專利名稱：轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)的橫向振動(dòng)、角振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)，并且更具體地涉及測(cè)量、監(jiān)測(cè)和/或分析旋轉(zhuǎn)機(jī) 械如渦輪機(jī)軸的一個(gè)或多個(gè)軸向平面的各個(gè)中的振動(dòng)。
背景技術(shù)：
諸如渦輪機(jī)(例如，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)、壓縮機(jī))、發(fā)電機(jī)以及其它旋轉(zhuǎn)機(jī)械(例 如，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式系統(tǒng))的轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)通常受到持續(xù)或間斷地監(jiān)測(cè)，以便例如控制運(yùn)行、 防止故障(其可能是災(zāi)難性和/或帶有危險(xiǎn)性的)、評(píng)估疲勞程度、診斷問題和/或確定是 否需要維護(hù)。通常，渦輪機(jī)包括徑向(橫向)振動(dòng)和軸向(縱向)位移監(jiān)測(cè)設(shè)備，該設(shè)備構(gòu) 造成用于長(zhǎng)期持續(xù)和/或間斷的監(jiān)測(cè)，而無(wú)需使渦輪機(jī)停機(jī)。然而，渦輪機(jī)通常并未配備角振蕩或扭轉(zhuǎn)振蕩監(jiān)測(cè)設(shè)備。此外，用于轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng) 的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的大多數(shù)公知技術(shù)并非很好地適于持續(xù)(或間斷)監(jiān)測(cè)，且通常需要關(guān)停 系統(tǒng)來安裝扭轉(zhuǎn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備(且在測(cè)試之后移除該設(shè)備)。此外，該類系統(tǒng)是侵入式的， 且并未證實(shí)可在可能爆炸的分類區(qū)域內(nèi)工作，該分類區(qū)域例如可包括吹洗系統(tǒng)，且在一些 情況下，如果必須在很熱的區(qū)域(例如，靠近燃?xì)廨啓C(jī)的排氣管道)進(jìn)行測(cè)量，便還包括冷 卻系統(tǒng)。在油氣事務(wù)中，系統(tǒng)停機(jī)例如因損失油氣產(chǎn)量和/或能量生產(chǎn)方面的損失而涉及 到較大的金融成本。此外，在油氣行業(yè)中，日益復(fù)雜的應(yīng)用和為單獨(dú)客戶的定制設(shè)計(jì)提出了新的和更 為復(fù)雜的轉(zhuǎn)子動(dòng)力難題。因此，除橫向振動(dòng)和/或軸向位移監(jiān)測(cè)之外，還應(yīng)當(dāng)在測(cè)試(例如， 用以驗(yàn)證設(shè)計(jì))期間和現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)和探查扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(例如，持續(xù)地或間斷地例 如周期性地，或在發(fā)生意外問題時(shí)按需或根據(jù)需要)。換言之，轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展 應(yīng)當(dāng)提供嵌入式或現(xiàn)場(chǎng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，其可持續(xù)或間斷地運(yùn)行，或以其它方式根據(jù)需要 運(yùn)行，并且可在渦輪機(jī)在線時(shí)進(jìn)行調(diào)用，而無(wú)需使系統(tǒng)停機(jī)。因此，期望的將是設(shè)計(jì)用于渦 輪機(jī)的角振動(dòng)測(cè)量和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)量的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
示例性實(shí)施例提供了一種具有相位基準(zhǔn)標(biāo)記和多個(gè)附加標(biāo)記的旋轉(zhuǎn)元件的表面。 相位基準(zhǔn)標(biāo)記和多個(gè)附加標(biāo)記在它們旋轉(zhuǎn)通過檢測(cè)區(qū)時(shí)，由接近探測(cè)器檢測(cè)其通過。產(chǎn)生 了相位基準(zhǔn)信號(hào)以及用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)元件的角振動(dòng)的信號(hào)這兩者。因此，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一種測(cè)量用于與具有旋轉(zhuǎn)元件的轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)相 關(guān)的橫向振動(dòng)和角振動(dòng)的相位基準(zhǔn)的方法，包括如下步驟當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件上的相位基準(zhǔn)標(biāo)記旋轉(zhuǎn)通過與檢測(cè)裝置相關(guān)的檢測(cè)區(qū)時(shí)，檢測(cè)相位基準(zhǔn)標(biāo)記的通過；當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件上的附加標(biāo) 記旋轉(zhuǎn)通過檢測(cè)區(qū)時(shí)，檢測(cè)附加標(biāo)記的通過，該附加標(biāo)記可區(qū)別于相位基準(zhǔn)標(biāo)記；基于對(duì)相 位基準(zhǔn)標(biāo)記的檢測(cè)而產(chǎn)生相位基準(zhǔn)信號(hào)，以及基于對(duì)附加標(biāo)記的檢測(cè)而產(chǎn)生信號(hào)，使用該 信號(hào)來計(jì)算角振動(dòng)。