CS226764B1

CS226764B1 - Connection for measurement and evaluation of vibration parameters

Info

Publication number: CS226764B1
Application number: CS918480A
Authority: CS
Inventors: Jurij Sirokorad; Jiri Vecera
Original assignee: Jurij Sirokorad; Jiri Vecera
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1984-04-16

Abstract

Vynález ae týká zapojení k měření a vyhodnocování parametrů vibrací, zejména vibrací rotačních soustrojí s tepelnými turbínami a kompresory. U zapojení podle vynálezu je na vstup dvoučinného detektoru připojen zesilovací člen s předřazenými integrátorem a snímačem a na výstup dvoučinného detektoru jsou připojeny oddělovací zesilovač s analogovým výstupem, přepínač indikačního přístroje a komparátory s digitálními výstupy. Vynález může být použit v energetice, např. u turbín a kompresorů, v letecké technice, dále při výrobě, provozu a zkoušení strojních součástí,, např. elektromotorů, spalovacích motorů apod.The invention relates to a circuit for measuring and evaluating vibration parameters, in particular vibrations of rotating machines with thermal turbines and compressors. In the circuit according to the invention, an amplifier element with a upstream integrator and sensor is connected to the input of the double-acting detector, and an isolating amplifier with an analog output, a switch of an indicating device and comparators with digital outputs are connected to the output of the double-acting detector. The invention can be used in the energy industry, e.g. in turbines and compressors, in aviation technology, and also in the production, operation and testing of machine components, e.g. electric motors, internal combustion engines, etc.

Description

Vynález se týká zapojení k měření a vyhodnocování parametrů vibrací, zejména vibrací rotačních soustrojí s tepelnými turbínami a kompresory.The invention relates to a circuit for measuring and evaluating the vibration parameters, in particular the vibrations of rotary sets with heat turbines and compressors.

Bezpečný provoz rotačních soustrojí, zejména parních a plynových turbín a kompresorů vyžaduje během jejich chodu trvalé měření vibrací. Měření vibrací je u těchto soustrojí velmi ztíženo tim, že vibrační snímače jsou často vystavovány nadměrným teplotám, zrychlení a značné amplitudě, která v provozu má často mnohonásobně vyšší hodnoty, než je jmenovitá hodnota. Signály z vibračních snímačů, i když mají většinou lineární charakter, jsou poměrně slabé, k dalšímu zpracování je proto nezbytně nutné jejich značné zesílení. Hlavní požadavky kladené na zařízení k měření vibrací jsou provozní spolehlivost, přesnost, odolnost vůči zvýšené teplotě, snadná obsluha, možnost přepínání měřícího rozsahu a zejména spolehlivé vyhodnocení a signalizace dosažení předem nastavených mezí výstrahy a ochrany.The safe operation of rotary sets, especially steam and gas turbines and compressors, requires continuous vibration measurement during operation. The vibration measurement of these sets is greatly hampered by the fact that vibration sensors are often exposed to excessive temperatures, acceleration and considerable amplitude, which in operation often has many times higher than the nominal value. The signals from the vibration sensors, although mostly linear in nature, are relatively weak, so considerable amplification is essential for further processing. The main requirements for vibration measuring devices are operational reliability, accuracy, resistance to elevated temperature, ease of operation, the possibility of switching the measuring range and, in particular, reliable evaluation and signaling of reaching pre-set warning and protection limits.

