發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子多通道動(dòng)平衡檢測系統(tǒng)

　　摘要：為解決高速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡問題，研制了一款四通道動(dòng)平衡檢測系統(tǒng).利用4個(gè)振動(dòng)傳感器對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行多點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)采集，并對轉(zhuǎn)子的振動(dòng)情況進(jìn)行了分析.利用濾波電路，對振動(dòng)傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并通過數(shù)據(jù)采集卡將處理后模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，上傳到上位計(jì)算機(jī)，經(jīng)互相關(guān)算法處理，得到了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子最終的不平衡質(zhì)量和位置.實(shí)驗(yàn)表明，該檢測系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量和位置，具有較大的應(yīng)用價(jià)值.

　　關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子;動(dòng)平衡;多通道采集;濾波電路

　　根據(jù)電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要提高發(fā)電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,就必須保證該設(shè)備的平穩(wěn)可靠運(yùn)行，并滿足機(jī)組生產(chǎn)的動(dòng)平衡指標(biāo)為了保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)運(yùn)行，對其進(jìn)行動(dòng)平衡檢測至關(guān)重要「2切•在動(dòng)平衡檢測過程中，傳統(tǒng)的雙通道現(xiàn)場動(dòng)平衡儀只能對風(fēng)機(jī)、水泵等轉(zhuǎn)子進(jìn)行雙面檢測⑷•但是，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部的勵(lì)磁繞組會(huì)發(fā)生變形，振動(dòng)的位置會(huì)不斷改變，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在垂直方向和水平方向產(chǎn)生振動(dòng)因此，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡檢測問題非常復(fù)雜⑷•動(dòng)平衡檢測通常采用兩臺(tái)雙通道現(xiàn)場動(dòng)平衡儀•這在低速時(shí)檢測效果比較理想⑺;但在高速時(shí)，根據(jù)所測結(jié)果進(jìn)行平衡的效果并不理想，因此需要對其進(jìn)行反復(fù)檢測和試驗(yàn)間.本文采用雙單面影響系數(shù)法阪，擬設(shè)計(jì)一套針對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的四通道動(dòng)平衡檢測系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)子的水平方向和垂直方向同時(shí)進(jìn)行檢測，以期快速、準(zhǔn)確地檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量和位置.

　　1檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的思路為：首先采用4個(gè)振動(dòng)傳感器對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行多點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)采集，并將振動(dòng)信號(hào)傳遞到下位機(jī)，通過濾波電路對振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，濾除高頻分量和干擾信號(hào);然后采用數(shù)據(jù)采集卡將處理過的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理后上傳到上位機(jī);最后，上位機(jī)通過軟件對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，比較發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同一側(cè)水平方向和垂直方向的振動(dòng)，對振動(dòng)較大方向的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，算出轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量和位置，以便根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行平衡.檢測系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.電主軸通過聯(lián)軸器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸在平衡機(jī)上高速旋轉(zhuǎn).振動(dòng)傳感器設(shè)在軸承支座的水平方向和垂直方向，用于測量轉(zhuǎn)子的水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)•發(fā)電機(jī)主軸兩端及兩側(cè)風(fēng)扇用于配重，使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡.

　　檢測系統(tǒng)采用4個(gè)振動(dòng)傳感器采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)，并對轉(zhuǎn)子兩端垂直方向和水平方向的信號(hào)進(jìn)行比較，以振動(dòng)明顯方向的信號(hào)作為振動(dòng)數(shù)據(jù),通過分析計(jì)算，得到轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量與位置.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性如圖2所示.在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的勵(lì)磁繞組會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在垂直方向和水平方向發(fā)生振動(dòng)，因此需要同時(shí)測出兩個(gè)方向的不平衡質(zhì)量.在轉(zhuǎn)速低于800r/min時(shí)，振動(dòng)王要來自水平方向,應(yīng)選取水平方向的振動(dòng)信號(hào)作為輸入信號(hào);在轉(zhuǎn)速為1000r/min上下時(shí)，振動(dòng)主要來自垂直方向，應(yīng)選取垂直方向的振動(dòng)信號(hào)作為輸入信號(hào).

　　2檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　檢測系統(tǒng)的硬件電路主要由濾波電路和A/D數(shù)據(jù)采集卡3組成.

　　2.1狀態(tài)變量濾波器

　　檢測系統(tǒng)的下位機(jī)為狀態(tài)變量濾波器•在動(dòng)平衡檢測時(shí)，調(diào)節(jié)濾波器的中心頻率，使其與信號(hào)的振動(dòng)頻率一致，以便通過完整的振動(dòng)信號(hào)，濾除高頻分量和干擾信號(hào);動(dòng)平衡檢測時(shí)，還需要把信號(hào)放大一定倍數(shù)，使測量結(jié)果更加精確•圖4所示為狀態(tài)變量濾波器的信號(hào)放大與濾波電路.

　　3檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　3.1上位機(jī)程序

　　采用VisualBasic6.0語言對上位機(jī)進(jìn)行程序編寫，使程序在Windows系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行.上位機(jī)負(fù)責(zé)控制整個(gè)檢測流程,對各模塊進(jìn)行初始化，計(jì)算下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)，并完成上位機(jī)與下位機(jī)的交互.檢測系統(tǒng)具有測量、連續(xù)測量、數(shù)據(jù)處理等功能•在測量時(shí)，實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，同時(shí)顯示轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的檢測結(jié)果;在連續(xù)測量時(shí)，轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量和相角可動(dòng)態(tài)地顯示在主界面上，以便有效地監(jiān)視轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài).

　　3.2互相關(guān)算法

　　互相關(guān)算法的作用是對被測信號(hào)及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算.由于直流分量和高次諧波分量的互相關(guān)函數(shù)值為0,因此，通過互相關(guān)運(yùn)算，即可算出被測對象的振動(dòng)幅值和相角⑴〕

　　4實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

　　為了驗(yàn)證該動(dòng)平衡檢測系統(tǒng)的檢測精度，本文選取高精度發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為實(shí)驗(yàn)對象，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為800r/min和2000r/min時(shí),人為在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端加上標(biāo)準(zhǔn)試重，模擬不平衡質(zhì)量，并進(jìn)行檢測.該動(dòng)平衡檢測系統(tǒng)的檢測精度可達(dá)到96.7%以上，符合現(xiàn)場動(dòng)平衡儀標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度(95%).

　　5結(jié)束語

　　本文根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四通道振動(dòng)信號(hào)采集檢測系統(tǒng)的總體方案，并給出了主要設(shè)計(jì)思路及其實(shí)現(xiàn)電路•檢測實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，該動(dòng)平衡檢測系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)情況、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量和位置•其平衡精度高，能夠達(dá)到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡標(biāo)準(zhǔn)，在解決發(fā)電機(jī)等復(fù)雜轉(zhuǎn)子的平衡問題上具有很大的應(yīng)用價(jià)值.

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