一種新型水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障診斷定位的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于軸心軌跡診斷因受碰撞力而故障的水輪發(fā)電機(jī)并確定故障點(diǎn)方位的方法。將擺度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波消噪處理，過(guò)濾掉高頻和諧波信號(hào)等噪聲信號(hào)，再進(jìn)行小波重構(gòu)，然后再繪制軸心軌跡。軸心軌跡凹陷所指方位即位移激勵(lì)引起的碰撞故障點(diǎn)所在方位。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在機(jī)組不需要停機(jī)的情況下診斷機(jī)組內(nèi)部故障，為實(shí)現(xiàn)水電站狀態(tài)檢修做好了技術(shù)儲(chǔ)備。
【專利說(shuō)明】
一種新型水輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障診斷定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水輪發(fā)電機(jī)，更具體地，涉及一種基于軸心軌跡診斷因受碰撞力而故 障的水輪發(fā)電機(jī)并確定故障點(diǎn)方位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國(guó)水電廠的設(shè)備檢修基本上采用計(jì)劃性檢修。計(jì)劃?rùn)z修即在枯水期按年前 制定的計(jì)劃進(jìn)行檢修。計(jì)劃?rùn)z修存在以下缺點(diǎn)：1、無(wú)法實(shí)時(shí)掌握機(jī)組健康狀況，機(jī)組運(yùn)行時(shí) 機(jī)械部分發(fā)生故障初期不易被察覺(jué)。2、存在過(guò)修、欠修、臨時(shí)擴(kuò)大維修范圍。運(yùn)行良好的部 件被過(guò)修；損壞部件未被發(fā)現(xiàn)而欠修；機(jī)組停機(jī)小修過(guò)程中才發(fā)現(xiàn)重要故障而被迫轉(zhuǎn)為大 修，因人力和資源準(zhǔn)備不充分而大大增加維修費(fèi)用。
[0003] 雖然狀態(tài)檢修已在水電領(lǐng)域推行多年，但是沒(méi)有水電廠實(shí)現(xiàn)真正意義上的狀態(tài)檢 修。實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修主要從管理和技術(shù)兩方面入手。管理方面主要采用提高設(shè)備質(zhì)量、提升 科學(xué)管理的方法、建立狀態(tài)檢修規(guī)則制度、采用先進(jìn)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備等等，幾年的實(shí)踐結(jié)果表 明管理方面的措施收效甚微。狀態(tài)檢修在技術(shù)方面也無(wú)實(shí)質(zhì)性突破。
[0004] 全國(guó)大部分水電廠擁有狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，而對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的使用也僅僅局限于單個(gè)傳 感器所測(cè)的振動(dòng)或者擺度是否合格。軸心軌跡圖則是能體現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的障的征兆圖形。國(guó) 外在1957年前就開始研究軸心軌跡圖，應(yīng)用在航空領(lǐng)域并取得了成功。我國(guó)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故 障研究起步較晚，且目前水電行業(yè)的軸心軌跡仍處于理論研究階段，并未在水輪發(fā)電機(jī)故 障診斷領(lǐng)域應(yīng)用。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】
：針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生碰撞故障時(shí)軸心軌跡特征以及還未有相關(guān)技術(shù)對(duì) 此進(jìn)行解決這一現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供一種基于小波降噪，再利用提純后的軸心軌跡 圖形特征辨別運(yùn)行水輪發(fā)電機(jī)組碰撞點(diǎn)具體方位的方法。如說(shuō)明書附件圖1所示，本發(fā)明 是這樣實(shí)現(xiàn)的：（如下） A、將水輪發(fā)電機(jī)擺度傳感器采集的+X、+Y數(shù)據(jù)進(jìn)行小波消噪處理，過(guò)濾掉高頻和諧波 信號(hào)等噪聲信號(hào)，再進(jìn)行小波重構(gòu)。
[0006] B、將小波重構(gòu)后的+X、+Y數(shù)據(jù)繪制軸心軌跡圖。
[0007] C、檢查軸心軌跡呈現(xiàn)的"月牙"形或"8"字形凹陷部分固定指向一個(gè)方位，延時(shí) 1個(gè)旋轉(zhuǎn)周期，再次檢查"月牙"形或"8"字形凹陷部分是否固定指向同一個(gè)方位。
[0008] D、根據(jù)以上特性，判定水輪發(fā)電機(jī)故障是位移激勵(lì)引起的碰撞故障。
[0009] F、軸心軌跡凹陷所指方位即位移激勵(lì)引起的碰撞故障點(diǎn)所在方位。
