平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法
【專利摘要】一種平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域。本發(fā)明涉及平行軸齒式壓縮機(jī)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，通過對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)以及入口導(dǎo)葉反饋信號(hào)的采集和處理，判斷機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件以及入口導(dǎo)葉反饋條件，進(jìn)一步將計(jì)算的通頻特征值與機(jī)組報(bào)警與值比較，判斷振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件，同時(shí)結(jié)合快速傅里葉變換(FFT)算法計(jì)算轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)的頻譜，得到轉(zhuǎn)頻幅值與通頻特征值的比值，根據(jù)比值定量的判斷轉(zhuǎn)軸振動(dòng)主導(dǎo)頻率條件，根據(jù)判定條件，實(shí)時(shí)在線診斷平行軸齒式壓縮機(jī)組是否發(fā)生臨界負(fù)荷故障。本發(fā)明具有方法科學(xué)，結(jié)論可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障實(shí)時(shí)在線診斷。
【專利說明】平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，涉及一種平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002]平行軸齒式壓縮機(jī)由于其運(yùn)行效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，在石油石化等流程工業(yè)中壓縮空氣和二氧化碳方面得到廣泛的應(yīng)用。平行軸齒式壓縮機(jī)一般存在多根轉(zhuǎn)子，振動(dòng)存在較強(qiáng)的耦合關(guān)系，并且每根轉(zhuǎn)子的軸承特性隨著壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉的調(diào)整而變化，因此，該類機(jī)組的振動(dòng)非常的復(fù)雜，一旦發(fā)生故障將會(huì)給企業(yè)帶來巨大的損失。
[0003]在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，平行軸齒式壓縮機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的狀態(tài)下由于調(diào)整氣動(dòng)負(fù)荷產(chǎn)生振動(dòng)過大的問題，這種問題引起的故障就是臨界負(fù)荷故障。我國設(shè)備故障診斷專家高金吉院士所著的機(jī)械故障診治與自愈化一書中針對(duì)臨界負(fù)荷故障進(jìn)行探討與研究，并成功的解決了一臺(tái)平行軸齒式壓縮機(jī)的臨界負(fù)荷故障。
[0004]臨界負(fù)荷是因運(yùn)行條件改變而引起的一種振動(dòng)現(xiàn)象，由于壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉變化而導(dǎo)致氣動(dòng)負(fù)荷改變，從而影響了壓縮氣體做功轉(zhuǎn)子支撐軸承的剛度變化，而軸承剛度改變會(huì)影響轉(zhuǎn)子的各階臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速改變，當(dāng)某一階臨界轉(zhuǎn)速在剛度變化的過程中與額定轉(zhuǎn)速重合時(shí)，就會(huì)引發(fā)共振，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)異常，一旦振動(dòng)過大就會(huì)引發(fā)跳車，導(dǎo)致生產(chǎn)被迫停止。綜上所述，臨界負(fù)荷故障會(huì)給企業(yè)帶來生產(chǎn)安全問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響機(jī)組正常運(yùn)行，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本發(fā)明提出的平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障實(shí)時(shí)診斷方法，根據(jù)平行軸齒式壓縮機(jī)各軸系實(shí)時(shí)運(yùn)行轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度反饋、轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)、振動(dòng)的頻譜特征等信息，對(duì)壓縮機(jī)組臨界負(fù)荷故障進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)的分析診斷，為平行軸齒式壓縮機(jī)組操作管理人員提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的診斷結(jié)論，保證壓縮機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是在于基于平行軸齒式壓縮機(jī)組運(yùn)行中實(shí)時(shí)運(yùn)行轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度反饋、轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)以及振動(dòng)頻譜等信息，對(duì)該類機(jī)組臨界負(fù)荷故障進(jìn)行實(shí)時(shí)的診斷分析，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確診斷故障的一種平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法。
