專利名稱：汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼在線檢測(cè)法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于測(cè)量汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼的在線檢測(cè)方法及其設(shè)備，屬于振動(dòng)分析和測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
目前汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼都是通過(guò)理論分析的方法計(jì)算得出，而沒(méi)有專門的在線檢測(cè)方法及其設(shè)備。由于理論分析復(fù)雜，計(jì)算工作量很大，無(wú)法對(duì)運(yùn)行中的汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和計(jì)算，因而不利于對(duì)運(yùn)行中的汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷及排除。
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼的在線檢測(cè)方法及其設(shè)備，為汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，故障診斷，性能分析和狀態(tài)監(jiān)控等提供依據(jù)。
本發(fā)明的在線檢測(cè)法由以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)、利用傳感器采集信號(hào)，即通過(guò)渦流傳感器或電磁傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
(2)、利用特征信號(hào)提取器得到特征信號(hào)，由于傳感器所得的電信號(hào)是由低頻，工頻和高頻振動(dòng)分量所組成的混頻信號(hào)，反映軸承阻尼特性的特征信號(hào)主要是軸承低頻振動(dòng)分量，而低頻分量比工頻和高頻分量小得多，通常只占通頻幅值的1%-5%，因而需要通過(guò)特征信號(hào)提取器去除工頻和高頻分量，得到作為特征信號(hào)的低頻分量。
(3)、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，即將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
(4)、利用擴(kuò)展普羅尼(Prony)方法進(jìn)行特征信號(hào)處理，由于實(shí)測(cè)得到的低頻信號(hào)Xt(t＝1.2…n，n為采樣次數(shù))由一組組衰減的波形組成，Xt表示振動(dòng)位移值(采用渦流傳感器時(shí))或振動(dòng)速度值(采用電磁傳感器時(shí))，它并不直接反映軸承的阻尼特性，需要通過(guò)一組衰減信號(hào)來(lái)逼近即
其中Ai和βi分別為振幅和相位，△為采樣時(shí)間間隔;雖然采用非線性方程組求解方法可以根據(jù)測(cè)得的Xt，求出di和 ，但這種方法耗時(shí)多，計(jì)算工作量大，采用擴(kuò)展普羅尼(Prong)法可以避免非線性方程組的求解過(guò)程，可大大提高處理速度。
(5)、采用顯示器顯示處理結(jié)果或打印機(jī)打印出處理結(jié)果。
本發(fā)明在線檢測(cè)法中的特征信號(hào)提取，可采用先由放大器進(jìn)行信號(hào)放大、再采用有源RC帶通濾波器濾波、然后用高精度濾波器濾波的方案實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展普羅尼(Prong)法可由以下方案實(shí)現(xiàn)(1).根據(jù)實(shí)測(cè)信號(hào)Xt，建立關(guān)于Xt的自回歸差分方程Xt+ c1Xt-e＝εt其中εt為殘差;C1為自回歸系數(shù)，可用輔助變量法求得C1的一致估計(jì)值。
(2).用自回歸系數(shù)C1構(gòu)造一個(gè)多項(xiàng)式Zp+C1Zp-1+……+Cp-1Z+Cp＝0用劈因子法求解多項(xiàng)式的特征根Zj(j＝1，2，…p)。
(3).根據(jù)特征根Zi與di和 的關(guān)系求出di和 dj＝ 1/(△) |Zj|(j＝1，2……p)其中IMZj和R Zj分別為Zj的虛部和實(shí)部，｜Zj｜為Zj的模。
(4).剔除虛假值，輸出正確結(jié)果，在得到的P對(duì) 和di中，只有 同實(shí)測(cè)低頻信號(hào)的中心頻率相等時(shí)的一對(duì) 和di是真實(shí)的，這時(shí)的di即所要求的阻尼因子，實(shí)測(cè)低頻信號(hào)的中心頻率可通過(guò)頻譜分析儀得出。由于工程中通常采用對(duì)數(shù)衰減率來(lái)表示阻尼，故可把 和di化為對(duì)數(shù)衰減率δ，即δ＝dj/ 。
