CN101387575B - 一种转子轴承系统故障全信息分析方法及装置 - Google Patents

一种转子轴承系统故障全信息分析方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转子轴承系统故障全信息分析方法及装置，在转子某截面处的径向，相互垂直的安装两个传感器X和Y，在转子轴端的轴向，安装一传感器Z，将传感器传输的转子运动的径向信息和轴向信息融合在一起，用来分析转子轴承系统的运动状态，同时描述了转子在三维空间的X-Y、Y-Z和Z-X平面的轴中心线位置和轴心轨迹，并进行可视化显示，全面、准确地描述了转子的空间运动信息，这些信息包括三维空间偏心率、方位角、进动方向和振动矢量方向等唯一化诊断信息，由此提高直观识别旋转机械故障的能力。

Description

一种转子轴承系统故障全信息分析方法及装置
技术领域
本发明涉及旋转机械检测分析技术领域，具体地讲，是涉及一种转子轴承系统故障全信息分析方法。
背景技术
全面、准确地监测转子轴承系统的空间运动状态是正确诊断故障的前提。
转子的运动是一空间运动。为了全面、准确地获取转子的运动信息，对于旋转机械转子轴承系统的监测，大都是在转子某选定截面的径向相互垂直地安装两个电涡流传感器，在转子的轴向安装一个电涡流传感器，分别监测转子的径向和轴向运动。
目前，一般的设备状态监测与故障诊断系统中，在对转子轴承系统运动进行描述时都把转子运动的径向信息和轴向信息割裂开来处理。比如利用两径向信息描述转子的轴心轨迹；对于轴向信息都是仅仅利用了其中的直流部分描述转子的轴向位移，丢失了对于反映转子空间运动状态非常重要的交流部分。这些把径向信息和轴向信息割裂开来描述转子-轴承系统的运动状态都是片面的，也必然会影响故障诊断的准确性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种将转子运动的径向信息和轴向信息融合在一起来分析转子运动状态的分析方法，能够准确实时地反映转子运行状态，并对状态信息进行可视化显示，当转子轴承出现故障时，能够及时的实现智能预警。
本发明通过如下技术方案来实现发明目的：
一种转子轴承系统故障全信息分析方法，在转子某截面处的径向，相互垂直的安装两个电涡流传感器，在转子轴端的轴向，安装一电涡流传感器，其特征是：包括以下步骤：
(1)利用数据采集器采集各个电涡流传感器的信号信息XDC(t)、XAC(t)、YDC(t)、YAC(t)、ZDC(t)、ZAC(t)，其中，XDC(t)、XAC(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)、ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；
(2)利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信息：
X(t)＝XDC(t)+XAC(t)；
Y(t)＝YDC(t)+YAC(t)；
Z(t)＝ZDC(t)+ZAC(t)；
(3)利用X(t)、Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Y(t)、Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Z(t)、X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4)将步骤(3)获得的X(t)、Y(t)、Z(t)信息利用分析模块进行分析，并将分析结果利用可视化模块进行显示。
(5)当出现故障信息时，及时发出预警信号进行报警。
优选的，所述数据采集器为主动式智能数据采集器，具有连续实时数据采集传输能力。
优选的，所述分析模块包括摩擦分析子模块、失稳分析子模块、轴向负荷分析子模块、预负荷分析子模块及特定故障发展历程子模块。
优选的，所述摩擦分析子模块用于分析转子的摩擦状态及程度的子模块。
优选的，所述失稳分析子模块是用于分析转子的失稳状态及程度的子模块。
优选的，所述轴向负荷分析子模块是用于分析转子的轴向负荷状态及程度的子模块。
优选的，所述预负荷分析子模块是用于分析转子的预负荷状态及程度的子模块。
优选的，所述特定故障发展历程子模块是用于分析转子的特定故障发展历程指标的子模块。
本发明还提供了一种转子轴承系统故障全信息分析方法的装置，包括
一种转子轴承系统故障全信息分析方装置，其特征是：包括
(1)电涡流传感器以及与所述电涡流传感器连接的数据采集器，所述电涡流传感器用于检测转子的径向信息和轴向信息，所述数据采集器对转子径向、轴向信息XDC(t)、XAC(t)、YDC(t)、YAC(t)、ZDC(t)、ZAC(t)进行采集，其中，XDC(t)、XAC(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)、ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；
(2)运算装置，此装置利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信息：
X(t)＝XDC(t)+XAC(t)；
Y(t)＝YDC(t)+YAC(t)；
Z(t)＝ZDC(t)+ZAC(t)；
(3)信号描述装置，此装置利用X(t)、Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹、利用Y(t)、Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹、利用Z(t)、X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4)显示装置，此装置将获得的X(t)、Y(t)、Z(t)信息利用信息分析、处理，并将处理结果进行可视化显示；
