来自振动频谱图的RPM的确定制造技术

一种用于确定转速的振动分析器。所述振动分析器包括：a)用于感测振动数据的输入器件，b)用于存储振动数据的存储器，以及c)处理器。所述处理器：1)产生振动数据的频谱图，2)在频谱图中定位峰值，3)输入转速，以及4)以预定转速增量扫描频谱图以提供候选转速。对于每个候选转速：i)识别多个关联谐波，ii)定位频谱图中与候选转速及其谐波最接近的峰值，iii)测量最接近的峰值与候选转速及其谐波之间的差距，iv)求和，并记录差距的总和。在步骤(5)中，选择与最小总和相关联的候选转速作为额定转速。

【技术实现步骤摘要】
来自振动频谱图的RPM的确定
本专利技术涉及用于确定机器的转速的装置，并且更具体地涉及用于在没有实际转速测量的情况下使用振动分析来确定转速的分析器。
技术介绍
诸如风扇、电动机、涡轮机等的旋转设备由于诸如磨损、变动的负载、损坏、滥用以及杂质累积的情况而倾向于随时间推移失去它们的平衡或对准。由于失去平衡和对准，设备产生过度振动，如果不修正，这会导致对设备的加速磨损和其它损坏。振动分析器检测从旋转设备发出的振动。这种分析器确定振动的来源，是否是不平衡、未对准、轴承磨损、零件缺失或破碎，还是一些其它问题。为了正确诊断振动问题，必须知道轴的转速。然而，在数据收集时，经常不知道转速。因此，必须从振动频谱中计算转速。振动频谱中的轴的转速的相关性对于问题诊断是必需的，这是因为经常存在许多不同的潜在的振动源，每个振动源都造成不同的振动特征(signature)。要做的第一确定中的一个是检测到的振动与设备的旋转是同步还是异步。如果异步，则进行分析以确定振动是否可以以一些其它方式与设备的转速相关。以这种方式，具体问题被隔离并修正。例如，在一件旋转设备(诸如涡轮机)中，与转速的一次谐波同步的振动指示转子不平衡，对此，存在明确的修正方法。知道涡轮机的转速允许快速诊断出这个问题，并且减少对无关的潜在振动源的调查上浪费的时间。作为另一示例，有缺陷的抗摩擦轴承产生具有与轴的速度的固定但非整数关系的振动。因此振动不是轴的转速的谐波。然而，在知道轴承参数(诸如内环(innerraced)故障频率和外环(outerraced)故障频率)的情况下，由有缺陷的轴承产生的振动与轴的速度相关，并且诊断和修正该问题。此外，在不知道轴的速度的情况下，有缺陷的轴承更难以诊断。此外，在一件旋转设备(诸如可能具有多个不同尺寸的齿轮的齿轮箱)中，诸如一个齿轮上的裂纹齿的问题会造成与轴的转速同步的振动。使转速、每个齿轮上已知的齿数以及振动频谱相关允许诊断损坏的齿轮。在每种情况下，如果设备的转速已知，则振动源的诊断更容易。转速与振动频谱的实际相关性以及相关信息的分析由技术人员执行，或者如果振动检测仪器具有这种能力，则由振动检测仪器自动执行。问题在于，在不使用转速计来测量转速的情况下，其难以准确地确定转速。在很多情况下，转速被假定为机器被配置时的默认分配或者当使用便携式分析器收集数据时被手动输入。在这种情况下，转速最多是近似值。随着机器上的负载变化，实际的转速也可能变化。因此，由于手动数据输入错误，假定的转速可能完全不正确。因此，所需要的是当转速计和实际转速数据不可用时可以用于确定机器转速的装置。
技术实现思路
