О П И С А Н И Е И З О Б Р Е Т Е Н И Я SU 1816080 А1
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ G 01 B 7/31
__________________________________________________________________________________________________
(21) 4758752/28
(22) 14.11.89
(71) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики
Ростовского государственного университета
(72) А.Я.Сапотницкий, Н.В.Беликов и В.А.Лукин
(56) Авторское свидетельство СССР № 998855, кл.G 01 В 7/31, 1980.
Патент США № 419061, кл. G 01 В 7/30, 1982. - прототип.
(54) СИСТЕМА ДЛЯ ЦЕНТРОВКИ ТУРБИНЫ
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимного положения осей роторов, положения ротора
в цилиндре, диафрагм и обойм по отношению к ротору, а также для расчета параметров оптимальной центровки турбины.
Переключение датчиков, задание вида измеряемой несоосности, типа измеряемой разности зазоров и режима работы осуществляет
блок управления БУ8 (вручную, путем переключения соответствующих переключателей или автоматически, независимо от установленных
переключателей, под управлением БВФД7 при проверке достоверности).
Вначале включаются все индикаторы на 5 с, для визуальной проверки работоспособности БИнб.
Система для центровки турбины, содержащая блок датчиков зазоров, коммутатор, подключенный информационным входом к его выходу, блок измерения,
подключенный к выходу коммутатора, блок управления, первым выходом подключенный к управляющему входу коммутатора, и блок индикации,
(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при центровке турбины в процессе монтажа и капитального ремонта.
Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей системы за счет обеспечения возможности измерения
несоосности роторов. Система состоит из блока датчиков, устанавливаемых с помощью приспособлений на полумуфты роторов и в контрольные
расточки турбины, измерительного блока, блока преобразования информации, блока вычислений и фиксации достоверности измеренной информации,
блока управления, блока индикации, блока сопряжения и ЭВМ. Измерительная система, контролируя зазоры между статорными и роторными
деталями турбины, выявляет дефекты геометрии стыкуемых деталей, проверяет достоверность измеренной информации, определяет реальную
несоосность и по алгоритмам оптимальной центровки вычисляет параметры перемещений и доработок деталей турбины для проведения центровочных
работ. 3 ил.
Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения несоосности роторов
и определения параметров оптимальной центровки турбины.
На фиг. 1 представлена блок-схема системы для центровки турбины;
фиг.2 - алгоритм работы блока вычислений и фиксации достоверности измеренной информации;
фиг.3 - алгоритм работы базовой программы ЭВМ.
Система для центровки турбины содержит блок датчиков (БД) зазоров 1, датчик эталонного сигнала (ЭД) 2, комутатор датчиков (КД) 3.
Все датчики и общая шина прибора через коммутатор КДЗ соединены со входом блока измерения (БИ) 4, выход которого подключен к первому
входу блока преобразования информации (БПИ) 5, второй выход которого соединен с первым входом блока индикации (БИн) 6 и вторым входом
блока вычислений и фиксации достоверности измеренной информации (БВФД) 7 первый вход которого соединен с первым выходом БПИ5, а выход
подключен к первому входу блока управления (БУ) 8, третьему входу БПИ5 и через блок сопряжения (БС) 9. и системную шину с ЭВМ 10.
Первый выход БУ 8 подключен к управляющему входу КДЗ,
второй выход - ко второму входу БПИ5, а третий - ко второму входу БИнб.
Датчики зазоров 1 с помощью приспособлений устанавливаются в места измерений (на полумуфты роторов и в контрольные расточки цилиндров)
и подготавливаются к работе (проверяется их работоспособность), путем подключения к БИ4 и контролю за выходными параметрами).
В системе предусмотрены три режима работы.
Калибровка - калибруют и проверяют работоспособность эталонного датчика путем помещения в "образцовый" зазор и сравнения его сигналов с
нулевой шиной прибора. Вращая микрометрическую головку калибровочной установки и сравнивая показания цифрового индикатора и микрометра
можно сделать вывод о полной работоспособности измерительной части прибора.
Установка - после установки датчика на приспособления в турбине, проверяется находятся ли датчики в рабочем диапазоне.
Проверка производится путем сравнения сигналов от каждого датчика с сигналом от эталонного датчика, установленного в относительно
"нулевую" точку характеристики (середину диапазона).
Измерение - измеряется один из параметров несоосности. Режим измерения состоит из двух подрежимов.
