專利名稱：旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及機械振動監(jiān)測技術(shù)，特別涉及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與報警技術(shù)。
眾所周知，利用設備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，可以了解旋轉(zhuǎn)機械的實際運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械的故障征兆，從而為合理安排旋轉(zhuǎn)機械的維修，保證旋轉(zhuǎn)機械的正常運行，節(jié)約維修費用提供可靠的技術(shù)保障。振動監(jiān)測技術(shù)是目前比較普遍采用的應用于旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測基本方法。當動設備內(nèi)部發(fā)生異常，一般都會伴隨著出現(xiàn)振動加大和工作性能的惡化。通過對機械振動信號的測量和分析，可不用停機和解體就可對動設備的劣化程度和故障性質(zhì)有所了解；現(xiàn)在的測量方法較簡單，工程應用較廣泛。目前，基于計算機的旋轉(zhuǎn)機械在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對于設備振動信號的處理過程一般包括測量、采集和信號處理三個階段，即振動信號經(jīng)振動傳感器測量，再經(jīng)數(shù)據(jù)平臺A/D轉(zhuǎn)換進行數(shù)據(jù)采集；信號處理階段將原始數(shù)據(jù)進行處理、存儲后，形成歷史數(shù)據(jù)庫，然后根據(jù)一定的算法確定設備報警信息，據(jù)以報警并給出維修參考數(shù)據(jù)。因此，一般的旋轉(zhuǎn)機械在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)從功能上包括數(shù)據(jù)采集、計算機信號處理以及計算機對信號處理得到數(shù)據(jù)的報警監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)存儲等。
現(xiàn)有技術(shù)的報警監(jiān)測將振動特征數(shù)據(jù)與設定門限進行比較，超出門限范圍則產(chǎn)生報警信息，用來反映設備產(chǎn)生的故障或故障征兆。其不足之處是只對振動信號的總振值進行監(jiān)測；總振值是指振動時域信號的峰峰值，即波峰和波谷的差值，為一標量，相應的監(jiān)測為一標量監(jiān)測。一般對于一個振動測點，包括兩個報警門限預報警和主報警。報警門限類型單一。而實際動設備故障的發(fā)生往往也與振動的0.5倍頻、二倍頻、三倍頻、四倍頻等特征頻率有關，但目前的監(jiān)測并不對這些量進行監(jiān)測。因此可能會漏掉很多故障的征兆。
現(xiàn)有技術(shù)振動信號原始波形和特征數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)存儲都采用基于時間的存儲機制。其方法包括基于時間平均存儲的方法；即系統(tǒng)每一分鐘將分鐘緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進行平均，然后存入小時緩沖區(qū)，以此類推，正點時將小時緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)平均存入日緩沖區(qū)。以及基于時間瞬時存儲的方法和“黑匣子”存儲方法。由于沒有對故障或故障征兆數(shù)據(jù)與平穩(wěn)運行數(shù)據(jù)區(qū)別對待，基于時間的歷史數(shù)據(jù)存儲方法所得到的歷史數(shù)據(jù)不能復現(xiàn)機組運行的真實狀態(tài)，許多設備運行的故障信息或被淹沒在數(shù)據(jù)的時間平均之中或被直接丟失掉了。與此同時，歷史數(shù)據(jù)庫中又保存了大量的缺乏診斷價值的設備平穩(wěn)運行數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)庫存儲效率低下。
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，采用快速傅里葉分析手段，將監(jiān)測頻率擴大到除基頻以外的多個倍頻點，并兼顧瞬時、短期和長期的振動異常，建立多個報警門限值，使旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測更加完善，保證在異常出現(xiàn)后盡早發(fā)現(xiàn)并存儲故障狀態(tài)、發(fā)出告警信號，極大方便了旋轉(zhuǎn)機械的診斷和維修。
