專利名稱：汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽輪發(fā)電機組的軸系振動是發(fā)電廠設(shè)備中發(fā)生率和嚴重性最高的故障之一，準確 的振動原因分析是正確、快捷地進行振動故障處理的關(guān)鍵技術(shù)依據(jù)。引起汽輪發(fā)電機組軸 系振動的因素中包括但不僅僅有以下方面轉(zhuǎn)子與靜止零、部件之間的摩擦，轉(zhuǎn)子自身的質(zhì) 量不平衡，轉(zhuǎn)子支撐軸承處的油膜渦動，高壓蒸汽區(qū)的汽流渦動，發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈短路，發(fā) 電機轉(zhuǎn)子的磁力中心偏移。現(xiàn)場實測的振動信號是上述諸因素疊加所產(chǎn)生的綜合響應，如 何直觀快捷地對上述耦合因素正確解耦，特別是將不產(chǎn)生明顯低頻或高倍頻分量的局部摩 擦與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡因素進行解耦，仍缺乏行之有效的分析方法。目前，當轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡與其它振動原因相互耦合時的一般分析思路如下若 (1)異常振動發(fā)生時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速遠離臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，即，不處于U 士 100 150r/min的轉(zhuǎn)速 范圍內(nèi)(υ 11&胃表示臨界轉(zhuǎn)速)；(2)異常振動發(fā)生時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速雖處于臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，但振 幅與轉(zhuǎn)速之間呈現(xiàn)顯著的非線性關(guān)系；(3)振動幅值和/或相位隨機組啟停次數(shù)和/或隨 在同一轉(zhuǎn)速上運行時間的長短而發(fā)生顯著的變化；(4)出現(xiàn)明顯的半速渦動現(xiàn)象；(5)振動 隨勵磁電流的大小而明顯變化和/或同時隨機組運行時間的變化而變化；(6)振動測量信 號的頻譜成分出現(xiàn)顯著的2倍頻和/或多倍頻分量；則可判定引起振動異常的主要因素不 是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，然后再根據(jù)具體的時域和/或頻域振動特征聯(lián)系當時的機組運行參數(shù) 判定振動故障的真正原因。事實上，上述解耦分析并不能將質(zhì)量不平衡與其他因素完全分 開，例如，某些局部摩擦形成的異常振動，其振動頻譜與單純的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡非常相近， 利用上述解耦理論，則很難做出是否存在質(zhì)量不平衡的評判。這樣，輕則增加故障處理時間 和/或工作量，提高故障處理成本；重則延誤或失去最佳處理時機，造成不必要的經(jīng)濟損失 甚至機組設(shè)備的損壞和/或人身傷害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述一般頻譜分析方法中對故障診斷指向性不明晰 的缺陷，提供一種更加準確地解讀振動測量信息，確定故障的性質(zhì)，汽輪發(fā)電機組軸系振動 的相位差輔助診斷方法及其系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置多個測點，并 對各測點振動信號之間的相位進行識別和判斷，以單純質(zhì)量不平衡引起的振動為典型激振 力振動，而由其它因素(即質(zhì)量不平衡因素以外的)引起的振動為非典型激振力振動當振 動信號相互之間具有相位干擾時，彼此間產(chǎn)生區(qū)別于單純質(zhì)量不平衡故障的振動相位差異 常；反之，將保持單純質(zhì)量不平衡故障的相位差常態(tài)；如果同時滿足下面三個條件即可判 定轉(zhuǎn)子只受典型激振力的作用，反之，則判定軸系受到明顯的非典型激振力的作用