(5)故障信息报警装置，当出现故障信息时，所述故障信息报警装置及时发出预警信号进行报警。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果为：本发明将传感器传输的转子运动的径向信息和轴向信息融合在一起，用来分析转子轴承系统的运动状态，同时描述了转子在三维空间的X-Y、Y-Z和Z-X平面的轴中心线位置和轴心轨迹，并进行可视化显示，全面、准确地描述了转子的空间运动信息，这些信息包括三维空间偏心率、方位角、进动方向和振动矢量方向等唯一化诊断信息，由此提高直观识别旋转机械故障的能力。本发明揭示了转子在滑动轴承内空间真实运动形态，可以直观地获得摩擦状态及程度、失稳状态及程度、轴向负荷状态及程度、预负荷状态及程度、特定故障发展历程指标等有效信息，而上述信息在传统分析方法中是无法直观获得的。另外，本发明对转子在轴承中的运动形态分析做到了几乎可视化的效果，让一般的设备操作人员也能看懂目前机组所处的状态，提高了系统的实用性。
附图说明
图1为本发明传感器安装位置示意图。
图2为本发明优选实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。
参见图1，图1所示为电涡流传感器安装位置示意图，在转子某截面处的径向，相互垂直的安装两个电涡流传感器，在转子轴端的轴向，安装一电涡流传感器。
参见图2，本发明的处理流程为：利用数据采集器采集各个传感器的信号信息XDC(t)、XAC(t)、YDC(t)、YAC(t)、ZDC(t)、ZAC(t)，其中，XDC(t)、XAC(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)、ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信息：
X(t)＝XDC(t)+XAC(t)；
Y(t)＝YDC(t)+YAC(t)；
Z(t)＝ZDC(t)+ZAC(t)；
利用X(t)、Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Y(t)、Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Z(t)、X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；将上述步骤获得的X(t)、Y(t)、Z(t)信息利用分析模块进行分析，并将分析结果利用可视化模块进行显示；当出现故障信息时，及时发出预警信号进行报警。
本发明的传感器不限于电涡流传感器，也可以采用其它具有相同功能的传感器，本发明将转子运动的径向信息和轴向信息融合在一起，用来分析转子轴承系统的运动状态，同时描述了转子在三维空间的X-Y、Y-Z和Z-X平面的轴中心线位置和轴心轨迹，并进行可视化显示，全面、准确地描述了转子的空间运动信息，这些信息包括三维空间偏心率、方位角、进动方向和振动矢量方向等唯一化诊断信息，由此提高直观识别旋转机械故障的能力。可以直观地获得：摩擦状态及程度、失稳状态及程度、轴向负荷状态及程度、预负荷状态及程度、特定故障发展历程指标。
一种转子轴承系统故障全信息分析装置，其特征是：包括
(1)传感器以及与所述传感器连接的数据采集器，传感器用于检测转子的径向信息和轴向信息，所述数据采集器对转子径向、轴向信息XDC(t)、XAC(t)、YDC(t)、YAC(t)、ZDC(t)、ZAC(t)进行采集，其中，XDC(t)、XAC(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)、ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；
(2)运算装置，此装置利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信息：
X(t)＝XDC(t)+XAC(t)；
Y(t)＝YDC(t)+YAC(t)；
Z(t)＝ZDC(t)+ZAC(t)；
(3)信号描述装置，此装置利用X(t)、Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹、利用Y(t)、Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹、利用Z(t)、X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4)显示装置，此装置将获得的X(t)、Y(t)、Z(t)信息利用信息分析、处理，并将处理结果进行可视化显示；
(5)故障信息报警装置，当出现故障信息时，所述故障信息报警装置及时发出预警信号进行报警。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种转子轴承系统故障全信息分析方法，在转子某截面处的径向，相互垂直的安装两个电涡流传感器，在转子轴端的轴向，安装一电涡流传感器，其特征是：包括以下步骤：
(1)利用数据采集器采集各个电涡流传感器的信号信息XDC(t)、XAC(t)、YDC(t)、YAC(t)、ZDC(t)、ZAC(t)，其中，XDC(t)、XAC(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)、ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；