本發(fā)明的在線檢測(cè)設(shè)備由振動(dòng)傳感器、特征信號(hào)提取器、信號(hào)采集器、特征信號(hào)處理器、電源和外殼組成，其特點(diǎn)是特征信號(hào)提取器可采用放大器，有源RC帶通濾波器和具有陡峭頻率衰減特征的濾波器構(gòu)成。振動(dòng)傳感器可采用電磁傳感器或渦流傳感器。信號(hào)采集器可采用模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。特征信號(hào)處理器可采用通用微機(jī)、單片機(jī)或DSP處理器結(jié)構(gòu)，采取編程序方案實(shí)現(xiàn)對(duì)特征信號(hào)的處理功能。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理速度快和檢測(cè)可靠等優(yōu)點(diǎn)，它可以通過(guò)在線檢測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，便于及進(jìn)診斷和排除故障;由于緊密結(jié)合發(fā)電機(jī)組實(shí)際情況進(jìn)行檢測(cè)，有利于反映汽輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況，以便保證汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)組的＃6軸承阻尼特性的測(cè)量，得到結(jié)果符合工程上公認(rèn)的結(jié)論，在3000轉(zhuǎn)/分和3270轉(zhuǎn)/分的情況下，其軸承的對(duì)數(shù)衰減率為0.13和0.0786，工程上公認(rèn)的對(duì)數(shù)衰減率相應(yīng)值為0.1～0.2和0～0.1范圍。


圖1為本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為電路方框示意圖;圖3為特征信號(hào)提取器電原理示意圖。
本發(fā)明的設(shè)備可采用附圖所示的方案實(shí)現(xiàn)。一種便攜式設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在設(shè)備的外殼上有220V交流電源插孔，面板上設(shè)有電源開(kāi)關(guān)C、指示燈D、鍵盤E、頻率選擇鈕F、顯示器G和打印機(jī)輸出孔H。圖2中傳感器(1)可采用常規(guī)的電磁式傳感器A或渦流式傳感器B;放大器(2)可由集成塊IC1，和電阻R11、R12、R13構(gòu)成;有源RC帶通濾波器(3)可由IC2和IC3、電阻R11、R12、R13構(gòu)成;有源RC帶通濾波器(3)可由IC2和IC3、電阻R21～R26、電容C1和C2構(gòu)成，IC1、IC2和IC3可采用LM324、μA741和LF356等運(yùn)算放大器;具有陡峭頻率衰減特性的濾波器(4)可采用開(kāi)關(guān)電容濾波器或有源RC濾波器中的橢圓函數(shù)濾波器，例如采用開(kāi)關(guān)電容濾波器集成塊MF10，電路如圖3所示。根據(jù)不同要求的需要，放大器(2)，有源RC帶通濾波器(3)和具有陡峭頻率衰減特性的濾波器(4)可分別采用單級(jí)或多級(jí)串連構(gòu)成。模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(5)可采用A/D插板，以便與通用微機(jī)聯(lián)用;對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，則可采用ADC0804集成塊構(gòu)成。特征信號(hào)處理器可采用單片機(jī)系統(tǒng)，可由常規(guī)的單片機(jī)8031(6)、外部程序存貯器EPROM(8)、數(shù)據(jù)存貯器RAM(7)、通用I/O擴(kuò)展芯片8155(9)、打印機(jī)(10)、LED數(shù)碼管顯示器(11)和鍵盤(12)構(gòu)成。為了避免因突然斷電而丟失信號(hào)，設(shè)備可設(shè)置常規(guī)的斷電保護(hù)電路(13)。圖3所示的有源RC濾波器工作于特定中心頻率的帶通方式;開(kāi)關(guān)電容濾波器可工作于特定中心頻率的帶通方式或特定截止頻率的低通方式。對(duì)于19.8Hz的特征信號(hào)，開(kāi)關(guān)電容濾波器工作于低通方式，電阻和電容可取如下數(shù)值R11＝R13＝5.6KΩ，R21＝R25＝R26＝51KΩ，R22＝5KΩ，R23＝18KΩ，R24＝33KΩ，C1＝C2＝1μF;可變電阻R12＝30KΩ，R32＝10KΩ，R33＝20KΩ。
