本實用新型涉及一種旋轉機械振動在線監(jiān)測裝置，屬于旋轉機械振動技術領域。
背景技術：
旋轉機械是電力、石油化工、航空等工業(yè)部門的關鍵設備，隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的發(fā)展，旋轉機械正朝著大型化、高速化及自動化方向發(fā)展，由于其結構復雜，工作在高溫、高速及流固耦合等惡劣條件下，經(jīng)常出現(xiàn)幅度過大的振動，導致旋轉機械不能正常工作。為更好的監(jiān)測旋轉機械的運行狀況并及時報警，設計一種旋轉機械振動在線監(jiān)測方法與試驗裝置。
試驗裝置通過各傳感器測量采集旋轉機械轉子、支撐和殼體的振動信號，將采集到的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件分析處理獲得各不同運行工況下各部件的振動響應曲線和相關圖譜，構建不同工況激勵下基于SVM分類器旋轉機械振動響應數(shù)據(jù)庫，實時測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫比較，如果數(shù)據(jù)超標則進行預警。
傳統(tǒng)的在線監(jiān)測旋轉機械振動信號的方法存在一些明顯不足，如公開號CN104823035A的專利所述，通過提取旋轉機械的振動波形求出識別指數(shù)DI值和振動速度，與預先設定的階層對比，綜合判定旋轉機械是否存在故障。該方案沒有說明監(jiān)測點和所用傳感器類型，有時會受其他信號的干擾，導致數(shù)據(jù)的不真實性，會出現(xiàn)誤判的情況，并且分辨不出故障原因。公開號CN105527077A的專利所述，實用新型一種用于檢測旋轉機械是否受到周期信號和噪聲及沖擊的影響，將初始信號和i時刻信號相減得殘差信號，然后提取殘差信號的統(tǒng)計學數(shù)值作為特征值。利用特征值進行分析振動特征是否變化。此方案應用統(tǒng)計學處理殘差信號，有一定的不準確性，而且也分辨不出是故障原因。公開號為CN202974423U的專利，涉及一種基于LabVIEW的旋轉機械振動監(jiān)測系統(tǒng)，該專利未涉及傳感器的布置安裝方式。公開號CN203824579U的專利所述，其裝置只檢測旋轉機械軸的振動位移和轉速，不能準確在線監(jiān)測整個旋轉機械的運行情況。
有的專利涉及到旋轉機械振動測量方法，卻沒有完善的在線監(jiān)測轉子系統(tǒng)振動特性的試驗裝置，如公開號為CN105806474A的專利，公開了一種旋轉機械振動測量方法，轉速倍頻數(shù)通過微控制器的通信接口的中斷，使微控制器獲取所需測量的旋轉機械的振動的轉速倍頻數(shù)x；轉速頻率通過微控制器的輸入接口的中斷，使微控制器接收與旋轉電機的轉速同頻的轉速電信號，通過微控制器的定時器測量轉速電信號的周期T；時鐘信號輸出步驟：通過微控制器的PWM電路輸出頻率為nx/T的時鐘信號，供跟蹤帶通濾波電路輸出頻率為x/T的測量信號。
旋轉機械的應用越來越廣泛，功率和速度大幅度提高，旋轉機械內(nèi)部結構、工況環(huán)境復雜，在線監(jiān)測旋轉機械振動信號較為困難，且現(xiàn)有的檢測技術不能顯示出旋轉機械的運行時的振動響應曲線和相關圖譜。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，公開了一種旋轉機械振動在線監(jiān)測裝置；試驗裝置通過各傳感器測量采集旋轉機械轉子和殼體的振動信號，將采集到的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件分析處理獲得各不同運行工況下各部件的振動響應曲線和相關圖譜，構建不同工況激勵下基于SVM分類器旋轉機械振動響應數(shù)據(jù)庫，實時測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫比較，如果數(shù)據(jù)超標則進行預警。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：
旋轉機械振動在線監(jiān)測試驗裝置，包括通過磁性吸附在旋轉機械殼體內(nèi)、外表面的強力磁座，位于殼體內(nèi)表面的強力磁座上安裝振動位移傳感器I，所述的振動位移傳感器I采集旋轉機械的轉子系統(tǒng)的徑向振動位移信號；位于殼體外表面的強力磁座上安裝振動加速度傳感器I，所述的振動加速度傳感器I采集旋轉機械的殼體軸向和徑向振動加速度信號；在旋轉機械的旋轉軸的軸承支座處安裝測量旋轉軸徑向位移和測量軸向、徑向加速度的振動位移傳感器II和振動加速度傳感器II，所述的振動位移傳感器I、振動加速度傳感器I、振動位移傳感器II和振動加速度傳感器II均與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)各個傳感器的數(shù)據(jù)分析在不同工況下各部件的振動響應曲線和相關圖譜。