(2)利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信息：
X(t)＝XDC(t)+XAC(t)；
Y(t)＝YDC(t)+YAC(t)；
Z(t)＝ZDC(t)+ZAC(t)；
(3)利用X(t)、Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Y(t)、Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Z(t)、X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4)将步骤(3)获得的X(t)、Y(t)、Z(t)信息利用信息分析模块进行处理，并将处理结果利用可视化模块进行显示；
(5)当出现故障信息时，及时发出预警信号进行报警。
2.根据权利要求1所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是：所述数据采集器为主动式智能数据采集器，具有连续实时数据采集传输能力。
3.根据权利要求1所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是：所述信息分析模块包括摩擦分析子模块、失稳分析子模块、轴向负荷分析子模块、预负荷分析子模块及特定故障发展历程子模块。
4.根据权利要求3所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是：所述摩擦分析子模块用于分析转子的摩擦状态及程度的子模块。
5.根据权利要求3所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是：所述失稳分析子模块是用于分析转子的失稳状态及程度的子模块。
6.根据权利要求3所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是：所述轴向负荷分析子模块是用于分析转子的轴向负荷状态及程度的子模块。
7.根据权利要求3所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是：所述预负荷分析子模块是用于分析转子的预负荷状态及程度的子模块。
8.根据权利要求3所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是：所述特定故障发展历程子模块是用于分析转子的特定故障发展历程指标的子模块。
9.一种转子轴承系统故障全信息分析装置，其特征是：包括
(1)电涡流传感器以及与所述电涡流传感器连接的数据采集器，所述电涡流传感器用于检测转子的径向信息和轴向信息，所述数据采集器对转子径向、轴向信息XDC(t)、XAC(t)、YDC(t)、YAC(t)、ZDC(t)、ZAC(t)进行采集，其中，XDC(t)、XAC(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)、ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；
(2)运算装置，此装置利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信息：
X(t)＝XDC(t)+XAC(t)；
Y(t)＝YDC(t)+YAC(t)；
Z(t)＝ZDC(t)+ZAC(t)；
(3)信号描述装置，此装置利用X(t)、Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹、利用Y(t)、Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹、利用Z(t)、X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4)显示装置，此装置将获得的X(t)、Y(t)、Z(t)信息利用信息分析、处理，并将处理结果进行可视化显示；
(5)故障信息报警装置，当出现故障信息时，所述故障信息报警装置及时发出预警信号进行报警。
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Address after: Shandong province Tengzhou City Mu Shi Yanzhou Guotai Chemical Industry Co., Ltd. zip code: 277527

Applicant after: Yankuang Guotai Chemical Co., Ltd.

Co-applicant after: Yankuang Group Ltd.

Co-applicant after: Zhengzhou Expert Equipment Diagnostics Engineering Co., Ltd.

Address before: Shandong province Tengzhou City Mu Shi Yanzhou Guotai Chemical Industry Co., Ltd. zip code: 277527

Applicant before: Yankuang Guotai Chemical Co., Ltd.

Co-applicant before: Yankuang Group Ltd.

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