汽轮发电机组转子原始质量不平衡故障实时诊断方法技术

本发明专利技术公开了属于故障诊断领域的一种汽轮发电机组工作转速下转子原始质量不平衡故障实时诊断方法。通过采集汽轮机组转子轴振动信号，对振动数据进行必要的计算分析判断，实时计算存储转子两侧轴相对振动工频振动幅值和相位值，并实时进行轴振工频振动幅值实时验证，判断转子任何一侧的轴振工频振动的振幅是否大于振动幅值阈值；结合最小二乘法，对轴振工频振动数据进行工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证及工作转速下轴振工频振动相位趋势平稳性验证等实时定量计算分析。结合各项验证结果，自动实时在线诊断机组是否发生工作转速下转子原始质量不平衡故障。本发明专利技术具有方法科学，结论可靠，能够实现自动实时在线监测、诊断故障等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于旋转机械振动状态监测与故障诊断领域，特别涉及大型汽轮发电机组振动状态实时在线自动监测的一种。
技术介绍
转子原始质量不平衡指的是转子开始转动之前在转子上已经存在的不平衡。它们 通常是在加工制造过程中产生的，或是在检修时更换转动部件造成的。在现场发生的机组 振动故障中，约80%是由于转子直接或间接质量不平衡造成的。转子原始质量不平衡是一 种较为常见的振动故障，引起原始质量不平衡的原因是多种多样的。制造过程中机械加工 不精确或材质不均匀，使得转子上各部件的横截面相对于转动中心轴线不对称，或转子在 机械加工及热处理过程中的残留变形；运行过程中转子上动叶片的不均匀磨损，盐垢和灰 尘的不均匀沉积，转动部件的断裂和脱落；发电机转子绕组或汽轮机套装转子上部件的不 对称；由于转子变形、热套紧力不足、汽动力引起的转动部件移位，以及运行时转子的热变 形；机组安装和检修时进行过的可能破坏转子质量平衡的技术操作等，都可能成为导致转 子原始质量不平衡的原因。 汽轮发电机转子原始质量不平衡故障的诊断工作都是由具有一定现场振动故障 诊断经验的专家完成，诊断经济成本高，周期长。因此，提出一种汽轮发电机转子原始质量 不平衡故障在线实时诊断方法就显得十分重要。 本专利技术提供的，对机组转子 原始质量不平衡故障进行实时自动在线监测、分析、诊断，提高故障诊断效率和准确度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供能够自动在线监测、准确诊断故障的一种汽轮发电机组工作 转速下转子原始质量不平衡故障实时诊断方法。该方法基于汽轮机运行中转子的轴相对振 动幅值及相位数据，结合计算机程序计算实现。 本专利技术采用的技术方案是一种汽轮发电机组工作转速下转子原始质量不平衡故 障实时诊断方法，其特征是，它包括 (1)数据采集，数据采集器C在工作转速下实时采集机组转子A、 B两侧支持轴承 附近测得的轴相对振动数据以及键相信号； (2)轴振数据实时运算及存储，针对机组转子两侧的轴相对振动数据，利用FFT频 谱分析方法，实时同步计算转子A、 B两侧轴相对振动工频振动幅值Ara、 AA和相位PM、 Prt， 并存储转子两侧轴相对振动工频振动幅值和相位值，其中FFT为快速傅立叶变换； (3)轴振工频振动幅值实时验证，实时进行当前的轴振工频振动振幅与幅值阈值 An的比较，如果当前转子任何一侧的轴振工频振动的振幅大于An，那么记录此时刻L并进 行后续的计算分析； (4)轴振工频振动幅值趋势平缓性验证，从1\时刻向前截取至T0时刻的轴振工频振动幅值数据，计算TO时刻至1\时刻的轴振工频振动幅值数据的线性最佳拟合分析。