V současné době existuje řada zapojení k měření a vyhodnocování vibrací. U většiny známých zaoojení je signál od vibračního snímače veden do výstupního zesilovače a integrátoru, z nějž je veden do diodového detektoru, kde e usměrněn. Takto získaný usměrněný signál, který je úměrný velikosti vibrací, je potom veden jednak do ukazovacího přístroje a jednak do jednoho nebo dvou paralelně zapojených komparátorů pro vyhodnocení nastavitelných mezí. U některých zapojení je usměrněný signál paralelně veden přes oddělovací zesilovač na svorky analogového výstupu pro případné připojení na registrační přístroj, měřicí ústřednu apod. Nevýhodou těchto zaojení je, že neumožňují přepínání měřicích rozsahů a v oblasti malých, výchylek vykazují zhoršenou linearitu meření. V poruchových provozních režimech kontrolovaných zařízení neumožňují tato zapojení identifikovat dosažené maximum vibrací.Currently, there are a number of connections for measuring and evaluating vibration. In most known installations, the signal from the vibration sensor is routed to the output amplifier and integrator, from which it is routed to the diode detector where it is rectified. The rectified signal thus obtained, which is proportional to the magnitude of the vibrations, is then fed to both a pointing device and to one or two comparators connected in parallel to evaluate the adjustable limits. In some circuits, the rectified signal is routed in parallel via an isolation amplifier to the analog output terminals for possible connection to a recording instrument, a control panel, etc. The disadvantage of these circuits is that they do not allow switching of measuring ranges and exhibit impaired linearity of measurement. In the failure modes of the equipment under test, these connections do not allow the maximum vibration to be identified.

Jiná známá zapojení k měření a vyhodnocování vibrací mají za vstupním zesilovačem a integrátorem připojen měřítkový zesilovač, který umožňuje změnu měřícího rozsahu. Střídavý signál z měřítkového zesilovače je veden na diodový detektor a odtud je usměrněný signál veden paralelně na měřící přístroj, komparátory a oddělovací zesilovač obdobně jako ve výěe uvedeném případě. Nevýhodou tohoto nejčastěji používaného zapojení jé, že při přepnutí rozsahu měření zůstává původní nastavení komparátorů vůči tomuto rozsahu stejné, takže při přepnutí na větší citlivost může dojít k zásahu komparátoru a k případnému odstavení kontrolovaného zařízení v provozu.Other known vibration measurement and evaluation circuits have a scaling amplifier connected downstream of the input amplifier and integrator, which allows the measurement range to be changed. The AC signal from the scaling amplifier is routed to the diode detector, and from there the rectified signal is routed in parallel to the meter, comparators, and decoupling amplifier, as in the above case. The disadvantage of this most commonly used wiring is that when the measuring range is switched, the original settings of the comparators remain the same, so that when switched to a higher sensitivity, the comparator may be affected and the controlled equipment may be shut down.

Ve snaze vyhnout se těmto nežádoucím důsledkům proto některé výrobní firmy používají blokovací přepínače, připojené na výstupy komparátorů. Uvedená opatření mají ovšem při opomenutém zpětném přepnutí za následek trvalé vyřazení výstrahy a ochrany u kontrolovaného soustrojí z provozu. Jiní výrobci nabízejí zapojení, u nichž je každý měřicí kanál zdvojen. Přitom jeho první větev je nřipojena na ukazovací přístroj a oddělovací zesilovač, jeho druhá větev je připojena pouze na komparátory. Poslední zde uvedené zapojení je ovšem značně složité a drahé.Therefore, in order to avoid these undesirable consequences, some manufacturing companies use interlock switches connected to comparator outputs. However, the above-mentioned measures result in the permanent deactivation of the warning and protection of the controlled set if the return is omitted. Other manufacturers offer wiring in which each measuring channel is doubled. Its first branch is connected to the pointing device and the isolation amplifier, its second branch is connected only to comparators. The latter connection, however, is quite complex and expensive.

Značnou část výše uvedených nevýhod dosavadních zapojení odstraňuje zapojení podlé vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že na vstup dvoučinného detektoru je připojen zesilovací člen s předřazeným integrátorem a snímačem a na výstup dvoučinného detektoru jsou připojeny oddělovací zesilovač s analogovým výstupem, přepínač indikačního přístrojeA considerable part of the above disadvantages of the prior art circuitry is overcome by the circuitry of the invention. The principle of the invention consists in that an amplifier with a pre-integrator and a sensor is connected to the input of the double-action detector and the output of the double-action detector is connected to an isolation amplifier with an analog output.