[0006]一種平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，其特征在于，包括:
[0007]I)信號(hào)采集及處理，采集平行軸齒式壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)以及壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)，根據(jù)獲得的振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)計(jì)算得到平行軸齒式壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)軸振動(dòng)通頻特征值以及轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；
[0008]2)平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證，計(jì)算轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，判斷該轉(zhuǎn)子是否以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行同時(shí)比較轉(zhuǎn)速是否大于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，判定機(jī)組轉(zhuǎn)速條件是判定臨界負(fù)荷故障的必要條件；
[0009]3)平行軸齒式壓縮機(jī)導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證，根據(jù)壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉的反饋信號(hào)判斷壓縮機(jī)是否在調(diào)整負(fù)荷，包括導(dǎo)葉開大即升負(fù)荷以及導(dǎo)葉關(guān)小即降負(fù)荷兩種情況，判定機(jī)組導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證也是判定臨界負(fù)荷故障的必要條件；
[0010]4)平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證，根據(jù)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)計(jì)算的通頻特征值與機(jī)組出廠設(shè)定的振動(dòng)報(bào)警閾值進(jìn)行比較，定量分析轉(zhuǎn)軸振動(dòng)通頻趨勢(shì)的變化情況，判定振動(dòng)通頻趨勢(shì)是否在負(fù)荷調(diào)整階段是否變化顯著；
[0011]5)平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻率條件驗(yàn)證，根據(jù)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)，結(jié)合快速傅里葉變化(FFT)頻譜計(jì)算方法計(jì)算轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)頻譜，根據(jù)轉(zhuǎn)頻幅值與振動(dòng)信號(hào)通頻特征值的比值，定量的分析頻譜中的主導(dǎo)頻率是否為轉(zhuǎn)頻，判定轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)頻幅值是否顯著；
[0012]6)平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，根據(jù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速驗(yàn)證、導(dǎo)葉開度驗(yàn)證、振動(dòng)趨勢(shì)驗(yàn)證以及主導(dǎo)頻率驗(yàn)證4項(xiàng)目驗(yàn)證的結(jié)果，綜合判斷得出平行軸齒式壓縮機(jī)是否發(fā)生臨界負(fù)荷故障的結(jié)論。
[0013]在采集平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸信號(hào)時(shí)，需要采集每個(gè)轉(zhuǎn)軸的徑向振動(dòng)信號(hào):水平方向振動(dòng)信號(hào)與垂直方向振動(dòng)信號(hào)，軸向振動(dòng)信號(hào)，鍵相信號(hào)，轉(zhuǎn)軸具體測點(diǎn)布置如圖2所示。轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)w (t)的通頻特征值S(t) = wmax(t)_wmin(t),其中wmax (t)為t時(shí)刻振動(dòng)信號(hào)的最大峰值，Wmin(t)為t時(shí)刻振動(dòng)信號(hào)的最小峰值。每個(gè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速則通過采集轉(zhuǎn)軸上的鍵相信號(hào)計(jì)算得到，轉(zhuǎn)速Rev = 60/(z* At)，其中，z為轉(zhuǎn)子鍵槽數(shù)量，At為鍵相信號(hào)脈沖之間的間隔。