根 据轴振工频振动幅值数据的线性最佳拟合的斜率a及线性最佳拟合的均方误差el，判定轴 振工频振动幅值趋势平缓性验证是否通过。 (5)轴振工频振动相位趋势平缓性验证，从L时刻向前截取至TO时刻的轴振工频 振动相位数据，计算> T。时刻至1\时刻的轴振工频振动相位数据，进行线性最佳拟合分析。 根据轴振工频振动相位数据的线性最佳拟合的斜率m及线性最佳拟合的均方误差e2，判定 轴振工频振动相位趋势平缓性验证是否通过。 (6)工作转速下转子原始质量不平衡故障判定，结合轴振工频振动幅值实时验证、轴振工频振动幅值趋势平缓性验证及轴振工频振动相位趋势平缓性验证等3项实时同步分析的结果，判断得出大型汽轮发电机组是否发生转子原始质量不平衡故障。 本专利技术汽轮机组工作转速下转子原始质量不平衡故障诊断方法利用机组运行中转子的轴相对振动幅值及相位数据，经过计算分析判断得到故障诊断结论，具有方法科学，结论可靠，能够实现自动实时在线监测、诊断故障等优点。附图说明 图1为转子原始质量不平衡故障实时诊断功能流程图。 图2为工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证流程图。 图3为工作转速下轴振工频振动相位趋势平稳性验证流程图。 图4为汽轮发电机组工作转速下转子原始质量不平衡故障监测示意图。具体实施例方式本专利技术提出的大型汽轮发电机组工作转速下转子原始质量不平衡故障实时诊断 方法主要由数据采集、工作转速下轴振数据实时运算及存储、工作转速下轴振工频振动幅 值实时验证、工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证、工作转速下轴振工频振动相 位趋势平稳性验证、工作转速下转子原始质量不平衡故障判定等环节组成，其功能流程图 如图l所示。在实时诊断过程中，工作转速下轴振工频振动幅值实时验证、工作转速下轴振 工频振动幅值趋势平稳性验证及工作转速下轴振工频振动相位趋势平稳性验证等3项环 节同步实时进行，并在故障判定环节同时依据3个环节的诊断结果，由此保证了故障诊断 过程的可靠性以及诊断结果的准确性。下面结合附图进一步说明具体实施步骤及诊断方 法。1.数据采集 采用高速振动数据采集卡实时采集机组转子两侧支持轴承附近测得的的轴相对 振动数据以及键相信号。振动数据采集卡每一通道技术参数为50ks/s，24bit。 2.工作转速下轴振数据实时运算及存储 针对机组转子两侧的轴相对振动数据，利用FFT频谱分析方法，进行实时同步计算分析。实时同步计算转子A、B两侧轴相对振动工频振动幅值A^、Arb和相位Pra、Prb。轴振工频是指转子稳态正常工作时工作转速对应的频率，即50Hz。存储转子两侧轴相对振动工频振动幅值和相位值以及轴相对振动的通频振动幅值，数据是每隔1秒存储一次。 3.工作转速下轴振工频振动幅值实时验证 根据存储的当前时刻1\前的轴相对振动的工频振动幅值数据，从1\时刻向前截取 至T。时刻的轴相对振动工频振动幅值数据(振动幅值单位为y m) ， |1\-T。| = PTO1， PTQ1为 预设时间段长度，PTO1 = 300秒。根据T。时刻至1\时刻的轴振工频振动幅值数据，依据公式4^=^1^,，计算轴振工频振动幅值的算术平均值AT。h。其中，N是轴振工频振动幅值 JN /=o数据Y从1\时刻至T。时刻的数据个数，yi是从1\时刻至T。时刻轴振工频振动幅值数据Y的第i个元素。轴振工频是指转子稳态正常工作时工作转速对应的频率，即50Hz。 