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(1)同一軸瓦處，在同一方向上，轉(zhuǎn)子振動相位差判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異常振動前、后 各軸瓦處X或y方向的振動相位差Δ仍—約后-約前I <45。(式中i =x，y)且穩(wěn)定；(2)同一軸瓦處，兩相互垂直x、y向上，轉(zhuǎn)子振動相位的互漂移判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異 常振動前、后各軸瓦處X與y向的相位差《，=識廠(PtM Δ exy= I彡 且穩(wěn)定；(3)同轉(zhuǎn)速下，異常振動時至少滿足下列條件之一 (a)不同軸瓦，在同一方向上， 轉(zhuǎn)子振動相位異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的奇數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動 相位之差-30°^,(0)-約(/)<30°式中i = x，y且穩(wěn)定；異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子 的偶數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動相位之差仍(0)-仍(/)<180° + 30°式中i = x，y且穩(wěn)定；(b)同一軸瓦處，兩相互垂直x、y方向上，轉(zhuǎn)子振動相位異常振動時的轉(zhuǎn)速 靠近所考核段轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子在χ與y向的相位差90°-30°<代+ 且 穩(wěn)定。它的具體過程為1)機組開始運行，檢測轉(zhuǎn)速是否達到設(shè)定值并且已穩(wěn)定，如果沒有，繼續(xù)檢測，如 果是則轉(zhuǎn)入步驟2)；2)判斷轉(zhuǎn)速是否等于臨界轉(zhuǎn)速，如果是則轉(zhuǎn)入步驟3)，如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟5)；3)在臨界轉(zhuǎn)速下，若機組轉(zhuǎn)子的兩端同一軸瓦處相互垂直的x、y振動相位差為 90°，則繼續(xù)判斷其為奇數(shù)階振動還是偶數(shù)階振動；反之，則為非典型激振力振動；4)如果是奇數(shù)階振動，則若轉(zhuǎn)子兩端的振動同相；如果為偶數(shù)階振動，則若轉(zhuǎn)子 兩端的振動反相；所述這兩種情況均判定為典型激振力振動；反之，不是所述這兩種情況， 則為非典型激振力振動；5)此時再判斷轉(zhuǎn)子振動是否達到和/或超過制造廠家或國際、國內(nèi)振動標準所規(guī) 定的正常允許值，即，振動幅值是否異常；如果不是異常，則記錄所測轉(zhuǎn)子的正常振動相位 值，以便與將來振動異常時進行相位比較；如果異常，則轉(zhuǎn)入步驟6)；6)分別記錄轉(zhuǎn)子各個軸瓦處相互垂直的x、y方向在該異常振動狀態(tài)下的相位值， 再根據(jù)實測各軸瓦處的振動頻譜判斷此時各軸瓦處轉(zhuǎn)子振動的主頻是否為一倍頻；如果不 是，則可直接判定為非典型激振力振動；如果是，則判斷轉(zhuǎn)速是否在奇數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速值的 士 lOOr/min范圍內(nèi)；如果是則轉(zhuǎn)入步驟7)；如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟8)；7)如果轉(zhuǎn)子兩端同方向振動信號的一倍頻分量相位差以及同端相互垂直的χ、y 兩方向間的相位差分別在0° 士30°和90° 士30°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定，則為典型激振力振 動；如果不是，則為非典型激振力振動；8)判斷轉(zhuǎn)速是否在偶數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速的士 lOOr/min范圍內(nèi)；如果是，則轉(zhuǎn)入步驟 9)；如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟10)；9)如果轉(zhuǎn)子兩端同方向振動信號的一倍頻分量相位差以及同端相互垂直的χ、y 兩方向間的相位差分別在180° 士30°和90° 士30°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定，則為典型激振力 振動；如果不是，則為非典型激振力振動；10)判斷所測轉(zhuǎn)子異常振動時的相位與其對應的同轉(zhuǎn)速下振動正常時所記錄的相 位之差是否在士45°范圍內(nèi)，并且同一軸瓦處相互垂直的x、y方向異常振動信號間的相位差與其對應的同轉(zhuǎn)速下的正常振動相位差之差也在士45°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定；如果是，則 為典型激振力振動；如果不是則為非典型激振力振動。