[0014]對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的平行軸齒式壓縮機(jī)，有3個(gè)以上的轉(zhuǎn)子，這些轉(zhuǎn)子分別有不同的一階臨界轉(zhuǎn)速Revie與額定工作轉(zhuǎn)速Revlici，轉(zhuǎn)軸正常運(yùn)行時(shí)的工作轉(zhuǎn)速為Rev，轉(zhuǎn)速允許誤差閾值為Thre,，轉(zhuǎn)速允許誤差閾值根據(jù)鍵相傳感器的精度以及現(xiàn)場安裝方式由設(shè)備管理工程師確定，一般取ThreK = 10r/min,當(dāng)RevK(l-ThreK〈Rev〈RevK(l+ThreK時(shí),轉(zhuǎn)軸運(yùn)行平穩(wěn)轉(zhuǎn)速不變，同時(shí)轉(zhuǎn)軸運(yùn)行時(shí)的工作轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速ReV>ReVl。時(shí)，轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證通過，說明該轉(zhuǎn)子具備了與轉(zhuǎn)速相關(guān)的發(fā)生臨界負(fù)荷故障的必要條件。
[0015]壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)p(t)為導(dǎo)葉開度的百分比，范圍:0 %彡p(t) ( 100%，工況不變的情況下，當(dāng)前時(shí)刻t導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)p(t)與前一時(shí)刻時(shí)刻tf導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)p(tf)相等，即p(t) = P (tf) ;ip(t) ^ p (tf)時(shí),導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)發(fā)生變化，壓縮機(jī)導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證通過，說明該壓縮機(jī)具備了與導(dǎo)葉開度相關(guān)的發(fā)生臨界負(fù)荷故障的必要條件。
[0016]確定采樣頻率Fs,采樣點(diǎn)數(shù)Ns，間隔t秒采集轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)w(t)。針對(duì)壓縮機(jī)的某根轉(zhuǎn)子獲取t時(shí)刻徑向振動(dòng)信號(hào)包括:水平方向振動(dòng)信號(hào)Wx(t)、垂直方向振動(dòng)信號(hào)Wy (t),以及軸向振動(dòng)信號(hào)wa(t);根據(jù)振動(dòng)信號(hào)通頻特征值計(jì)算公式S (t) = Wmax(t)-Wmin(t)分別計(jì)算獲得t時(shí)刻水平方向振動(dòng)信號(hào)Wx(t)的水平振動(dòng)通頻特征值Sx(t)、垂直方向振動(dòng)信號(hào)wy(t)的垂直方向振動(dòng)通頻特征值Sy(t)以及軸向振動(dòng)信號(hào)wa(t)的軸向振動(dòng)通頻特征值Sa(t)，設(shè)定壓縮機(jī)組振動(dòng)報(bào)警閾值Thre。報(bào)警閾值Thre為平行軸齒式壓縮機(jī)出廠時(shí)廠家設(shè)定，在轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證與導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證均通過的條件下，當(dāng)Sx(t) ^ Thre或Sy彡Thre,同時(shí)Sa(t) <Thre時(shí),判定壓縮機(jī)組振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證通過。
[0017]針對(duì)壓縮機(jī)的某根轉(zhuǎn)子獲取t時(shí)刻徑向振動(dòng)信號(hào)包括:水平方向振動(dòng)信號(hào)wx(t)、垂直方向振動(dòng)信號(hào)wy(t)，使用快速傅里葉變化(FFT)頻譜計(jì)算方式分別獲得水平方向振動(dòng)信號(hào)wx(t)的幅頻譜4江)以及垂直方向振動(dòng)信號(hào)wy(t)的幅頻譜Ay(f)，其中，f代表頻率成分，A(f)代表f頻率成分的幅值。t時(shí)刻轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)為w(t)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)頻為&，轉(zhuǎn)頻的幅值為A (f0)，轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)的通頻特征值為S (t)，轉(zhuǎn)頻幅值與通頻特征值的比值R = A (f0) /S (t)，判定主導(dǎo)頻率閾值為Thref，該閾值由設(shè)備管理工程師根據(jù)轉(zhuǎn)軸運(yùn)行工況確定，一般取Thref> = 0.6,當(dāng)比值R大于等于設(shè)定閾值Thref時(shí),認(rèn)為轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ) (4)在頻譜中顯著，轉(zhuǎn)頻&為主導(dǎo)頻率。當(dāng)水平方向振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)Jftl)與其通頻特征值Sx(t)比值艮=\(&)/\(0與垂直方向振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)Jftl)與其通頻特征值\(0的比值Ry = Ay(f0)/Sy(t)均大于設(shè)定的閾值Thref時(shí)，判定壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻譜條件驗(yàn)證通過。
