叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断法制造技术

一种叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断法，涉及叶轮机械叶片故障的监测诊断方法。该方法包括转动叶轮机械，在计算机的“程序”中选叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断软件，显示该软件的主画面，在其上选叶间间距监测诊断法按钮，输入被测叶轮机械的叶片数目，确定叶片类型，将叶片脉冲信号和鉴相脉冲信号进行放大、滤波，送计算机，显示叶片信号脉冲图，鉴相信号脉冲图和故障诊断图，观察故障诊断图，并对叶片故障进行发现分析判断。本发明专利技术测量时可靠性高，测量准确性高，能诊断叶片的多种故障，简单易懂，实现容易，广泛用于各种叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种叶轮机械叶片故障的监测诊断方法。该方法利用传感器非接触测量相邻两叶片间的间距，对所测的间距进行分析处理，提取叶片故障特征，判别叶片是否有故障、故障类型、故障严重程度，并进行叶片故障预报。该方法主要适用于各类叶轮机械优化设计、性能评价、运行监控和故障诊断。目前在检索到的资料中，原苏联巴拉诺夫中央研究院提出监测叶片振动的间断相位法。旋转叶片在强大风阻力的作用下将产生形变，变化的风阻力和叶片弹性恢复力共同作用，使叶片相对于叶轮机械转轴产生振动，其振幅较稳定。当叶片有了微小疲劳裂痕或其它故障时，叶片的振幅会明显升高。间断相位法的原理是测量叶片顶端进入和离开脉冲传感器的扫描宽度。这些脉冲传感器是安装在叶轮机械叶片相对应的外壳上，当叶片通过脉冲传感器时，脉冲传感器将产生脉冲，然后从这些脉冲宽度中分析出有关叶片振动情况的信息。采用间断相位法测试时，叶片处于正常状态时，示波器上出现规则的波形；叶片振动、折断时，脉冲传感器输出的信号将出现相位差，体现在故障前后叶片扫描宽度发生变化，此时示波器上射线长度会发生改变，由此能判断叶片振动的大小。根据间断相位法得到的叶片振动信息能诊断叶片故障。间断相位法的主要步骤是用传感器采集叶片在动态下相对于转动轴的振动幅值信号；从某个叶片进入传感器开始产生脉冲，将该脉冲信号输入到电子射线管的垂直偏转板上，使射线沿着屏位移并开始绘制垂直扫描线，当该叶片离开传感器时，脉冲消失，射线停止移动并结束垂直扫描线的绘制；根据屏幕上射线的长度确定叶片振动的振幅，由测到的振动信息判断叶片故障形式。间断相位法有以下不足出现能真实反映最大振幅的机率很低。因为能产生最大扫描宽度的条件是沿旋转方向，叶片为正向最大位移时进入传感器扫描区，同时，沿旋转方向，叶片为反向最大位移时离开传感器扫描区，但出现以上条件的机率很低；不能对叶片振动和叶片故障进行区分。由于工况变化和叶片个体的差异，导致各叶片振幅有一定的差异，所以用间断相位法不能从测试得到的振幅中分辨出叶片正常和叶片故障产生的振幅；只能测量叶片振动参数，不适合监测诊断叶片变形、弯曲、松动。本专利技术使用的装置包括1、叶片脉冲传感器如北京测振仪器厂8500系列电涡流传感器，型号85811-01A-85745-01A。2、前置器如北京测振仪器厂8500系列电涡流传感器φ8探头前置器，型号85811-01A。3、A/D卡如美国National Instruments公司产品，型号DAQCARD-1200。4、计算机如美国Dell公司H500XT笔记本计算机或中高档PC机。5、连接电缆如重庆电缆厂生产，型号RVVP4×0.2屏蔽信号电缆或其它屏蔽电缆。6、鉴相脉冲传感器如北京测振仪器厂8500系列电涡流传感器，型号85811-01A-85745-01A。