226 764 a komparátory s digitálními výstupy. V první ze dvou, na vstupním konci propojených paralelních spojových větví dvoučinného detektoru jsou za sebou řazeny druhý operační zesilovač, první dioda, čtvrtý odpor a šestý odpór, kde druhý operační zesilovač-je k první spojové větvi připojen svým druhým vstupem, v uzlu, spojujícím první vstup druhého operačního zesilovače s výstupem první diody, je zařazen třetí odpor a v uzlu, spojujícím výstup první diody s uzemněním, je zařazen první kondenzátor, v druhé ze spojovacích větví jsou za sebou řazeny první odpor, druhý odpor a třetí operační zesilovač, kde třetí operační zesilovač je k výstupu náteho odporu připojen svým prvním vstupem a svým druhým vstupem je při pojen na uzemnění, na uzlu prvního odporu se druhým odporem je připojen první vstup prvního operačního zesilovače, druhý vstup prvního operačního zesilovače je připojen na uzemnění a na výstup tohoto prvního operačního zesilovače je připojena druhá dioda, jejíž výstup je jednak připojen na druhou spojovou větev mezi druhý odpor a pátý odpor a jednak s druhým kondenzátorem, přičemž uzel čtvrtého odporu se šestým odporem v první spojové větvi je spojen s uzlem pátého odporu s prvním vstupem třetino operačního zesilovače ve druhé spojo vé větvi.226,764 and comparators with digital outputs. In the first of the two parallel input branches of the double-acting detector, the second operational amplifier, the first diode, the fourth resistor and the sixth resistor are connected in series, where the second operational amplifier is connected to the first connection branch by its second input, at the node connecting the first input of the second operational amplifier with the output of the first diode is connected to the third resistor and the first capacitor is connected in the node connecting the output of the first diode to the ground, the second resistor is connected to the first resistor, the second resistor and the third operational amplifier. the third operational amplifier is connected to the output of the resistor by its first input and its second input is connected to ground, the first resistor node of the second resistor is connected to the first input of the first operational amplifier, the second input of the first operational amplifier is connected to ground first operational amplification a second diode is connected, the output of which is connected to the second junction between the second resistor and the fifth resistor and to the second capacitor, the fourth resistor node with the sixth resistor in the first junction being connected to the fifth resistor node with the first input of a third operational amplifier in the second connecting branch.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že nastavení mezí výstrahy i ochrany zůstává nev měnné a nezávislé na změně měřícího rozsahu, takže umožňuje naprosto bezpečnou změnu citlivosti měření vibrací během provozu.The advantage of the circuitry according to the invention is that the setting of the warning and protection limits remains unchanged and independent of the change of the measuring range, so that the sensitivity of the vibration measurement can be changed safely during operation.

Dva příklady zapojení podle vynálezu jsou znázorněny na výkresech, kde na obr. 1 je zapojení v blokovém schématu a na obr. 2 je zapojení v prováděcím schématu.Two examples of wiring according to the invention are shown in the drawings, in which Fig. 1 is a schematic diagram and Fig. 2 is a schematic diagram.

Podle obr. 1 na výstup snímače 1 upevněného na ložiskovém stojanu spalovací turbíny, jsou za sebou zapojeny integrátor 2, zesilovací člen 2 ^a dvoučinný detektor 4. Na výstup tohoto dvoučinného detektoru 4 jsou paralelně připojeny oddělovací zesilovač 5, přepínač £ a dva komparátory 9,» 12· K analogovému výstupu 8 oddělovacího zesilovače 5, je připojen neznázoměný záznamový přístroj, s výstupem přepínče 6 je spojen vstup indikačního přístro je 2 a na digitální výstupy 11, 12 komparátorů 2» 10 je připojeno neznázorněné zabezpečovací zařízení. Zatímco první komparátor 2 je určen k vysílání výstražných signálů do neznázorněného zabezpečovacího zařízení, druhý komparátor 10 slouží k vysílání zásahových signálů.According to FIG. 1, the integrator 2, the amplifier 2 ^{and the} double-action detector 4 are connected to the output of the sensor 1 mounted on the bearing stand of the combustion turbine. The output amplifier 5, the switch 6 and the comparators 9 are connected in parallel. A recording device (not shown) is connected to the analog output 8 of the isolating amplifier 5, the input of the indicating device 2 is connected to the output of the switch 6, and a security device (not shown) is connected to the digital outputs 11, 12. While the first comparator 2 is intended to transmit warning signals to a security device (not shown), the second comparator 10 is used to transmit the intervention signals.

