專利名稱：汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法
技術領域：
本發(fā)明屬于旋轉機械振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術領域，尤其涉及一種汽輪機 組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法。
背景技術：
汽輪發(fā)電機組的安全可靠性是設備設計制造階段和運行使用中的首要問題之 一。機組振動是機組安全可靠性的一項重要指標。振動情況惡化的機組，經(jīng)常發(fā)生減負 荷運行，或停機處理，或緊急強迫停機。對振動的處理不當或出現(xiàn)突發(fā)性的振動，都可 能使機組發(fā)生局部或整體的嚴重故障。汽輪發(fā)電機組在工作轉速下長期運行，對振動平穩(wěn)性要求較高。汽輪發(fā)電機組 轉子如果一階臨界轉速振動過大，會對工作轉速造成較大的影響，在工作轉速下存在較 大的同相振動分量。汽輪發(fā)電機組軸系轉子振動同相分量平穩(wěn)性判別工作需要由具有一定現(xiàn)場振動 故障診斷經(jīng)驗的專家完成，對專家的主觀性依賴程度較高，客觀性較差。因此，提出一 種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法就顯得十分重要。本發(fā)明提供的汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，對機組軸系轉 子振動同相分量變化情況進行實時自動在線監(jiān)測、分析、判別，提高轉子振動同相分量 平穩(wěn)性辨識效率和準確度。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方 法，用于對機組軸系轉子振動同相分量變化情況進行實時自動在線監(jiān)測、分析、判別， 提高轉子振動同相分量平穩(wěn)性辨識效率和準確度。技術方案是，一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特征在 于包括下列步驟步驟1 設定時長T和步進的長度t ；步驟2:獲取轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)、轉子的轉速信號以及鍵相 信號；步驟3:根據(jù)轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)，計算轉子兩側支持軸相對 振動同相分量的幅值和相位并存儲所述幅值和相位；步驟4:判斷是否達到設定時長T，如果達到，則執(zhí)行步驟5;否則，執(zhí)行步驟 6 ；步驟5 步進一個長度t后，返回步驟2 ；步驟6 根據(jù)每次步進一個長度t時存儲的轉子兩側支持軸相對振動同相分量的 幅值及相位，驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值；步驟7:判斷驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值是否都通過，如果是，則判定汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)；否則，判定汽輪機組轉子振動同相分量 不平穩(wěn)。所述步驟3具體包括步驟101:根據(jù)轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)，利用快速傅立葉變換頻 譜分析方法，實時同步計算轉子兩側支持軸承相對振動工頻振動幅值和相位；將轉子一 側支持軸承相對振動工頻振動幅值記為ara，相位記為pra;轉子另一側支持軸承相對振動 工頻振動幅值記為aA，相位記為p'b ；步驟102 利用公式 Areal = araX cos (pra)和 AimagI = araX sin (pra)，計算轉子一側 支持軸承的軸振工頻振動矢量2的實部Areal和虛部Aimagl ；利用公式Breal = arbXcos(prb) 和= arbXsin(prb)計算轉子另一側支持軸承的軸振工頻振動矢量否的實部Breal和虛部
gimagi .步驟103 利用公式f = +旬計算出轉子兩側支持軸承的軸振工頻振動的同 相分量5 ；步驟104 利用 Sreal = 1/2 X (Areal+Breal)和 Simagl = 1/2 X (Aima8I+BimagI)，計算所述 同相分量f的實部sreal和虛部simag1，再利用公式= f+(s—'f計算轉子兩側支
持軸相對振動同相分量的幅值，禾U用公式Sphase= (180/3i)Xarctan(Sre7SimagI)計算出轉子 兩側支持軸相對振動同相分量的相位。所述驗證同相分量幅值比熵均值具體是步驟201 計算每步進一個長度t時，同相分量靈的幅值5T〃與振幅合格量值Sstd
T
的比值蘆 ，廣=Samp J ytd 0<i<~-,步驟202 利用公式E_ =-ynYX{pTf ln((pD2)]，計算比值,的熵均值
(=iPi
、 T ,