设定轴振工频振动幅值阈值AT1，AT1 = 62 ii m，实时进行AT1与AT。la(T。时刻至1\时刻的工频振动幅值算术平均值)的比较，如果当前转子任何一侧的AT。h(T。时刻至L时刻的工频振动幅值算术平均值)大于An，那么记录此时刻L并进行后续的计算分析。如果转子两侧的轴振工频振动的振幅都小于或等于An，那么故障诊断程序重新进入数据采集、轴振数据实时运算及存储环节。 4.工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证 根据存储的1\时刻前的轴相对振动的工频振动幅值数据，从1\时刻向前截取至T。 时刻的轴振工频振动幅值数据(振动幅值单位为Pm)，lT「T。1 二P皿，P^为预设时间段长 度，&。1 = 300秒。轴振工频是指转子稳态正常工作时工作转速对应的频率，即50Hz。轴振 工频振动幅值数据是每隔1秒存储一次。针对T。时刻至1\时刻的工频振动幅值数据，进行 线性最佳拟合分析。计算T。时刻至1\时刻的工频振动幅值数据的最小二乘法意义上的最 佳直线斜率。将轴振工频振动幅值数据拟和为式1的形式。 f = ax+b ......(1) 其中，f是轴振工频振动幅值数据的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽轮发电机组转子原始质量不平衡故障实时诊断方法，其特征是，它包括：（１）数据采集，数据采集器ｃ在工作转速下实时采集机组转子Ａ、Ｂ两侧支持轴承附近测得的轴相对振动数据以及键相信号；（２）工作转速下轴振数据实时运算及存储，针对机组转子两侧的轴相对振动数据，利用ＦＦＴ频谱分析方法，实时同步计算转子Ａ、Ｂ两侧轴相对振动工频振动幅值Ａ↓［ｒａ］、Ａ↓［ｒｂ］和相位Ｐ↓［ｒａ］、Ｐ↓［ｒｂ］，并存储转子两侧轴相对振动工频振动幅值和相位值，其中ＦＦＴ为快速傅立叶变换；（３）工作转速下轴振工频振动幅值实时验证，从当前Ｔ↓［１］时刻向前截取至Ｔ↓［０］时刻的轴相对振动工频振动幅值数据，计算根据Ｔ↓［０］时刻至Ｔ↓［１］时刻的工频振动幅值的算术平均值Ａ↓［Ｔ０１ａ］，实时进行Ａ↓［Ｔ０１ａ］与幅值阈值Ａ↓［Ｔ１］的比较，如果Ｔ↓［０］时刻至Ｔ↓［１］时刻的工频振动幅值的算术平均值Ａ↓［Ｔ０１ａ］大于Ａ↓［Ｔ１］，那么记录此时刻Ｔ↓［１］并进行后续的计算分析；（４）工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证，从Ｔ↓［１］时刻向前截取至Ｔ↓［０］时刻的轴振工频振动幅值数据，针对Ｔ↓［０］时刻至Ｔ↓［１］时刻的工频振动幅值数据，进行线性最佳拟合分析。根据轴振工频振动幅值数据的线性拟合的最佳拟合斜率ａ及线性最佳拟合的均方误差ｅ１，判定轴振工频振动幅值趋势平缓性验证是否通过；（５）工作转速下轴振工频振动相位趋势平稳性验证，从Ｔ↓［１］时刻向前截取至Ｔ↓［０］时刻的轴振工频振动相位数据，针对Ｔ↓［０］时刻至Ｔ↓［１］时刻的工频振动相位数据，进行线性最佳拟合分析。根据轴振工频振动相位数据的线性拟合的最佳拟合斜率ｍ及线性最佳拟合的均方误差ｅ２，判定轴振工频振动相位趋势平缓性验证是否通过；（６）工作转速下转子原始质量不平衡故障判定，结合工作转速下轴振工频振动幅值实时验证、工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证及工作转速下轴振工频振动相位趋势平稳性验证等３项实时同步分析的结果，判断得出大型汽轮发电机组在工作转速下是否发生转子原始质量不平衡故障。...