本發(fā)明的目的可以通過采用以下技術(shù)措施來達到設計、采用一種旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，在旋轉(zhuǎn)機械上適當部位設置振動傳感器，并使之同數(shù)據(jù)存儲與處理設備電連接；該數(shù)據(jù)存儲與處理設備內(nèi)設置數(shù)據(jù)存儲管理程序和監(jiān)測報警程序，還設置報警限，并將采集的數(shù)據(jù)與所述報警限相比較，以決定是否報警；于所述旋轉(zhuǎn)機械開機并穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后采集振動數(shù)據(jù)。尤其是還設置鍵相傳感器。所述采集的數(shù)據(jù)包括該旋轉(zhuǎn)機械旋轉(zhuǎn)頻率的基頻即1倍頻和其它相關倍頻振幅值和所述頻點的相位值。在所述數(shù)據(jù)存儲與處理設備內(nèi)設置數(shù)據(jù)分析程序，將振動傳感器送來的原始數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換(FFT)、特征提?。坏玫讲煌额l的幅值與相位并傳送給所述數(shù)據(jù)存儲管理程序和監(jiān)測報警程序。所述旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法適用于所有旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲，并且有以下監(jiān)測與分析步驟A.采集和分析初始數(shù)據(jù)；B.確定相關門限值；C.持續(xù)監(jiān)測并在測量值超限時啟動報警程序。
本發(fā)明附圖的簡要說明如下

圖1為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法示意圖；圖2為三種振動異常變化在極坐標上的變化圖；圖3為測量值隨時間與三種門限值比較圖；圖4為三種門限值靜態(tài)界限圖。
以下結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的最佳實施例。
一種旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，在旋轉(zhuǎn)機械上適當部位設置振動傳感器，并使之同數(shù)據(jù)存儲與處理設備電連接；該數(shù)據(jù)存儲與處理設備內(nèi)設置數(shù)據(jù)存儲管理程序和監(jiān)測報警程序，還設置報警限，并將采集的數(shù)據(jù)與所述報警限相比較，以決定是否報警；于所述旋轉(zhuǎn)機械開機并穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后采集振動數(shù)據(jù)。尤其是還設置鍵相傳感器，以確定旋轉(zhuǎn)起始點。所述采集的數(shù)據(jù)包括該旋轉(zhuǎn)機械旋轉(zhuǎn)頻率的基頻即1倍頻和其它相關倍頻振幅值和所述頻點的相位值。
在所述數(shù)據(jù)存儲與處理設備內(nèi)設置數(shù)據(jù)分析程序，將振動傳感器送來的原始數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換(FFT)、特征提??；得到不同倍頻的幅值與相位并傳送給所述數(shù)據(jù)存儲管理程序和監(jiān)測報警程序。
所述旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法適用于所有旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲，并且有以下監(jiān)測與分析步驟A.采集和分析初始數(shù)據(jù)；B.確定相關門限值；C.持續(xù)監(jiān)測并在測量值超限時啟動報警程序。
所述監(jiān)測與分析步驟分別包括如下內(nèi)容A.在選定監(jiān)測期間，進行分組數(shù)據(jù)采集，每個振動周期采集不低于8點，至少相鄰四個周期為一組采集單位進行FFT等數(shù)據(jù)分析；對連續(xù)不少于3分鐘的振動數(shù)據(jù)分組進行以上數(shù)據(jù)分析處理后，存儲至少2個頻率點含振幅、相位值的矢量值，并執(zhí)行以下分步驟a1).將數(shù)據(jù)分析得到的每一矢量值與此前至多10組中一組采集單位的同頻矢量值比較；其值可反映較短時間內(nèi)同頻矢量振幅和相位的變化。
a2).將數(shù)據(jù)分析得到的每一矢量值與至少1分鐘前的同頻矢量值比較；其值可反映一定時間內(nèi)同頻矢量振幅和相位的變化。
a3).將數(shù)據(jù)分析得到的每一矢量值與全部同頻矢量的平均值比較；其值可反映選定監(jiān)測期間內(nèi)同頻矢量振幅和相位的平均最大變化。
B.在A步驟的基礎上確定門限值；本步驟又包含以下分步驟b1).按不同倍頻，以分步驟a1中得到短期數(shù)據(jù)振幅變化最大值為該頻率點跳變門限值；該數(shù)值幅度最小，微小變化都會超過它。