Измерение несоосности подвижных и неподвижных деталей цилиндра турбины (ротора и статора) по контрольным расточкам.
При этом контролируют изменение разности зазоров (сигналов) от эталонного датчика и измерительного датчика перемещаемого
в зазоре между роторными и статорными деталями.
Режим измерения несоосности роторов, при котором контролируют изменение разности зазоров (сигналов) от одноименных
(радиальных или осевых) датчиков до после полуоборота роторов.
Перед началом измерений производится проверка работоспособности датчиков БД1 и калибровка эталонного датчика ЭД2.
При этом сигналы эталонного датчика и потенциал общей шины прибора поступают на дифференциальный вход БИ4.
Выходной аналоговый сигнал, пропорциональный разности этих сигналов, поступает с выхода БИ4 на вход 1 БПИ5,
где он преобразуется в цифровой код, который с выхода БИИ5 поступает в блок индикации БИнб и БВФД7.
При калибровке добиваются равенства сигнала от эталонного датчика и нулевой шины прибора,
т.е. устанавливают относительную "нулевую" точку характеристики эталонного датчика.
Работа системы для центровки турбины основывается на измерении разности двух сигналов от датчиков
(двух измерительных или измерительного и эталонного или эталонного и нулевой шины прибора);
формирование кода разности сигналов (БПИ5); проверке достоверности и точности измеренной информации (БВФД7);
повторении измерительных тактов до обеспечения требуемой точности и достоверности информации;
передача информации об измеренной разности зазоров в ЭВМ (в сопровождении байта маркировки, указывающего вид измеряемой
несоосности и характеристику измеряемой разности зазоров);
обработке информации о разности зазоров по алгоритму проверки на наличие дефектов геометрии стыкуемых деталей,
по алгоритму определения реальной несоосности, с передачей необходимых управляющих сигналов в блок БВФД7, для проведения
необходимых повторных измерений. После того как базовая программа в ЭВМ определит, что переданная в ЭВМ информация о разности
зазоров достаточна и точна, запускается алгоритм расчета параметров оптимальной центровки турбины (фиг.З).
Система работает следующим образом.
При включении питания вырабатывается импульс, который приводит схему в исходное состояние и запускает микропрограмму,
реализующую алгоритм, представленный на фиг. 2.
Затем производится подготовка блока БПИ5. Блок БПИ5 преобразует аналоговый сигнал в цифровой код, посредством АЦП (КР572, ПВ2),
таймера (КР580ВИ53) и тактовых сигналов от блока БВФД7. При подготовке БПИ5 производится загрузка таймера (сброс) путем записи
нулевого двоичного кода в его внутренний счетчик. В качестве управляющего сигнала таймера используется импульс второго такта
преобразования АЦП (Т2), длительность которого определяет значение фиксируемого двоичного кода,
пропорционального измеряемой разности сигналов от датчиков зазоров. Момент окончания измерения
контролируется блоком БВФД7 (Т2=1), который в этом случае считывает результаты в ОЗУ и проверяет
их достоверность по алгоритму представленному на фиг. 2.
Алгоритм проверки достоверности измеренной информации основывается на следующем.
Величина каждой измеренной разности сигналов от двух датчиков зазоров не может быть больше, чем известная наперед заданная величина
равная диапазону измеряемой несоосности. Это позволяет сразу обнаружить отказ одного из датчиков, линий связи,
или системы коммутации сигналов датчиков. Разность двух последовательных измерений одного параметра несоосности не может быть больше
чем e (стабильность датчиков). Это позволяет выявить случайные сбои информации. Разность сигналов эталонного датчика и нулевой шиной
прибора в режиме "калибровка" или "измерение" не может быть больше точности прибора (0,021 мм). Это : позволяет распознать отказ прибора
или выявить неисправный датчик, число сбоев информации от которого превышает допустимую величину (3 сбоя за время измерения одного
параметра). Если фиксируется сбой информации, включается соответствующий индикатор и неверная информация игнорируется.
Если зафиксированы более трех сбоев подряд, БВФД7 через ВУ8и КДЗ подключит к БИ4 эталонный датчик 2 и нулевую шину прибора
и сравнит полученный результат с известной величиной (0,01 мм). Если измеренная разность больше этой величины включается
индикатор "отказ прибора" и система переходит а режим непрерывной проверки по эталону, до устранения неисправности.