E腿n，式中“=7，并且規(guī)定當…廣.)2 = o時，ln( v)2) = 0 o所述驗證同相分量相位差值具體是計算整個設定時長T中，每步進一個長度t時，存儲的所有同相分量靈中的相位
T
最大值與相位最小值yto差值的絕對值，其中0 < / < y。所述判斷驗證同相分量幅值比熵均值是否通過具體是，判斷Emean是否大于等于 0，如果是，則驗證同相分量幅值比熵均值通過；否則，驗證同相分量幅值比熵均值不通 過所述驗證同相分量相位差值是否通過具體是，判斷存儲的所有同相分量靈中的相 位最大值與相位最小值差值的絕對值是否小于等于設定值d，如果是，則驗證 同相分量相位差值通過；否則，驗證同相分量相位差值不通過。所述設定時長T = 900秒。所述步進的長度為t = 0.1秒。所述振幅合格量值Sstd = 50um。
所述設定值D = 5°。本發(fā)明的效果在于，汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法利用機組 運行中轉子的軸相對振動幅值及相位數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算分析判斷得到故障診斷結論，為汽 輪機組轉子安全運行提供了保障。
圖1是汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識示意圖；圖2是汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法流程圖；圖3是轉子兩側支持軸相對振動同相分量的幅值和相位計算流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示 例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。實施例實時辨識方法需要的汽輪發(fā)電機組軸相對振動數(shù)據(jù)、轉子的轉速信號以及鍵相 信號，可以從配置汽輪發(fā)電機組的監(jiān)視儀表(TSI)獲得或者可以從專業(yè)振動數(shù)據(jù)采集調 理設備獲得。在本實施例中，汽輪發(fā)電機組軸相對振動信號及振動信號分析處理需要的 鍵相信號從與振動傳感器相連的專業(yè)振動數(shù)據(jù)采集調理設備獲得。圖1是汽輪機組轉子 振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識示意圖，圖1中，高速數(shù)據(jù)采集卡插入工業(yè)用微型計算機 (IPC)提供的插槽內，根據(jù)高速數(shù)據(jù)采集卡的要求，專業(yè)振動數(shù)據(jù)采集調理設備處理汽 輪發(fā)電機組軸相對振動信號及振動信號分析處理需要的鍵相信號，經(jīng)過處理后的汽輪發(fā) 電機組軸相對振動信號及振動信號分析處理需要的鍵相信號輸入IPC內的高速數(shù)據(jù)采集 卡。以上技術都是本領域技術人員的公知常識。之后，再根據(jù)本發(fā)明提供的方法設計具 體的機組軸系轉子振動同相分量平穩(wěn)性計算機實時辨識程序，將實時辨識程序安裝在工 業(yè)用微型計算機(IPC)內。圖2是汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法流程圖。在實施本發(fā)明 的方法實施前，可以先設定振幅合格量值Sstd = 50um，設定值D = 5°。圖2中，汽輪 機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法包括步驟1 設定時長T和步進的長度t。在本實施例中，設定時長T = 900秒，步進的長度為t = 0.1秒，則循環(huán)次數(shù) = | = 9000次。步驟2:獲取轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)、轉子的轉速信號以及鍵相信號。如前所述，轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)、轉子的轉速信號以及鍵相信 號通過振動數(shù)據(jù)采集調理設備獲取并進行處理，并將處理后的汽輪發(fā)電機組軸相對振動 信號及振動信號分析處理需要的鍵相信號輸入IPC內的高速數(shù)據(jù)采集卡。步驟3:根據(jù)轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)，計算轉子兩側支持軸相對 振動同相分量的幅值和相位并存儲所述幅值和相位。
