу, сигналами на виходах з нормованими амплітудавідповідно до винаходу, у пристрій уведено форми, що практично не залежать від величини неврімувачі синусоїдального й косинусоїдального сигвноваженості, дозволяє підвищити точність і наналів і фазовий детектор, причому вхід формувача дійність виділення й виміру крутильних коливань синусоїдального сигналу підключено до виходу вала й, тим самим, підвищити вірогідність діагноспершого безконтактного вимірювального перетвотування крутильних коливань. рювача, вихід до першого входу першого помноПри обертанні вала на номінальних оборотах з жувача, другий вхід якого з'єднано з виходом друвиходів безконтактних вимірювальних перетворюгого безконтактного вимірювального вачів, установлених у другій площині ортогонально перетворювача, вхід формувача косинусоїдальнонад одним із двох контактних кілець вала (ротора го сигналу підключено до виходу першого безконгенератора) із гвинтовою однозахідною канавкою, тактного вимірювального перетворювача, а вихід одержують сигнали одиничної амплітуди синусоїдо першого входу другого помножувача, другий дальної й косинусоїдальної форми, що майже не вхід якого з'єднано з виходом третього безконтакзалежить від неврівноваженості вала, такі сигнали тного вимірювального перетворювача, виходи несуть більш достовірну інформацію про крутильні першого й другого помножувача підключено до коливання вала, що поліпшує точність виміру припершого і другого, відповідно, входів суматора, строю. вихід суматора підключено до першого входу блоНа фігурі подано структурну схему запропонока обробки сигналу, другий вхід якого з'єднано з ваного пристрою. виходом фазового детектора, перший вхід фазоПристрій містить безконтактні вимірювальні вого детектора з'єднано з виходом першого безкоперетворювачі 1, 2, 3 відносних переміщень, уста 5 92864 6 новлені 1 у першій і 2, 3 у другій площинах (познаПри відсутності навантаження на валу, при чені I-I й ІІ-ІІ) радіального перерізу, обертовий вал холостому ходу, фазовий зсув між контрольова4 з наявними на ньому контактними кільцями й ними площинами І-1, ІІ-ІІ вала 4 постійний і буде гвинтовою однозахідною канавкою 5, мітку 6, навідповідати початковому зсуву фази о. Відповідно несену на вал 4 у площині I-І, формувач косинусопри навантаженні вала кут буде змінюватися, а їдального сигналу 7, формувач синусоїдального його складова (р)= - о пропорційна потужності на сигналу 8, фазовий детектор 9, помножувачі 10 і валу. При різких стрибкоподібних змінах наванта11, суматор 12, блок 13 обробки сигналу. ження на валу 4 будуть збуджуватися крутильні Пристрій працює в такий спосіб. При обертанні коливання, інформація про які буде відображатися вала 4 і проходженні мітки 6 вимірювальний пересигналом з складовими Фmі sin it. творювач 1 формує керуючі імпульси із частотою Сформований сигнал Sxy(t) з виходу суматора , що дорівнює частоті обертання вала 4, при 12 подається на блок 13 обробки сигналу, у якому цьому формувач 7 косинусоїдального сигналу фопо зміні його фази виробляється інформація про рмує по імпульсах опорний нормований сигнал крутильні коливання й деформації скручування та Sy1(t)=A1cos t, a формувач 8 синусоїдального видається для індикації й реєстрації. Вона в необсигналу формує опорний нормований сигнал хідних випадках може бути використана для діагSx1(t)=A1sin t із частотою , що дорівнює частоті ностування й сигналізації про перевищення припуобертання вала 4 з нормованою амплітудою сигстимих крутильних коливань між площинами І-І, ІІналу А1. Від гвинтової однозахідної канавки 5, у ІІ вала 4. При цьому через те, що крутильні колидругому радіальному перерізу вала 4 вимірювальвання не стаціонарні й виникають при порушеннях ний перетворювач 2 формує нормований сигнал у роботі генератора й електричних мереж, то для Sx2(t)=А2sin( t+ (t)+ o) на виході, а вимірювальїхнього своєчасного виявлення й визначення боганий перетворювач 3 формує нормований сигнал тоциклових динамічних скручувань вала 4 необхідне безперервне формування й обробка сигналу Sy2(t)=А2cos( t+ (t)+ o) на виході із частотою , Sxy(t) по запропонованому вище алгоритму. Такий що дорівнює частоті обертання вала 4, і нормоваконтроль доцільний при контролі й діагностуванні ною амплітудою сигналу А2. Сигнали, сформовані вала і його складових як єдиного цілого. від гвинтової канавки 5, містять складову зміни Паралельно для контролю статичних і повільфазового кута (t), що несе інформацію про крутино мінливих кутів скручування роторів вала турбольні коливання й кут скручування вала 4 між плоагрегату імпульсний сигнал вимірювального перещинами І-I, ІІ-ІІ й о - початковий фазовий зсув творювача 1 від мітки 6 подається на перший вхід щодо опорного сигналу сформованого від мітки. фазового детектора 9, на другий вхід якого подаДля виділення інформації про крутильні колиється синусоїдальний сигнал від вимірювального вання й деформації нормовані й синхронізовані перетворювача 2. Сформований фазовим детексигнали Sx1(t) і Sx2(t) подаються на входи помнотором 9 і нормований сигнал, пропорційний зміні жувача 10, а нормовані й синхронізовані сигнали фази між міткою 6 і синусоїдальним сигналом від Sy1(t) і Sy2(t) подаються на входи помножувача вимірювального перетворювача 2, подається на 11. Після перемножування цих сигналів на виході другий вхід блока 13 обробки сигналів. При пуску помножувача 10 одержимо сигнал: турбоагрегату й досягненні номінальних оборотів Sx(t)=1/2А1А2(cos (t)+ o)-cos(2 t+ (t)+ о)), а на на холостому ходу виміряється й фіксується почавиході помножувача 11 одержимо сигнал: тковий фазовий зсув о. Надалі при зміні навантаSy(t)=1/2A1A2(cos (t)+ o)+cos(2 t+ (t)+ о)). Отриження турбоагрегату це фазовий зсув враховуєтьмані сигнали Sx(t) і Sy(t) з виходів помножувачів 10 ся при визначенні кута скручування. Фазовий зсув і 11 подаються на входи суматора 12 і в результаті в цьому випадку пропорційний потужності на валу. їхнього підсумовування одержимо сигнал: При знятті навантаження, якщо відсутня залишкоSxy(t)=A1A2cos (t)+ о), функціонально залежний ва утомна деформація й зсув у муфтових з'єднанвід фазових змін між сигналами, отриманими в нях роторів валів, фазний кут повинен дорівнювадругому радіальному перерізу й першому, що несе ти о. Якщо ж фазний кут між сигналами відмінний інформацію про крутильні коливання, а, отже, й від о, то мають місце непружнi деформації вала деформаціях скручування вала 4. або зсуву в з'єднанні муфт. Це є одним з діагносЯкщо фазові зміни між сигналами (t) під дією тичних ознак стану вала. зусиль на скручування носять полігармонійний Використання пристрою безконтактного виміру характер із частотами i, то їх можна подати у крутильних коливань обертового вала сприяє безвигляді (t)= + Фmі sin it, де = (р)+ о - резульпечній та надійній експлуатації турбоагрегатів. туючий фазовий зсув при дії зусиль на скручування; Фmі - амплітуда крутильних коливань і-порядку, (р) - кут скручування вала, а о - початкова фаза. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 92864 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601