[0018]平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，根據(jù)診斷流程圖，驗(yàn)證壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件、壓縮機(jī)導(dǎo)葉開度條件、振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件、振動(dòng)主導(dǎo)頻譜條件等4項(xiàng)的結(jié)果，對(duì)壓縮機(jī)組是否發(fā)生臨界負(fù)荷故障進(jìn)行識(shí)別診斷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷流程圖；
[0020]圖2機(jī)組轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖；
[0021]圖3機(jī)組導(dǎo)葉開度反饋趨勢(shì)圖；
[0022]圖4機(jī)組某一轉(zhuǎn)子水平方向振動(dòng)通頻趨勢(shì)；
[0023]圖5機(jī)組某一轉(zhuǎn)子垂直方向振動(dòng)通頻趨勢(shì)；
[0024]圖6機(jī)組某一轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)通頻趨勢(shì)；
[0025]圖7機(jī)組報(bào)警時(shí)刻水平振動(dòng)信號(hào)頻譜；
[0026]圖8機(jī)組報(bào)警時(shí)刻垂直振動(dòng)信號(hào)頻譜；

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說明。
[0028]一種平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法流程圖如圖1所示，主要包括:
[0029](I)實(shí)時(shí)獲取平行軸齒式壓縮機(jī)每個(gè)轉(zhuǎn)軸的信號(hào)，其中包括振動(dòng)信號(hào):轉(zhuǎn)軸的水平振動(dòng)信號(hào)Wx(t)、垂直振動(dòng)信號(hào)Wy(t)以及軸向振動(dòng)信號(hào)Wa(t);鍵相轉(zhuǎn)速信號(hào)；導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)；
[0030](2)根據(jù)獲取的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的鍵相轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)軸實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速Rev,與改轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速對(duì)比，如果大于一階臨界轉(zhuǎn)速，同時(shí)該轉(zhuǎn)軸運(yùn)行穩(wěn)定轉(zhuǎn)速不變時(shí)，則通過轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證，進(jìn)入下一步，否則重新獲取平行軸齒式壓縮機(jī)的信號(hào)；
[0031 ] (3)獲取壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)P (t)，根據(jù)壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉反饋信號(hào)，當(dāng)入口導(dǎo)葉開度信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，通過導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證，進(jìn)入下一步，否則重新獲取平行軸齒式壓縮機(jī)信號(hào)；
[0032](4)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)準(zhǔn)備，根據(jù)公式計(jì)算轉(zhuǎn)軸水平方向振動(dòng)信號(hào)Wx (t)的振動(dòng)通頻特征值Sx (t)以及幅頻譜Ax (f)，垂直方向振動(dòng)信號(hào)Wy (t)的振動(dòng)通頻特征值Sy (t)以及幅頻譜Ay (f)，軸向振動(dòng)信號(hào)Wa (t)的振動(dòng)通頻特征值Sa (t)；
[0033](5)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)通頻趨勢(shì)，獲取機(jī)組報(bào)警閾值Thre，將計(jì)算得到的水平方向振動(dòng)通頻特征值Sx(t)、垂直方向振動(dòng)通頻特征值Sy (t)以及軸向振動(dòng)通頻特征值Sa(t)分別與報(bào)警閾值比較，當(dāng)Sx (t)彡Thre或Sy彡Thre,同時(shí)Sa(t)〈Thre時(shí),判定壓縮機(jī)組振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證通過，否則不通過；
[0034](6)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻率，設(shè)定主導(dǎo)頻率閾值Thref，計(jì)算水平方向振動(dòng)轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)Jftl)與通頻特征值Sx(t)相比得到Rx = 4的)/\(0以及垂直方向振動(dòng)轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)y (f0)與通頻特征值Sy (t)相比得到Ry = Ay(f0)/Sy(t),當(dāng)Rx彡Thref同時(shí)Ry彡Thref時(shí)，判定壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻率為轉(zhuǎn)頻率，條件驗(yàn)證通過，否則不通過；