進一步的，所述的振動位移傳感器I包括多個，所述的多個振動位移傳感器I沿著殼體內(nèi)表面的圓周方向和軸線方向分布。沿圓周方向對稱安裝多個振動位移傳感器I可以準確獲得轉軸上單個葉輪的徑向振動信號，沿軸線方向安裝多個振動位移傳感器I可以測量整個轉子系統(tǒng)的徑向振動信號，所述的振動位移傳感器I為無線非接觸式激光位移傳感器。
這里所述的沿著殼體內(nèi)表面的圓周方向和軸線方向分布的含義是指，沿著旋轉軸的軸線方向，振動位移傳感器I分布有多圈，每一圈又分布有多個振動位移傳感器I，且多個振動位移傳感器I相對于軸線對稱。
進一步的，所述的振動加速度傳感器I包括多個，所述的多個振動加速度傳感器I沿著殼體內(nèi)表面的圓周方向和軸線方向分布，在圓周方向和軸線方向安裝多個振動加速度傳感器I可以準確測量整個旋轉機械殼體的軸向和徑向振動加速度信號。
這里所述的沿著殼體內(nèi)表面的圓周方向和軸線方向分布的含義是指，沿著軸線方向，振動加速度傳感器I分布有多圈，每一圈又分布有多個振動加速度傳感器I，且多個振動加速度傳感器I相對于軸線對稱。
進一步的，所述的振動位移傳感器I和振動加速度傳感器I在軸線方向上間隔分布，可以更加進一步且較為準確獲得振動信號。
進一步的，所述的振動位移傳感器II包括多個，所述的多個振動位移傳感器II固定在軸承支座內(nèi)表面，沿軸承支座的圓周方向以及軸線方向對稱安裝，測量旋轉軸的徑向振動位移信號。
進一步的，所述的振動加速度傳感器II包括多個，所述的多個振動加速度傳感器II通過磁性接頭固定在前后軸承座上，測量旋轉軸的軸向加速度以及徑向加速度。
進一步的，沿著傳動軸的軸線方向，在前后軸承座的前后表面上設置有振動加速度傳感器II。
進一步的，所述的振動位移傳感器I采用激光位移傳感器。
進一步的，所述的振動位移傳感器II采用電渦流位移傳感器。
本實用新型的數(shù)據(jù)處理方法如下：
將振動位移傳感器I、振動加速度傳感器I、振動位移傳感器II和振動加速度傳感器II采集到的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件分析處理獲得各不同運行工況下各部件的振動響應曲線和相關圖譜，構建不同工況激勵下基于SVM分類器旋轉機械振動響應數(shù)據(jù)庫，實時測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較，如果比較后數(shù)據(jù)超標，則進行預警；沒有超標則正常工作。
旋轉機械測點選擇遵循以下兩點：
一是測點能充分反映旋轉機械轉子的運行狀態(tài)，具有信號穩(wěn)定對故障敏感等特點；
二是所選擇的測點便于安裝和測試，且盡量不干擾旋轉機械的運行狀態(tài)。考慮到旋轉機械結構、噪音干擾等因素，在旋轉機械殼體表面軸向和周向對稱布置無線振動傳感器。殼體內(nèi)表面振動位移傳感器沿周向對稱安裝，沿軸向根據(jù)轉子結構不同安裝n個。
本實用新型通過各傳感器測量采集旋轉機械轉子、支撐和殼體的振動信號，因為這三個位置的振動信號基本代表整個旋轉機械了，測量三個位置的信號更加準確監(jiān)測旋轉機械振動，將采集到的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件分析處理獲得各不同運行工況下各部件的振動響應曲線和相關圖譜，構建不同工況激勵下基于SVM分類器旋轉機械振動響應數(shù)據(jù)庫，實時測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫比較，如果數(shù)據(jù)超標則進行預警。
本實用新型的有益效果如下：
利用振動信號在線監(jiān)測旋轉機械的運行狀態(tài)，建立旋轉機械的振動信號數(shù)據(jù)庫，把正常運行狀態(tài)和超標故障狀態(tài)識別出來，利用支持向量機對機械振動信號的分類，因此建立各種振動信號的SVM模型，對旋轉機械不同狀態(tài)下的振動信號進行分析。實時將各種傳感器測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫比較，如果數(shù)據(jù)超標則進行預警。
本實用新型可廣泛用于電力、化工、航空、水利等行業(yè)的旋轉機械，尤其對于核電、船舶、飛機、精密機械裝備等輕量化、噪聲、穩(wěn)定性和可靠性要求高、安裝空間狹小、工作環(huán)境惡劣苛刻等行業(yè)領域，有十分廣闊的推廣應用前景。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本實用新型試驗裝置結構示意圖；