Elektrický střídavý signál ze snímače 1 po integraci v integrátoru 2 a po zesílení v zesilovacím členu 2 vstupuje do lineárního špičkového detektoru 4, umožňujícího přesné měření a sčítání velikostí kladných a záporných amplitud vibrací, tj. tzv. měření špička - špička. Usměrněný signál, který je přímo úměrný dvojité amplitudě vibrací, je z výstupu dvoučinného detektoru 4 přiváděn jednak na vstup oddělovacího zesilovače 2» dále na vstup přepínače 6, umožňujícího měnit měřicí rozsah i během provozu soustrojí, a dále do obou komparátorů 2» 12» ^v nichž se průběžně porovnává a vyhodnocuje velikost přijímaného usměrněného signálu s předem nastavenými mezemi pro výstražné a zásahové signály, ovlivňující ochrannou funkci neznázorněného zabezpečovacího zařízení.The electrical AC signal from the sensor 1, when integrated in the integrator 2 and amplified in the amplifier member 2, enters the linear peak detector 4, allowing accurate measurement and addition of the magnitude of the positive and negative vibration amplitudes, i.e., the peak-to-peak measurement. The rectified signal which is proportional to double the amplitude of the vibration is output by the double-acting detector 4 is fed both to the input of the buffer amplifier 2 »further input of the switch 6, enabling to change the measurement range during operation of the machine, and further to two comparators 2» 12 ^»in wherein the magnitude of the received rectified signal is continuously compared and evaluated with predetermined limits for warning and intervention signals affecting the protective function of the security device (not shown).

V prováděcím schématu podle obr. 2 na výstup snímače 2 připojený integrátor 2 se sklá dá ze vstupního devátého odporu 13. k jehož výstupu jsou paralelně připojený první pol tře tího kondenzátoru 17 a první vstup čtvrtého operačního zesilovače 14. přičemž výstup čtvr226 764 tého operačního zesilovače 14, spojený s druhým polem třetího kondenzátoru 17, tvoří společný výstup integrátoru 2.» druhým vstupem čtvrtého operačního zesilovače 14 je tento integrátor 2 připojen na společná uzemnění 15. „In the embodiment diagram of FIG. 2, the integrator 2 connected to the sensor output 2 is composed of an input 9 resistor 13 to which the first half of the third capacitor 17 and the first input of the fourth operational amplifier 14 are connected in parallel. 14, connected to the second field of the third capacitor 17, forms the common output of the integrator 2. »the second input of the fourth operational amplifier 14 connects the integrator 2 to common ground 15. '

OO

Zesilovací člen 3 obsahuje sériově řazený sedmý odpor 16 a osmý odpor 19. kde na vodivý uzel výstupu sedmého odporu l6 se vstupem osmého odporu 19 je připojen první vstup pátého operačního zesilovače 18, výstup pátého operačního zesilovače 18 potom je propojen s výstupem osmého odporu 19 a druhým vstupem pátého operačního zesilovače 18 je zesilovací člen 2 připojen na soolečné uzemnění 15. Vstup sedmého odporu 16 je totožný se vstupem zesilovacího členu 2 a výstup osmého odporu 19 splývá s výstupem tohoto zesilovacího clenu 3.The amplifier 3 comprises a series-connected seventh resistor 16 and an eighth resistor 19. wherein the first node of the fifth operational amplifier 18 is connected to the conductive node of the seventh resistor output 16 with the eighth resistor input 19, the output of the fifth operational amplifier 18 is connected to the eighth resistor output by the second input of the fifth operational amplifier 18, the amplifying member 2 is connected to a solenoid ground 15. The input of the seventh resistor 16 is identical to the input of the amplifying member 2 and the output of the eighth resistor 19 coincides with the output of this amplifying member 3.