鉴于上述内容，本专利技术的第一方面是一种用于确定旋转轴的额定(nominal)转速的振动分析器。所述振动分析器包括：a)用于感测在轴的未知转速下的振动信号数据的输入器件，b)用于存储振动信号数据的存储器，以及c)处理器。处理器：1)产生振动数据的频谱图，2)在频谱图中定位峰值，以及3)输入转速，以及4)以预定的转速增量扫描频谱图，其在第一转速处开始并且在第二转速处结束，以提供每个增量处的候选转速。对于每个候选转速：i)，识别预定数量的关联谐波，ii)定位频谱图中的与候选转速及其关联谐波最接近的峰值，iii)测量最接近的峰值与候选转速及其关联谐波之间的差距(gap)，iv)对与候选转速相关联的差距求和，并且记录差距的总和。在步骤(5)中，然后选择步骤(iv)中与最小总和相关联的候选转速作为额定转速。在本专利技术的第二方面中，提供了一种用于确定旋转轴的额定转速的振动分析器。所述振动分析器包括：a)用于感测在轴的未知转速下的振动信号数据的输入器件，b)用于存储振动信号数据的存储器，以及c)处理器。处理器：1)产生振动数据的频谱图，2)在频谱图中定位峰值，以及3)以预定的转速增量扫描频谱图，其在第一转速处开始并在第二转速处结束，以提供每个增量处的候选转速。对于每个候选转速：i)识别预定数量的关联谐波，ii)定位频谱图中的与候选转速及其关联谐波最接近的峰值，iii)测量差距，以及iv)记录差距总和。接下来，(4)识别表示局部最小差距的差距总和，(5)定位与步骤(4)中的局部最小差距相关联的峰值总和，以及6)选择与最大峰值总和相关联的候选转速作为额定转速。在本专利技术的第三方面中，提供了一种用于确定旋转轴的额定转速的振动分析器。所述振动分析器具有：用于感测在轴的未知转速下的振动信号数据的输入器件、用于存储振动信号数据的存储器、以及处理器。处理器：产生振动数据中的峰值的频谱图；接收所估计的转速；接收精度值；识别频谱图中的预定数量(k)的最大峰值；并记录针对每个峰值的定位振幅和关联频率。通过将每个最大峰值的定位频率除以1到N(其中N是被评估以计算转速的最大谐波数量)的整数值来创建一组候选转速，以产生用于每个定位频率的被除值(dividedvalue)。当给定的被除值之一在所估计的转速的精度值之内时，该给定的被除值被指定为候选转速，其中每个候选频率表示谐波族。基于候选转速和候选转速的谐波倍数与每个最大峰值的接近度，为每个候选转速提供得分。选择具有最高得分的候选转速作为额定转速。在一些方面中，输入转速或所估计的转速是机器的标示牌转速。在其它方面中，第一转速是大约50％的输入转速，且第二转速是大约150％的输入转速。在一些方面中，第一转速是邻近频谱图的开始的转速，且第二转速处于从频谱图的总转速范围的大约1/5到大约1/10的范围。在一些方面中，用于感测振动信号的输入器件是振动传感器。在其它方面中，预定转速增量处于从输入转速的大约1/10到大约1/100的范围。在一些方面中，预定转速增量处于从第一转速到第二转速的转速跨度的大约1/10到大约1/100的范围。在第一方面中，在谐波频谱中识别用于转向速度的合理起点。所述起点可以来自客户或文献。频谱以大约1％的起点的增量扫描，在大约50％的起点处开始并且在大约150％的起点处结束。在一些实施例中，范围和增量是用户可调的。在一些方面中，通过对每个候选转速和每个最大峰值之间以及候选转速的每个谐波倍数和每个最大峰值之间的差距求和，给候选转速评分。在其它方面中，精度值处于从大约0.5％到大约2％的范围。还是在其它方面中，频谱图中的最大峰值的预定数量处于从1到K的范围，其中K小于或等于LOR/4，其中LOR是频谱图的分辨率的线。在其它方面中，N典型地处于从大约6到大约10的范围。N的值可以与齿轮箱的齿轮上的齿数一样大。N的值可以是与Fmax/(所估计的速度)一样大的整数值，其中“Fmax”是最大频率。因此，通过使用本文描述的装置，用户能够通过跨振动频谱峰值扫描来提高假定转速的精确度，或者如果这没有反映合理的转速，则能够跨所有频谱峰值扫描以确定最可能的转速。