一種汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法用系統(tǒng)，它包括轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子 上設(shè)有參考標記，參考標記與轉(zhuǎn)子相應位置的鑒相傳感器相對應；同時，在轉(zhuǎn)子的X向和y 向設(shè)有振動測量傳感器，鑒相傳感器和x、y向振動測量傳感器均與振動信號測量儀連接。所述鑒相傳感器為電渦流傳感器或光電傳感器；所述對應的參考標記為凹槽或光 標；所述相互垂直的χ向和y向振動測量傳感器均為電渦流傳感器。所述相互垂直的χ向和y向振動測量傳感器為內(nèi)置的，并分別通過各自的前置放 大器與振動信號測量儀連接。所述χ向和y向振動測量傳感器為外置的，并分別直接與外接的振動信號測量儀 連接。由于某些原因所引起的軸系振動其特征與單純轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動特征 非常相似，一般頻譜分析方法對此類故障診斷的指向性不明晰，為了更加準確地解讀此類 振動測量信息，確定故障的性質(zhì)，本發(fā)明提出了軸系振動的相位差輔助診斷法，即，采用一 般振動分析并與本相位差分析相結(jié)合的方法，對振動故障進行綜合判斷，實現(xiàn)振動信息的 解耦診斷。其原理如下假定由單純質(zhì)量不平衡引起的振動稱為典型激振力振動，而由其它 因素引起的振動稱為非典型激振力振動，那么，多因素的耦合振動響應則是由典型激振力 與非典型激振力疊加作用的結(jié)果。現(xiàn)場最希望得到的結(jié)果是明確異常振動是源于典型激 振力還是非典型激振力，對于由典型激振力引起的振動可直接采用現(xiàn)場動平衡進行處理； 對于后者則需要進一步根據(jù)振動的頻域、時域分析及其與機組運行和結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化關(guān)系 一一確定具體原因并作出相應的處理措施。大多數(shù)情況下轉(zhuǎn)子振動的半頻分量、倍頻分量 以及軸振與軸承座振動、與金屬瓦溫、與機組轉(zhuǎn)速、與機組負荷、與勵磁電流、時間等參數(shù)間 的關(guān)系攜帶著明確的引起振動異常的故障原因，然而有些故障引起的振動其幅頻特性及其 軸振幅值與上述機組運行與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間不具備明顯的相關(guān)性，但其相位信息卻包含有故 障特征，利用這些相位信息并進行合理的處理就可以得到準確的故障診斷。具體從理論和 實測兩方面闡述如下轉(zhuǎn)子振動微分方程及其解汽輪機轉(zhuǎn)子是由多級葉輪、聯(lián)軸器和軸組成的兩端支承在滑動軸承上的缸內(nèi)旋轉(zhuǎn) 部件，葉輪在蒸汽作用下帶動轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)。在直角坐標系(x，y，z)中，以ζ軸為橫軸， 設(shè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子長度為1，其質(zhì)量密度、橫截面積、單位長度直徑的轉(zhuǎn)動慣量均為ζ坐標 的函數(shù)，分別用P (ζ)，A(Z)，I (ζ)表示；另外，分別在坐標點ζ = zs，δ = 1,2,…，s，處安 裝的葉輪質(zhì)量設(shè)為ms，共有s個葉輪，其對相互垂直的χ、y軸的轉(zhuǎn)動慣量分別用Jdxs、Jdy5 來表示，而對ζ軸的轉(zhuǎn)動慣量用Jps表示；假設(shè)在坐標點ζ = ζ η ( η = 1，2，···，!·)處還作用 有沿相互垂直的X、y方向的集中彈簧，共有n個，其剛度分別用kxn和kyn表示；最后假設(shè) 在相互垂直的X、y方向還分別受到分布力fx(z，t)和fy(z，t)的作用；根據(jù)Rayleigh-Rize 方法，假設(shè)軸的變形x(z，t)、y (z，t)分別可用各階振型與其對應模態(tài)主坐標之積的線性疊 加來近似，則系統(tǒng)的振動微分方程如下
