CN110285045A - 一种核电厂rcp主泵振动相位监测***和方法 - Google Patents

Abstract

一种核电厂RCP主泵振动相位监测***和方法，所述***包括：振动探头：用于采集被测轴上的振动信号；振动机架：用于处理振动探头采集的振动信号；备用转速探头，用于采集脉冲信号，所述脉冲信号为被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号；信号转接箱：用于分流来自备用转速探头生成的脉冲信号，分别传输给转速信号处理单元和键相信号处理机柜中的键相模块；键相信号处理机柜、手持式动平衡测试仪。本发明不需要加装临时相位探头，可显著减少主泵启停次数和动平衡窗口时间，减少占用停机大修关键路径，同时也减少了工作人员因增加临时相位探头应承受的辐射剂量。

Description

一种核电厂RCP主泵振动相位监测***和方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种核电厂RCP主泵振动相位监测***和方法。

背景技术

由于核电厂RCP主泵在高温、高压及高辐射的条件下运行，且在功率运行期间无备用、不可停运，主泵振动过大会产生机械疲劳破坏、轴系裂纹、动静摩擦、密封失效等严重故障，而振动监测是判断主泵健康状况的重要手段。

目前部分早期建成的核电厂监测主泵的振动状态分为在线监测和离线监测。监测方式如图1所示：

在线监测：三台主泵独立装有4个在线传感器(2个轴承振动传感器，2个轴振动传感器)，传感器信号经模拟板件处理后送到主控制室记录仪显示振动个数值。

离线监测1：机组在功率运行期间，安全壳处于关闭状态，振动工程师用便携式数据采集器定期从电气柜缓冲输出端子上采集振动的原始模拟信号。将测量数据回放到数据库中，使用专用软件打印测量报告，故障分析工程师用专用软件对频谱图和趋势图进行分析，并结合主控制室显示的主泵热工参数评估该泵的工作状态，预测其振动发展趋势。

离线监测2：停机大修动平衡试验期间，通过加装临时振动、相位探头就地测量振动频率、幅值和相位。

当前模式下主要存在以下问题：

1、功率运行期间，无相位监测，无法对主泵振动状态进行全面实时监测，异常情况下缺少在线分析诊断依据；

2、大修动平衡试验时，需要加装临时相位探头，增加主泵启停次数和动平衡窗口时间，占用停机大修关键路径，且增加临时相位探头会使人员承受一定的辐射剂量。

综合上述论述，可知在当前部分核电厂RCP主泵振动监测***结构简单，未考虑主泵振动相位监测功能，尤其是功率运行期间，无法在线监测相位。

发明内容

本发明的目的是提供一种核电厂RCP主泵振动相位监测***和方法，要解决现有技术在功率运行期间，无法在线监测相位的技术问题；并解决现有技术在设备工作异常情况下缺少在线分析诊断依据的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述***包括：

振动探头：与振动机架电连接，用于采集被测轴上的振动信号；

振动机架：与手持式动平衡测试仪电连接，用于处理振动探头采集的振动信号；

备用转速探头:与信号转接箱电连接，用于采集脉冲信号，所述脉冲信号为被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号；

信号转接箱：与备用转速探头和键相信号处理机柜电连接，用于分流来自备用转速探头采集的脉冲信号，并分别传输给转速信号处理单元和键相信号处理机柜中的键相模块；

转速信号处理单元：与信号转接箱电连接，用于对接收的脉冲信号进行处理并构成转速测量通道；

键相信号处理机柜：用于容纳键相模块及振动机架；

手持式动平衡测试仪：与键相信号处理机柜中的键相模块和振动机架电连接，用于采集并显示脉冲式键相信号和振动信号,并根据键相信号和振动信号比较确定相位信号，所述相位信号为所述脉冲式键相信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的相位角；

进一步优选地，所述键相模块包括一个输入BNC端口和两个输出BNC端口。

进一步地，所述备用转速探头为磁阻式传感器，输出信号约1～2V。

进一步地，所述键相信号处理机柜包括键相模块，键相模块带有BNC输入/出端口，通过BNC端口与信号转接箱、下游手持式动平衡测试仪通讯。

进一步地，所述键相模块接收来自备用转速探头的电压信号，经滤波、整形、放大处理后输出TTL电平。

进一步地，所述键相模块采用简洁、友好的人机交互界面，以LED指示灯形式来显示板件信息，所述LED指示灯包括电源指示灯、运行指示灯和输出指示灯。

进一步地，所述***还包括键相标记，为所述被测轴上的新增凸键或者现有凸键，用于与所述备用转速探头配合产生所述脉冲信号。

此外，所述现有凸键为设于被测轴上的靶针。

更加优选地，还包括与信号转接箱电连接的转速信号处理单元，所述备用转速探头、信号转接箱与所述转速信号处理单元组成转速测量通道；所述备用转速探头、信号转接箱、键相信号处理机柜内的键相模块和手持式动平衡测试仪组成相位测量通道。