圖3是轉子兩側支持軸相對振動同相分量的幅值和相位計算流程圖。圖3中， 計算轉子兩側支持軸相對振動同相分量的幅值和相位的過程是步驟101 根據(jù)轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)，利用快速傅立葉變換頻 譜分析方法，實時同步計算轉子兩側支持軸承相對振動工頻振動幅值和相位；將轉子一 側支持軸承相對振動工頻振動幅值記為ara，相位記為pra;轉子另一側支持軸承相對振動 工頻振動幅值記為aA，相位記為p'b。步驟102:計算轉子一側支持軸承的軸振工頻振動矢量j的實部Area1、虛部 AimagI,計算時采用公式(1)、(2)計算。Areal = araXcos(pra)(1)AimagI = araXsin(pra)(2)而后，計算轉子另一側支持軸承的軸振工頻振動矢量否的實部Breal和虛部Bimag1， 計算時采用公式(3)、(4)計算。Breal = arbXcos(prb)(3)BimagI = arbXsin(prb)(4)步驟103 計算出轉子兩側支持軸承的軸振工頻振動的同相分量g。計算時使用 公式5 二 +否)。步驟104 分別利用公式(5)、(6)計算同相分量及的實部Srea1、虛部Simag1。Sreal = 1/2 X (Areal+Breal) (5)SimagI = 1/2 X (Aima8I+BimagI) (6)再利用公式(7)、(8)計算轉子兩側支持軸相對振動同相分量的幅值Samp(單位為 ym)和相位Sphase(單位為。，即角度單位)。Samp = yl(Srea!f+[S-”2(7)Sphase = (180/ ji ) X arctan (Sreal/SimagI) (8)計算之后，存儲轉子兩側軸振工頻振動的同相分量左的幅值Samp及相位。步驟4:判斷是否達到設定時長900秒，如果達到，則執(zhí)行步驟6;否則，執(zhí)行 步驟5。步驟5 步進一個長度t，即步進0.1秒。之后返回步驟2。步驟6 根據(jù)每次步進一個長度(0.1秒)時存儲的轉子兩側支持軸相對振動同相 分量的幅值及相位，驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值。驗證同相分量幅值比熵(Shannon)均值具體是步驟201:計算每步進一個長度t = 0.1秒時，同相分量靈的幅值與振幅合格 量值Sstd的比值f，PT = Srp / Sstd ,0<i< 9000。本實施例中，設定的振幅合格量值Sstd =50um。步驟202 利用公式五m_ =-%Z[(Aav)2 ln((Aai)2)]，計算比值,的熵(Shannon)
/=1Pi
均值 Emean，式中 n = 9000，并且規(guī)定當0C)2 =0時，ln((^)2) = 0o驗證同相分量相位差值具體是
計算整個設定時長T = 900秒中，每步進一個長度t = 0.1秒時，存儲的所 有同相分量及,中的相位最大值丨與相位最小值％，差值的絕對值l^r-Mr'l，其中 0 sis 9000。步驟7 判斷驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值是否都通過。判斷驗證同相分量幅值比熵(Shannon)均值是否通過具體是，判斷E_n是否大 于等于0，如果是，則驗證同相分量幅值比熵均值通過；否則，驗證同相分量幅值比熵 均值不通過。判斷驗證同相分量相位差值是否通過具體是，判斷存儲的所有同相分量靈中的相 位最大值SClT與相位最小值■差值的絕對值是否小于等于設定值D = 5°，如果是， 則驗證同相分量相位差值通過；否則，驗證同相分量相位差值不通過。如果驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值是否都通過，則判定汽輪 機組轉子振動同相分量平穩(wěn)；否則，判定汽輪機組轉子振動同相分量不平穩(wěn)。本發(fā)明提供的汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，對機組軸系轉 子振動同相分量變化情況進行實時自動在線監(jiān)測、分析、判別，提高轉子振動同相分量 平穩(wěn)性辨識效率和準確度。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于 此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或 替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的 保護范圍為準。
權利要求
1.一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特征在于包括下列步驟步驟1 設定時長T和步進的長度t ；步驟2:獲取轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)、轉子的轉速信號以及鍵相信號；步驟3:根據(jù)轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)，計算轉子兩側支持軸相對振動 同相分量的幅值和相位并存儲所述幅值和相位；步驟4:判斷是否達到設定時長T，如果達到，則執(zhí)行步驟5;否則，執(zhí)行步驟6; 步驟5:步進一個長度t后，返回步驟2;步驟6 根據(jù)每次步進一個長度t時存儲的轉子兩側支持軸相對振動同相分量的幅值 及相位，驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值；步驟7:判斷驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值是否都通過，如果 是，則判定汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)；否則，判定汽輪機組轉子振動同相分量不 