一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法及系統的製作方法
2023-06-11 09:40:11 1
一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法及系統，方法包括如下步驟：步驟1，使用兩個相互垂直的探頭檢測旋轉機械振動數據，如果任一探頭檢測的振動數據中二倍頻成分≥10um，執行步驟2；步驟2，將兩個探頭檢測得到的振動數據中的二倍頻數據合成二倍頻軸心軌跡，該軌跡呈橢圓形；計算二倍頻軸心軌跡的離心率；根據離心率得到引起振動的原因。本方法直觀、快速、準確地區分對中不良和測振帶晃度過大問題，從而快速精確地判別具體的二倍頻故障原因，並對這兩種故障對振動所造成影響進行了量化分析，因此，本發明有效縮短了機組故障排查時間，避免工程人員盲目進行機組檢修維修，提高了故障識別精度和故障處理效率。
【專利說明】一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法及系統
【技術領域】
[0001] 本發明屬於設備狀態監測【技術領域】，具體涉及一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍 頻故障檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002] 在旋轉機械運行中，各種故障的原因很複雜，這些故障中有相當一部分是由於二 倍頻振動較大引起，在二倍頻故障中，對中不良佔有較大比例，此外測振帶晃度過大有時也 表現為二倍頻。兩種故障處理方式相差甚遠，如判斷錯誤，不僅會浪費人力物力，更延長設 備檢修時間，嚴重影響設備投產。如何對這些二倍頻故障進行準確判別，進而採取正確的應 對措施，始終是旋轉機械故障診斷的重要研究課題之一。
[0003] 根據多年大型旋轉機械狀態監測的經驗與實踐，單純從振動信號的波形頻譜進行 分析判別，往往只能確定故障的大概範圍，存在較大的不準確性，易於把氣流激振、旋轉脫 離、喘振、油膜渦動等低頻類故障，不平衡、轉子熱彎、測振帶偏心等工頻故障，以及不對中、 橢圓形測振帶等二倍頻故障混淆。
[0004] 軸心軌跡是風機振動故障分析的最常用工具之一，不過目前主要根據通頻軸心軌 跡的形狀進行風機的主要故障判別，比如動平衡問題、不對中問題、油膜渦動與油膜振蕩問 題、氣流激振問題，旋轉失速與喘振問題、機組碰磨問題等。有時根據工頻軸心軌跡的形狀 判別不平衡問題、支撐系統剛性問題等。但到目前為止，還沒有專門根據二倍頻軸心軌跡進 行振動分析的方法，對於一些二倍頻引起的故障原因無法進行深入的分析與判別。
【發明內容】
[0005] 針對上述現有技術中存在的缺陷或不足，本發明的目的在於，提供一種基於軸心 軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法。
[0006] 為了實現上述任務，本發明採用如下技術方案予以解決：
[0007] -種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1，使用兩個相互垂直的探頭檢測旋轉機械振動數據，如果任一探頭檢測的振 動數據中二倍頻成分> l〇um，執行步驟2 ;
[0009] 步驟2,將兩個探頭檢測得到的振動數據中的二倍頻數據合成二倍頻軸心軌跡，該 軌跡呈橢圓形；計算二倍頻軸心軌跡的離心率；根據離心率得到引起振動的原因。
[0010] 進一步的，所述步驟2中離心率得到引起振動的原因的具體步驟如下：
[0011] 如果二倍頻軸心軌跡的離心率< 〇. 5,認為主要由對中不良引起振動，執行步驟 3 ;如果0. 8彡離心率< 1，認為主要由測振帶晃度過大引起振動，執行步驟4 ;如果0. 5 <離 心率< 0. 8,認為振動由對中不良以及測振帶晃度共同引起，分別執行步驟3和步驟4 ;
[0012] 步驟3,計算測振帶的晃度並計算晃度超標值；如果測振帶晃度滿足V < 5um，則 認為測振帶晃度正常；否則測振帶晃度超標，超標量為測試帶晃度與5um的差值；
[0013] 步驟4,計算二倍頻軸心軌跡的短軸b，如果二倍頻軸心軌跡的短軸長度b彡IOum, 認為對中不良，如果b < 10um，認為對中程度對振動的影響在允許範圍內。
[0014] 進一步的，所述步驟3中計算測振帶的晃度的步驟如下：