一种核电厂RCP主泵振动相位监测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取被测轴的振动信号；

获取所述被测轴的脉冲信号，所述脉冲信号为所述被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号，进一步处理转换为脉冲式键相信号；

根据获取的所述振动信号和所述脉冲式键相信号，计算得到所述被测轴的相位信号，所述相位信号为所述脉冲式键相信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的转角。

实施本发明可以达到以下有益效果：

本发明在功率运行期间，依然能对相位监测，可对振动状态进行全面实时监测，能够在主泵工作异常情况为维修提供在线分析诊断依据；

本发明不需要加装临时相位探头，可显著减少主泵启停次数和动平衡窗口时间，减少占用停机大修关键路径，同时也减少了工作人员因增加临时相位探头应承受的辐射剂量。

附图说明

图1为本发明主泵振动状态现有技术监测方式；

图2为本发明涉及的基频振动相位测量原理示意图；

图3为本发明涉及的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***实施例一的结构框图；

图4为本发明涉及的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***实施例二的结构框图。

图5为本发明涉及的一种核电厂RCP主泵振动相位监测方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，如图3所示，***包括：

振动探头1：与振动机架电连接，用于采集被测轴上的振动信号；

振动机架2：与手持式动平衡测试仪电连接，用于处理振动探头采集的振动信号；

备用转速探头3:与信号转接箱电连接，用于采集脉冲信号，所述脉冲信号为被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号；

信号转接箱4：与备用转速探头和键相信号处理机柜内的键相模块电连接，用于分流来自备用转速探头采集的脉冲信号，并分别传输给转速信号处理单元和键相信号处理机柜中的键相模块；

键相模块5：与信号转接箱和数据采集终端电连接，用于对接收的脉冲信号进行处理后传输至手持式动平衡测试仪；

键相信号处理机柜6：用于容纳键相模块及振动机架；

手持式动平衡测试仪7：与键相模块和振动机架电连接，用于采集并显示脉冲式键相信号和振动信号，并根据脉冲式键相信号和振动信号作对比确定相位信号，所述相位信号为所述脉冲信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的相位角；

键相模块包括一个输入BNC端口和两个输出BNC端口，备用转速探头为磁阻式传感器，输出信号约1～2V，且非标准的方波，需要经过处理后才能作为脉冲式键相信号输出。探头后端通过键相模块来处理非标准方波信号。

实施例二

一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，如图1所示，***包括：

振动探头1：与振动机架电连接，用于采集被测轴上的振动信号；

振动机架2：与手持式动平衡测试仪电连接，用于处理振动探头采集的振动信号；

备用转速探头3:与信号转接箱电连接，用于采集脉冲信号，所述脉冲信号为被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号；

信号转接箱4：与备用转速探头和键相信号处理机柜、转速信号处理单元电连接，用于分流来自备用转速探头采集的脉冲信号，并分别传输给转速信号处理单元和键相信号处理机柜中的键相模块；

键相模块5：与信号转接箱和手持式动平衡测试仪电连接，用于对接收的脉冲信号进行处理后传输至手持式动平衡测试仪；

键相信号处理机柜6：用于容纳键相模块及振动机架；

手持式动平衡测试仪7：采集并显示处理后的脉冲式键相信号和振动信号，并根据二者作对比确定相位信号，所述相位信号为所述脉冲式键相信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的相位角；

键相信号处理机柜包括键相模块，键相模块带有BNC输入/出端口，通过BNC端口与信号转接箱、下游手持式动平衡测试仪通讯；键相模块接收来自备用转速探头的电压信号，经滤波、整形、放大处理后输出TTL电平；键相模块采用简洁友好的人机交互界面，以LED指示灯形式来显示板件信息，LED指示灯包括电源指示灯、运行指示灯和输出指示灯；***还包括键相标记，为所述被测轴上的新增凸键或者现有凸键，用于与所述备用转速探头配合产生所述脉冲信号；现有凸键为设于被测轴上的靶针。

实施例三

一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，如图3所示，***包括：

振动探头1：与振动机架电连接，用于采集被测轴上的振动信号；

振动机架2：与手持式动平衡测试仪电连接，用于处理振动探头采集的振动信号；

备用转速探头3:与信号转接箱电连接，用于采集脉冲信号，所述脉冲信号为被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号；

信号转接箱4：与备用转速探头、转速信号处理单元和键相信号处理机柜内的键相模块电连接，用于分流来自备用转速探头采集的脉冲信号，并分别传输给转速信号处理单元和键相信号处理机柜中的键相模块；

键相模块5：与信号转接箱和数据采集终端电连接，用于对接收的脉冲信号进行处理后传输至数据采集终端；

键相信号处理机柜6：用于容纳键相模块及振动机架；

手持式动平衡测试仪7：根据处理后的脉冲式键相信号和振动信号作对比确定相位信号，所述相位信号为所述脉冲式键相信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的相位角；