Struktura dvoučinného detektoru 4 je charakterizována dvěma paralelními spojovacími větvemi, které jsou svými navzájem spojenými vstupními konci společně připojeny na výstup zesilovacího členu 2 ^a svými navzájem spojenými výstupními konci jsou společně propojeny na vstupy oddělovacího zesilovače 2» přepínače £ a obou komparátorů 2» 10.The structure of the double-acting detector 4 is characterized by connecting two parallel branches that are connected with their inlet ends mutually connected together to the output of the amplifier member 2 ^and interconnected by their outlet ends are jointly connected to the input of the buffer amplifier 2 »£ switches and two comparators 2» 10th

V první z těchto spojových větví jsou za sebou řazeny druhý operační zesilovač 21. první dioda 23. čtvrtý odoor 25 a šestý odpor 27. Přitom druhý operační zesilovač 21 je k první spojové větvi připojen svým druhým vstupem a v uzlu spojujícím první vstup druhého operačního zesilovače 21 s výstupem první diody 23, je zařazen třetí odoor 22. V uzlu, spojujícím výstup první diody 23 se společným uzemněním 15, je zařazen první kondenzátor 24.In the first of these connection branches, the second operational amplifier 21 is connected sequentially, the first diode 23 is the fourth odor 25 and the sixth resistor 27. The second operational amplifier 21 is connected to the first connection branch by its second input and at the node connecting the first input of the second operational amplifier. 21 with the output of the first diode 23, a third odor 22 is provided. At the node connecting the output of the first diode 23 to a common ground 15, a first capacitor 24 is provided.

Ve druhé ze spojových větví jsou potom za sebou řazeny první odpor 20, druhý odoor 28. pátý odpor 26 a třetí operační zesilovač 32. Třetí operační zesilovač 32 je k výstupu pátého odporu 26 připojen svým prvním vstupem. Na uzel prvního odooru 20 se druhým odporem 28 je připojen první vstup prvního operačního zesilovače 29, druhý vstup prvního operačního zesilovače 29 je připojen na společné uzemnění 15.. Výstup prvního operačního zesilovače 29 je propjen se vstupem druhé diody 30, výstup druhé diody 30 je jedním uzlem připojen na druhou spojovou větev me zi druhý odpor 28 _Q pátý odpor 26 _a druhým uzlem se zařazeným kondenzátorem 31 je napojen na společné uzemnění 15.. Také druhý vstup třetího operačního zesilovače 32 je připojen na společné uzemnění 15.A second resistor 20, a second odor 28, a fifth resistor 26, and a third opamp 32 are then sequentially connected to the second of the link branches. The third opamp 32 is connected to the output of the fifth resistor 26 by its first input. The first input of the first operational amplifier 29 is connected to the node of the first resistor 20 with the second resistor 28, the second input of the first operational amplifier 29 is connected to common ground 15. The output of the first operational amplifier 29 is coupled to the input of the second diode 30 one node connected to the second branch juncture Me zi second resistor 28 _Q fifth resistor 26 _{and the} second node is assigned a capacitor 31 is connected to the common ground 15 .. also, the second input of the third operational amplifier 32 is connected to a common ground on the 15th

Na navzájem spojené výstupy šestého odporu 27 první spojové větve a třetího operačního zesilovače 32. druhé spojové větve jsou potom podobně jako u prvního příkladu zapojení připojeny oddělovací zesilovač 2 ^s analogovým výstupem 8, přepínač £ indikačního přístroje 2 a dále první komparátor 2 ³ prvním digitálním výstupem 11 a druhý komparátor 10 se druhým digitálním výstupem 12.On the interconnected outputs of the sixth resistor 27 of the first combining branch and the third operational amplifier 32. The second telecommunication branches are then similarly as in the first example circuit coupled isolation amplifier 2 ^with analog output 8, switch £ 2 and the display unit further includes a first comparator 2 ³ first digital output 11 and a second comparator 10 with a second digital output 12.

