專利名稱：汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，特別涉及大型汽輪發(fā)電 機(jī)組振動狀態(tài)實(shí)時在線自動監(jiān)測的一種汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí) 時診斷方法。
背景技術(shù)：
大型汽輪發(fā)電機(jī)組軸系的不對中問題相當(dāng)突出，大量的汽輪發(fā)電機(jī)組振動故 障由軸系不對中引起或與之相關(guān)。汽輪發(fā)電機(jī)組是多轉(zhuǎn)子連接而成的軸系，轉(zhuǎn)子 之間有聯(lián)軸器聯(lián)接。聯(lián)軸器角度不對中是指運(yùn)行狀態(tài)下相鄰兩個轉(zhuǎn)子的軸線不在 一條連續(xù)的中心線上，兩轉(zhuǎn)子的軸線相交成一定的角度，使兩側(cè)軸承的負(fù)荷不能 滿足設(shè)計要求。聯(lián)軸器發(fā)生角度不對中時，聯(lián)軸器螺栓拉力有把兩側(cè)端面拉到一 起的趨勢，使聯(lián)軸器兩側(cè)收到彎矩作用。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，聯(lián)軸器兩側(cè)受到的彎矩 也變化一次，由此引起基頻振動?，F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，聯(lián)軸器兩側(cè)所受彎矩變化引起 的軸振動非常明顯。
聯(lián)軸器角度不對中有以下特點(diǎn)
(1) 角度不對中引起轉(zhuǎn)子的彎曲，產(chǎn)生基頻振動。
(2) 角度不對中引起聯(lián)軸器兩側(cè)彎曲方向一致。如果聯(lián)軸器兩側(cè)轉(zhuǎn)子的不平衡 特性接近，那么聯(lián)軸器兩側(cè)軸振基頻相位一致。
聯(lián)軸器角度不對中是汽輪發(fā)電機(jī)組振動常見故障。存在嚴(yán)重聯(lián)軸器角度不對 中故障的汽輪發(fā)電機(jī)組若長期運(yùn)行，有可能產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。因此，研究大 型汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障診斷方法就有較大的經(jīng)濟(jì)價值。
通常，機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障的診斷工作都是由經(jīng)驗(yàn)豐富的專家完成， 具有診斷經(jīng)濟(jì)成本高，周期長，可靠性低，實(shí)時性差的缺點(diǎn)。因此，研究大型汽 輪發(fā)電機(jī)組軸系不對中故障的振動特征、振動診斷及處理方法有較大的實(shí)用價 值。
本發(fā)明提供的汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時診斷方法，根據(jù)聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振動幅值變化以及軸相對振動相位變化等數(shù)據(jù)信息，對機(jī)組聯(lián)軸器 角度不對中故障進(jìn)行實(shí)時自動在線監(jiān)測、分析、診斷，提高故障診斷效率和準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于基于汽輪機(jī)運(yùn)行中軸系的振動數(shù)據(jù)，結(jié)合計算機(jī)程序計 算，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動在線監(jiān)測、準(zhǔn)確診斷故障的大型汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器 角度不對中故障在線實(shí)時診斷方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時在 線診斷方法，其特征是，它包括
(a) 數(shù)據(jù)采集，采集汽輪機(jī)組聯(lián)軸器兩側(cè)的軸振動信號以及振動信號分析處理 需要的鍵相信號；
(b) 軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證，依據(jù)聯(lián)軸器兩側(cè)的軸相對振動數(shù)據(jù)，
結(jié)合FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算分析聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振 動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的相位是否同相。在預(yù)先設(shè)定的時間段內(nèi)，如果二者相位 同相，那么判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動相位條件驗(yàn)證通過；
(c) 軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證，依據(jù)聯(lián)軸器兩側(cè)的軸相對振動數(shù)據(jù)， 結(jié)合FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振動的 對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的振動幅值。在預(yù)先設(shè)定的時間段內(nèi)，如果聯(lián)軸器任何一側(cè)振 動幅值始終大于閾值，那么判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證通過；
(d) 在聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時在線診斷過程中，軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相 條件驗(yàn)證及軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證兩項驗(yàn)證實(shí)時同步進(jìn)行，該兩項驗(yàn)證 在診斷中屬于并列關(guān)系；如果同時滿足上述兩項驗(yàn)證，那么判定聯(lián)軸器發(fā)生角度 不對中故障。
所述軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證的條件是根據(jù)機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率，利 用FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振動的對 應(yīng)預(yù)先設(shè)定時間段為15秒，如果在該時間段內(nèi)相位差絕對值始終小于閾值，那么 判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證通過。
所述軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證的條件是根據(jù)機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率，利
用FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振動的對 應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的振動幅值J。、 A。設(shè)定振動幅值閾值為100^rn，預(yù)先設(shè)定時間 段為15秒，如果在該時間段內(nèi)聯(lián)軸器任何一側(cè)振動幅值始終大于閾值，那么判 定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證通過。
所述綜合判斷的標(biāo)準(zhǔn)是同時通過軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證、軸振轉(zhuǎn)速 頻率振動幅值異常驗(yàn)證兩項驗(yàn)證，就認(rèn)為是發(fā)生角度不對中故障。
本發(fā)明汽輪機(jī)組角度不對中故障診斷方法利用機(jī)組運(yùn)行中軸系的振動數(shù)據(jù)， 經(jīng)過計算分析判斷得到故障診斷結(jié)論，具有方法科學(xué)，結(jié)論可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)自動 實(shí)時在線監(jiān)測、診斷故障等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為大型汽輪發(fā)電機(jī)組角度不對中診斷功能流程圖。 圖2為軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證功能結(jié)構(gòu)框圖。 圖3為軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證功能結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
本項發(fā)明提出的大型汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時診斷方法主 要由數(shù)據(jù)采集、軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證、軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn) 證、聯(lián)軸器角度不對中故障判定等環(huán)節(jié)組成，其功能流程圖如圖l所示。在實(shí)時 診斷過程中，軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證及軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證 這兩個環(huán)節(jié)同步實(shí)時進(jìn)行，并在故障判定環(huán)節(jié)同時依據(jù)這兩個環(huán)節(jié)的診斷結(jié)果， 由此保證了故障診斷過程的可靠性以及診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步 說明具體實(shí)施步驟及診斷方法。
數(shù)據(jù)采集
實(shí)時采集汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子軸振動信號以及振動信號分析處理需要的鍵相信號。 聯(lián)軸器不對中故障的軸相對振動響應(yīng)較為靈敏，軸承座振動響應(yīng)靈敏度較低，因此診斷中采集分析軸相對振動數(shù)據(jù)。 軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證
針對聯(lián)軸器兩側(cè)的軸相對振動數(shù)據(jù)，利用FFT(快速傅立葉變換)頻譜分析方 法，進(jìn)行實(shí)時同步計算分析。根據(jù)機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩 側(cè)軸相對振動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的相位戶。、A。計算2個相位差的絕對值 k-Al。在預(yù)先設(shè)定的時間段內(nèi)，如果該絕對值始終小于閾值，那么軸振轉(zhuǎn)速頻 率振動同相條件驗(yàn)證通過，其功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證
針對聯(lián)軸器兩側(cè)的軸相對振動數(shù)據(jù)，利用FFT(快速傅立葉變換)頻譜分析方 法，進(jìn)行實(shí)時同步計算分析。根據(jù)機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩 側(cè)軸相對振動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的振動幅值j。、 A。在預(yù)先設(shè)定的時間段內(nèi)， 如果聯(lián)軸器任何一側(cè)振動幅值始終大于閾值，那么判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異 常驗(yàn)證通過，其功能結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
聯(lián)軸器角度不對中故障判定
根據(jù)上述軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證及軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn) 證兩項實(shí)時同步分析的結(jié)果，判定聯(lián)軸器是否發(fā)生角度不對中故障。如果同時滿 足上述項驗(yàn)證，那么可以判斷故障發(fā)生。
實(shí)施例
利用該方法可以實(shí)現(xiàn)對汽輪發(fā)電機(jī)組的聯(lián)軸器角度不對中故障。根據(jù)該方法 設(shè)計具體的聯(lián)軸器角度不對中故障計算機(jī)診斷程序，將故障診斷程序安裝在工控 機(jī)(IPC)內(nèi)。聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時診斷程序中的一次診斷循環(huán)過程包括診斷 方法中涉及的數(shù)據(jù)采集、軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證、軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅 值異常驗(yàn)證以及聯(lián)軸器角度不對中故障判定等環(huán)節(jié)。
首先，工控機(jī)(IPC)通過高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時采集汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器兩側(cè)的 軸相對振動信號、振動信號分析處理需要的鍵相信號。
故障診斷程序分別對聯(lián)軸器兩側(cè)的軸相對振動數(shù)據(jù)進(jìn)行軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證以及軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證等2項驗(yàn)證，2個驗(yàn)證過程是 實(shí)時同步進(jìn)行的。2項驗(yàn)證中的任何一項驗(yàn)證失效，都會導(dǎo)致程序進(jìn)入下一個診
斷分析循環(huán)。
在軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證中，故障診斷程序?qū)崟r同步計算聯(lián)軸器兩 側(cè)軸相對振動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的相位尸。、A。計算2個相位差的絕對值
Al。設(shè)定相位閾值為30° ，預(yù)先設(shè)定時間段為15秒，如果在該時間段內(nèi)相 位差絕對值始終小于閾值，那么判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證通過。
在軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證中，故障診斷程序?qū)崟r同步計算聯(lián)軸器兩 側(cè)軸相對振動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的振動幅值J。、 J6。設(shè)定振動幅值閾值為 lOOpm，預(yù)先設(shè)定時間段為15秒，如果在該時間段內(nèi)聯(lián)軸器任何一側(cè)振動幅值始 終大于閾值，那么判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證通過。
最后，故障診斷程序根據(jù)軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證以及幅值異常驗(yàn)證 的結(jié)果Z判斷是否發(fā)生聯(lián)軸器角度不對中故障的診斷。如果同時滿足上述2項驗(yàn) 證，那么可以判斷發(fā)生聯(lián)軸器角度不對中故障。
診斷程序循環(huán)執(zhí)行上述一系列計算分析驗(yàn)證環(huán)節(jié)，判斷當(dāng)前機(jī)組是否發(fā)生聯(lián) 軸器角度不對中故障，實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸器角度不對中故障的實(shí)時診斷。
權(quán)利要求
1. 一種汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時在線診斷方法，其特征是，它包括(a)數(shù)據(jù)采集，采集汽輪機(jī)組聯(lián)軸器兩側(cè)的軸振動信號以及振動信號分析處理需要的鍵相信號；(b)軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證，依據(jù)聯(lián)軸器兩側(cè)的軸相對振動數(shù)據(jù)，結(jié)合FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算分析聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的相位是否同相，在預(yù)先設(shè)定的時間段內(nèi)，如果二者相位同相，那么判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動相位條件驗(yàn)證通過；(c)軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證，依據(jù)聯(lián)軸器兩側(cè)的軸相對振動數(shù)據(jù)，結(jié)合FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的振動幅值，在預(yù)先設(shè)定的時間段內(nèi)，如果聯(lián)軸器任何一側(cè)振動幅值始終大于閾值，那么判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證通過；(d)在聯(lián)軸器角度不對中故障實(shí)時在線診斷過程中，軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證及軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證兩項驗(yàn)證實(shí)時同步進(jìn)行，該兩項驗(yàn)證在診斷中屬于并列關(guān)系；如果同時滿足上述兩項驗(yàn)證，那么判定聯(lián)軸器發(fā)生角度不對中故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中實(shí)時在線診斷方法， 其特征是，所述軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證的條件是根據(jù)機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速頻 率，利用FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振 動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的相位P。、 A的相位差的絕對值k-Al，在預(yù)先設(shè)定的 時間段內(nèi)，如果該絕對值始終小于閾值，則軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證通過。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述汽輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸器角度不對中實(shí)時在線診斷方法， 其特征是，所述軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證的條件是根據(jù)機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速頻 率，利用FFT快速傅立葉變換頻譜分析方法，實(shí)時同步計算聯(lián)軸器兩側(cè)軸相對振 動的對應(yīng)實(shí)際轉(zhuǎn)速頻率的振動幅值Ja、 A，在預(yù)先設(shè)定的時間段內(nèi)，如果聯(lián)軸器 任何一側(cè)振動幅值始終大于閾值，則判定軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證通過。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于機(jī)械振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域的涉及大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動狀態(tài)實(shí)時在線自動監(jiān)測的一種大型汽輪發(fā)電機(jī)組角度不對中故障實(shí)時診斷方法。通過采集汽輪機(jī)組聯(lián)軸器兩側(cè)的軸振動信號，進(jìn)一步結(jié)合FFT(快速傅立葉變換)頻譜分析方法，對軸振動數(shù)據(jù)進(jìn)行軸振轉(zhuǎn)速頻率振動同相條件驗(yàn)證、軸振轉(zhuǎn)速頻率振動幅值異常驗(yàn)證等實(shí)時定量計算分析。在上述實(shí)時定量計算分析基礎(chǔ)上，結(jié)合各項驗(yàn)證結(jié)果，自動實(shí)時在線診斷機(jī)組是否發(fā)生角度不對中故障。
文檔編號F01D25/00GK101429877SQ20081022758
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者宋光雄 申請人:華北電力大學(xué)