b2).按不同倍頻，以分步驟a2中得到一定時間內(nèi)數(shù)據(jù)振幅變化最大值為該頻率點緩變門限值；該數(shù)值幅度較大，較小的異常不到一定積累不會超過它。
b3).按不同倍頻，以分步驟a3中得到長期數(shù)據(jù)振幅平均最大變化值為該頻率點偏差門限值。該數(shù)值幅度最大，振動異常沒有長期同方向變化積累不會超過它。
C.門限值確定后，繼續(xù)采集分析所述旋轉(zhuǎn)機械各倍頻的振動量并在各頻率點執(zhí)行以下分步驟c1).重復分步驟a1，如得到數(shù)據(jù)振幅超過跳變門限值則啟動報警程序；可捕捉瞬時異常產(chǎn)生的跳變誤差，但同方向微小變化積累卻不能發(fā)現(xiàn)。
c2).重復分步驟a2，如得到數(shù)據(jù)振幅超過緩變門限值則啟動報警程序；可捕捉一定時間內(nèi)同方向變化積累的振動異常。
c3).重復分步驟a3，如得到數(shù)據(jù)振幅超過偏差門限值則啟動報警程序?？刹蹲介L期同方向變化積累產(chǎn)生的振動異常。
所述監(jiān)測報警程序包含按選定的頻率點存儲當時時間和該時刻測量分析結(jié)果，并發(fā)出報警信號。該報警信號可以是聲或光的報警信號。
所選擇存儲振幅、相位值的相關頻率點可以是1倍頻、2倍頻，也可以是0.5倍頻、1倍頻、2倍頻、3倍頻和4倍頻。
所述選定監(jiān)測期間內(nèi)也可以8個周期、每周期16點為一組數(shù)據(jù)采集單位。所述選定監(jiān)測期間內(nèi)連續(xù)采集時間可以是5分鐘，也可以是10分鐘。所述滯后比較的時間可以是3分鐘也可以是5分鐘。參數(shù)的選取視系統(tǒng)穩(wěn)定和環(huán)境等情況可以增加或減少。
隨旋轉(zhuǎn)機械運行狀況和時間的變化，需修改各門限值。每隔至多300天重復所述步驟A、B，進行修正；然后繼續(xù)步驟C進行正常監(jiān)測。所述修正門限值的間隔的推薦時間為180天。
本裝置采用的計算機3既可以是工控機也可以是商用機。主要通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡得到的振動原始波形數(shù)據(jù)和過程量數(shù)據(jù)數(shù)字信號進行處理，并對振動原始波形數(shù)據(jù)和處理得到振動特征數(shù)據(jù)和過程量進行靈敏報警監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)存儲。附圖2整機工作流程框圖描述了具體處理過程。
本監(jiān)測裝置的信號預處理電路可對振動信號、鍵相信號、軸位移信號或過程量信號進行預處理，包括信號放大、電平轉(zhuǎn)換、濾波等，以保證向數(shù)據(jù)采集裝置提供符合要求的標準信號。在信號預處理的過程中，采用了跟蹤濾波，交、直流分離處理等先進技術(shù)。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于采用了快速傅里葉變換技術(shù)等數(shù)據(jù)分析手段，對旋轉(zhuǎn)機械進行多倍頻靈敏監(jiān)測，并確定從瞬時微小異常到長期偏差等三種異常門限值，因而可盡早發(fā)現(xiàn)微小異常，多種數(shù)據(jù)綜合分析，及時發(fā)出報警信號，有利于旋轉(zhuǎn)機械的診斷和維修。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，在旋轉(zhuǎn)機械上適當部位設置振動傳感器，并使之同數(shù)據(jù)存儲與處理設備電連接；該數(shù)據(jù)存儲與處理設備內(nèi)設置數(shù)據(jù)存儲管理程序和監(jiān)測報警程序，還設置報警限，并將采集的數(shù)據(jù)與所述報警限相比較，以決定是否報警；于所述旋轉(zhuǎn)機械開機并穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后采集振動數(shù)據(jù)；其特征在于還設置鍵相傳感器；所述采集的數(shù)據(jù)包括該旋轉(zhuǎn)機械旋轉(zhuǎn)頻率的基頻即1倍頻和其它相關倍頻振幅值和所述頻點的相位值；在所述數(shù)據(jù)存儲與處理設備內(nèi)設置數(shù)據(jù)分析程序，將振動傳感器送來的原始數(shù)據(jù)進行快速傅里葉(FFT)變換、特征提??；得到不同倍頻的幅值與相位并傳送給所述數(shù)據(jù)存儲管理程序和監(jiān)測報警程序；所述旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法適用于所有旋轉(zhuǎn)機械的監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲，并且有以下監(jiān)測與分析步驟A.采集和分析初始數(shù)據(jù)；B.確定相關門限值；C.持續(xù)監(jiān)測并在測量值超限時啟動報警程序。