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尼、模態(tài)轉(zhuǎn)動慣量、廣義力、廣義坐標矩陣，Jz為沿軸向的極轉(zhuǎn)動慣量矩陣。假定廣義力朽⑴=是在一個周期內(nèi)分段單調(diào)連續(xù)的周期力，式
中，Γ iA是指第i向第λ階廣義力分量的幅值；下標λ是指階次；ω是指角頻率；α iA是 指第i向第λ階廣義力的初始相位角；由此得到方程(1)的解為 式中Φ ik(Z)分別是轉(zhuǎn)子在i = X，y向的振型函數(shù)；下標k表示振型階次；mik =^jMl, COik表示i向第k階自振頻率，Ki為第i階模態(tài)剛度，Mi表示i向第 k階模態(tài)質(zhì)量；ξ ik = CiAMi ω ik，Ci為第i階模態(tài)阻尼，ξ ik表示i向第k階模態(tài)阻尼比；=份義/份汝表示第λ階頻比； α = ψ^ , ζ i λ表示i向第λ階振動位移的初始相位角；(3)
(t)的傅立葉分解，au 為實部，為虛 部；ra = ^aa2+ba2 M i向第λ階廣義力分量的幅值； = ar邶第i向第λ階廣義力的初始相位角； 理想轉(zhuǎn)子的振動分析無阻尼等截面均質(zhì)圓柱形轉(zhuǎn)子長為1，單位長度的質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)子所受的激勵為線 性時不變穩(wěn)態(tài)作用力，將此條件代入(2)式得理想轉(zhuǎn)子的振動位移解 由(4)式可知轉(zhuǎn)子振動信號的相位是隨激勵力相位的變化而變化的，理想激振 力作用下，轉(zhuǎn)子在奇數(shù)階時，兩端的振動相位相同；在偶數(shù)階時兩端的振動相位相反。而 在一般情況下ω φ cok表示第k階自振頻率時，振幅與不平衡激振力之間的相位差 ΨΓθ ιλ- ιλ，i = X，y是i方向阻力系數(shù)以及頻比ω/GJk的函數(shù)，轉(zhuǎn)速和阻尼一定時，振幅 滯后于不平衡激振力的相位角仍也一定。相位差的分析原理在于由于典型激振力振動不 會引起系統(tǒng)阻力系數(shù)的變化，因此，轉(zhuǎn)速一定時，轉(zhuǎn)子兩端的振動相位之差不會隨時間和幅 值的變化而變化，k為奇數(shù)階時，兩端的振動相位相同；k為偶數(shù)時兩端的振動相位相反； 同時，在同一時刻，i = χ方向與i = y方向之間的相位差也不會隨時間和幅值的變化而 變化，而且，當頻比《/cok= 1，轉(zhuǎn)子自身及其支承剛度各向相同時，各軸瓦處的i = χ與
i = y向的相位差^^ =|代-&| = 90°?；谏鲜隼碚摻Y(jié)論并考慮到現(xiàn)場設(shè)備的制造與安裝
7誤差、機組實際運行中典型激勵力相位aiA的浮動誤差、振動信號測量誤差等因素，一般 情況下，如果同時滿足下面三個條件即可判定轉(zhuǎn)子只受典型激振力的作用，反之，則判定 軸系受到明顯的非典型激振力的作用(1)同一軸瓦處，在同一方向上，轉(zhuǎn)子振動相位差 判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異常振動前、后各軸瓦處X或y方向的振動相位差Δ仍—(ζ^- ζ^ — Αδ。 (式中i = x，y)且穩(wěn)定。(2)同一軸瓦處，兩相互垂直x、y向上，轉(zhuǎn)子振動相位的互 漂移判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異常振動前、后各軸瓦處χ與y向的相位差代之差Δ 0xy =I 0xyJ=-0xyti彡45°且穩(wěn)定。(3)同轉(zhuǎn)速下，異常振動時至少滿足下列條件之一 (a)不同軸瓦，在同一方向上，轉(zhuǎn)子振動相位異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的奇數(shù) 階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動相位之差-30°《約(0)-約(/)<30° (式中i = χ，y)且穩(wěn) 定；異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的偶數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動相位之差 180°-30°<仍(0)-仍(/)<180° + 30° (式中i = x，y)且穩(wěn)定；(b)同一軸瓦處，兩相互垂直 X、y方向上，轉(zhuǎn)子振動相位異常振動時的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子在χ 與y向的相位差90。