根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，一種轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器包括旋轉(zhuǎn)元件，該旋轉(zhuǎn)元件具有相 位基準(zhǔn)標(biāo)記和圍繞所述旋轉(zhuǎn)元件的表面圓周設(shè)置的多個(gè)附加標(biāo)記，其中，相位基準(zhǔn)標(biāo)記和 附加標(biāo)記形成為表面中的凹部，以及進(jìn)一步地在其中，相位基準(zhǔn)標(biāo)記具有與附加標(biāo)記不同 的深度。


附圖示出了示例性實(shí)施例，其中圖1示出了其中可實(shí)施示例性實(shí)施例的示例性渦輪機(jī)的傳動(dòng)系；圖2示出了根據(jù)背景技術(shù)的橫向振動(dòng)測(cè)量；圖3示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的組合式橫向振動(dòng)和角振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)；圖4繪出了根據(jù)示例性實(shí)施例的與組合式相位基準(zhǔn)和角振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)的波 形；圖5示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的相位基準(zhǔn)標(biāo)記和多個(gè)附加標(biāo)記的部署；圖6為示出處理根據(jù)示例性實(shí)施例的通過檢測(cè)相位標(biāo)記和多個(gè)附加標(biāo)記而產(chǎn)生 的數(shù)據(jù)的流程圖；以及圖7為繪出根據(jù)示例性實(shí)施例的用于測(cè)量角振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中的至少一個(gè)以及 橫向振動(dòng)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，以下說明示出和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施 例，但并非意圖對(duì)其進(jìn)行約束，或限制通過本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管 以下說明代表本發(fā)明的一些實(shí)施例，但其不必包括本發(fā)明范圍內(nèi)的所有主題和實(shí)施例。此外，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，盡管后續(xù)說明是針對(duì)渦輪機(jī)實(shí)施例來 闡述的，但本發(fā)明的實(shí)施例包括用于在眾多的轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)中進(jìn)行分析、測(cè)量、監(jiān)測(cè)、診斷、 評(píng)估和/或以其它方式確定橫向振動(dòng)相位基準(zhǔn)和角振動(dòng)兩者的系統(tǒng)和方法。首先，對(duì)振動(dòng) 本身的一些討論有益于上下文。振動(dòng)是可稱為圍繞平衡位置的振蕩運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象。振動(dòng) 是由物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)移或儲(chǔ)存而造成的，其是一個(gè)或多個(gè)力作用的結(jié)果。振動(dòng)可歸類為" 平移"(即，作用在一個(gè)或多個(gè)線性自由度上)振動(dòng)或"角"振動(dòng)(即，作用在一個(gè)或多個(gè) 角自由度上)。對(duì)于角振動(dòng)而言，加力作用(function)涉及一個(gè)或多個(gè)力矩，而非作用在物 體上的"線性"力。最后，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)可通過將兩個(gè)相異區(qū)段中所測(cè)得的角振動(dòng)之差乘以兩 個(gè)區(qū)段之間的軸剛度來確定。橫向振動(dòng)信號(hào)或徑向振動(dòng)信號(hào)的相位為振動(dòng)信號(hào)中的事件(通常為周期中的最 大值)與由相位基準(zhǔn)信號(hào)所給定的脈沖之間的定時(shí)關(guān)系。得到關(guān)于橫向振動(dòng)相位的信息將 極大地幫助診斷活動(dòng)以及何時(shí)機(jī)器必須在渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)元件上取得平衡，該渦輪機(jī)例如包 括蒸汽/燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，以及負(fù)載齒輪箱。