高速旋转机械径向振动检测系统关键技术研究

　　1　引　　言

　　伴随着国民经济的高速发展,我国电力、能源、化工、航空和船舶等行业也取得了长足进展,一大批大型高速旋转机械先后被装备电厂、核电站、化工厂、航空和舰船等。这类高速旋转机械的共同特点是[1]:均有高速定轴旋转的转子、静子与机匣和轴承组成,自动化程度和结构复杂度都很高,结构日益向高转速、高效率、高精度、高可靠性趋势发展。由于大型高速旋转机械是电力、能源、化工、航空和船舶等行业的关键设备,其稳定运行直接影响到整机系统的工作寿命,是安全、高效生产的决定性因素。监控或检测这类机械的运行参数,确定其整体或局部的性能是否正常,及早发现引起性能下降原因及部位并预测其发展趋势,是相关行业亟待解决的问题。

　　目前监测大型高速旋转机械运行状态的方法很多[2-5],包括判断设备的声响,监测诸如机器输入输出的功率、转速、扭矩、振动等过程量和过程参数。但这些检测方法都是间接的手段,无法跟故障的原因直接联系起来。实际上无论是设备振动信号异常,还是设备的声响频率超差,其主要原因都是旋转机械转子和定子之间的间隙超出了正常的工作范围[6]。那么通过测量旋转机械转子和定子之间的间隙,即通过高速旋转机械径向位移的在线测量,可以监测高速旋转机械的运行状态,进而实现设备运行状态的直接、有效地监控与故障诊断。

　　随着光纤传感技术的不断进步,利用反射式强度调制型光纤传感器进行大型高速旋转机械的状态监测和故障诊断技术也得到了不断发展[7-13]。然而,反射式强度调制型光纤传感器虽具有其他类型的光纤传感器所不具备的独特优点[14-15],但是同时也存在不足。由于它采用光强作为信息的载体,所以不可避免地要受传感器的测量方法与结构、光源功率波动、激光与光纤的耦合效率、被测表面反射率等不同因素的影响[16]。所以,要想获得高精度和高稳定性的测量,必须采取有效措施克服这些因素对测量的影响。因此,为了实现恶劣条件下的高速　　轴系旋转机械径向振动的检测,综合考虑上述影响因素,本文设计了反射式强度调制型非接触式光纤传感系统,并对其关键技术进行了研究,以期通过多方面研究获得高速旋转机械径向振动高精度和高稳定性的测量。

　　2　检测系统工作原理

　　高速轴系旋转机械径向振动检测的原理图如图1所示。

　　由半导体激光器(LD)发出的光经发射光纤照射到高速轴系转子的表面,被测参量与调制区的光相互作用,使光的物理参数发生变化,成为调制的信号光,反射回来的光由光接收器(PD)接收。转轴径向振动造成转轴表面与测头之间位移的变化,引起光强信号的变化,根据光强信号的变化可测出转轴的径向振动量。