专利名称：在线自动检测异常振动的汽轮机超速保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽轮机超速保护装置。
背景技术：
国内在汽轮机 振动故障诊断方面的研究起源于上个世纪八十年代，由于国内机组 振动的特殊性，使得技术人员在振动故障诊断方法，故障机理研究方面较国外技术员具有 独特的见解，经过多年现场故障诊断的实践，在机组振动故障特征方面积累了丰富的知识。 故障诊断从具体实施方式
来分，可分为在线诊断和离线诊断，前者是对运行状态下的汽轮 机机组振动故障原因做出粗略的诊断，以便操作人员做出纠正性操作，防止事故扩大，因此 诊断时间上要求很紧迫。现有技术中有用于在线振动故障检测的自动化设备，这些设备都 是将分散的专家经验系统化、条理化和集成化，进而通过逻辑器件实现对振动故障的探测。 相比于离线诊断，现有技术中的在线诊断具有一定的及时性，但这些都是基于人为观察时 发现异常振动，再通过仪器设备检测，因此这样的在线诊断方式仍有明显的滞后性，不适于 现代企业生产发展的需要。导致汽轮机的异常振动的原因大致包括以下几个方面转子安装不当、转子质量 分布不均、运动摩擦导致的部件磨损等。这些原因导致的汽轮机异常振动会以特定的形式 表现出来，但现有技术中没有综合和设计合理的设备能通过检测异常振动发生时微弱特殊 的工作状况来判断是否发生异常振动。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种汽轮机超速保护装置，它能够在汽轮机 工作时检测出汽轮机微弱的肉眼不易察觉的异常振动，并在异常振动发生的最初阶段及时 执行保护功能。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案该汽轮机超速保护装置包 括三组独立工作的速度检测电路、三选二电路、保护执行电路，所述速度检测电路的输出端 都与三选二电路的输入端连接，所述三选二电路的输出端与保护执行电路的输入端连接， 所述速度检测电路至少包括单片机、传感器信号调整电路和输入设备，所述传感器信号调 整电路的输出端与单片机连接，所述输入设备与单片机连接，所述速度检测电路还包括转 速超越报警电路和转速异常报警电路，所述转速超越报警电路包括高值转速比较器、触发 锁存器、低值转速比较器、反向控制器和与门处理电路，所述高值转速比较器的输入端与传 感器信号调整电路的输出端连接，所述高值转速比较器的控制端与单片机连接，所述高值 转速比较器的输出端与触发锁存器的输入端连接，所述触发锁存器的输出端与与门处理电 路的输入端连接，所述低值转速比较器的输入端与传感器信号调整电路的输出端连接，所 述低值转速比较器的控制端与单片机连接，所述低值转速比较器的输出端与反向控制器的 输入端连接，所述反向控制器的输出端与与门处理电路的输入端连接，所述与门处理电路 的输出端与单片机连接。由于转子异常振动时汽轮机的转速会出现超越现象，即转速高出一个最高值后低于一个最低值，此时转速开始出现不合理的波动，而且波动幅度会随着工 作时间推移而越加剧烈，实践证明在转速出现超越即不合理波动时转子就处于异常振动的 状态。由此通过检测汽轮机转速是否有超越现象就可判断转子的振动情况。所述转速异常 报警电路包括延时开关电路和转速比较电路，所述延时开关电路的输入端与传感器信号调 整电路的输出端连接，所述延时开关电路的输出端与转速比较电路的输入端连接，所述转 速比较电路的输出端与单片机连接，所述延时开关电路的控制端与单片机连接，所述转速 比较电路的控制端与单片机连接。因为汽轮机安装不当会造成汽轮机工作时出现在一定时 间内汽轮机转速达不到预定转速的情况，因此通过检测汽轮机转速的异常情况可以直接判 断是否潜在安全隐患。