Elektrický snímaný střídavý signál, jehož velikost je úměrná rychlosti vibračního pohybu v měřeném místě, je ze snímače i zaváděn na vstup integrátoru £, v němž je tato rychlost elektrickou cestou integrována, takže výstupní střídavý signál z integrátoru 2 je úměrný výchylce tohoto pohybu. Při průchodu zesilovacím členem 3, je střídavý signál zesílen na úroveň, nutnou k funkci lineárního dvoučinného detektoru 4, v němž potom dochází k oddělenému zpracování kladné a záporné části zesíleného střídavého signálu. Přitom v první spojové větvi dochází k usměrnění záporné části tohoto střídavého signálu, zatímco ve druhé spojové větvi dochází k obrácení polarity a k usměrnění kladné části střídavého signálu. Na výstupních kondenzátořech 24, 31 jsou získaná záporná napětí úměrná špičkovým hodnotámThe electrical sensed AC signal, the magnitude of which is proportional to the velocity of the vibration motion at the measured location, is fed from the sensor 1 to the integrator input 6 at which this velocity is electrically integrated, so that the AC output signal from the integrator 2 is proportional to this. Upon passing through the amplifying member 3, the AC signal is amplified to a level necessary for the function of the linear double-action detector 4, in which the positive and negative portions of the amplified AC signal are then separately processed. In the first connection branch, the negative part of this AC signal is rectified, while in the second connection branch the polarity is reversed and the positive part of the AC signal is rectified. At the output capacitors 24, 31, the negative voltages obtained are proportional to the peak values

226 764 snímaného střídavého signálu. Ve sčítacím zesilovači, obsahujícím spolu s odpory 25, 26.226,764 AC sensed. In an addition amplifier containing resistors 25, 26 together with resistors.

třetí operační zesilovač 32, dochází k sečtení obou záporných napětí a k obrácení jejjich polarity, takže na výstupu dvoučinného detektoru 4 je kladné stejnosměrné napětí, jehož velikost je úmšijjiá součtu kladných a záporných částí střídavého signálu, a tím i součtu obou krajních výchylek vibrací v měřeném místě.the third operational amplifier 32 sums the two negative voltages and reverses their polarity, so that the output of the double-action detector 4 has a positive DC voltage which is in excess of the sum of the positive and negative portions of the AC signal and .

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Wiring for measuring and evaluating a vibration parameter, comprising an integrator, the input of which is connected to a vibration sensor and to the output of which an amplifier is connected, characterized in that the input of the double-action detector (4) is connected to the amplifier (3) integrator (2) and sensor (l) and the output of the double-action detector (4) are connected to the isolation amplifier (5) with analog output (8), switch (6) of the indicator device (7) and comparators (0, 10) with digital outputs (11, 12) ..

Device for measuring and evaluating vibration parameters according to claim 1, characterized in that a second operational amplifier (21), a first diode (23) is connected in series in the first of two parallel connected branches of the detector (4) connected at the input end. a fourth resistor (25) and a sixth resistor (27), wherein the second opamp (21) is connected to the first junction by its second input, the first input of which is connected via the third resistor (2 2) to the first diode output (23) ), which is connected to ground (15) via the first capacitor (24), in the second of the connection branches are connected first resistor (20), second resistor (28), fifth resistor (26) and third operational amplifier (32) wherein the third opamp (32) is connected to the output of the fifth resistor (26) by its first input and its second input is connected to ground (15), the first input to the node of the first resistor (20) with second odor (28) being connected first o the second input of the first operational amplifier (29) is connected to ground (15) and to the. the output of the first operational amplifier (29) is connected to a second diode (30), the output of which is connected both to the second junction between the second resistor (28) and the fifth resistor (26) and to the capacitor (31); 25) with a sixth resistor (27) in the first junction is coupled to a fifth odor node (26) with a first input of a third opamp (32) in the second junction.