附图说明通过当结合以下附图考虑时参考优选实施例的详细描述，可以最好地理解本专利技术，在附图中：图1是根据本公开的实施例的振动分析器的示意图；图2是使用根据本专利技术的第一方面的装置来收集和使用振动数据的步骤的框图；图3是根据本专利技术的第一方面的装置的频谱图中的峰值相对转速的曲线图；图4是根据本专利技术的第一方面的峰值和转速之间的差距总和相对转速的图，示出了作为最小总和的额定转速；图5是使用根据本专利技术的第二方面的装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定旋转轴的额定转速的振动分析器，包括：a)用于感测轴的未知转速下的振动信号数据的输入器件，b)存储器，用于存储所述振动信号数据，c)处理器，用于：1)产生所述振动数据的频谱图，2)定位所述频谱图中的峰值，3)输入转速，4)以预定转速增量扫描所述频谱图，其在第一转速处开始并在第二转速处结束，以提供每个增量处的候选转速，并且对于每个候选转速：i)识别预定数量的关联谐波，ii)定位频谱图中的与所述候选转速及其关联谐波最接近的峰值，iii)测量最接近的峰值与所述候选转速及其关联谐波之间的差距，iv)对与所述候选转速相关联的差距求和，并记录所述差距的总和，以及5)选择与步骤(iv)中的最小总和相关联的候选转速作为额定转速。

【技术特征摘要】
2018.04.05 US 15/946,4031.一种用于确定旋转轴的额定转速的振动分析器，包括：a)用于感测轴的未知转速下的振动信号数据的输入器件，b)存储器，用于存储所述振动信号数据，c)处理器，用于：1)产生所述振动数据的频谱图，2)定位所述频谱图中的峰值，3)输入转速，4)以预定转速增量扫描所述频谱图，其在第一转速处开始并在第二转速处结束，以提供每个增量处的候选转速，并且对于每个候选转速：i)识别预定数量的关联谐波，ii)定位频谱图中的与所述候选转速及其关联谐波最接近的峰值，iii)测量最接近的峰值与所述候选转速及其关联谐波之间的差距，iv)对与所述候选转速相关联的差距求和，并记录所述差距的总和，以及5)选择与步骤(iv)中的最小总和相关联的候选转速作为额定转速。2.根据权利要求1所述的振动分析器，其中所述第一转速是大约50％的输入转速。3.根据权利要求1所述的振动分析器，其中所述第二转速是大约150％的输入转速。4.根据权利要求1所述的振动分析器，其中步骤(e)的输入转速是所述机器的标示牌转速。5.根据权利要求1所述的振动分析器，其中用于感测振动信号的输入器件是振动传感器。6.根据权利要求1所述的振动分析器，其中所述预定转速增量处于从所述输入转速的大约1/10到大约1/100的范围。7.一种用于确定旋转轴的额定转速的振动分析器，包括：a)用于感测轴的未知转速下的振动信号数据的输入器件，b)存储器，用于存储所述振动信号数据，c)处理器，用于：1)产生所述振动数据的频谱图，2)定位所述频谱图中的峰值，3)以预定转速增量扫描所述频谱图，其在第一转速处开始并在第二转速处结束以提供每个增量处的候选转速，并且对于每个候选转速：i)识别预定数量的关联谐波，ii)定位频谱图中的与所述候选转速及其关联谐波最接近的峰值，iii)测量差距，以及iv)记录所述差距的总和，4)识别表示局部最小差距的差距的总和，5)对与步骤(4)中的局部最小差距相关联的峰值总和求和，6)选择与步骤(5)中的最大峰值总和相关联的候选转速作为所述额定转速。8.根据权利要求7所述的振动分析器，其中所述第一转速是邻近所述频谱图的开始的转速。9.根据权利要求7所述的振动分析器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·J·海森，斯图尔特·V·鲍尔斯三世，
申请(专利权)人：计算机系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US