[0015] 在盤車狀態下，利用下式計算測振帶晃度： _
[0016] \j/ ? a - 0.707 xyx " +y2
[0017] 其中，x、y為盤車狀態下X、Y兩探頭所在測點測到的振動數據。
[0018] 本發明的另一個目的在於，提供一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測系 統。該系統包括如下兩個相連接的模塊：
[0019] 振動檢測模塊，該模塊是用於實現如下功能的模塊：使用兩個相互垂直的探頭檢 測旋轉機械振動數據，如果任一探頭檢測的振動數據中二倍頻成分> l〇um，連接至振動原 因檢測模塊；
[0020] 振動原因檢測模塊，該模塊是用於實現如下功能的模塊：將所述兩個探頭檢測得 到的振動數據中的二倍頻數據合成二倍頻軸心軌跡，該軌跡呈橢圓形；計算二倍頻軸心軌 跡的離心率，根據離心率得到引起振動的原因。
[0021] 進一步的，所述振動原因檢測模塊中，所述根據離心率得到引起振動的原因的實 現包括如下模塊：
[0022] 離心率判斷模塊，是用於實現如下功能的模塊：如果二倍頻軸心軌跡的離心率 <0.5,認為主要由對中不良引起振動，連接至測振帶晃度檢測模塊；如果OK離心率 < 1,認為主要由測振帶晃度過大引起振動，連接至對中檢測模塊；如果〇. 5 <離心率 < 0. 8,認為振動由對中不良以及測振帶晃度共同引起，分別連接測振帶晃度檢測模塊和對 中檢測模塊；
[0023] 所述測振帶晃度檢測模塊，是用於實現如下功能的模塊：計算測振帶的晃度並計 算晃度超標值；如果測振帶晃度滿足V <5um，則認為測振帶晃度正常；否則測振帶晃度超 標，超標量為測試帶晃度與5um的差值；
[0024] 所述對中檢測模塊，是用於實現如下功能的模塊：計算二倍頻軸心軌跡的短軸b， 如果二倍頻軸心軌跡的短軸長度b > 10um，認為對中不良，如果b < 10um，認為對中程度對 振動的影響在允許範圍內。
[0025] 進一步的，所述測振帶晃度檢測模塊中，計算測振帶的晃度如下：
[0026] 在盤車狀態下，利用下式計算測振帶晃度： R _
[0027] r W^ra = 0-707 xv-v： +y2
[0028] 其中，x、y為盤車狀態下X、Y兩探頭所在測點測到的振動數據。
[0029] 本發明根據對中不良和測振帶晃度過大時的二倍頻軸心軌跡特點，將其與真實的 二倍頻軸心軌跡進行相似度比較，能夠準確檢測出不對中和測振帶晃度過大問題，以及兩 者對故障分別的影響程度。本方法可以直觀、快速、準確地區分對中不良和測振帶晃度過大 問題，從而快速精確地判別具體的二倍頻故障原因，並對這兩種故障對振動所造成影響進 行了量化分析，因此，本發明有效縮短了機組故障排查時間，避免工程人員盲目進行機組檢 修維修，提高了故障識別精度和故障處理效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030] 圖1是X、Y兩個測振探頭的垂直布置示意圖。
[0031] 圖2是完全對中不良引起振動時的二倍頻軸心軌跡。
[0032] 圖3是完全測振帶晃度較大引起振動時的二倍頻軸心軌跡。
[0033] 圖4是現場真實的二倍頻軸心軌跡示意圖。
[0034] 圖5是風機在額定轉速下運行時的振動波形頻譜圖（光標處為一倍頻）。其中， 圖（a)和圖（b)分別是風機自由端X和Y方向測點的波形頻譜圖，圖（c)和圖（d)分別是 風機聯軸端X和Y方向測點的波形頻譜圖。
[0035] 圖6是本發明的實施例中，試車過程中的二倍頻軸心軌跡。其中，圖（a)為自由端 二倍頻軸心軌跡，圖（b)為聯軸端二倍頻軸心軌跡。
[0036] 圖7是風機低轉速下的波形頻譜圖。其中，圖（a)和圖（b)分別是風機自由端X 和Y方向測點的波形頻譜圖，圖（c)和圖（d)分別是風機聯軸端X和Y方向測點的波形頻 譜圖。
[0037] 圖8是低轉速下的二倍頻軸心軌跡圖。其中，圖（a)為自由端二倍頻軸心軌跡，圖 (b)為聯軸端二倍頻軸心軌跡。
[0038] 以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步解釋說明。
【具體實施方式】