Если разность меньше или равна 0,01 мм, то включается индикатор "отказ датчика" и снова производится попытка измерения этого
параметра несоосности до тех пор пока не будет зафиксирована достоверная информация. В этом случае индикаторы отказов обнуляются
и система анализирует возможность передачи информации в ЭВМ (через БС9 и системную шину, стык С2), Если за время очередного цикла
измерения не будет окончена передача информации в ЭВМ или будет зафиксирована неверная информация, включается триггер "отказ прибора"
и цикл передачи повторится с новой измеренной информацией. Измерение и передача информации осуществляется до тех пор пока программа в
ЭВМ не примет всю информацию требуемую для расчета оптимальной центровки турбины. Каждое измерение при передаче в ЭВМ сопровождается
байтом маркировки, который фиксируют вид измеренной несоосности, характеристику измеряемой разности зазоров и ее знак.
По этим 5 данным в ЭВМ проводится проверка на достоверность и достаточность, а также вычисляется реальная несоосность и
наличие дефектов геометрии стыкуемых деталей (дефектный прогиб вала ротора, эллипсность 10 расточек и т.д.) по алгоритму фиг.З.
При передаче информации работает программа, выполняющая преобразование двух байтов информации результата измерения разности зазоров
и одного байта маркера из параллельного кода в последовательный. Преобразование параллельного кода в последовательный осуществляется
в БС9, которая представляет собой универсальный синхронно-асинхронный передатчики (УСАП) типа К580ИК51.
УСАПБС9 позволяет передавать (выход передатчика ТхД) в ЭВМ и принимать из ЭВМ (вход приемника РхД) информацию
в синхронном режимах в виде последовательного кода. Сигналы УСАП БС9 объединены в системную шину (СШ),
обеспечивают обмен информацией между системой и персональной ЭВМ типа IВМ РС/ХТ.
Это позволяет по результатам работы базовой программы проводить (при дефектах геометрии стыкуемых деталей) уточнение
и коррекцию результатов измерений, путем проведения дополнительных измерений. Датчики зазоров БД1 представляют собой
набор однотипных линейных тензометрических датчиков с диапазоном измеряемых зазоров равным +-2,5 мм и диапазоном изменения
выходного постоянного напряжения ранным + 5 в. При работе с тензометрическими, резистивными и т.п.
датчики, выходными сигналами которых является постоянное напряжение, в качестве БИ4 используется прецизионный дифференциальный
усилитель типа К140 УД17 или КМП817 УД6. Особым требованием к БИ4 является согласование диапазона изменения его выходного сигнала с
рабочим диапазоном АЦП блока БПИ5. Возможно в БД4 применение датчиков с другими физическими принципами преобразования сигнала
(например: "магнитные, оптические" и т.д.). В каждом конкретном случае потребуется предварительное преобразование сигнала датчика
в постоянное напряжение перед его поступлением в БИ4. В процессе реализации алгоритма "проверка достоверности измеряемой информации"
оценивается работоспособность датчиков путем подсчета числа сбоев приходящей от него информации.
Допустимой величиной является 3 сбоя за время измерения одного параметра. Если число сбоев превысило величину равную трем,
то происходит автоматическое переключение системы в режим калибровка коммутатором блока БУ8, (т.е. подключение к БИ4 ЭД2 и общей шины прибора).
После окончания проверки работоспособности системы блок БВФД7 автоматически возвращает систему в исходное состояние.
Таким образом исключено влияние помех, краткосрочных сбоев, а также обеспечено ранее выявление отказов отдельных элементов системы.
На фиг. 3 представлена блок-схема базовой программы ЭВМ обеспечивающей прием информации о разности зазоров и проверку на достоверность по принципам описанным ранее.
Кроме того, программа проводит расчет несоосности роторов, определяет наличие дефектов стыкуемых деталей турбины,
рассчитывает реальную несоосность ротора и статора с учетом дефектов и запускает программу расчета оптимальной центровки.
Программа включает ряд подпрограммы, описанных ниже.
Подпрограмма расчета несоосности роторов (по измеренным разностям зазоров между датчиками установленными в осевом
и радиальном направляемых на полумуфты роторов до и после полуоборота роторов) определяет излом осей (А) и радиальное смещение (R)
в вертикальной и горизонтальной плоскости по формулам:
где:
А(0), R(0) - зазоры в соответствующем направлении до полуоборота роторов;
А(180), R(180) - те же зазоры после полуоборота роторов.