2.按照權(quán)利要求1所述的靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述監(jiān)測與分析步驟分別包括如下內(nèi)容A.在選定監(jiān)測期間，每個振動周期采集不低于8點，至少相鄰四個周期為一組采集單位進行數(shù)據(jù)分析；對連續(xù)不少于3分鐘的振動數(shù)據(jù)分組進行以上數(shù)據(jù)分析處理后，存儲至少2個頻率點含振幅、相位值的矢量值，并執(zhí)行以下分步驟a1).將數(shù)據(jù)分析得到的每一矢量值與此前至多10組中一組采集單位的同頻矢量值比較；a2).將數(shù)據(jù)分析得到的每一矢量值與至少1分鐘前的同頻矢量值比較；a3).將數(shù)據(jù)分析得到的每一矢量值與全部同頻矢量的平均值比較；B.在A步驟的基礎上確定門限值；本步驟又包含以下分步驟b1).按不同倍頻，以分步驟a1中得到數(shù)據(jù)振幅最大值為該頻率點跳變門限值；b2).按不同倍頻，以分步驟a2中得到數(shù)據(jù)振幅最大值為該頻率點緩變門限值；b3).按不同倍頻，以分步驟a3中得到數(shù)據(jù)振幅最大值為該頻率點偏差門限值；C.門限值確定后，繼續(xù)采集分析所述旋轉(zhuǎn)機械各倍頻的振動量并在各頻率點執(zhí)行以下分步驟c1).重復分步驟a1，如得到數(shù)據(jù)振幅超過跳變門限值則啟動報警程序；c2).重復分步驟a2，如得到數(shù)據(jù)振幅超過緩變門限值則啟動報警程序；c3).重復分步驟a3，如得到數(shù)據(jù)振幅超過偏差門限值則啟動報警程序。
3.按照權(quán)利要求2所述的靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述監(jiān)測報警程序包含按選定的頻率點存儲當時時間和該時刻測量分析結(jié)果，并發(fā)出報警信號。
4.按照權(quán)利要求2所述的靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所選擇存儲振幅、相位值的相關頻率點是1倍頻、2倍頻。
5.按照權(quán)利要求2所述的靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所選擇存儲振幅、相位值的相關頻率點是0.5倍頻、1倍頻、2倍頻、3倍頻和4倍頻。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述選定監(jiān)測期間內(nèi)以8個周期、每周期16點為一組數(shù)據(jù)采集單位。
7.按照權(quán)利要求6所述的振動監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述選定監(jiān)測期間內(nèi)連續(xù)采集時間為5分鐘。
8.按照權(quán)利要求6所述的振動監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述選定監(jiān)測期間內(nèi)連續(xù)采集時間為10分鐘。
9.按照權(quán)利要求7所述的振動監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述滯后比較的時間為3分鐘。
10.按照權(quán)利要求8所述的振動監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述滯后比較的時間為5分鐘。
11.按照權(quán)利要求1-10的任一靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于每隔至多300天重復所述步驟A、B，修正各門限值，繼續(xù)步驟C。
12.按照權(quán)利要求10所述的靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法，其特征在于所述修正門限值的間隔時間為180天。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)機械靈敏監(jiān)測與數(shù)據(jù)存儲方法,設置振動傳感器,并連接數(shù)據(jù)存儲與處理設備,該設備內(nèi)設存儲管理和監(jiān)測報警程序及報警限;尤其是還設置鍵相傳感器。采集該旋轉(zhuǎn)頻率基頻和相關倍頻振幅和相位值。還設置數(shù)據(jù)分析程序進行快速傅里葉變換(FFT)、特征提取;得到不同倍頻的幅值與相位并傳給存儲管理和監(jiān)測報警程序;監(jiān)測與分析步驟有:A.采集和分析初始數(shù)據(jù);B．確定多種倍頻的三類門限值;C.持續(xù)監(jiān)測并在超門限時啟動報警程序并存儲相關數(shù)據(jù)。有利于旋轉(zhuǎn)機械的診斷和維修。
文檔編號G01M7/00GK1370983SQ01107538
公開日2002年9月25日 申請日期2001年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月14日
發(fā)明者劉成, 蔡元明, 余佳兵 申請人:深圳市創(chuàng)為實測控技術(shù)有限公司