7、直流稳压电源；如辽宁朝阳市电源有限公司生产，型号4NIC-X24。本装置的构成是在叶轮机械径向外壳上安装脉冲传感器，传感器探头对准叶轮机械同一级上的所有叶片，探头距离叶片顶部均为1～2mm；在叶轮的主轴外缘直径方向的上方安装一个鉴相脉冲传感器的定位件，该定位件要与叶轮上的其中一叶片对齐，与该定位件对应的叶片标记为一号叶片。在定位件的上方安装鉴相脉冲传感器，鉴相脉冲传感器的探头与定位件之间的距离为1～2mm；用传感器自带的电缆将传感器和前置器连接，用连接电缆将前置器和A/D卡连接，A/D卡插入计算机插槽；用连接电缆将直流稳压电源上的±15伏电源与前置器连接。叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断法的原理是考虑到叶片发生故障后将引起叶片之间间距的变化。而叶片间间距的变化能用脉冲传感器检测到的脉冲之间的宽度变化反映出来，因此采用安装在叶轮机械外壳上的叶片脉冲传感器非接触测量旋转叶片经过叶片脉冲传感器探头时产生的叶片信号脉冲，用该信号脉冲检测相邻叶片间的间距，同时利用鉴相脉冲传感器检测到的鉴相信号脉冲进行叶片数细分，达到对叶间间距分度的目的，使叶间动态间距与叶片一一对应。在叶轮机械连续运转过程中，叶轮旋转一圈检测到的叶间间距为一个样本，通过对多样本的数据进行处理，分析计算脉冲间的动态间距的变化，获取叶片振动和叶片故障的信息。当叶片没有故障时，两叶片间的间距是固定的，叶片脉冲传感器产生的信号脉冲之间的间距是均匀的。而叶片发生故障时，脉冲信号间的间距会发生变化。因此，通过对信号脉冲间距的动态分析，能判断叶片的运行状态并诊断叶片故障。考虑到叶片振动也将引起叶片之间动态间距的变化，但是叶片振动和叶片故障所引起的叶间动态间距变化的特点不同，因此可以区分叶片振动和叶片故障。对刚性叶片而言，相对于叶片故障引起的动态间距的变化来说，叶片振动引起的动态间距的变化是可以忽略的。对柔性叶片而言，相对于叶片故障引起的动态间距的变化来说，叶片振动引起的动态间距的变化较大。当转速高、负荷大的条件下，某些叶轮机械上的刚性叶片变为柔性叶片，反之，某些叶轮机械上的柔性叶片变为刚性叶片。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术实施方案是1、启动动力机构，使叶轮机械转动；2、启动计算机，并运行“开始”菜单中“程序”选项下的叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断软件；3、计算机显示该软件的主画面；4、用鼠标左键单击主画面上名称为“叶间间距监测诊断法”的按钮；5、输入被测叶轮机械的叶片数目，用鼠标左键单击“确定”按钮；6、选择刚性叶片或柔性叶片，并用鼠标左键单击“确定”按钮；7、叶片脉冲传感器采集反映相邻叶片间间距变化的叶片信号脉冲和鉴相脉冲传感器采集鉴相信号脉冲，使这两种信号脉冲自动进入前置器，前置器对其放大、滤波处理后送入计算机；8、计算机根据从前置器传来的信号，自动显示叶轮机械开始被监测后叶轮机械各叶片的脉冲信号随时间变化的叶片信号脉冲图，鉴相脉冲传感器定位件产生的脉冲随时间变化的鉴相信号脉冲图以及被测叶轮机械上的各叶片转动一圈，叶片脉冲传感器产生的信号脉冲为一组叶片信号脉冲，转动n圈，组成n组叶片信号脉冲，n组叶片信号脉冲与细分鉴相信号脉冲构成的叶片故障诊断图。每一叶片对应的细分鉴相信号脉冲是由鉴相脉冲传感器定位件连续两次通过鉴相脉冲传感器产生的脉冲宽度除以叶轮机械的叶片数减1后得到，以此将每一叶片产生的所有叶片信号脉冲与相应的细分鉴相信号脉冲对应；对于刚性叶片，由于刚性叶片没有振动，当叶片没有故障时，该叶片所有的信号脉冲与其对应的细分鉴相信号脉冲在同一条直线上，此时的Xij接近于零。