该转速异常报警电路的延时开关电路可从传感器信号调整电路获取 转速信号，并在允许的时间段内将转速信号传递给转速比较电路，在该时间段内转速比较 电路获取最大的转速值并与预设值比较，当最大的转速值小于预设值时汽轮机转速就为异 常状态，此时汽轮机极易出现异常振动的情况；当最大的转速值大于等于预设值时汽轮机 转速正常。来自转速超越报警电路和转速异常报警电路的检测得到的报警信号都先会传送 给各自所在的单片机，经过单片机运算后输出跳间信号，跳间信号再经三选二电路进一步 逻辑运算以排除各种干扰的可能后输出有效的跳间信号。本实用新型的汽轮机转速超速保 护装置同时具有转速超越报警电路和转速异常报警电路，可以较为全面、综合地检测出汽 轮机异常振动发出的微弱的特定状况，根据这些前兆来实现消除安全隐患的目的。作为本实用新型的优选，所述速度检测电路还包括数据显示电路、故障报警指示 灯，所述数据显示电路、故障报警指示灯都与单片机连接。数据显示电路能将汽轮机转速实 时显示出来，进而便于工作人员直观的得知该速度检测电路所检测到的汽轮机转速。故障 报警指示灯能够直观显示汽轮机是否有异常振动的状况发生。作为本实用新型的优选，所述速度检测电路还包括外置存储器，所述外置存储器 与单片机连接。外置存储器便于速度检测电路存储更多数据，实现更为精细的控制过程；也 有利于存储更长时间的工作记录，以便日后调用翻查汽轮机的历史状态。本实用新型采用上述技术方案汽轮机超速保护装置能在汽轮机运行过程中通过 检测转子转速的变化情况来寻找微弱的不易被人发现的异常振动，这样可以在异常振动最 初的阶段被人察觉，以免异常振动幅度变大后造成的巨大损失，进而可以及早发现并解决 异常振动的问题。采用带速检测既可以实现在线检测目的，又提高了检测方法的准确性。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步具体说明。
图1为本实用新型在线自动检测异常振动的汽轮机超速保护装置的电路结构示 意图；图2为本实用新型在线自动检测异常振动的汽轮机超速保护装置的速度检测电 路的转速超越报警电路的电路结构示意图；图3为本实用新型在线自动检测异常振动的汽轮机超速保护装置的速度检测电 路的转速超越报警电路的工作示意图；图4为本实用新型在线自动检测异常振动的汽轮机超速保护装置的速度检测电 路的转速异常报警电路的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，在线自动检测异常振动的汽轮机超速保护装置包括了三组独立工作 的速度检测电路、三选二电路和保护执行电路。每组速度检测电路都包括了转速超越报警 电路、转速异常报警电路、传感器信号调整电路、单片机、数据显示电路、故障报警指示灯、 输入设备和外置存储器。传感器信号调整电路用于接收来自传感器的信号并在处理后输出 给单片机，用于超速保护监测。数据显示电路用于实时显示速度检测电路检测到的汽轮机 转子的转速，以及显示已经设定的预设值。故障报警指示灯用于在单片机输出跳闸信号时 以发光的方式警示操作员。输入设备主要是键盘，通过它可以启动各项功能和参数设定。 外置存储器是帮助单片存储更多的数据或者控制量，进而可以记录更多的控制过程，便于 今后调用翻查；也可以进一步提高控制精度。如图2、4所示，单片机作为逻辑控制的主要部 件，它与传感器信号调整电路、数据显示电路、故障报警指示灯、输入设备和外置存储器都 连接，单片机的跳闸信号输出端与三选二电路的输入端连接，三选二电路的输出端与保护 执行电路连接。如图2所示，转速超越报警电路包括高值转速比较器、触发锁存器、低值转速比较 器、反向控制器和与门处理电路。高值转速比较器的一个输入端与传感器信号调整电路的 输出端连接，另一个输入端作为控制端与单片机连接，进而接收单片机发出的最高转速值。 