还包括与信号转接箱电连接的转速信号处理单元8，所述转速信号处理单元与信号转接箱、备用转速探头组成转速测量通道；所述备用转速探头、信号转接箱、键相模块和手持式动平衡测试仪组成相位测量通道。

信号转接箱的输入端口通过同轴电缆与备用转速探头连接；输出端口一路连接转速信号处理单元，另一路连接键相模块。通常情况下，转接箱保持在备用转速探头与转速信号处理单元连接状态，需要监测相位时，通过信号转接箱将备用转速探头连接至相位测量通道。相位测量工作结束后，再将探头恢复至转速测量通道。在通道切换过程中，不会对运行中的转速测量造成干扰。

本发明工作基本原理如下：

被测轴上设置一个凹槽或凸键作为键相标识，当凹槽或凸键转到探头位置时，传感器产生一个脉冲信号。轴每转一圈将会产生一个周期的脉冲信号，脉冲产生的时刻表明了轴在每个周期中的位置，该位置将作为键相计算的起始位置。通过对脉冲计数，可以测量轴的转速；而通过将脉冲信号进行处理转换为标准脉冲信号并与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析及诊断。计算脉冲信号前沿超前振动信号“高点”的角度，“高点”是指轴上某一点，当该点转至测点位置时，振动正好处于正峰点。基频振动相位测量的示意图如图2所示，键相器，即本发明中所述备用转速探头，对准凹槽或凸键时，***将检测到一个脉冲信号。假设此时“高点”在H点位置，下一时刻当H点转动到振动探头下面时对应的是振动的正峰值，那么计算脉冲前沿至振动波形的正峰值的角度即为相位角Φ。根据振动探头位置与相位角，就可以定位任意时刻高点位置。

一种核电厂RCP主泵振动相位监测方法，方法包括：

S1、获取被测轴的振动信号；

S2、获取所述被测轴的脉冲信号，所述脉冲信号为所述被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号；

S3、根据获取的所述振动信号和所述脉冲信号，计算得到所述被测轴的相位信号，所述相位信号为所述脉冲信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的相位角。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述***包括：

振动探头：与振动机架电连接，用于采集被测轴上的振动信号；

振动机架：与数据采集终端电连接，用于处理振动探头采集的振动信号；

备用转速探头:与信号转接箱电连接，用于采集脉冲信号，所述脉冲信号为被测轴每转动一圈时产生的脉冲信号；

信号转接箱：与备用转速探头和键相信号处理机柜电连接，用于分流来自备用转速探头采集的脉冲信号，并分别传输给转速信号处理单元和键相信号处理机柜中的键相模块；

键相模块：与信号转接箱和数据采集终端电连接，用于对接收的脉冲信号进行整形处理成标准TTL电平，即脉冲式键相信号，然后传输至手持式动平衡测试仪；

键相信号处理机柜：用于容纳键相模块及振动机架；

手持式动平衡测试仪：与键相信号处理机柜内的键相模块、振动机架电连接，用于测试并显示脉冲式键相信号和振动信号，并根据键相信号和振动信号比较确定相位信号，所述相位信号为所述脉冲式键相信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的相位角。

2.如权利要求1所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述信号转接箱包括一个输入BNC端口和两个输出BNC端口。

3.如权利要求1所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述备用转速探头为磁阻式传感器，输出信号约1～2V。

4.如权利要求3所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述键相信号处理机柜包括键相模块，键相模块带有BNC输入/出端口，通过BNC端口与信号转接箱、下游手持式动平衡测试仪通讯。

5.如权利要求4所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述键相模块接收来自备用转速探头的电压信号，经滤波、整形、放大处理后输出标准TTL电平，即脉冲式键相信号。

6.如权利要求3所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述键相模块采用简洁友好的人机交互界面，以LED指示灯形式来显示板件信息，所述LED指示灯包括电源指示灯、运行指示灯和输出指示灯。

7.如权利要求3所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述***还包括键相标记，为所述被测轴上的新增凸键或者现有凸键，用于与所述备用转速探头配合产生所述电压脉冲信号。

8.如权利要求7所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，所述现有凸键为设于被测轴上的靶针。

9.如权利要求1所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测***，其特征在于，还包括与信号转接箱电连接的转速信号处理单元，所述备用转速探头与信号转接箱、转速信号处理单元组成转速测量通道；所述备用转速探头、信号转接箱、键相信号处理机柜和手持式动平衡测试仪组成相位测量通道。

10.如权利要求1～9任意一项所述的一种核电厂RCP主泵振动相位监测的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取被测轴的振动信号；

获取所述被测轴的脉冲信号，所述脉冲式键相信号为所述被测轴每转动一圈时产生的标准电压脉冲信号，进一步处理转换为脉冲式键相信号；

根据获取的所述振动信号和所述脉冲式键相信号，计算得到所述被测轴的相位信号，所述相位信号为所述脉冲式键相信号中的一个脉冲周期起点到所述振动信号中的一个正峰点的相位角。