[0035](7)判定壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻率條件驗(yàn)證是否同時(shí)滿足通過條件，如果是則判定平行軸齒式壓縮機(jī)發(fā)生臨界負(fù)荷故障，否則判定平行軸齒式壓縮機(jī)沒有發(fā)生臨界負(fù)荷故障。
[0036]本發(fā)明以某石化企業(yè)曼透平生產(chǎn)的平行軸齒式壓縮機(jī)為對(duì)象對(duì)平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法進(jìn)行驗(yàn)證。該平行軸齒式壓縮機(jī)共有5個(gè)轉(zhuǎn)子，其中3個(gè)為輸出轉(zhuǎn)子，運(yùn)行轉(zhuǎn)速均大于一階臨界轉(zhuǎn)速，取其中某一轉(zhuǎn)子發(fā)生臨界負(fù)荷故障進(jìn)行分析診斷。
[0037]通過現(xiàn)場的高速數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集五軸平行軸齒式壓縮機(jī)每個(gè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)以及入口導(dǎo)葉開度信號(hào)。
[0038]根據(jù)實(shí)時(shí)采集的鍵相信號(hào)，得到機(jī)組運(yùn)行的轉(zhuǎn)速趨勢(shì)，如圖3所示，該轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為14150r/min遠(yuǎn)高于該轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速5780r/min,同時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速不變,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證通過；
[0039]根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的導(dǎo)葉入口反饋信號(hào)，得到機(jī)組運(yùn)行時(shí)的導(dǎo)葉入口反饋趨勢(shì)，如圖4所示，在機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的階段，入口導(dǎo)葉反饋信號(hào)持續(xù)上升，說明機(jī)組在進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，通過導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證。
[0040]根據(jù)實(shí)時(shí)獲取轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)計(jì)算通頻特征值以及其頻譜，如圖4所示為徑向水平方向振動(dòng)通頻趨勢(shì)，圖5所示為徑向垂直方向振動(dòng)通頻趨勢(shì)，圖6所示為軸向振動(dòng)通頻趨勢(shì)，圖7為2013-04-24 11:43:37水平方向振動(dòng)波形的頻譜圖，圖8為2013-04-2411:43:37垂直方向振動(dòng)波形頻譜圖。
[0041]該平行軸齒式壓縮機(jī)出廠設(shè)定的報(bào)警閾值Thre = 28μπι，通過計(jì)算得到t =2013/04/24 11:43:37時(shí)水平方向振動(dòng)通頻特征Sx(t) = 28.53 μ m,垂直方向振動(dòng)通頻特征Sy(t) = 29.87 μ m,軸向振動(dòng)通頻特征Sa(t) = 10.97 μ m ;此時(shí)刻，Sx⑴彡Thre且Sy彡Thre,同時(shí)Sa(t)〈Thre,判定壓縮機(jī)組振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證通過。
[0042]設(shè)定主導(dǎo)頻率閾值Thref = 0.6，根據(jù)頻譜圖8和圖7得到t = 2013/04/2411:43:37時(shí)刻水平方向振動(dòng)轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)x(fQ) = 20.2 μ m，垂直方向振動(dòng)轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)y(fQ)=22.2 μ m，水平方向轉(zhuǎn)頻幅值與通頻特征值的比值Rx = Ax KtlVSx (t) = 0.708，垂直方向轉(zhuǎn)頻幅值與通頻特征值的比值Ry = Ay(f0)/Sy(t) = 0.7432 ;此時(shí)刻，當(dāng)Rx彡Thref同時(shí)Ry ^ Thref，判定壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻率為轉(zhuǎn)頻率，條件驗(yàn)證通過。
[0043]壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻率條件驗(yàn)證同時(shí)滿足通過條件，因此，該時(shí)刻平行軸齒式壓縮機(jī)組發(fā)生臨界負(fù)荷故障。
【權(quán)利要求】
