专利名称：一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种机械平衡技木，特别涉及一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置及方法。
背景技术：
目前，汽轮机、柴油机、燃气轮机、发电机等各类高速回旋机械作为现代舰船的关键设备，其振动水平直接关系到舰船的稳定性及舒适性对于军用舰船来说，设备的振动水平不但影响其在航率和战斗力，而且影响其自身的隐身性。因此，舰船自身关键设备的现场减振降噪对于现代舰船的稳定性和隐蔽性至关重要。
回旋机械产生振动的主要原因是不平衡质量的惯性カ和惯性力。由现场故障诊断工作统计，不平衡カ引起的故障约占全部机械故障的60%以上，80%-90%的机组振动是可以通过轴系平衡技术消除的。不平衡惯性离心カ与机器转速平方成正比，减小机器设备振动首先考虑的主要方法是对转子进行动平衡，减小机器旋转零部件的不平衡惯性力，使机器的振动限制在允许的范围内。回旋机械设备出现的初期，由于设备的转速较低，平衡精度要求不高，所以初期阶段也只需要对转子进行静平衡。随着设备转子工作转速及平衡精度的不断提高，只对转子进行静平衡已满足不了实际需要，人们才对动平衡技术发生浓厚的兴趣。特别是各种精密设备的研制成功和计算机的应用，使得动平衡平衡技术更为精确。由于陆上可操作空间大，便于拖转的电机及測量设备的安装，动平衡技术已经在陆上安装设备得到广泛应用。但是舰艇具有特殊性，因为舱内空间狭小，设备布置紧凑，无法安装拖动设备，操作空间小，动平衡不易实现；而且机舱内环境较恶劣，空气湿度、盐度大，对监测装置的腐蚀性强。另外转子太大无法把转子直接从舱ロ取出在动平衡机上做动平衡，通常的做法是割开机舱，把转子吊出机舱到设备厂去做动平衡，对船体的破坏性大，修复周期长。若需将现有陆用动平衡装置及方法应用于舰船，现有技术还存在下述缺陷
(1)对于多通道动平衡同时在线监测，现有装置体积过于庞大，不适用于复杂且空间有限的船舱；
(2)现有动平衡方法人机交互性较差，往往需要专业人士记录好所监测到的各个通道的每次试重数据，然后逐次录入进动平衡软件，过程较为繁琐，不宣观，且对操作人员专业知识要求较高；
(3)目前陆用动平衡方法一般针对双平面单轴系设备进行现场动平衡，而对于舰船众多多转速多轴系多平衡面的高速回旋机械设备，现有方法往往显得カ不从心。(4)当船体发生倾斜摇摆吋，现有动平衡方法并无措施或手段将倾斜摇摆对设备动平衡监测产生的误差进行校正。
发明内容
本发明是针对舰船高速回旋机械的现场动平衡问题，提出了一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置及方法，可同时进行16通道的动平衡监测，尺寸却相当于常规2通道现场动平衡仪尺寸；具备很强的人机交互性，所有功能操作均只需通过手指触碰触摸屏完成操作；装置可最多可进行4个转速8个平衡面的动平衡监测和校正，可同时完成4个不同转速轴系16个测点的振动參量幅值和相位提取；装置可将所采集的倾斜摇摆误差数据补偿进监测及动平衡校正软件，这样进一步提高了此种动平衡方法的船用环境适应性。本发明的技术方案为一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，包括电涡流传感器，转速键相传感器，前置放大器，动平衡监测校正电路，电涡流传感器和转速键相传感器采集信号经过前置放大器送入动平衡监测校正电路，动平衡监测校正电路包括输入输出模块、前端模拟信号处理模块、装置核心电路模块和电源系统模块，动平衡监测校正电路接收前置放大器信号送入前端模拟信号处理模块处理后，送装置核心电路模块计算存储后，输入输出模块与装置核心电路模块交换数据，电源系统模块包含电源处理模块和电源电压监控与复位电路，电源处理模块为各个模块芯片提供电源，电源电压监控与复位电 路接收各电源信号，输出报警和控制信号。所述传感器输入调理电路包括电压偏置电路、光耦隔离电路和脉冲整形电路，前置放大器送来的电涡流传感器采集信号经过减法器和电阻电容网络电压偏置电路，输出模数转换芯片可接受的电压信号，转速键相传感器信号经过光耦隔离和脉冲整形电路进行预处理。所述装置核心电路模块为CPU最小系统，包括0MAP-L137处理器、存储器、系统时钟，存储器包括用于存储引导系统BOOT引导程序的SPI Flash、用于挂载嵌入式操作系统和存储数据的Nand Flash、用于程序运行和数据缓冲的SDRAM19，系统时钟包含主參考时钟24MHz的有源振动器和为系统供时的32K RTC晶振。所述输入输出模块包含人机交互输入的电容式触摸屏及其驱动电路；数据及界面显示的IXD液晶显示屏及其驱动电路；数据高速传输和软件更新的百兆以太网接ロ电路；U盘、鼠标键盘外设的USB2. O接ロ及其驱动电路和数据备份的SD卡接ロ电路。一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正方法，包括船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，具体包括如下步骤