在與這些設(shè)備相關(guān)的傳動(dòng)系中，振動(dòng)由于其將不希望的應(yīng)力引至設(shè)備元件上而可能成為故障的重要原因。僅作為實(shí) 例，圖1示出了典型的渦輪機(jī)傳動(dòng)系，其中，測(cè)量橫向振動(dòng)和角(和/或扭轉(zhuǎn))振動(dòng)可能很 有用，以便補(bǔ)償振動(dòng)應(yīng)力或以其它方式解決振動(dòng)應(yīng)力。這里，燃?xì)廨啓C(jī)10連接到軸流式壓 縮機(jī)12上，軸流式壓縮機(jī)12繼而又連接到離心壓縮機(jī)14上，而離心壓縮機(jī)14自身連接到 輔助電機(jī)16上。多個(gè)互連的旋轉(zhuǎn)軸18和齒輪箱(未示出)以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn) 識(shí)到的其它互連件操作，以在由傳動(dòng)系連接的單元之間傳遞旋轉(zhuǎn)能。圖2中從概念上示出了一種方式，以此方式已在該類傳動(dòng)系中測(cè)得橫向振動(dòng)相位 基準(zhǔn)。這里，接近探測(cè)器20 (例如，渦流感測(cè)器或光學(xué)檢測(cè)器)安置在旋轉(zhuǎn)元件22的表面 (例如，上文所述的軸18之一的圓周)附近，在該表面中形成有標(biāo)記或凹部24。每當(dāng)旋轉(zhuǎn) 元件22的包含標(biāo)記或凹部24的表面部分經(jīng)過接近探測(cè)器20時(shí)，接近探測(cè)器識(shí)別表面中的 變化(例如，由于標(biāo)記24相對(duì)于表面其余部分而表現(xiàn)出的深度差所引起)，并且產(chǎn)生每轉(zhuǎn) 一個(gè)信號(hào)(once per revolution) 26.由于每轉(zhuǎn)一個(gè)信號(hào)可用于提供對(duì)于旋轉(zhuǎn)元件22的 相位角基準(zhǔn)，故該信號(hào)有時(shí)稱為"相位基準(zhǔn)信號(hào)"，該相位在文中也用來描述該特定信號(hào)。 因此，標(biāo)記或凹部24可稱為相位基準(zhǔn)標(biāo)記24，但有時(shí)也稱為“KEYPHAS0R"標(biāo)記，該用語(yǔ)為 Bentley Nevada Company的商標(biāo)。相位基準(zhǔn)信號(hào)可傳遞到數(shù)據(jù)分析器或其它處理器28，在 其中，該信號(hào)可用來計(jì)算濾波的橫向(徑向)振動(dòng)測(cè)量結(jié)果30的相位。因此，接近探測(cè)器 20和相位基準(zhǔn)標(biāo)記24的組合可由檢測(cè)系統(tǒng)使用，用以提供對(duì)于旋轉(zhuǎn)元件22的轉(zhuǎn)速信息和 相位角信息中的一者或兩者。當(dāng)軸首先沿一個(gè)方向圍繞其軸線扭曲且之后沿另一個(gè)方向圍繞其軸線扭曲時(shí)，會(huì) 發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。因此，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)可通過在軸上的兩個(gè)不同位置上進(jìn)行角振動(dòng)測(cè)量并取得它 們之差來確定。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)出現(xiàn)在渦輪機(jī)的傳動(dòng)系中，而如果未檢測(cè)到，則可能造成系統(tǒng)故 障。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)中，傳遞轉(zhuǎn)矩(例如，聯(lián)接件或軸)或并 不傳遞轉(zhuǎn)矩而是機(jī)械地聯(lián)接到轉(zhuǎn)矩傳遞構(gòu)件上且與其一起旋轉(zhuǎn)(例如，直接附接到軸上或 經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)其它構(gòu)件間接地附接的螺母、螺栓或輪)的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中的各個(gè)均 制造成也包括相位基準(zhǔn)標(biāo)記。圖3中示出了示例性實(shí)施例，其顯示了單個(gè)相位基準(zhǔn)標(biāo)記24和多個(gè)附加標(biāo)記32 的組合。在此，附加標(biāo)記32可區(qū)別于相位基準(zhǔn)標(biāo)記24，使得在感測(cè)到相位基準(zhǔn)標(biāo)記24時(shí)， 傳感器20產(chǎn)生的相位基準(zhǔn)信號(hào)26可區(qū)別于由傳感器20在感測(cè)到附加標(biāo)記32時(shí)所產(chǎn)生的 信號(hào)34。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，盡管圖3中示出了兩個(gè)箭頭26和34而使分 別源自感測(cè)到不同類型的標(biāo)記24和32的不同信息概念化，但從物理上來說，這可作為單個(gè) 信號(hào)或單個(gè)數(shù)據(jù)流從接近探測(cè)器20傳遞到處理器36。例如，如圖4中所見，接近探測(cè)器20 可產(chǎn)生數(shù)據(jù)的連續(xù)波形，在進(jìn)行采樣時(shí)，數(shù)據(jù)例如可通過相關(guān)顯示器(未示出)上的處理器 36而顯示為波形40。從圖4中將看到的是，波形40具有數(shù)目相對(duì)較大的脈沖，例如脈沖42， 其可歸因于附加標(biāo)記通過接近探測(cè)器20。還示出了可歸因于相位基準(zhǔn)標(biāo)記24通過的較少 脈沖44。閾值46和48可分別根據(jù)需要而設(shè)置成使得處理器36能夠在脈沖42和44之間 進(jìn)行區(qū)分，即，突出與相位基準(zhǔn)標(biāo)記24相關(guān)的正確脈沖。