附圖中各標號的含義為：1.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，2.旋轉機械殼體，3.轉子系統(tǒng)，4i.測量轉子的無線非接觸式激光位移傳感器，5i.測量殼體無線振動加速度傳感器，6i.測量旋轉軸的振動加速度傳感器，7i.測量旋轉軸的電渦流位移傳感器，8.旋轉軸，9.聯(lián)軸器，10.變速器，11.驅動電機，12.軸承支座。
A1、A2…An為無線振動加速度傳感器布置點，B1、B2…Bn為無線非接觸式激光位移傳感器，C1、C2…Cn為電渦流位移傳感器布置點，D1、D2…Dn為加速度傳感器布置點。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
本實用新型提出一種新的旋轉機械振動在線監(jiān)測試驗裝置與分析方法，通過傳感器測量殼體、支撐和轉子的振動信號，將采集到的信號經(jīng)過軟件分析處理獲得具體參數(shù)和相關的圖譜，基于SVM分類器構建不同工況激勵下旋轉機械振動響應數(shù)據(jù)庫，實時測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫比較，如果屬于數(shù)據(jù)庫中的故障類型則進行預警。
試驗裝置中包括旋轉機械殼體2、轉子系統(tǒng)3、旋轉軸8、聯(lián)軸器9、變速器10、驅動電機11和軸承支座12同軸線安裝，試驗裝置運行時，驅動電機11旋轉，驅動電機11與變速器10的輸入軸相連接以改變轉速，旋轉軸8與變速器10的輸出軸通過聯(lián)軸器9聯(lián)接，旋轉軸8與轉子系統(tǒng)3聯(lián)接。
在旋轉機械殼體2外表面軸向和周向對稱位置布置無線振動加速度傳感器2；在旋轉機械殼體4內(nèi)表面沿軸向布置n個和沿周向對稱布置無線非接觸式激光位移傳感器；測量旋轉軸8的電渦流位移傳感器固定在軸承支座12上，測量旋轉軸8的振動加速度傳感器通過磁性接頭固定在軸承座12上。
無線振動加速度傳感器2沿著殼體內(nèi)表面的圓周方向和軸線方向分布的含義是指，沿著軸線方向，無線振動加速度傳感器2分布有多圈，每一圈又分布有多個無線振動加速度傳感器2，且多個無線振動加速度傳感器2相對于軸線對稱。
無線非接觸式激光位移傳感器沿著殼體內(nèi)表面的圓周方向和軸線方向分布的含義是指，沿著軸線方向，無線非接觸式激光位移傳感器分布有多圈，每一圈又分布有多個無線非接觸式激光位移傳感器，且無線非接觸式激光位移傳感器相對于軸線對稱。
無線振動加速度傳感器2和無線非接觸式激光位移傳感器在軸線方向上間隔分布。
本實用新型的數(shù)據(jù)處理方法如下：
將振動位移傳感器I、振動加速度傳感器I、振動位移傳感器II和振動加速度傳感器II采集到的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件分析處理獲得各不同運行工況下各部件的振動響應曲線和相關圖譜，構建不同工況激勵下基于SVM分類器旋轉機械振動響應數(shù)據(jù)庫，實時測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較，如果比較后數(shù)據(jù)超標，則進行預警；沒有超標則正常工作。
本實用新型通過各傳感器測量采集旋轉機械轉子、支撐和殼體的振動信號，因為這三個位置的振動信號基本代表整個旋轉機械了，測量三個位置的信號更加準確監(jiān)測旋轉機械振動，將采集到的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件分析處理獲得各不同運行工況下各部件的振動響應曲線和相關圖譜，構建不同工況激勵下基于SVM分類器旋轉機械振動響應數(shù)據(jù)庫，實時測量采集的振動信號與數(shù)據(jù)庫比較，如果數(shù)據(jù)超標則進行預警。
各個傳感器具體的安裝方式如圖1所示：
在A1、A2…An處安裝測量旋轉機械殼體的振動加速度傳感器5i，振動加速度傳感器通過螺紋連接安裝在旋轉機械殼體4外表面的強力磁座上。
在B1、B2…Bn處安裝測量轉子系統(tǒng)的激光位移傳感器4i，激光位移傳感器通過螺紋連接安裝在旋轉機械殼體4內(nèi)表面的強力磁座上。
在C1、C2…Cn處安裝測量旋轉軸的電渦流位移傳感器7i，其固定在軸承支座的內(nèi)表面，沿軸承支座的徑向方向和軸向方向設置。
在D1、D2…Dn處安裝測量旋轉軸的振動加速度傳感器6i，通過磁性接頭固定在前后軸承座上，沿著傳動軸的軸線方向，在前后軸承座的前后表面上設置有振動加速度傳感器；測量旋轉軸的軸向加速度以及徑向加速度。
i表示從1到n的正整數(shù)。
上述實施方式只是為說明本實用新型的工作原理而舉的實例，并非是對本實用新型的實施方式的限定；對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有多種更改和變化，凡是在本實用新型技術方案的思想范圍內(nèi)所做的更改和變化均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。