-30° < -^l <90。+ 30。且穩(wěn)定。轉(zhuǎn)子的振動相位的現(xiàn)場測量及其相位分析如前所述，在一般情況下(ω興cok時)，振幅與不平衡激振力之間的相位差是所 測量方向阻力系數(shù)以及頻比的函數(shù)，轉(zhuǎn)速和阻尼一定時，振幅滯后于不平衡激振力 的相位角也一定。為了測量得到該相位角，實際測量時應在轉(zhuǎn)子上的某個合適部位設(shè)置參 考標記，如在轉(zhuǎn)子某處軸頸的外表面上粘貼光標或者在合適位置的軸頸表面開鑒相槽或 制造鑒相凸臺等以產(chǎn)生轉(zhuǎn)子相位信號，參考標記一旦設(shè)定，其與不平衡激振力之間的夾角 就固定了。這樣，只要在機殼上相應位置裝上傳感器，就可以測量出轉(zhuǎn)子的鑒相信號。常用 的傳感器有光電傳感器和電渦流傳感器。理論上，只要用該鑒相信號作為振動的采樣觸發(fā) 信號，對采集到的振動信號進行FFT運算所得到的基頻信號其相位就是振動信號基頻分量 的基頻相位，用表示，其λ倍頻分量的相位則用表示。事實上，由于存在軸承剛 度、儀器特性等誤差，從振動分析儀輸出的相位并非轉(zhuǎn)子的實際相位，但該相位包含的測量 誤差在各個測量瓦上都存在且基本相同，當進行相位差分析時彼此抵消，因此，由現(xiàn)場振動 測量分析系統(tǒng)輸出的相位可以直接用于上述相位差分析中。本發(fā)明的有益效果是由于相位信息具有鮮明的物理含義和指向性，相位(差) 變化又可根據(jù)具體的機械結(jié)構(gòu)或物理媒介被清晰劃分，因此，相位差分析可作為轉(zhuǎn)子振動 故障診斷的“可視化”工具；通過剖析相位差可迅速查明信號間是否存在相位干擾，從而能 更加迅速準確地確定振動故障的性質(zhì)，及時采取正確的措施對振動故障進行控制和/或處 理，有效避免錯誤的運行操作和故障擴大，大大降低故障處理成本；通過相位差變化趨勢的 分析還可作出準確的設(shè)備振動故障預警，例如，若發(fā)現(xiàn)相位差存在明顯的變化趨勢，即使此 時振動幅值尚沒有明顯異常，也應該及時查找原因，采取適當處理措施，不要等到振幅突然 增大引起設(shè)備損壞或故障停機，從而有效防范惡性設(shè)備事故的發(fā)生。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)圖。
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其中，1.轉(zhuǎn)子，2.參考標記，3.鑒相傳感器，4. χ向傳感器，5. y向傳感器，6.水平 方向振動測量傳感器，7.垂直方向振動測量傳感器，8.前置放大器，9.振動信號測量儀。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。圖1中，汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法，它在轉(zhuǎn)子上設(shè)置多個測 點，并對各測點振動信號之間的相位進行識別和判斷，以單純質(zhì)量不平衡引起的振動為典 型激振力振動，而由其它因素引起的振動為非典型激振力振動當振動信號相互之間具有 相位干擾時，彼此間產(chǎn)生區(qū)別于單純動不平衡故障的振動相位差異常；反之，將保持單純動 不平衡故障的相位差常態(tài)；如果同時滿足下面三個條件即可判定轉(zhuǎn)子只受典型激振力的作 用，反之，則判定軸系受到明顯的非典型激振力的作用(1)同一軸瓦處，在同一方向上，轉(zhuǎn)子振動相位差判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異常振動前、后 各軸瓦處χ或y方向的振動相位差Δ仍=I約后-約前>45。(式中i =x，y)且穩(wěn)定；(2)同一軸瓦處，兩相互垂直x、y向上，轉(zhuǎn)子振動相位的互漂移判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異 常振動前、后各軸瓦處X與y向的相位差5之差Δ exy= I彡45° 且穩(wěn)定；(3)同轉(zhuǎn)速下，異常振動時至少滿足下列條件之一 (a)不同軸瓦，在同一方向上， 轉(zhuǎn)子振動相位異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的奇數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動 相位之差-30° ^,(0)-仍(0。