因此，根據(jù)這些示例性實(shí)施例，由接近傳感器20在沿轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)的軸的給定軸 向位置處所獲取的信息很好地適于(例如，由于附加標(biāo)記)提供數(shù)據(jù)用以產(chǎn)生相位基準(zhǔn)橫 向振動(dòng)測(cè)量結(jié)果37和角(和/或扭轉(zhuǎn))振動(dòng)測(cè)量結(jié)果38。盡管給定的探測(cè)器20檢測(cè)到給定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的相位基準(zhǔn)標(biāo)記24和附加標(biāo)記32，但可認(rèn)識(shí)的是，一個(gè)以上的接近探測(cè)器可 排列成檢測(cè)給定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的標(biāo)記，以便由于橫向振動(dòng)而對(duì)構(gòu)件補(bǔ)償。更具體而言，多個(gè)探 測(cè)器中的各個(gè)均可排列成分別監(jiān)測(cè)對(duì)于給定旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的相位基準(zhǔn)標(biāo)記和附加標(biāo)記兩者。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到的那樣，由于附加標(biāo)記提供對(duì)于每轉(zhuǎn)的附加樣 本，故它們能夠?qū)崿F(xiàn)和/或改善基于末端定時(shí)分析的角振動(dòng)測(cè)量。例如，一般而言，增加每 轉(zhuǎn)的樣本增大了角振動(dòng)波譜的帶寬，且還增大了在其中可確定角振動(dòng)波譜的RPM(轉(zhuǎn)/分) 范圍(例如，提供在較低RPM下的分析，如在爬升或下降期間)。在與相位基準(zhǔn)標(biāo)記相同的 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上提供附加標(biāo)記例如提供了對(duì)于轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)而言更為簡(jiǎn)單且成本效益更為合 算的設(shè)計(jì)和/或改裝，用以包括長(zhǎng)期(例如，嵌入式或現(xiàn)場(chǎng)的)角振動(dòng)監(jiān)測(cè)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)監(jiān) 測(cè)。例如，通常包括相位基準(zhǔn)標(biāo)記的任何旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可制造成包括可區(qū)分的附加標(biāo)記，從而提 供了角(扭轉(zhuǎn))振動(dòng)監(jiān)測(cè)，而不會(huì)明顯改變當(dāng)前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)(例如，可以不需要附加的接近 探測(cè)器；不需要添加具有標(biāo)記的附加旋轉(zhuǎn)部件，等)。根據(jù)各種實(shí)施方式，通常包括相位基 準(zhǔn)標(biāo)記的渦輪壓縮機(jī)系統(tǒng)(例如，列車)的各平面可修改成還包括可區(qū)別于相位基準(zhǔn)標(biāo)記 24的一個(gè)或多個(gè)附力標(biāo)記。圖5示出了在旋轉(zhuǎn)元件52的表面50上提供附加標(biāo)記32的另一實(shí)例，該旋轉(zhuǎn)元件 52也包含根據(jù)示例性實(shí)施例的相位基準(zhǔn)標(biāo)記24。在此，可看到的是，相位基準(zhǔn)標(biāo)記24比附 加標(biāo)記32更深，后者中的各個(gè)均具有相同或相似的深度。例如，在接近探測(cè)器20實(shí)現(xiàn)為渦 流感測(cè)器的情況下，以此方式區(qū)分標(biāo)記可能很適合，其基于由接近探測(cè)器20所產(chǎn)生的磁場(chǎng) 中的變化來檢測(cè)從接近探測(cè)器20到旋轉(zhuǎn)元件52表面50的距離。當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件52旋轉(zhuǎn)通過 與接近探測(cè)器20相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)區(qū)時(shí)，相位基準(zhǔn)標(biāo)記24和附加標(biāo)記32的不同深度導(dǎo)致不同 的檢測(cè)距離。根據(jù)一個(gè)僅為示范性的實(shí)例，相位基準(zhǔn)標(biāo)記24的深度54可以是附加標(biāo)記32 深度56的1. 5倍至2倍，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，相對(duì)的深度差異可基于實(shí)施方 式的細(xì)節(jié)而有所變化。在該示例性實(shí)施例中，所有標(biāo)記的寬度可相同或大致相同。根據(jù)一 些示例性實(shí)施例，形成或設(shè)置在表面上的附加標(biāo)記32的數(shù)目N可由以下關(guān)系確定N = π d/2x，其中d為設(shè)置有相位基準(zhǔn)標(biāo)記和多個(gè)附加標(biāo)記的表面的直徑；以及χ為現(xiàn)有相位基準(zhǔn)標(biāo)記的寬度。如果該關(guān)系導(dǎo)致標(biāo)記數(shù)N為非整數(shù)，則該數(shù)例如可四舍五入為最相近的整數(shù)。