專利名稱：汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種汽輪發(fā)電機(jī) 組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法。
背景技術(shù)：
汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生低頻振動(dòng)的危險(xiǎn)性極大，若不及時(shí)處理并查明原 因，很可能導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。汽輪發(fā)電機(jī)組軸系劇烈的低頻振動(dòng)可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子在 密封、軸瓦、葉頂?shù)炔课话l(fā)生動(dòng)靜碰摩、軸瓦烏金脫胎，并產(chǎn)生大幅交變應(yīng)力所形成的 力學(xué)疲勞環(huán)境，有可能誘發(fā)轉(zhuǎn)子裂紋，對(duì)機(jī)組安全性以及可靠性有潛在危害，必須消除 和避免機(jī)組軸系低頻振動(dòng)故障。大型汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的低頻振動(dòng)故障，已經(jīng)成為影響 大型機(jī)組安全運(yùn)行的重大問題。因此，一旦發(fā)現(xiàn)低頻振動(dòng)，應(yīng)立即采取措施。但由于 產(chǎn)生低頻振動(dòng)的原因非常復(fù)雜，與機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝、工作環(huán)境、操作運(yùn) 行、運(yùn)行時(shí)間、工作介質(zhì)、設(shè)備狀況等很多因素有關(guān)，低頻振動(dòng)故障機(jī)理復(fù)雜，處理難 度大。隨著大型汽輪發(fā)電機(jī)組容量提高，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性提出了更高的要求。因 此，對(duì)大型發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)的辨識(shí)對(duì)保證整個(gè)大型發(fā)電機(jī)組的安全性十分重要。通常 大型發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)分析工作，由具有一定現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員完成，由此帶來 分析工作對(duì)專業(yè)人員的依賴程度較高、診斷經(jīng)濟(jì)成本大、周期長(zhǎng)等問題，并且無法做到 大型汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)實(shí)時(shí)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)、分析及判別。因此，提出一種大型汽輪 發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法就顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種大型汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方 法，對(duì)機(jī)組軸系轉(zhuǎn)子低頻振動(dòng)平穩(wěn)性進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)、分析及判別，從而提高汽 輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)辨識(shí)效率和準(zhǔn)確度，保證汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。技術(shù)方案是，一種汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法，其特征是所述 方法包括下列步驟步驟1 實(shí)時(shí)采集機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的軸相對(duì)振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及鍵相
信號(hào)；
步驟2:利用快速傅立葉變換頻譜分析方法，計(jì)算每一采集時(shí)刻從低頻到高頻 的振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值序列；步驟3:從所述振動(dòng)幅值序列中，截取所有小于機(jī)組工作轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)頻率 所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值，得到中間振動(dòng)幅值序列；步驟4 將中間振動(dòng)幅值序列中，小于1 μ m的振動(dòng)幅值替換為0 μ m，得到最終 振動(dòng)幅值序列；步驟5:計(jì)算最終振動(dòng)幅值序列的低頻振動(dòng)幅值熵，當(dāng)?shù)皖l振動(dòng)幅值熵小于等于設(shè)定閾值，則機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)處于平穩(wěn)狀態(tài)；否則，機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè) 的當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)處于不平穩(wěn)狀態(tài)。所述計(jì)算最終振動(dòng)幅值序列的低頻振動(dòng)幅值熵，采用公式
E = Zt(4/re9)2 HiAjreq)2)]唭中，是最終振動(dòng)幅值序列，n是最終振動(dòng)幅值序列的數(shù) 1=1 Λ
據(jù)個(gè)數(shù)，并且規(guī)定當(dāng)(4_)2=0時(shí)，1η((4~)2) = 0。所述設(shè)定閾值為500。本發(fā)明的效果在于，利用汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)軸相對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算分析判 斷當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)是否平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、分析判別，提高了汽輪發(fā)電 機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)辨識(shí)效率和準(zhǔn)確度，保證汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。


圖1是汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析示意圖；圖2是汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示 例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析過程所需要的發(fā)電機(jī)組軸相對(duì)振動(dòng)信 號(hào)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及鍵相信號(hào)可以從配置發(fā)電機(jī)組的監(jiān)視儀表(TSI)獲得。圖1是 汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析示意圖。其中，數(shù)據(jù)采集卡插入工業(yè)用微型計(jì)算 機(jī)(IPC)提供的插槽內(nèi)。根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡的要求，數(shù)據(jù)采集調(diào)理設(shè)備處理來自發(fā)電機(jī)組 監(jiān)視儀表(TSI)的軸相對(duì)振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)、鍵相信號(hào)，經(jīng)過處理后的軸相對(duì) 振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)、鍵相信號(hào)輸入IPC內(nèi)的相應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡。振動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡 每一通道技術(shù)參數(shù)為50ks/s，24bit。根據(jù)本發(fā)明提供的方法，設(shè)計(jì)具體的大型汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分 析程序，將實(shí)時(shí)辨識(shí)程序安裝在工業(yè)用微型計(jì)算機(jī)(IPC)內(nèi)。大型汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振 動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析程序中的一次分析循環(huán)過程，包括實(shí)時(shí)分析方法中涉及的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采 集、低頻振動(dòng)幅值實(shí)時(shí)計(jì)算、低頻振動(dòng)幅值熵實(shí)時(shí)計(jì)算及低頻振動(dòng)平穩(wěn)性判定等一系列 計(jì)算分析驗(yàn)證環(huán)節(jié)。圖2是汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法流程圖。在實(shí)施本方法前， 設(shè)定閾值為500。如圖2所示，汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法包括下列步 驟步驟1:實(shí)時(shí)采集機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的軸相對(duì)振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及鍵相 信號(hào)。其采集方式如圖1所示。步驟2:利用快速傅立葉變換頻譜分析方法，計(jì)算每一采集時(shí)刻從低頻到高頻 的振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值序列。在工業(yè)用微型計(jì)算機(jī)(IPC)內(nèi)，根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的軸相對(duì)振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速信號(hào)以及鍵相信號(hào)，利用快速傅立葉變換頻譜分析方法，計(jì)算每一采集時(shí)刻從低頻到高頻的振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值序列。步驟3:從所述振動(dòng)幅值序列中，截取所有小于機(jī)組工作轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)頻率 所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值，得到中間振動(dòng)幅值序列。一般機(jī)組工作轉(zhuǎn)速頻率為50Hz，因此截取過程是將小于50Hz頻率的振動(dòng)頻率所 對(duì)應(yīng)的所有振動(dòng)幅值截取出來，形成新的序列4"""。在實(shí)施過程中，可以設(shè)定振動(dòng)數(shù)據(jù)采 集頻率及采集數(shù)據(jù)量，使得形成的新序列片-的個(gè)數(shù)為100個(gè)。這樣得到新序列稱為中間 振動(dòng)幅值序列^mw，其中1 U S 100。步驟4 將中間振動(dòng)幅值序列中，小于1 μ m的振動(dòng)幅值替換為0 μ m,得到 最終振動(dòng)幅值序列為~。步驟5:計(jì)算最終振動(dòng)幅值序列凍的低頻振動(dòng)幅值熵，并根據(jù)低頻振動(dòng)幅值熵 判定機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)是否處于平穩(wěn)狀態(tài)。其中，最終振動(dòng)幅值序列A，的低頻振動(dòng)幅值熵，采用公式 E = Y^Alreq)2 ln((4細(xì))2)]計(jì)算。1 $ i $ 100 ；并且規(guī)定當(dāng)(j細(xì))2 = Q時(shí)，= 0。由于在步驟開始時(shí)，設(shè)定閾值為500，所以，當(dāng)最終振動(dòng)幅值序列Xf9的低頻振 動(dòng)幅值熵ES500時(shí)，判定機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)處于平穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)最終振動(dòng) 幅值序列的低頻振動(dòng)幅值熵E > 500時(shí)，則判定機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)處 于不平穩(wěn)狀態(tài)。本發(fā)明提供的一種大型汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì) 機(jī)組軸系轉(zhuǎn)子低頻振動(dòng)平穩(wěn)性進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)、分析及判別，提高了汽輪發(fā)電機(jī) 組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)辨識(shí)效率和準(zhǔn)確度，保證了汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于 此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或 替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的 保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法，其特征是所述方法包括下列步驟步驟1:實(shí)時(shí)采集機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的軸相對(duì)振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及鍵相信號(hào)；步驟2:利用快速傅立葉變換頻譜分析方法，計(jì)算每一采集時(shí)刻從低頻到高頻的振 動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值序列；步驟3:從所述振動(dòng)幅值序列中，截取所有小于機(jī)組工作轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)頻率所對(duì) 應(yīng)的振動(dòng)幅值，得到中間振動(dòng)幅值序列；步驟4:將中間振動(dòng)幅值序列中，小于Iym的振動(dòng)幅值替換為Ομιη，得到最終振動(dòng) 幅值序列；步驟5:計(jì)算最終振動(dòng)幅值序列的低頻振動(dòng)幅值熵，當(dāng)?shù)皖l振動(dòng)幅值熵小于等于設(shè) 定閾值，則機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)處于平穩(wěn)狀態(tài)；否則，機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的當(dāng) 前時(shí)刻低頻振動(dòng)處于不平穩(wěn)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法，其特征是所述計(jì)算最終振動(dòng)幅值序列的低頻振動(dòng)幅值熵，采用公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法，其特征是 所述設(shè)定閾值為500。
全文摘要
本發(fā)明公開了旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)領(lǐng)域中的一種汽輪發(fā)電機(jī)組低頻振動(dòng)平穩(wěn)性實(shí)時(shí)分析方法。包括實(shí)時(shí)采集機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的軸相對(duì)振動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及鍵相信號(hào)；利用快速傅立葉變換頻譜分析方法，計(jì)算每一采集時(shí)刻從低頻到高頻的振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值序列；截取所有小于機(jī)組工作轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅值，將小于1μm的振動(dòng)幅值替換為0μm，計(jì)算低頻振動(dòng)幅值熵并判定機(jī)組轉(zhuǎn)子一側(cè)的當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)是否處于平穩(wěn)狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前時(shí)刻低頻振動(dòng)平穩(wěn)性自動(dòng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，提高了平穩(wěn)性實(shí)時(shí)辨識(shí)效率，保證汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。
文檔編號(hào)F01D21/00GK102022143SQ201010564760
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者宋光雄 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)