1)布置传感器在各个动平衡面附近布置电涡流传感器，每个轴系分别布置转速键相传感器；
2)连接调试装置待布置完毕传感器后，将传感器与前置放大器相连，然后将前置放大器与动平衡监测校正电路相连，并将全船监控系统的通讯电缆与船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，连接完毕后，将整个系统上电，将输入输出模块设置为传感器调试模式，此模式下为固定频率采样，采集传感器的静态数据，将传感器各个测点一一调试，调试完毕后进入现场动平衡校正模式；
3)动平衡配置整个现场动平衡校正模块界面显示分为左右两块，左边是机组总貌图，实时显示各个测点的振动值，右边则是动平衡界面，设定动平衡配置，选择动平衡面数量、测点数量、以及是否需将船体倾斜摇摆数据补偿进监测，若动平衡面为N个，測点数目为K，则动平衡界面显示的转子上显示N个平衡面，K个测点；
4)采集原始振动先将设备调到动平衡校正的转速，待转速稳定后，锁定所有监测的动平衡參数，即保持振动位移基频幅值和相位值，将触碰机组总貌图上做动平衡的测点动平衡參数拖放至动平衡界面相对应的转子测点參数输入框，也就是将在设定的转速下测得的振动位移基频幅值和相位值输入到转子测试点中，完成初始振动输入过程；
5)试重若设定动平衡的平衡面为N个，则试重次数为N，首先从平衡I开始试重，将所需试重的重量及相位输入至动平衡校正界面并在实际机组动平衡面上相应相位添加此重量的配重块，试重完毕后，重新启动所测设备，待稳定到达平衡转速后，如步骤4)采集原始振动，将试加配重后所监测测点的振动幅值及相位拖放至动平衡校正第一次试重界面，如此便完成首次试重操作，后面重复试直至完成第N次试重；
6)多平衡面多转速的动平衡计算待完成第N次试重后，选择界面动平衡计算向导框，装置进行数据计算并于界面上的每个平衡面上以图形形式自动显示，将计算的配重分别添加到相应平衡面上，再次开机并将动平衡校正后的残余振动及相位输入动平衡界面的残余振动输入框，完成一次动平衡测试；
7)如一次动平衡测试未能满足要求，可重复I) 6)步骤再进行第二次动平衡吋，二次平衡后，可得动平衡测试的平衡数据。所述步骤6)中的数据计算采用多平衡面多转速的转子影响系数法，影响系数 S作为施加在各平衡面上的单位试重对测振点所引起的振动变化可由下式求得
权利要求
1.一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，其特征在于，包括电涡流传感器，转速键相传感器，前置放大器，动平衡监测校正电路，电涡流传感器和转速键相传感器采集信号经过前置放大器送入动平衡监测校正电路，动平衡监测校正电路包括输入输出模块、前端模拟信号处理模块、装置核心电路模块和电源系统模块，动平衡监测校正电路接收前置放大器信号送入前端模拟信号处理模块处理后，送装置核心电路模块计算存储后，输入输出模块与装置核心电路模块交换数据，电源系统模块包含电源处理模块和电源电压监控与复位电路，电源处理模块为各个模块芯片提供电源，电源电压监控与复位电路接收各电源信号，输出报警和控制信号。
2.根据权利要求I所述船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，其特征在于，所述传感器输入调理电路包括电压偏置电路、光耦隔离电路和脉冲整形电路，前置放大器送来的电涡流传感器采集信号经过减法器和电阻电容网络电压偏置电路，输出模数转换芯片可接受的电压信号，转速键相传感器信号经过光耦隔离和脉冲整形电路进行预处理。
3.根据权利要求I所述船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，其特征在于，所述装置核心电路模块为CPU最小系统，包括0MAP-L137处理器、存储器、系统时钟，存储器包括用于存储引导系统BOOT引导程序的SPI Flash、用于挂载嵌入式操作系统和存储数据的Nand Flash、用于程序运行和数据缓冲的SDRAM19，系统时钟包含主參考时钟24MHz的有源振动器和为系统供时的32K RTC晶振。