不管相位基準(zhǔn)標(biāo)記24和多個(gè)附加標(biāo)記32由此提供在旋轉(zhuǎn)元件表面上用于檢測(cè)的 特定實(shí)施方式怎樣，在標(biāo)記旋轉(zhuǎn)通過檢測(cè)區(qū)時(shí)，接近探測(cè)器20都將檢測(cè)各個(gè)標(biāo)記，且產(chǎn)生 與此相關(guān)的數(shù)據(jù)。處理器36接收該數(shù)據(jù)，且對(duì)其進(jìn)行處理來產(chǎn)生橫向振動(dòng)相位基準(zhǔn)測(cè)量結(jié) 果37和角振動(dòng)測(cè)量結(jié)果38這兩者。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，這可使用圖6的流程圖中所示 的處理方法來實(shí)現(xiàn)。在此，在步驟60，處理器36接收和處理從接近探測(cè)器20 (傳感器)接 收到的原始數(shù)據(jù)。例如，可分析由傳感器輸出的信號(hào)來識(shí)別各標(biāo)記通過傳感器的時(shí)間。各 個(gè)該種傳感器通過事件(或就傳感器而言，等同于各標(biāo)記到達(dá)事件)的定時(shí)可確定為信號(hào) 等于用戶設(shè)置閾值的時(shí)間。各種信號(hào)處理技術(shù)(例如，在原始信號(hào)上升沿的內(nèi)插和/或曲 線擬合)可用于改善對(duì)于確定各傳感器通過事件或標(biāo)記到達(dá)事件的精確度。接下來，在步 驟62，旋轉(zhuǎn)元件52的回轉(zhuǎn)速度對(duì)時(shí)間計(jì)算為dq/dt，其中dq[° ]為齒對(duì)齒的角，而dt為 齒對(duì)齒的時(shí)間延遲[S]。
速度對(duì)時(shí)間的分布然后在步驟64進(jìn)行積分，以獲得角對(duì)時(shí)間的波形。該波形可選 在步驟66進(jìn)行濾波而獲得角振動(dòng)對(duì)均勻時(shí)間的分布，用以提供角振動(dòng)波譜，和/或基于要 求的波譜帶寬來重新采樣。如果還希望計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，則該參數(shù)然后可計(jì)算為在旋轉(zhuǎn)元件 52兩個(gè)不同區(qū)段處確定的角振動(dòng)之差。此外，在給定旋轉(zhuǎn)元件52剛度的情況下，還可計(jì)算 交替的轉(zhuǎn)矩。角振動(dòng)測(cè)量結(jié)果38可用頻率和振幅來表示。然而，已經(jīng)知道的是，使用上述 結(jié)構(gòu)和方法可能會(huì)低估測(cè)得的角振動(dòng)振幅。具體而言，已經(jīng)確定的是，所測(cè)量的角振動(dòng)振幅是實(shí)際角振動(dòng)振幅、事件(標(biāo)記) 數(shù)目和角振動(dòng)頻率的函數(shù)。如果只使用了相位基準(zhǔn)標(biāo)記，則根據(jù)示例性實(shí)施例，作為產(chǎn)生角 振動(dòng)測(cè)量結(jié)果的過程的一部分，應(yīng)當(dāng)對(duì)所測(cè)結(jié)果應(yīng)用校正因數(shù)以便獲得正確的振幅值，例 如，在上文所述的任一步驟64或66之后。校正因數(shù)C可通過使用公知的角振動(dòng)輸入(即， 具有公知的頻率和公知的振幅Al)的模擬和確定以上述方式所測(cè)得的角振動(dòng)振幅Ameansured 來確定。校正因數(shù)C然后可確定為C = A_sured/Al。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，校正因數(shù)C然后可用于 補(bǔ)償所測(cè)的角振動(dòng)，使得角振動(dòng)測(cè)量信號(hào)38的振幅部分A計(jì)算為A = AffleasuredXC0有利的 是，該校正因數(shù)提供了改善的精確度，且還使得能夠在較少數(shù)目的事件/秒的情況下例如， 在較低RPM時(shí)和/或旋轉(zhuǎn)構(gòu)件具有少量的標(biāo)記/轉(zhuǎn)時(shí))精確地確定角振動(dòng)。因此，根據(jù)示例性實(shí)施例的用于測(cè)量橫向振動(dòng)相位基準(zhǔn)和另外的與具有旋轉(zhuǎn)元件 的轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的角振動(dòng)中的至少一個(gè)的方法可包括在圖7的流程圖中所示的步驟。 在此，在步驟70，相位基準(zhǔn)標(biāo)記在其旋轉(zhuǎn)通過與檢測(cè)裝置相關(guān)的檢測(cè)區(qū)時(shí)受到檢測(cè)。類似的 是，如步驟72中所示，可區(qū)別于相位基準(zhǔn)標(biāo)記的附加標(biāo)記在它們通過檢測(cè)區(qū)時(shí)受到檢測(cè)。 然后在步驟74，基于相位基準(zhǔn)標(biāo)記的檢測(cè)而產(chǎn)生相位基準(zhǔn)信號(hào)。在步驟76，基于附加標(biāo)記 的檢測(cè)而產(chǎn)生振動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)，且用于測(cè)量角振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中的一個(gè)。構(gòu)思出了前文的許多變型和替換方式。