0° (式中i = χ，y)且穩(wěn)定；異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核 段轉(zhuǎn)子的偶數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動相位之差180°-30、仍(0)-仍(/)<180° + 30° (式中i = χ，y)且穩(wěn)定；(b)同一軸瓦處，兩相互垂直x、y方向上，轉(zhuǎn)子振動相 位異常振動時的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子在χ與y向的相位差 90。-30。<\φχ-φγ\< 90。+ 30。且穩(wěn)定。具體過程為1)機組開始運行，檢測轉(zhuǎn)速是否達到設(shè)定值并且已穩(wěn)定，如果沒有，繼續(xù)檢測，如 果是則轉(zhuǎn)入步驟2)；2)判斷轉(zhuǎn)速是否等于臨界轉(zhuǎn)速，如果是則轉(zhuǎn)入步驟3)，如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟5)；3)在臨界轉(zhuǎn)速下，若機組轉(zhuǎn)子的兩端同一軸瓦處相互垂直的x、y振動相位差為 90°，則繼續(xù)判斷其為奇數(shù)階振動還是偶數(shù)階振動；反之，則為非典型激振力振動；4)如果是奇數(shù)階振動，則若轉(zhuǎn)子兩端的振動同相；如果為偶數(shù)階振動，則若轉(zhuǎn)子 兩端的振動反相；所述這兩種情況均判定為典型激振力振動；反之，不是所述這兩種情況， 則為非典型激振力振動；5)此時再判斷轉(zhuǎn)子振動是否達到和/或超過制造廠家或國際、國內(nèi)振動標準所規(guī) 定的正常允許值，即，振動幅值是否異常？如果不是異常，則記錄所測轉(zhuǎn)子的正常振動相位 值，以便與將來振動異常時進行相位比較；如果異常，則轉(zhuǎn)入步驟6)；6)分別記錄轉(zhuǎn)子各個軸瓦處相互垂直的x、y方向在該異常振動狀態(tài)下的相位值， 再根據(jù)實測各軸瓦處的振動頻譜判斷此時各軸瓦處轉(zhuǎn)子振動的主頻是否為一倍頻；如果不 是，則可直接判定為非典型激振力振動；如果是，則判斷轉(zhuǎn)速是否在奇數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速值的士 lOOr/min范圍內(nèi)；如果是則轉(zhuǎn)入步驟7)；如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟8)；7)如果轉(zhuǎn)子兩端同方向振動信號的一倍頻分量相位差以及同端相互垂直的X、y 兩方向間的相位差分別在0° 士30°和90° 士30°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定，則為典型激振力振 動；如果不是，則為非典型激振力振動；8)判斷轉(zhuǎn)速是否在偶數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速的士 lOOr/min范圍內(nèi)；如果是，則轉(zhuǎn)入步驟 9)；如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟10)；9)如果轉(zhuǎn)子兩端同方向振動信號的一倍頻分量相位差以及同端相互垂直的X、y 兩方向間的相位差分別在180° 士30°和90° 士30°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定，則為典型激振力 振動；如果不是，則為非典型激振力振動；10)判斷所測轉(zhuǎn)子異常振動時的相位與其對應的同轉(zhuǎn)速下振動正常時所記錄的相 位之差是否在士45°范圍內(nèi)，且同一軸瓦處相互垂直的x、y方向異常振動信號間的相位差 與其對應的同轉(zhuǎn)速下的正常振動相位差之差也在士45°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定；如果是，則為 典型激振力振動；反之，則為非典型激振力振動。圖2中，汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法用系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)子1，在轉(zhuǎn) 子1上設(shè)有參考標記2，參考標記2與機殼內(nèi)相應位置的鑒相傳感器3相對應；同時，在轉(zhuǎn) 子1相互垂直的χ向和y向設(shè)有振動測量傳感器4、5，鑒相傳感器3和相互垂直的χ、y向 振動測量傳感器4、5均與振動信號測量儀9連接。