[0039] 本發明的研究思路是，首先對振動引起的兩個主要原因進行單獨分析，在每種原 因單獨發生的情況下採集振動數據並由此得到二倍頻軸心軌跡，從而得到每種原因單獨發 生的情況下的二倍頻軸心軌跡的形狀參數特點。本發明的方法即是基於二倍頻軸心軌跡的 形狀參數特點，首先快速得到引起二倍頻振動的主要原因，再進一步得到另一個二倍頻振 動原因的發生程度。最終得到旋轉機械的準確故障原因，能夠為隨後的消除故障提供快速 而準確的指導。
[0040] 一、兩種原因單獨發生時二倍頻軸心軌跡的特徵研究
[0041] 1、對中不良
[0042] 根據對中不良時的二倍頻波形值特點，發明人得到完全是對中不良狀態下的二倍 頻軸心軌跡圖。如果振動完全由不對中引起，轉子的旋轉角速度為《，二倍頻振動高點的移 動速度為2 ?，X、Y探頭測得該振動高點的時差為T/8,則X、Y兩探頭所在測點測得的波形 值振動方程為：
[0043]
【權利要求】
1. 一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法，其特徵在於，包括如下步驟： 步驟1，使用兩個相互垂直的探頭檢測旋轉機械振動數據，如果任一探頭檢測的振動數 據中二倍頻成分彡l〇um，執行步驟2 ; 步驟2,將兩個探頭檢測得到的振動數據中的二倍頻數據合成二倍頻軸心軌跡，該軌跡 呈橢圓形；計算二倍頻軸心軌跡的離心率；根據離心率得到引起振動的原因。
2. 如權利要求1所述的基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法，其特徵在於， 所述步驟2中離心率得到引起振動的原因的具體步驟如下： 如果二倍頻軸心軌跡的離心率< 〇. 5,認為主要由對中不良引起振動，執行步驟3 ;如 果0. 8彡離心率< 1，認為主要由測振帶晃度過大引起振動，執行步驟4 ;如果0. 5 <離心率 < 0. 8,認為振動由對中不良以及測振帶晃度共同引起，分別執行步驟3和步驟4 ; 步驟3,計算測振帶的晃度並計算晃度超標值；如果測振帶晃度滿足Ψ IOum,認為 對中不良，如果b < 10um，認為對中程度對振動的影響在允許範圍內。
3. 如權利要求1所述的基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測方法，其特徵在於， 所述步驟3中計算測振帶的晃度的步驟如下： 在盤車狀態下，利用下式計算測振帶晃度：
其中，X、y為盤車狀態下X、Y兩探頭所在測點測到的振動數據。
4. 一種基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測系統，其特徵在於，包括如下兩個相 連接的模塊： 振動檢測模塊，該模塊是用於實現如下功能的模塊：使用兩個相互垂直的探頭檢測旋 轉機械振動數據，如果任一探頭檢測的振動數據中二倍頻成分> l〇um，進入； 振動原因檢測模塊，該模塊是用於實現如下功能的模塊：將所述兩個探頭檢測得到的 振動數據中的二倍頻數據合成二倍頻軸心軌跡，該軌跡呈橢圓形；計算二倍頻軸心軌跡的 離心率，根據離心率得到引起振動的原因。
5. 如權利要求4所述的基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測系統，其特徵在於， 所述振動原因檢測模塊中，所述根據離心率得到引起振動的原因的實現包括如下模塊： 離心率判斷模塊，是用於實現如下功能的模塊：如果二倍頻軸心軌跡的離心率< 〇. 5， 認為主要由對中不良引起振動，連接至測振帶晃度檢測模塊；如果0. 8 <離心率< 1，認為 主要由測振帶晃度過大引起振動，連接至對中檢測模塊；如果0.5 <離心率< 0.8,認為振 動由對中不良以及測振帶晃度共同引起，分別連接測振帶晃度檢測模塊和對中檢測模塊； 所述測振帶晃度檢測模塊，是用於實現如下功能的模塊：計算測振帶的晃度並計算晃 度超標值；如果測振帶晃度滿足Ψ 10um，認為對中不良，如果b < 10um，認為對中程度對振動 的影響在允許範圍內。
6.如權利要求4所述的基於軸心軌跡的旋轉機械二倍頻故障檢測系統，其特徵在於， 所述測振帶晃度檢測模塊中，計算測振帶的晃度如下： 在盤車狀態下，利用下式計算測振帶晃度：
其中，X、y為盤車狀態下X、Y兩探頭所在測點測到的振動數據。
【文檔編號】G01M7/02GK104374557SQ201410629011
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】鹿守杭, 金穎, 郎博, 袁博 申請人:西安陝鼓動力股份有限公司