平穩(wěn)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特 征在于所述步驟3具體包括步驟101:根據(jù)轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)，利用快速傅立葉變換頻譜分 析方法，實時同步計算轉子兩側支持軸承相對振動工頻振動幅值和相位；將轉子一側支 持軸承相對振動工頻振動幅值記為ara，相位記為pra;轉子另一側支持軸承相對振動工頻 振動幅值記為aA，相位記為ρΛ ；步驟102 利用公式Areal = araX cos (pra)和Aimagl = araXsin(pra)，計算轉子一側支持 軸承的軸振工頻振動矢量2的實部Areal和虛部Aimagl ；利用公式Breal = arbXcos(prb)和Bimagl =arbX sin (prb)計算轉子另一側支持軸承的軸振工頻振動矢量萬的實部Breal和虛部Bimagl ；步驟103 利用公式^ = +旬計算出轉子兩側支持軸承的軸振工頻振動的同相分mS ；步驟 104 利用 Sreal = 1/2 X (Areal+Breal)和 Simagl = 1/2 X (Aima8I+BimagI)，計算所述同相分量g的實部Sreal和虛部Simagl,再利用公式S— = ^(Sreal f + (Simagi f計算轉子兩側支持軸相對振動同相分量的幅值，利用公式Sphase= (180/ji)Xarctan(Sre7Sima81)計算出轉子兩側 支持軸相對振動同相分量的相位。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特 征在于所述驗證同相分量幅值比熵均值具體是步驟201:計算每步進一個長度t時，同相分量靈的幅值ν—與振幅合格量值Sstd的比 值 ,pa; = S1Tp / Sstd ,0^1-Ji步驟202 利用公式= -YrtZKpTf HiPD2)]，計算比值的熵均值Ε·η，式中π =等，并且規(guī)定當=0時，Hiprf) = 0。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特 征在于所述驗證同相分量相位差值具體是計算整個設定時長T中，每步進一個長度t時，存儲的所有同相分量靈中的相位最大值y/^與相位最小值^^/^差值的絕對值g=" -S^se\，其中0 ^幺^。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其 特征在于所述判斷驗證同相分量幅值比熵均值是否通過具體是，判斷Emean是否大于等于 0，如果是，則驗證同相分量幅值比熵均值通過；否則，驗證同相分量幅值比熵均值不通 過。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特 征在于所述驗證同相分量相位差值是否通過具體是，判斷存儲的所有同相分量尾中的相位 最大值與相位最小值S=’差值的絕對值是否小于等于設定值D，如果是，則驗i正同 相分量相位差值通過；否則，驗證同相分量相位差值不通過。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特 征在于所述設定時長T = 900秒。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特 征在于所述步進的長度為t = 0.1秒。
9.根據(jù)權利要求3所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其特 征在于所述振幅合格量值Sstd = 50um。
10.根據(jù)權利要求6所述的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，其 特征在于所述設定值D = 5°。
全文摘要
本發(fā)明公開了旋轉機械振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術領域中的一種汽輪機組轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時辨識方法，用于對轉子振動同相分量平穩(wěn)性實時自動在線監(jiān)測和分析。包括設定時長和步進的長度；在每步進一個長度時，獲取轉子兩側支持軸承的軸相對振動數(shù)據(jù)、轉子的轉速信號以及鍵相信號；計算轉子兩側支持軸相對振動同相分量的幅值和相位并存儲所述幅值和相位；當達到設定時長時，驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值；并通過判斷驗證同相分量幅值比熵均值和同相分量相位差值是否都通過，確定汽輪機組轉子振動同相分量是否平穩(wěn)。本發(fā)明利用軸相對振動幅值及相位數(shù)據(jù)進行分析并獲得故障診斷結論，為汽輪機組轉子安全運行提供了保障。
文檔編號G01H17/00GK102012263SQ201010543268
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權日2010年11月11日
發(fā)明者宋光雄 申請人:華北電力大學