1.一種平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，其特征在于，包括: 1)信號(hào)采集及處理，采集平行軸齒式壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)以及壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)，根據(jù)獲得的振動(dòng)信號(hào)、鍵相信號(hào)計(jì)算得到平行軸齒式壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)軸振動(dòng)通頻特征值以及轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速； 2)平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證，計(jì)算轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，判斷該轉(zhuǎn)子是否以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行同時(shí)比較轉(zhuǎn)速是否大于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，判定機(jī)組轉(zhuǎn)速條件是判定臨界負(fù)荷故障的必要條件； 3)平行軸齒式壓縮機(jī)導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證，根據(jù)壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉的反饋信號(hào)判斷壓縮機(jī)是否在調(diào)整負(fù)荷，包括導(dǎo)葉開大即升負(fù)荷以及導(dǎo)葉關(guān)小即降負(fù)荷兩種情況，判定機(jī)組導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證也是判定臨界負(fù)荷故障的必要條件； 4)平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證，根據(jù)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)計(jì)算的通頻特征值與機(jī)組設(shè)定的振動(dòng)報(bào)警閾值進(jìn)行比較，定量分析轉(zhuǎn)軸振動(dòng)通頻趨勢(shì)的變化情況，判定振動(dòng)通頻趨勢(shì)是否在導(dǎo)葉開度變化階段的變化顯著； 具體為:所述的平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證，確定采樣頻率Fs，采樣點(diǎn)數(shù)Ns，間隔t秒采集轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)w(t);針對(duì)壓縮機(jī)的某根轉(zhuǎn)子獲取t時(shí)刻徑向振動(dòng)信號(hào)包括:水平方向振動(dòng)信號(hào)wx (t)、垂直方向振動(dòng)信號(hào)Wy (t)，以及軸向振動(dòng)信號(hào)Wa(t);根據(jù)振動(dòng)信號(hào)通頻特征值計(jì)算公式S (t) = Wfflax (t)-Wfflin(t)分別計(jì)算獲得t時(shí)刻水平方向振動(dòng)信號(hào)wx(t)的水平振動(dòng)通頻特征值Sx(t)、垂直方向振動(dòng)信號(hào)wy (t)的垂直方向振動(dòng)通頻特征值Sy(t)以及軸向振動(dòng)信號(hào)wa(t)的軸向振動(dòng)通頻特征值Sa(t)，設(shè)定壓縮機(jī)組振動(dòng)報(bào)警閾值Thre ;報(bào)警閾值Thre為平行軸齒式壓縮機(jī)出廠時(shí)廠家設(shè)定，在轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證與導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證均通過的條件下，當(dāng)Sx (t)彡Thre或Sy彡Thre,同時(shí)Sa(t)〈Thre時(shí),判定壓縮機(jī)組振動(dòng)通頻趨勢(shì)條件驗(yàn)證通過； 5)平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻率條件驗(yàn)證，根據(jù)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)，結(jié)合快速傅里葉變化(FFT)頻譜計(jì)算方法計(jì)算轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)頻譜，根據(jù)轉(zhuǎn)頻幅值與振動(dòng)信號(hào)通頻特征值的比值，定量的分析頻譜中的主導(dǎo)頻率是否為轉(zhuǎn)頻，判定轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)頻幅值是否顯著; 具體為:所述的平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，其特征在于:所述的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻譜條件驗(yàn)證，針對(duì)壓縮機(jī)的某根轉(zhuǎn)子獲取t時(shí)刻徑向振動(dòng)信號(hào)包括:水平方向振動(dòng)信號(hào)\(0、垂直方向振動(dòng)信號(hào)Wy(t)，使用快速傅里葉變化(FFT)頻譜計(jì)算方式分別獲得水平方向振動(dòng)信號(hào)wx(t)的幅頻譜\江)以及垂直方向振動(dòng)信號(hào)wy(t)的幅頻譜Ay(f)，其中，f代表頻率成分，A(f)代表f頻率成分的幅值；t時(shí)刻轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)為w (t)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)頻為fo，轉(zhuǎn)頻的幅值為AKci),轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)的通頻特征值為S(t)，轉(zhuǎn)頻幅值與通頻特征值的比值R = A (f0) /S (t)，判定主導(dǎo)頻率閾值為Thref，取Thref> = 0.6，當(dāng)比值R大于等于設(shè)定閾值Thref時(shí)，認(rèn)為轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)Ktl)在頻譜中顯著，轉(zhuǎn)頻&為主導(dǎo)頻率；當(dāng)水平方向振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)Jftl)與其通頻特征值\(0比值Rx = Ax(&)/\(t)與垂直方向振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)頻幅值A(chǔ)Jftl)與其通頻特征值\(0的比值Ry = AyKtlVSy (t)均大于設(shè)定的閾值Thref時(shí)，判定壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子振動(dòng)主導(dǎo)頻譜條件驗(yàn)證通過； 6)平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，根據(jù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速驗(yàn)證、導(dǎo)葉開度驗(yàn)證、振動(dòng)趨勢(shì)驗(yàn)證以及主導(dǎo)頻率驗(yàn)證4項(xiàng)目驗(yàn)證的結(jié)果，綜合判斷得出平行軸齒式壓縮機(jī)是否發(fā)生臨界負(fù)荷故障的結(jié)論。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，其特征在于:所述的信號(hào)采集與處理，在采集平行軸齒式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸信號(hào)時(shí)，需要采集每個(gè)轉(zhuǎn)軸的徑向振動(dòng)信號(hào):水平方向振動(dòng)信號(hào)與垂直方向振動(dòng)信號(hào)，軸向振動(dòng)信號(hào)，鍵相信號(hào)，轉(zhuǎn)軸振動(dòng)信號(hào)w(t)的通頻特征值S(t) = wmax(t)-wmin(t),其中wmax(t)為t時(shí)刻振動(dòng)信號(hào)的最大峰值，Wfflin(t)為t時(shí)刻振動(dòng)信號(hào)的最小峰值；；每個(gè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速則通過采集轉(zhuǎn)軸上的鍵相信號(hào)計(jì)算得到，轉(zhuǎn)速Rev = 60/(ζ* Λ t)，其中，z為轉(zhuǎn)子鍵槽數(shù)量，Δ t為鍵相信號(hào)脈沖之間的間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，其特征在于:所述壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的平行軸齒式壓縮機(jī)，有3個(gè)以上的轉(zhuǎn)子，這些轉(zhuǎn)子分別有不同的一階臨界轉(zhuǎn)速Revie與額定工作轉(zhuǎn)速RevK(l，轉(zhuǎn)軸正常運(yùn)行時(shí)的工作轉(zhuǎn)速為Rev，轉(zhuǎn)速允許誤差閾值為ThreK，取ThreK = 10r/min,當(dāng)ReVK1-ThreK〈Rev〈ReVKI+ThreK時(shí)，轉(zhuǎn)軸運(yùn)行平穩(wěn)轉(zhuǎn)速不變，同時(shí)轉(zhuǎn)軸運(yùn)行時(shí)的工作轉(zhuǎn)速超過一階臨界轉(zhuǎn)速ReV>ReVl。時(shí)，轉(zhuǎn)軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件驗(yàn)證通過，說明該轉(zhuǎn)子具備了與轉(zhuǎn)速相關(guān)的發(fā)生臨界負(fù)荷故障的必要條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行軸齒式壓縮機(jī)臨界負(fù)荷故障診斷方法，其特征在于:所述壓縮機(jī)導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證，壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)P (t)為導(dǎo)葉開度的百分比，范圍:0%彡p(t) ( 100%，工況不變的情況下，當(dāng)前時(shí)刻t導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)p(t)與前一時(shí)刻時(shí)刻tf導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)P (tf)相等，即p(t) = P (tf) 5? p(t) ^ P (tf)時(shí),導(dǎo)葉開度反饋信號(hào)發(fā)生變化，壓縮機(jī)導(dǎo)葉開度條件驗(yàn)證通過，說明該壓縮機(jī)具備了與導(dǎo)葉開度相關(guān)的發(fā)生臨界負(fù)荷故障的必要條件。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104236883SQ201410441460
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】江志農(nóng), 張明, 馬波, 馮坤, 高金吉 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)