例如，將會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，例如對(duì)于橫向振 動(dòng)測(cè)量硬件已經(jīng)在適當(dāng)位置上的改裝實(shí)施方式而言，角(且可選的是扭轉(zhuǎn))振動(dòng)測(cè)量硬件 可根據(jù)示例性實(shí)施例而添加，以便僅使用由相位基準(zhǔn)標(biāo)記所產(chǎn)生的相位基準(zhǔn)信號(hào)來測(cè)量角 振動(dòng)而用以確定角振動(dòng)，且之后校正如上文所述的最后得到的角振動(dòng)測(cè)量結(jié)果的振幅。這 樣，可監(jiān)測(cè)已在運(yùn)行的機(jī)器的角振動(dòng)/扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，而不用關(guān)停該機(jī)器。作為備選，對(duì)于前述 附加標(biāo)記提供在運(yùn)行機(jī)器上的實(shí)施方式，可單獨(dú)和/或并行地執(zhí)行橫向振動(dòng)測(cè)量和角振動(dòng) 測(cè)量。對(duì)于這些實(shí)施例，圖7的流程圖可修改成具有兩個(gè)并行的分支，例如，一個(gè)包括步驟 70和74用于測(cè)量橫向振動(dòng)(相位基準(zhǔn))，而另一個(gè)則包括步驟72和76用于測(cè)量角(或扭 轉(zhuǎn))振動(dòng)。如文中所用，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括可移除地緊固(例如，使用螺栓)、不可移除地緊固(例 如，通過焊接)到轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)(例如，渦輪機(jī))的轉(zhuǎn)子或軸上，或與其形成為一體(例如， 法蘭部分)，且與其一起旋轉(zhuǎn)的任何機(jī)械結(jié)構(gòu)或器件。例如，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可包括但不限于轂、 法蘭、螺母(例如，承載鎖定螺母)、齒輪或隔板(diaphragm)或盤式聯(lián)接件、可固定地附接 (例如，螺栓連接或焊接)到該種聯(lián)接件上的齒形或有齒的輪。舉例來說，該種旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可 包括聯(lián)接構(gòu)件或在給定軸向位置處附接(例如，焊接或螺栓連接)到軸上的其它構(gòu)件。根 據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，任何該種旋轉(zhuǎn)構(gòu)件均可適于或構(gòu)造成包括沿周向設(shè)置的標(biāo)記(例 如，齒、凹槽、槽口、螺栓等)，當(dāng)轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，這些標(biāo)記可隨旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而由傳 感器(例如，接近感測(cè)器如渦流探測(cè)器)進(jìn)行檢測(cè)。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件包括可構(gòu)造(例如，通過磨削)為具有相位基準(zhǔn)標(biāo)記和附加標(biāo)記的軸自身的一部分。如文中所用，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的標(biāo)記包括例如可通過除去材料、或通過添加材料，或通 過添加或附接另一構(gòu)件而形成的任何器件或結(jié)構(gòu)，且可在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)時(shí)由排列成用以觀 察(檢測(cè))標(biāo)記(目標(biāo))的探測(cè)器(例如，接近探測(cè)器和/或光學(xué)探測(cè)器)進(jìn)行檢測(cè)。例 如，標(biāo)記可形成為(例如，通過磨削)輪、螺母或轂的外表面或內(nèi)表面中的切口、凹槽、齒、鍵 槽。還舉例來說，標(biāo)記可為輪、螺母、轂、軸、法蘭或其它旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的螺栓或塊體(例如，焊 接的器件)或其它凸出的目標(biāo)。這種用于提供橫向振動(dòng)相位基準(zhǔn)、角振動(dòng)以及還可選為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(如果可用一個(gè) 以上的測(cè)量區(qū)段)的方法和/或系統(tǒng)可在硬件和/或軟件中予以實(shí)施。例如，使用浮點(diǎn)門陣 列(FPGA)裝置的CompactRIO (CRI0，一種嵌入式控制和采集平臺(tái))系統(tǒng)可經(jīng)編程而從多個(gè) 傳感器通道獲得數(shù)據(jù)，確定對(duì)應(yīng)于各通道的角振動(dòng)，且基于通道之間的角振動(dòng)之差來確定 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。用以確定角振動(dòng)的該種處理方法和系統(tǒng)不限于由接近探測(cè)器獲得的處理信號(hào)， 而是還可應(yīng)用于由其它類型的探測(cè)器所獲得的信號(hào)，如監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上的標(biāo)記或其它印記 的光學(xué)(例如，激光)探測(cè)器。使用CRIO硬件的優(yōu)點(diǎn)例如包括i)其極為輕便；ii)硬件穩(wěn) 健且可靠(可安置成連續(xù)運(yùn)行數(shù)年)；iii)使用具有校正因數(shù)的軟件可用于僅使用相位基 準(zhǔn)信號(hào)(僅一個(gè)標(biāo)記)來計(jì)算角振動(dòng)。