高值比较器的输出端与触发锁存器的输入端连接，触发锁存器的输出端与与门处理电路的 一个输入端连接。低值转速比较器的一个输入端与传感器信号调整电路的输出端连接，另 一个输入端作为控制端与单片机连接，进而接收单片机发出的最低转速值。低值转速比较 器的输出端与反向控制器的输入端连接，反向控制器的输出端与与门处理电路的另一个输 入端连接；与门处理电路的输出端与单片机连接。如图4所示，转速异常报警电路由延时开关电路和转速比较电路组成。传感器信 号调整电路的一个输出端与单片机连接，另一个输出端与延时开关电路的输入端连接，延 时开关电路用于接收控制命令和延时赋值信号的控制端与单片机连接。延时开关电路的输 出端与转速比较电路的输入端连接，转速比较电路用于接收控制命令和转速赋值信号的控 制端与单片机连接，转速比较电路的输出端与单片机连接。延时开关电路通过控制端接收 来自单片机输出的延时时间长度赋值信号和启动信号，进而在延时启动后将来自传感器信 号调整电路的汽轮机转速信号传送给转速比较电路。转速比较电路通过控制端接收来自单 片输出的参考转速赋值信号和启动信号，进而在延时开关电路启动期间接收来自传感器信 号调整电路的汽轮机转速信号。工作时，转速超越报警电路和转速异常报警电路同时接收来自传感器信号调整电 路输出的转速信号。在转速超越报警电路部分，通过输入设备启用转速超越报警功能，输入 转速最高值和转速最低值。来自传感器信号调整电路的汽轮机转速信号分别与存储在高值 转速比较器的最高转速值、低值转速比较器的最低转速值比较。如图3所示，汽轮机转速随 时间推移越来越大，一旦汽轮机转速大于最低转速值后低值转速比较器的输出端输出高电 平信号，该信号经反向控制器处理后在反向控制器的输出端输出低电平信号，该低电平信 号输入在与门处理电路内。汽轮机转速继续升高，若转速大于最高转速值则高值转速比较 器的输出端输出低电平信号，该低电平信号经触发锁存器处理，在触发锁存器的输出端输出低电平信号，该低电平信号输入在与门处理电路内。这样与门处理电路的输出端就输出 了低电平信号，该低电平信号表示汽轮机运转正常，未出现转速波动的情况。但在此之后出 现转速低于最低转速值时，高值转速比较器输出高电平信号，该高电平信号经触发锁存器 处理后，在触发锁存器的输出端输出高电平信号，该高电平信号输入在与门处理电路内。同 时，低值转速比较器的输出端输出低电平信号，该信号经反向控制器处理后在反向控制器 的输出端输出高电平信号，该高电平信号输入在与门处理电路内。进而与门处理电路输出 高电平信号，该高电平信号表示汽轮机转速已经产生波动并且该波动已超出允许的范围， 此时汽轮机转子处于异常振动的状态。与门处理电路输出的高电平信号输送给单片机，单 片机运算处理后在跳间信号输出端输出跳间信号，并亮起故障报警指示灯。 而在转速异常报警电路部分，通过输入设备调用转速异常报警功能并输入延时时 间、参考转速以及启动信号。然后单片机将延时时间和参考转速信号分别输送给延时开关 电路和转速比较电路。延时开关电路启动后来自传感器信号调整电路的转速信号进入转速 比较电路，转速比较电路在延时开关电路启用的时间内记录下最快的转速值。当延时开关 电路计时结束后，发出延时结束信号给单片机，同时在转速比较电路内部把得到的最快转 速与参考转速比较，比较结果发送给单片机。若在规定时间内汽轮机转速小于参考转速即 汽轮机转速异常，汽轮机转子负载过大，所受阻力超出了设计承受的范围，汽轮机安装不合 格，则转速比较电路发出跳间信号给单片机，单片机立即响应并输出跳间信号，故障报警指 示灯亮起。