【技术特征摘要】
一种汽轮发电机组转子原始质量不平衡故障实时诊断方法，其特征是，它包括(1)数据采集，数据采集器c在工作转速下实时采集机组转子A、B两侧支持轴承附近测得的轴相对振动数据以及键相信号；(2)工作转速下轴振数据实时运算及存储，针对机组转子两侧的轴相对振动数据，利用FFT频谱分析方法，实时同步计算转子A、B两侧轴相对振动工频振动幅值Ara、Arb和相位Pra、Prb，并存储转子两侧轴相对振动工频振动幅值和相位值，其中FFT为快速傅立叶变换；(3)工作转速下轴振工频振动幅值实时验证，从当前T1时刻向前截取至T0时刻的轴相对振动工频振动幅值数据，计算根据T0时刻至T1时刻的工频振动幅值的算术平均值AT01a，实时进行AT01a与幅值阈值AT1的比较，如果T0时刻至T1时刻的工频振动幅值的算术平均值AT01a大于AT1，那么记录此时刻T1并进行后续的计算分析；(4)工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证，从T1时刻向前截取至T0时刻的轴振工频振动幅值数据，针对T0时刻至T1时刻的工频振动幅值数据，进行线性最佳拟合分析。根据轴振工频振动幅值数据的线性拟合的最佳拟合斜率a及线性最佳拟合的均方误差e1，判定轴振工频振动幅值趋势平缓性验证是否通过；(5)工作转速下轴振工频振动相位趋势平稳性验证，从T1时刻向前截取至T0时刻的轴振工频振动相位数据，针对T0时刻至T1时刻的工频振动相位数据，进行线性最佳拟合分析。根据轴振工频振动相位数据的线性拟合的最佳拟合斜率m及线性最佳拟合的均方误差e2，判定轴振工频振动相位趋势平缓性验证是否通过；(6)工作转速下转子原始质量不平衡故障判定，结合工作转速下轴振工频振动幅值实时验证、工作转速下轴振工频振动幅值趋势平稳性验证及工作转速下轴振工频振动相位趋势平稳性验证等3项实时同步分析的结果，判断得出大型汽轮发电机组在工作转速下是否发生转子原始质量不平衡故障。2. 根据权利要求1所述汽轮发电机组工作转速下转子原始质量不平衡故障实时诊断 方法，其特征是，所述轴振数据实时运算及存储是针对机组选定转子两侧的轴相对振动数 据，利用FFT频谱分析方法，实时同步计算转子两侧轴相对振动工频振动幅值AM、 AA和相 位PM、 PA存储转子两侧轴相对振动工频振动幅值和相位值，每隔1秒存储一次数据。3. 根据权利要求1所述汽轮发电机组工作转速下转子原始质量不平衡故障实时诊断 方法，其特征是，所述工作转速下轴振工频振动幅值实时验证是根据存储的当前时刻1\前 的轴相对振动的工频振动幅值数据，从1\时刻向前截取至T。时刻的轴相对振动工频振动幅 值数据(振动幅值单位为P m) ， I T「T。 I = PTO1， PTO1为预设时间段长度，PTO1 = 300秒；根据T。时刻至L时刻的工频振动幅值数据，依据公式4w。 =^Zy,，计算工频振动幅值的算术平均值At。^，其中，N是轴振工频振动幅值数据Y从1\时刻至T。时刻的数据个数，yi是从1\ 时刻至T。时刻轴振工频振动幅值数据Y的第i个元素，轴振工频是指转子稳态正常工作时 工作转速对应的频率，即50Hz ;设定轴振工频振动幅值阈值AT1，AT1 = 62 ii m，实时进行AT1与AT。la(T。时刻至1\时刻的 工频振动幅值算术平均值)的比较，如果当前转子任何一侧的AT。h(T。时刻至L时刻的工频 振动幅值算术平均值)大于AT1，那么记录此时刻1\并进行后续的计算分析，如果转子两侧 的轴振工频振动的振幅都小于或等于AT1，那么故障诊...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋光雄，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]