本發(fā)明的設(shè)備可采用積木式的模塊結(jié)構(gòu)，它可由輸入模塊、主模塊、顯示與鍵盤模塊、打印機(jī)模塊和電源模塊組成。輸入模塊由特征信號(hào)提取器和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成;主模塊由8031單片機(jī)、2764EPROM、6116RAM、8155擴(kuò)展器和必要的邏輯器件等構(gòu)成;顯示與鍵盤模塊由14個(gè)鍵(其中10個(gè)數(shù)字鍵，4個(gè)功能鍵S為開(kāi)始測(cè)試鍵、D為顯示鍵、P為打印鍵、R為復(fù)位鍵)、7位LED數(shù)碼管(前3位顯示頻率、后4位顯示對(duì)數(shù)衰減率)、75452驅(qū)動(dòng)器和必要的邏輯器件等構(gòu)成;打印機(jī)模塊由智能型微型打印機(jī)構(gòu)成(如GP-16)，直接與8031相連;電源模塊由變壓器、整流電路、穩(wěn)壓電路和電源擴(kuò)展電路構(gòu)成，其功能是將輸入的220V交流電轉(zhuǎn)換為±12V、+5V的三組直流電輸出。除了特征信號(hào)提取器需要±12V和+5V供電.由于本發(fā)明設(shè)備可采取積木式模塊結(jié)構(gòu)，因而使結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，便于調(diào)試和維護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼的在線檢測(cè)法，其特征在于它由以下步驟實(shí)現(xiàn)；(1).采用渦流傳感器或電磁傳感器采集振動(dòng)信號(hào)；(2).采用特征信號(hào)提取器得到振動(dòng)信號(hào)中的低頻分量；(3).將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；(4).采用護(hù)展普羅尼(Prong)法進(jìn)行特征信號(hào)處理，將實(shí)測(cè)的低頻特征信號(hào)轉(zhuǎn)化成反映軸承阻尼特性的軸承阻尼因子和低頻頻率；(5).采用顯示器顯示處理結(jié)果或打印機(jī)打印出處理結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼在線檢測(cè)法，其特征在于特征信號(hào)提取采用由放大器進(jìn)行信號(hào)放大，再用有源RC帶通濾波器濾波，然后用高精度濾波器濾波出低頻特征信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼在線檢測(cè)法，其特征在于特征信號(hào)處理采取由實(shí)測(cè)信號(hào)建立自回歸差分方程，求出自回歸系數(shù);用自回歸系數(shù)構(gòu)造一個(gè)多項(xiàng)式，用劈因子法求得多項(xiàng)式的特征根;根據(jù)特征根與阻尼因子和低頻頻率的關(guān)系求出阻尼因子和低頻頻率;剔除虛假值，輸出正確結(jié)果。
4.一種用于檢測(cè)汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼的在線檢測(cè)設(shè)備，由振動(dòng)傳感器、特征信號(hào)提取器、信號(hào)采集器、特征信號(hào)處理器、電源和外殼組成，其特征在于特征信號(hào)提取器采用放大器、有源RC帶通濾波器和具有陡峭頻率衰減特性的濾波器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼在線檢測(cè)設(shè)備，其特征在于具有陡峭頻率衰減特性的濾波器采用開(kāi)關(guān)電容濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼在線檢測(cè)設(shè)備，其特征在于特征信號(hào)處理器由8031單片機(jī)、EPROM、RAM、通用I/O擴(kuò)展芯片8155、打印機(jī)、LED數(shù)碼管顯示器和鍵盤構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼在線檢測(cè)設(shè)備，其特征在于采用積木式的模塊結(jié)構(gòu)，由輸入模塊、主模塊、顯示與鍵盤模塊、打印模塊和電源模塊組成。
全文摘要
汽輪發(fā)電機(jī)組軸承阻尼在線檢測(cè)法及設(shè)備屬于振動(dòng)分析和測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。在線檢測(cè)法采用信號(hào)采集、特征信號(hào)提取、模數(shù)轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展普羅尼(Prong)法進(jìn)行特征信號(hào)處理等方案實(shí)現(xiàn)；在線檢測(cè)設(shè)備由振動(dòng)傳感器、特征信號(hào)提取器、信號(hào)采集器、特征信號(hào)處理器、電源和外殼組成，特征信號(hào)提取器可由放大器，在源RC帶通濾波器和具有陡峭頻率衰減特性的濾波器構(gòu)成，可對(duì)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，及時(shí)診斷和排除故障，確保安全運(yùn)行。
文檔編號(hào)G01M13/04GK1109166SQ9411127
公開(kāi)日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1994年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月22日
發(fā)明者高, 楊建剛, 蔡躍明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)