因此，利用上述方法，在緊急情況下，該裝置可運(yùn)輸 至機(jī)器地點(diǎn)，且在渦輪機(jī)單元運(yùn)行的情況下進(jìn)行安裝而無(wú)需任何改變。通過比較，用于扭轉(zhuǎn) 振動(dòng)測(cè)量的現(xiàn)有技術(shù)方法是侵入式的，且總是需要使單元停止。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，示例性實(shí)施例能夠例如使用在工業(yè)應(yīng)用中通常得到的信 號(hào)來進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。可在大多數(shù)機(jī)器中得到且可用于克服這些振動(dòng)測(cè)量難題的信號(hào)包括但 不限于來自于齒輪傳動(dòng)輪(例如具有60個(gè)齒的輪)上的磁性傳感器(magnetic pickup) 的速度信號(hào)，以及在監(jiān)測(cè)橫向振動(dòng)或測(cè)量系統(tǒng)中所使用的由渦流探測(cè)器給出的有關(guān)軸上的 單個(gè)標(biāo)記的相位基準(zhǔn)信號(hào)。上述示例性實(shí)施例意圖在各個(gè)方面示出本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。因此，本 發(fā)明能夠由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)源于本文所包含的說明的詳細(xì)實(shí)施例方式進(jìn)行多種改 變。所有這些改變和修改均認(rèn)作是在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。用 于本申請(qǐng)的說明中的元件、動(dòng)作或指令不應(yīng)看作是對(duì)于本發(fā)明很關(guān)鍵或必不可少的，除非 明確如此描述。另外，如文中所用，用詞"一個(gè)"表示包括一個(gè)或多個(gè)物件。
權(quán)利要求
一種用于測(cè)量與具有旋轉(zhuǎn)元件(52)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的橫向振動(dòng)和角振動(dòng)兩者的方法，包括如下步驟當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)元件(52)上的相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)旋轉(zhuǎn)通過與檢測(cè)裝置相關(guān)的檢測(cè)區(qū)時(shí)，檢測(cè)所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)的通過；當(dāng)所述旋轉(zhuǎn)元件(52)上的附加標(biāo)記(32)旋轉(zhuǎn)通過所述檢測(cè)區(qū)時(shí)，檢測(cè)所述附加標(biāo)記(32)的通過，所述附加標(biāo)記(32)可區(qū)別于所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)；基于對(duì)所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)的所述檢測(cè)而產(chǎn)生相位基準(zhǔn)信號(hào)(34)；以及基于對(duì)所述附加標(biāo)記(32)的所述檢測(cè)而產(chǎn)生振動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)(38)，以及使用所述振動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)(38)來測(cè)量所述角振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)在所述旋轉(zhuǎn)元件 (22)上具有不同于所述附加標(biāo)記(32)的深度(54)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生振動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)(38)和使用所述振動(dòng) 基準(zhǔn)信號(hào)(38)來測(cè)量所述振動(dòng)的所述步驟還包括使用所述振動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)(38)來計(jì)算與所述旋轉(zhuǎn)元件(22)相關(guān)的角振動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 校正所述計(jì)算的角振動(dòng)(38)的振幅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述校正步驟還包括使與所述計(jì)算的角振動(dòng)相關(guān)的測(cè)得的振幅乘以校正(38)因數(shù)，其中，所述校正因數(shù)基 于模擬結(jié)果確定。