所述鑒相傳感器3為電渦流傳感器或光電傳感器；所述對應的參考標記2為凹槽、 凸臺或光標；所述相互垂直的X向和y向振動測量傳感器4、5均為電渦流傳感器。所述相互垂直的χ向和y向振動測量傳感器4、5為內(nèi)置的，并分別通過各自的前 置放大器8與振動信號測量儀9連接。所述相互垂直的χ向和y向振動測量傳感器6、7為外置的，并分別直接與外接的 振動信號測量儀9連接。綜上所述，振動信號的相位差分析就是對轉(zhuǎn)子各測點之間的相位干擾鏈進行識別 和判斷，當振動信號相互之間具有相位干擾時，彼此間的互相關(guān)函數(shù)值和相位差就會產(chǎn)生 區(qū)別于單純動不平衡故障的振動相位差異常，反之，將保持單純動不平衡故障的相位差常 態(tài)，這就是相位差分析的原理與依據(jù)。
權(quán)利要求
一種汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法，其特征是，在轉(zhuǎn)子上設(shè)置多個測點，并對各測點振動信號之間的相位進行識別和判斷，以單純質(zhì)量不平衡引起的振動作為典型激振力振動，而由其它因素引起的振動作為非典型激振力振動當振動信號相互之間具有相位干擾時，彼此間產(chǎn)生區(qū)別于單純質(zhì)量不平衡故障的振動相位差異常；反之，將保持單純質(zhì)量不平衡故障的相位差常態(tài)；如果同時滿足下面三個條件即可判定轉(zhuǎn)子只受典型激振力的作用，反之，則判定軸系受到明顯的非典型激振力的作用(1)同一軸瓦處，在同一方向上，轉(zhuǎn)子振動相位差判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異常振動前、后各軸瓦處x或y方向的振動相位差式中i＝x，y且穩(wěn)定；(2)同一軸瓦處，兩相互垂直的x、y方向上，轉(zhuǎn)子振動相位的判據(jù)同轉(zhuǎn)速下，異常振動前、后各軸瓦處x與y向的相位差之差Δθxy＝|θxy后 θxy前|≤45°且穩(wěn)定；(3)同轉(zhuǎn)速下，異常振動時至少滿足下列條件之一(a)不同軸瓦，在同一方向上，轉(zhuǎn)子振動相位異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的奇數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動相位之差式中i＝x，y且穩(wěn)定；異常振動的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的偶數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子兩端的振動相位之差式中i＝x，y且穩(wěn)定；(b)同一軸瓦處，兩相互垂直方向上，轉(zhuǎn)子振動相位異常振動時的轉(zhuǎn)速靠近所考核段轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子在x與y向的相位差且穩(wěn)定。FDA0000024850680000011.tif,FDA0000024850680000012.tif,FDA0000024850680000013.tif,FDA0000024850680000014.tif,FDA0000024850680000015.tif
2.如權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法，其特征是，它 的具體過程為1)機組開始運行，檢測轉(zhuǎn)速是否達到設(shè)定值并且已穩(wěn)定，如果沒有，繼續(xù)檢測，如果是 則轉(zhuǎn)入步驟2)；2)判斷轉(zhuǎn)速是否等于臨界轉(zhuǎn)速，如果是則轉(zhuǎn)入步驟3)，如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟5)；3)在臨界轉(zhuǎn)速下，若機組轉(zhuǎn)子的兩端同一軸瓦處相互垂直的x、y振動相位差為90°， 則繼續(xù)判斷其為奇數(shù)階振動還是偶數(shù)階振動；反之，則為非典型激振力振動；4)如果是奇數(shù)階振動，則若轉(zhuǎn)子兩端的振動同相；如果為偶數(shù)階振動，則若轉(zhuǎn)子兩端 的振動反相；所述這兩種情況均判定為典型激振力振動；反之，不是所述這兩種情況，則為 非典型激振力振動；5)此時再判斷轉(zhuǎn)子振動是否達到和/或超過制造廠家或國際、國內(nèi)振動標準所規(guī)定的 