[0010] 通過(guò)建立水輪發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建微分運(yùn)動(dòng)方程，并進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，從理論上證 明了以上結(jié)果的可靠性；同時(shí)經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的驗(yàn)證，也證明了以上結(jié)果的正確性。從而實(shí)現(xiàn) 了在機(jī)組運(yùn)行時(shí)就能判斷機(jī)組是否存在碰撞故障并確定故障方位。
[0011] 有益效果：該發(fā)明是在水電領(lǐng)域傳統(tǒng)振動(dòng)技術(shù)上的完善和革新，是計(jì)算機(jī)、故障旋 轉(zhuǎn)機(jī)械非線性動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展發(fā)展及其在水電站故障旋轉(zhuǎn)機(jī)械的成功應(yīng)用，是由技術(shù)特 征產(chǎn)生的必然的技術(shù)效果。在全國(guó)水電廠首創(chuàng)性得利用該發(fā)明在機(jī)組運(yùn)行時(shí)找到存在的故 障點(diǎn)和方位，采取積極有效的措施控制故障的擴(kuò)大，為合理安排檢修期人力和物資提供了 可靠依據(jù)。該發(fā)明可以在水電行業(yè)推行，助力全國(guó)水電站由計(jì)劃性檢修邁向狀態(tài)檢修。
[0012]
【附圖說(shuō)明】： 圖1:是小波降噪過(guò)程模型 圖2是局部碰摩模型 圖3是理想狀態(tài)下無(wú)故障的軸心軌跡圖 圖4是受到-X方向碰撞力的軸心軌跡圖
【具體實(shí)施方式】： 為了更好地理解本發(fā)明，下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0013] 首先將傳感器采集的+X、+Y振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行小波降噪。小波降噪主要分三步（圖1): 1)、分解：采用Morlet小波，利用matlab對(duì)含有噪聲信號(hào)的原始信號(hào)進(jìn)行小波包分解。2)、 對(duì)分解的各層系數(shù)選擇一個(gè)閾值，通過(guò)第一層細(xì)節(jié)系數(shù)估算信號(hào)的噪聲強(qiáng)度a，采用缺省 的閾值并使用硬閾值對(duì)系數(shù)進(jìn)行處理，按照公式（1)算出閾值，也可通過(guò)"ddencmp"計(jì)算出 公式（1)的結(jié)果。3)將處理后的小波包重構(gòu)到+X、+Y振動(dòng)數(shù)據(jù)原始信號(hào)。
[0014] QUOTE
其中，η是信號(hào)長(zhǎng)度。
[0015] 以降噪后的+X振動(dòng)數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，以降噪后的+Y振動(dòng)數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)繪制點(diǎn)軌跡， 該軌跡即軸心軌跡圖。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障的種類繁多，形式各異。除了單一故障之外，還出現(xiàn) 各種類型的耦合故障，每種故障都有其特有的故障特性。水電站的立軸發(fā)電機(jī)不同于火電 廠的臥式發(fā)電機(jī)，可忽略重力的影響。圖2是簡(jiǎn)化的碰摩轉(zhuǎn)子(或水輪機(jī)）系統(tǒng)，只要收到 油膜力、偏心力(質(zhì)量不均造成)、軸承與軸套的碰摩力。根據(jù)牛頓第二定律建立運(yùn)動(dòng)微分方 程組： QUOTE

(2)
做庠刀，_;L·、扒迎的Π 陌郡甘館丨口」_?力丨口」；仕+?力丨口」丄刀舊業(yè)庠刀，·〇扒迎的門陌郡甘館 向+Y方向。在任意方向加碰摩力，軸心軌跡的凹陷部分均會(huì)指向該方向，延時(shí)一個(gè)旋轉(zhuǎn)周 期后，軸心軌跡的凹陷部分仍然指向該方向，就可以確定位移激勵(lì)引起的碰摩力的方位。在 實(shí)際旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中，運(yùn)用該方法也能確定位移激勵(lì)引起的碰摩力的方位。
[0016] 需要說(shuō)明的是： 轉(zhuǎn)子(水輪機(jī)）系統(tǒng)的故障主要是由電磁拉力、機(jī)械因素、水力因素等引起，形式多樣。 本發(fā)明主要是針對(duì)位移激勵(lì)引起的碰摩力導(dǎo)致的故障，也可找出其他故障方位。對(duì)運(yùn)行旋 轉(zhuǎn)機(jī)械無(wú)影響，不需要停機(jī)檢查就能找到故障。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 采用Morlet小波，利用matlab對(duì)含有噪聲信號(hào)的原始信號(hào)進(jìn)行小波包分解，采用缺 省的閾值并使用硬閾值對(duì)系數(shù)進(jìn)行處理，將處理后的小波包重構(gòu)恢復(fù)原始信號(hào)。2. 以降噪后的+X振動(dòng)數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，以降噪后的+Y振動(dòng)數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)繪制點(diǎn)軌跡，該 軌跡即軸心軌跡圖。3. "月牙"形或"8"字形軸心軌跡的凹陷部分延時(shí)后始終指向的方向即因位移激勵(lì)引 起的碰摩力產(chǎn)生的故障的方位。
【文檔編號(hào)】G01M7/08GK105890855SQ201510034984
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月25日
【發(fā)明人】李強(qiáng), 王文斌, 劉道源, 劉學(xué), 于遠(yuǎn)鵬, 邱志勤, 唐飆, 劉元收, 唐鋒, 史寶平, 李科
【申請(qǐng)人】李強(qiáng), 雅礱江流域水電開發(fā)有限公司