Программа расчета несоосности ротора и статора предварительно определяет имеются ли дефекты геометрии стыкуемых деталей
и в зависимости от этого дает команду на проведение дополнительных измерений или рассчитывает несоосность в горизонтальной
и вертикальной плоскости (по измеренным зазорам слева, справа, и снизу) по основным формулам:
Г = (Л-П)/2; В = Н - (П+Л)/2; (2)
Дефекты геометрии: отличие сечения от окружности (эллипсность расточки) или когда ось вращения не совпадает
с геометрической осью (дефектный прогиб вала) можно определить по формуле:
D = Бл-Бп-2Г*Cоs а (3)
где:
Бл - измеренный зазор между ротором и расточкой в точке находящейся под углом а с левой стороны горизонтального разъема цилиндра;
Бп - то же с правой стороны;
Г, В - несоосность в горизонтальной или вертикальной плоскости определяемая по основным формулам (2).
Л ,П, Н - измеренные зазоры слева, справа, внизу. Если измерения производить под углом а - 45°, то формула (3) преобразуется к виду:
D= Бл - Бп -1,41 Г;
(4)
Если D по абсолютному значению больше 0,02 мм, стыкуемые детали имеют дефекты геометрии и необходимо устранить
возникающую погрешность(0,02 мм - требуемая точность определения несоосности).
Для повышения точности определения реальной несоосности и выявления, какая из стыкуемых деталей имеет дефект,
производится повторный цикл измерений в тех же пространственных точках после полуоборота ротора.
По результатам первого и второго циклов измерений по формулам (2) вычисляют несоосности в вертикальной и
горизонтальной плоскостях и сравнивают их. Если разность одноименных несоосностей до и после полуоборота ротора
больше 0,02 мм, следовательно вал ротора имеет дефектный прогиб.
Уточненную несоосность в этом случае определяют по формуле:
Г = (Г(0)+Г(180))/2;
B = (B(0) + В(180))/2; (5)
Если дефект геометрии вала ротора не выявлен (разность несоосностей меньше 0,02), а D больше 0,02 мм
и для повторного цикла измерений, следовательно, геометрия расточки отличается от окружности.
Уточненную несоосность в вертикальной плоскости определяют по формулам:
В = (Бл + Бп - Л - П)/2*Sin а
Если измерения осуществлены под углом а = 45°, то:
В = 0,707*(Бл + Бп - Л - П);
Уточненную несоосность в горизонтальной плоскости определяют по формуле (5).
Вычисленная несоосность роторов и несоосность ротора и статора анализируется на достаточность информации.
Если определены все требуемые несоосности, то автоматически запускается программа расчета параметров
оптимальной центровки.
Существенными отличиями предлагаемого технического решения от базового объекта (прототипа) и всех других аналогичных устройств является то,
что по найденным критериям отличающим достоверное измерение от неточного, найдена такая последовательность действий над входными сигналами,
которая позволила исключить как динамическую так и статическую погрешность измерительного тракта, а также погрешности присущие косвенным
методом измерения несоосностей. При этом исключена субъективаная ошибка операторов проводящих измерения и ввод информации в ЭВМ и ошибки
от дефектов геометрии.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность определения реальной несоосности, снижает время центровочных работ,
повышает точность центровки и исключает необходимость перецентровки из-за ошибок в определении несоосности.
В свою очередь это снижает труедоемкость и длительность монтажных и пуско-наладочных работ.
В описанной конкретной реализации проверку достоверности и сравнение осуществляет микропроцессор, при этом код эталонных величин хранит ППЗУ.
Вместо микропроцессора может быть использован интегратор, при этом последовательно измерительные импульсы необходимо подавать на инвертирующий
и неинвертирующий вход, а эталонную величину Может хранить стабилитрон.
Микропроцессор более целесообразен, т.к. позволяет гибко переналаживать систему под любые датчики перемещений и измеряемые параметры
(путем замены микро программы в ППЗУ).
Программно-аппаратная реализация позволила реализоеать алгоритм устранения погрешностей практически без снижения быстродействия
(такты измерений и вычислений запараллелены).
Одновременно это позволило достоверно фиксировать достижения определенных состояний турбины. что дает возможность использовать эту
систему в системах регулирования и диагностики турбин.
Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я:
