变速旋转机械设备振动状态监测方法及装置制造方法及图纸

本申请实施例提供了一种变速旋转机械设备振动状态监测方法及装置，该方法包括：当设备在正常状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速；融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，提取融合后振动速度的振动均方根值，并确定所述振动均方根值的均值和方差；拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，获得对应的连续函数；将所述连续函数代入预设的决策函数，获得报警阈值模型；实时获取所述设备当前的振动均方根值和转速，并将其代入所述报警阈值模型中以获取所述设备当前的振动状态。本申请实施例可以提高变速旋转机械设备振动状态报警的准确率。

Vibration condition monitoring method and device for variable speed rotating machinery

The embodiment of the present application provides a method and device for monitoring the vibration state of rotating machinery equipment with variable speed. The method includes: synchronously collecting the vertical direction vibration speed, the horizontal direction vibration speed and the rotating speed of the equipment while the equipment is in normal state increasing from the lower limit rotation speed to the upper limit rotation speed; fusing the vertical direction vibration speed and the rotating speed; The mean square root value of the fused vibration speed is extracted, and the mean square root value and the variance of the vibration root mean square value are determined; the corresponding continuous function is obtained by fitting the relationship curves of the mean value and the variance with the rotational speed respectively; and the continuous function is substituted into the preset continuous function. The decision function obtains the alarm threshold model, obtains the current vibration root mean square value and the rotational speed of the device in real time, and substitutes them into the alarm threshold model to obtain the current vibration state of the device. The application example can improve the accuracy of the vibration state alarm of the rotating machinery.

【技术实现步骤摘要】
变速旋转机械设备振动状态监测方法及装置
本申请涉及变速旋转机械设备状态监测
，尤其是涉及一种变速旋转机械设备振动状态监测方法及装置。
技术介绍
对旋转机械设备(以下简称设备)而言，绝大多数故障都是与机械运动或振动相密切联系的。因此，设备振动状态监测具有重要意义。为确定设备的状态，往往需要将采集的状态值与报警阈值进行比较。而传统的报警阈值通常为静态阈值，常见的建立方法主要有统计法、回归分析法和神经网络法等。工程实际中最常用的是3σ法，即根据历史数据计算得到均值M和标准差σ，以注意阈值为M+2σ，危险阈值为M+3σ。然而上述方法均假设设备处于恒定转速运行。工程实际中，由于电源电压波动、变频控制等因素，设备常处于变速运行工况，导致基于恒定转速建立的静态报警阈值不再适用，极易造成误报漏报事故。针对上述问题，已有部分学者对动态报警阈值模型进行了初步研究。如张遂强基于概率神经网络构建阈值模型，报警阈值可随设备运行状态而自适应调整；谢广军等提出改进自适应相关阈值算法用于实时监测涡轮泵运行状态；陈勇强提出基于径向基函数的动态阈值模型改进了静态阈值虚警率高的不足。然而，本申请的专利技术人研究发现：上述动态模型都是通过不断更新训练样本集，重新训练得到的，其模型在求解时未考虑转速变化影响，不能有效区分缓变故障和转速变化，影响报警准确率。另外，上述动态模型大都基于单一通道信号建立，由于转子涡动特性等因素，难以真实反映设备的运行状态。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种变速旋转机械设备振动状态监测方法及装置，以提高变速旋转机械设备振动状态报警的准确率。为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种变速旋转机械设备振动状态监测方法，包括：当设备在正常状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速；融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，提取融合后振动速度的振动均方根值，并确定所述振动均方根值的均值和方差；拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，获得对应的连续函数；将所述连续函数代入预设的决策函数，获得报警阈值模型；实时获取所述设备当前的振动均方根值和转速，并将其代入所述报警阈值模型中以获取所述设备当前的振动状态。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测方法中，所述报警阈值模型包括：f(x，s)＝(μ(s)+kσ(s))(1+P)-x其中，f(x，s)为决策函数，(μ(s)+kσ(s))(1+P)为报警阈值，x为振动均方根值，s为转速，μ(s)为x的均值与s的连续函数，σ(s)x的方差与s的连续函数，k为阈值因子，P为预设常数。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测方法中，所述融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，包括：根据全矢谱算法融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测方法中，所述拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，包括：根据相关向量机算法拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测方法中，在实时获取所述设备当前的振动均方根值和转速之前，还包括：当设备在故障状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速，以作为测试样本；根据所述测试样本对所述报警阈值模型进行测试，以确定所述报警阈值模型的报警准确率是否达到预设报警准确率；当所述报警阈值模型的报警准确率低于预设报警准确率时，调整所述阈值因子以更新所述报警阈值模型，直至当前获得的报警阈值模型的报警准确率达到预设报警准确率为止。另一方面，本申请实施例还提供了一种变速旋转机械设备振动状态监测装置，包括：数据预采集模块，用于当设备在正常状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速；振动特征提取模块，用于融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，提取融合后振动速度的振动均方根值，并确定所述振动均方根值的均值和方差；转速函数确定模块，用于拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，获得对应的连续函数；阈值模型构建模块，用于将所述连续函数代入预设的决策函数，获得报警阈值模型；实时状态监测模块，用于实时获取所述设备当前的振动均方根值和转速，并将其代入所述报警阈值模型中以获取所述设备当前的振动状态。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测装置中，所述报警阈值模型包括：f(x，s)＝(μ(s)+kσ(s))(1+P)-x其中，f(x，s)为决策函数，(μ(s)+kσ(s))(1+P)为报警阈值，x为振动均方根值，s为转速，μ(s)为x的均值与s的连续函数，σ(s)x的方差与s的连续函数，k为阈值因子，P为预设常数。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测装置中，所述融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，包括：根据全矢谱算法融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测装置中，所述拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，包括：根据相关向量机算法拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线。本申请实施例的变速旋转机械设备振动状态监测装置中，还包括：阈值模型优化模块，用于当设备在故障状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速，以作为测试样本；根据所述测试样本对所述报警阈值模型进行测试，以确定所述报警阈值模型的报警准确率是否达到预设报警准确率；当所述报警阈值模型的报警准确率低于预设报警准确率时，调整所述阈值因子以更新所述报警阈值模型，直至当前获得的报警阈值模型的报警准确率达到预设报警准确率为止。由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中，在获取到竖直方向振动速度和水平方向振动速度这对双通道信号后，对双通道信号融合，提取融合后信号的振动均方根值作为特征，然后通过拟合特征的均值、方差分别与转速的关系，得到对应的关于转速的连续函数，然后基于连续函数构建报警阈值模型，并据此报警阈值模型进行设备振动监测。由于融合后信号能够全面反映设备的运行状态，且构建报警阈值模型所用的连续函数也考虑到转速的变化，因此，相对于现有技术，本申请实施例具有更高的报警准确率。因此，本申请实施例应用于变速旋转设备的振动监测领域，效果尤其明显。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本申请一实施例中变速旋转机械设备振动状态监测方法的流程图；图2为本申请一实施例中动态阈值模型构建流程图；图3为本申请一实施例中双通道信号融合与验证图；图4a为本申请一实施例中测试误差随λ变化关系图；图4b为本申请一实施例中相关向量个数随λ变化关系图；图5为本申请一实施例中测试误差随k的变化关系图；图6为本申请一实施例中利用融合后信号构建的报警阈值模型所监测的设备正常状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变速旋转机械设备振动状态监测方法，其特征在于，包括：当设备在正常状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速；融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，提取融合后振动速度的振动均方根值，并确定所述振动均方根值的均值和方差；拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，获得对应的连续函数；将所述连续函数代入预设的决策函数，获得报警阈值模型；实时获取所述设备当前的振动均方根值和转速，并将其代入所述报警阈值模型中以获取所述设备当前的振动状态。