在转子质量分布不均、运动摩擦导致的部件磨损等情况时极容易造成转子负载过 大，使得汽轮机工作时产生异常振动，进而导致转速波动幅度过大，此时这样的情况及时被 转速超越报警电路发现，在速度检测电路处产生跳间信号，三组速度检测电路若同时检测 到该异常状况，则有三个跳闸信号输入到三选二电路里，三选二电路直接输出最终有效的 跳闸信号给保护执行电路；若三组速度检测电路只有两组检测到该异常状况，三选二电路 仍有输出最终有效的跳间信号给保护执行电路；若三组速度检测电路只有一组检测到该异 常状况，三选二电路不会输出最终有效的跳间信号。转速异常报警时，速度在规定时间内达不到预定要求，此时汽轮机有微弱的异常 振动，这样的情况及时被转速异常报警电路发现，在速度检测电路处产生跳间信号，三组速 度检测电路若同时检测到该异常状况，则有三个跳闸信号输入到三选二电路里，三选二电 路直接输出最终有效的跳间信号给保护执行电路；若三组速度检测电路只有两组检测到该 异常状况，三选二电路仍有输出最终有效的跳间信号给保护执行电路；若三组速度检测电 路只有一组检测到该异常状况，三选二电路不会输出最终有效的跳间信号。
权利要求一种汽轮机超速保护装置，它包括三组独立工作的速度检测电路、三选二电路、保护执行电路，所述速度检测电路的输出端都与三选二电路的输入端连接，所述三选二电路的输出端与保护执行电路的输入端连接，所述速度检测电路至少包括单片机、传感器信号调整电路和输入设备，所述传感器信号调整电路的输出端与单片机连接，所述输入设备与单片机连接，其特征在于所述速度检测电路还包括转速超越报警电路和转速异常报警电路，所述转速超越报警电路包括高值转速比较器、触发锁存器、低值转速比较器、反向控制器和与门处理电路，所述高值转速比较器的输入端与传感器信号调整电路的输出端连接，所述高值转速比较器的控制端与单片机连接，所述高值转速比较器的输出端与触发锁存器的输入端连接，所述触发锁存器的输出端与与门处理电路的输入端连接，所述低值转速比较器的输入端与传感器信号调整电路的输出端连接，所述低值转速比较器的控制端与单片机连接，所述低值转速比较器的输出端与反向控制器的输入端连接，所述反向控制器的输出端与与门处理电路的输入端连接，所述与门处理电路的输出端与单片机连接，所述转速异常报警电路包括延时开关电路和转速比较电路，所述延时开关电路的输入端与传感器信号调整电路的输出端连接，所述延时开关电路的输出端与转速比较电路的输入端连接，所述转速比较电路的输出端与单片机连接，所述延时开关电路的控制端与单片机连接，所述转速比较电路的控制端与单片机连接。
2.根据权利要求1所述汽轮机超速保护装置，其特征在于所述速度检测电路还包括 数据显示电路、故障报警指示灯，所述数据显示电路、故障报警指示灯都与单片机连接。
3.根据权利要求1或2所述汽轮机超速保护装置，其特征在于所述速度检测电路还 包括外置存储器，所述外置存储器与单片机连接。
专利摘要本实用新型公开了一种在线自动检测异常振动的汽轮机超速保护装置，该汽轮机超速保护装置的每组独立工作的速度检测电路至少包括单片机、传感器信号调整电路和输入设备，所述传感器信号调整电路的输出端与单片机连接，所述输入设备与单片机连接，所述速度检测电路还包括转速超越报警电路和转速异常报警电路。汽轮机超速保护装置能在汽轮机运行过程中通过检测转子转速的变化情况来寻找微弱的不易被人发现的异常振动，这样可以在异常振动最初的阶段被人察觉，以免异常振动幅度变大后造成的巨大损失，进而可以及早发现并解决异常振动的问题。采用带速检测既可以实现在线检测目的，又提高了检测方法的准确性。
文档编号H02H5/00GK201623458SQ20102012682
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者吴锦伟, 曹端德, 沃丽平 申请人:杭州浙大威尔科技有限公司