4.根据权利要求I所述船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，其特征在干，所述输入输出模块包含人机交互输入的电容式触摸屏及其驱动电路；数据及界面显示的IXD液晶显示屏及其驱动电路；数据高速传输和软件更新的百兆以太网接ロ电路；U盘、鼠标键盘外设的USB2. O接ロ及其驱动电路和数据备份的SD卡接ロ电路。
5.一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正方法，包括船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，其特征在于，具体包括如下步骤 .1)布置传感器在各个动平衡面附近布置电涡流传感器，每个轴系分别布置转速键相传感器； .2)连接调试装置待布置完毕传感器后，将传感器与前置放大器相连，然后将前置放大器与动平衡监测校正电路相连，并将全船监控系统的通讯电缆与船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置，连接完毕后，将整个系统上电，将输入输出模块设置为传感器调试模式，此模式下为固定频率采样，采集传感器的静态数据，将传感器各个测点一一调试，调试完毕后进入现场动平衡校正模式； .3)动平衡配置整个现场动平衡校正模块界面显示分为左右两块，左边是机组总貌图，实时显示各个测点的振动值，右边则是动平衡界面，设定动平衡配置，选择动平衡面数量、测点数量、以及是否需将船体倾斜摇摆数据补偿进监测，若动平衡面为N个，測点数目为K，则动平衡界面显示的转子上显示N个平衡面，K个测点； .4)采集原始振动先将设备调到动平衡校正的转速，待转速稳定后，锁定所有监测的动平衡參数，即保持振动位移基频幅值和相位值，将触碰机组总貌图上做动平衡的测点动平衡參数拖放至动平衡界面相对应的转子测点參数输入框，也就是将在设定的转速下测得的振动位移基频幅值和相位值输入到转子测试点中，完成初始振动输入过程； .5)试重若设定动平衡的平衡面为N个，则试重次数为N，首先从平衡I开始试重，将所需试重的重量及相位输入至动平衡校正界面并在实际机组动平衡面上相应相位添加此重量的配重块，试重完毕后，重新启动所测设备，待稳定到达平衡转速后，如步骤4)采集原始振动，将试加配重后所监测测点的振动幅值及相位拖放至动平衡校正第一次试重界面，如此便完成首次试重操作，后面重复试直至完成第N次试重； 6)多平衡面多转速的动平衡计算待完成第N次试重后，选择界面动平衡计算向导框，装置进行数据计算并于界面上的每个平衡面上以图形形式自动显示，将计算的配重分别添加到相应平衡面上，再次开机并将动平衡校正后的残余振动及相位输入动平衡界面的残余振动输入框，完成一次动平衡测试； 7)如一次动平衡测试未能满足要求，可重复I) 6)步骤再进行第二次动平衡吋，二次平衡后，可得动平衡测试的平衡数据。
6.根据权利要求5所述船用高速回旋机械现场动平衡监测校正方法，其特征在于，所述步骤6)中的数据计算采用多平衡面多转速的转子影响系数法，影响系数 作为施加在各平衡面上的单位试重对测振点所引起的振动变化可由下式求得
全文摘要
本发明涉及一种船用高速回旋机械现场动平衡监测校正装置及方法，电涡流传感器和转速键相传感器采集信号经过前置放大器送入动平衡监测校正电路，动平衡监测校正电路接收前置放大器信号送入前端模拟信号处理模块处理后，送装置核心电路模块计算存储后，输入输出模块与装置核心电路模块交换数据，电源系统模块包含电源处理模块和电源电压监控与复位电路，电源处理模块为各个模块芯片提供电源，电源电压监控与复位电路接收各电源信号，输出报警和控制信号。有效减低船用设备的振动噪声水平，缩短船用设备故障处理时间；减小动平衡仪器的尺寸；可提高动平衡仪的环境适应性；可实现人机交互；可完成快速数据采集和存储，为监测和故障诊断提供可信数据。
文档编号G01M1/38GK102692298SQ20121019304
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者代学昌, 周璞, 张心玮, 章艺, 符栋梁, 钟焱 申请人:中国船舶重工集团公司第七0四研究所