6.一種轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，包括旋轉(zhuǎn)元件(22)，其具有相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)和圍繞所述旋轉(zhuǎn)元件的表面(50)的圓周設(shè) 置的多個(gè)附加標(biāo)記(32)；其中，所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)和所述附加標(biāo)記(32)形成為所述表面(50)中的凹部；以及還在其中，所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)具有不同于所述附加標(biāo)記的深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器包括壓縮機(jī) (12，14)，以及所述旋轉(zhuǎn)元件(22)為所述壓縮機(jī)(12，14)的軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)元件(22)為所述轉(zhuǎn)子 動(dòng)力機(jī)器上的螺栓。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，其特征在于，形成在所述旋轉(zhuǎn)元件(22)中的 所述附加標(biāo)記(32)的數(shù)目等于Jid/2X，其中d為所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(34)和所述多個(gè)附加標(biāo)記(32)設(shè)置于其上的表面的直徑；以及χ為所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器還包括 檢測(cè)裝置，其具有檢測(cè)區(qū)且定位成鄰近所述旋轉(zhuǎn)元件(22)并構(gòu)造成用以在所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)和所述多個(gè)附加標(biāo)記(32)旋轉(zhuǎn)通過所述檢測(cè)區(qū)時(shí)檢測(cè)它們的通過。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器還包括 處理器(28)，其構(gòu)造成用以接收與由所述檢測(cè)裝置對(duì)所述相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)和所述附加標(biāo)記(32)的檢測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)，且構(gòu)造成用以處理所述數(shù)據(jù)來產(chǎn)生橫向振動(dòng)的測(cè)量結(jié) 果(30)以及所述旋轉(zhuǎn)元件的角振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(38)中的至少一個(gè)的測(cè)量結(jié)果。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，其特征在于，所述處理器(36)還構(gòu)造成用 以校正所述測(cè)得的角振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(38)中的至少一個(gè)的振幅。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子動(dòng)力機(jī)器，其特征在于，所述處理器(36)通過使與所 述測(cè)得的角振動(dòng)(38)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(38)中的至少一個(gè)相關(guān)的測(cè)得的振幅乘以校正因數(shù)來校 正所述振幅，其中，所述校正因數(shù)基于模擬結(jié)果確定。
14.一種用于測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(38)的方法，包括感測(cè)相位基準(zhǔn)標(biāo)記(24)通過便攜式感測(cè)器的檢測(cè)區(qū)來產(chǎn)生相位基準(zhǔn)信號(hào)； 利用便攜式硬件，基于所述相位基準(zhǔn)信號(hào)(37)來確定角振動(dòng)； 校正所述確定的角振動(dòng)(38)的振幅；以及 使用所述確定的角振動(dòng)的所述校正振幅來確定扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(38)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述確定步驟還包括 僅使用所述相位基準(zhǔn)信號(hào)(37)作為輸入來確定所述角振動(dòng)。全文摘要
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)的橫向振動(dòng)、角振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)。具體而言，示例性實(shí)施例提供了一種具有相位基準(zhǔn)標(biāo)記和多個(gè)附加標(biāo)記這兩者的旋轉(zhuǎn)元件的表面。相位基準(zhǔn)標(biāo)記和多個(gè)附加標(biāo)記這兩者在它們旋轉(zhuǎn)通過檢測(cè)區(qū)時(shí)由接近探測(cè)器檢測(cè)其通過。產(chǎn)生了相位基準(zhǔn)信號(hào)和振動(dòng)基準(zhǔn)信號(hào)兩者，這些信號(hào)用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)元件的橫向振動(dòng)和角振動(dòng)(且可選的是扭轉(zhuǎn)振動(dòng))。
文檔編號(hào)F01D19/00GK101907486SQ20101020271
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月6日
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