正常允許值，即，振動幅值是否異常；如果不是異常，則記錄所測轉(zhuǎn)子的正常振動相位值，以 便與將來振動異常時進行相位比較；如果異常，則轉(zhuǎn)入步驟6)；6)分別記錄轉(zhuǎn)子各個軸瓦處相互垂直的χ、y方向在該異常振動狀態(tài)下的相位值，再 根據(jù)實測各軸瓦處的振動頻譜判斷此時各軸瓦處轉(zhuǎn)子振動的主頻是否為一倍頻；如果不 是，則可直接判定為非典型激振力振動；如果是，則判斷轉(zhuǎn)速是否在奇數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速值的 士 lOOr/min范圍內(nèi)；如果是則轉(zhuǎn)入步驟7)；如果不是，則轉(zhuǎn)入步驟8)；7)如果轉(zhuǎn)子兩端同方向振動信號的一倍頻分量相位差以及同一端相互垂直的χ、y兩 方向間的相位差分別在0° 士30°和90° 士30°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定，則為典型激振力振 動；如果不是，則為非典型激振力振動；8)判斷轉(zhuǎn)速是否在偶數(shù)階臨界轉(zhuǎn)速的士lOOr/min范圍內(nèi)；如果是，則轉(zhuǎn)入步驟9)；如 果不是，則轉(zhuǎn)入步驟10)；9)如果轉(zhuǎn)子兩端同方向振動信號的一倍頻分量相位差以及同一端相互垂直的χ、y兩 方向間的相位差分別在180° 士30°和90° 士30°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定，則為典型激振力振 動；如果不是，則為非典型激振力振動；10)判斷所測轉(zhuǎn)子異常振動時的相位與其對應的同轉(zhuǎn)速下振動正常時所記錄的相位之 差是否在士45°范圍內(nèi)，并且同一軸瓦處相互垂直的x、y方向異常振動信號間的相位差與 其對應的同轉(zhuǎn)速下的正常振動相位差之差也在士45°范圍內(nèi)且數(shù)值穩(wěn)定；如果是，則為典 型激振力振動；如果不是則為非典型激振力振動。
3.一種汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法用系統(tǒng)，其特征是，它包括轉(zhuǎn)子， 在轉(zhuǎn)子上設(shè)有參考標記，參考標記與轉(zhuǎn)子相應位置的鑒相傳感器相對應；同時，在轉(zhuǎn)子的相 互垂直的χ向和y向設(shè)有振動測量傳感器，鑒相傳感器和χ、y向振動測量傳感器均與振動 信號測量儀連接。
4.如權(quán)利要求3所述的汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法用系統(tǒng)，其特 征是，所述鑒相傳感器為電渦流傳感器或光電傳感器；所述對應的參考標記為凹槽或光標； 所述相互垂直的χ向和y向振動測量傳感器均為電渦流傳感器。
5.如權(quán)利要求3或4所述的汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法用系統(tǒng)，其 特征是，所述相互垂直的χ向和y向振動測量傳感器為內(nèi)置的，并分別通過各自的前置放大 器與振動信號測量儀連接。
6.如權(quán)利要求3或4所述的汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法用系統(tǒng)，其 特征是，所述相互垂直的χ向和y向振動測量傳感器為外置的，并分別直接與外接的振動信 號測量儀連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法及其系統(tǒng)。汽輪發(fā)電機組軸系振動的相位差輔助診斷方法在轉(zhuǎn)子上設(shè)置多個測點，并對各測點振動信號之間的相位進行識別和判斷，以單純質(zhì)量不平衡引起的振動為典型激振力振動，而由其它因素引起的振動為非典型激振力振動；汽輪發(fā)電機組軸系在非典型激振力作用下產(chǎn)生的各軸瓦處的振動信號彼此間將產(chǎn)生區(qū)別于單純動不平衡故障的振動相位差異常；反之，僅僅由典型激振力作用所產(chǎn)生的各軸瓦處的振動信號將保持單純動不平衡故障的相位差常態(tài)；如果相位差滿足條件即可判定轉(zhuǎn)子只受典型激振力的作用，反之，則判定軸系受到明顯的非典型激振力的作用。
文檔編號G01H11/06GK101915607SQ20101025997
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者田國成 申請人:山東中實易通集團有限公司