【技术特征摘要】
1.一种变速旋转机械设备振动状态监测方法，其特征在于，包括：当设备在正常状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速；融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，提取融合后振动速度的振动均方根值，并确定所述振动均方根值的均值和方差；拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，获得对应的连续函数；将所述连续函数代入预设的决策函数，获得报警阈值模型；实时获取所述设备当前的振动均方根值和转速，并将其代入所述报警阈值模型中以获取所述设备当前的振动状态。2.如权利要求1所述的变速旋转机械设备振动状态监测方法，其特征在于，所述报警阈值模型包括：f(x，s)＝(μ(s)+kσ(s))(1+P)-x其中，f(x，s)为决策函数，(μ(s)+kσ(s))(1+P)为报警阈值，x为振动均方根值，s为转速，μ(s)为x的均值与s的连续函数，σ(s)为x的方差与s的连续函数，k为阈值因子，P为预设常数。3.如权利要求1所述的变速旋转机械设备振动状态监测方法，其特征在于，所述融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度，包括：根据全矢谱算法融合所述竖直方向振动速度和所述水平方向振动速度。4.如权利要求1所述的变速旋转机械设备振动状态监测方法，其特征在于，所述拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线，包括：根据相关向量机算法拟合所述均值、所述方差分别与所述转速的关系曲线。5.如权利要求1所述的变速旋转机械设备振动状态监测方法，其特征在于，在实时获取所述设备当前的振动均方根值和转速之前，还包括：当设备在故障状态下由下限转速增大至上限转速的过程中，同步采集所述设备的竖直方向振动速度、水平方向振动速度和转速，以作为测试样本；根据所述测试样本对所述报警阈值模型进行测试，以确定所述报警阈值模型的报警准确率是否达到预设报警准确率；当所述报警阈值模型的报警准确率低于预设报警准确率时，调整所述阈值因子以更新所述报警阈值模型，直至当前获得的报警阈值模型的报警准确率达到预设报警准确率为止。6.一种变速旋转机械设备振动状态监测装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：段礼祥，王凯，张来斌，袁壮，秦天飞，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11