当某叶片产生了故障时，均不同程度地引起叶片信号脉冲的提前或滞后，Xij不等于零，Xij越大，故障越严重。对Xij设定故障警告值T，以此为基准，计算机进行趋势分析。当|Xij|≥T后，计算机报警。T是根据所监测设备的重要性、转速高低由公式 而具体确定的。对于柔性叶片，无论是否发生叶片故障都将产生叶片振动。当叶片没有故障时，该叶片信号脉冲与其对应的细分鉴相信号脉冲不在同一条直线上，叶片脉冲在其对应的细分鉴相信号脉冲位置的左右徘徊，Xij不等于零，Xij的平均值 接近于零。叶片的振动幅度F等于该叶片的多次测量中的Xij的最大值max{Xij}与最小值min{Xij}的差值。当叶片发生故障时，Xij的平均值G不等于零，平均值G越大表明故障越严重。以此区分叶片振动与叶片故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断法，其特征在于该监测诊断法的步骤如下：（１）启动动力机构，使叶轮机械转动；（２）启动计算机，并运行“开始”菜单中“程序”选项下的叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊断软件；（３）计算机显示该软件的主 画面；（４）用鼠标左键单击主画面上名称为“叶间间距监测诊断法”的按钮；（５）输入被测叶轮机械的叶片数目，用鼠标左键单击“确定”按钮；（６）选择刚性叶片或柔性叶片，并用鼠标左键单击“确定”按钮；（７）叶片脉冲传感器采集反映相邻 叶片间间距变化的叶片信号脉冲和鉴相脉冲传感器采集鉴相信号脉冲，使这两种信号脉冲自动进入前置器，前置器对其放大、滤波处理后送入计算机；（８）计算机根据从前置器传来的信号，自动显示叶轮机械开始被监测后叶轮机械各叶片的脉冲信号随时间变化的叶片 信号脉冲图，鉴相脉冲传感器定位件产生的脉冲随时间变化的鉴相信号脉冲图以及被测叶轮机械上的各叶片转动一圈，叶片脉冲传感器产生的信号脉冲为一组叶片信号脉冲，转动ｎ圈，组成ｎ组叶片信号脉冲，ｎ组叶片信号脉冲与细分鉴相信号脉冲构成的叶片故障诊断图；对于刚性叶片，由于刚性叶片没有振动，当叶片没有故障时，该叶片所有的信号脉冲与其对应的细分鉴相信号脉冲在同一条直线上，此时的Ｘ↓［ｉｊ］接近于零。当某叶片产生了故障时，均不同程度地引起叶片信号脉冲的提前或滞后，Ｘ↓［ｉｊ］不等于零，Ｘ↓［ ｉｊ］越大，故障越严重，对Ｘ↓［ｉｊ］设定故障警告值Ｔ，以此为基准，计算机进行趋势分析，当│Ｘｉｊ│≥Ｔ后，计算机报警，Ｔ是根据所监测设备的重要性、转速高低由公式Ｓ／ｋ×ω×Ｒ而具体确定的；对于柔性叶片，无论是否发生叶片故障都将产生叶片 振动，当叶片没有故障时，该叶片信号脉冲与其对应的细分鉴相信号脉冲不在同一条直线上，叶片脉冲在其对应的细分鉴相信号脉冲位置的左右徘徊，Ｘ↓［ｉｊ］不等于零，Ｘ↓［ｉｊ］的平均值Ｇ＝＊接近于零，叶片的振动幅度Ｆ等于该叶片的多次测量中的Ｘ↓［ｉｊ］的最大值ｍａｘ｛Ｘ↓［ｉｊ］｝与最小值ｍｉｎ｛Ｘ↓［ｉｊ］｝的差值，当叶片发生故障时，Ｘ↓［ｉｊ］的平均值Ｇ不等于零，平均值Ｇ越大表明故障越严重，以此区分叶片振动与叶片故障，根据所监测设备的重要性、转速高低对Ｇ设定故障警告值Ｔ，同时对振动幅度Ｆ设定振动警告值Ｗ，Ｗ是根据有关相应的叶轮机械叶片振动国家标准确定，以此为基准计算机进行趋势分析和报警；其中：Ｘ↓［ｉｊ］...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢志江，刘飞，唐一科，柯研，王雪，孙红岩，欧阳奇，李远友，王毅，陈卓，宋胜德，张芮，杜和来，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]