CN103257044B - 用于可视化旋转结构相对于固定结构的位置的设备以及方法 - Google Patents

用于可视化旋转结构相对于固定结构的位置的设备以及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103257044B
CN103257044B CN201310062743.7A CN201310062743A CN103257044B CN 103257044 B CN103257044 B CN 103257044B CN 201310062743 A CN201310062743 A CN 201310062743A CN 103257044 B CN103257044 B CN 103257044B
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
fixed structure
data
rotational structure
central rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310062743.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103257044A (zh
Inventor
M·W·斯莱姆普
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CSI Technology Inc
Original Assignee
CSI Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSI Technology Inc filed Critical CSI Technology Inc
Publication of CN103257044A publication Critical patent/CN103257044A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103257044B publication Critical patent/CN103257044B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

计算机动画图形模型可视地传达在其轴承内旋转的整个轴的移动以及振动，以及其在每个单个轴承处的行为。所述模型帮助用户(1)可视化经模型化的轴在较高速度下的动画三维模式形状，(2)可视化经模型化的轴的轴承在较低速度下的对准状态，(3)可视化经模型化的轴相对于固定组件的轴向移动，以及(4)可视化在除了轴承部位之外的部位处诸如转子的旋转元件与诸如转子外壳的固定元件之间的关系。所述模型使用户能够比较在瞬态事件期间不同操作条件下的轴行为，以查看轴是否在其轴承内的适当位置处运行，且查看轴是否正接触轴承表面或危险地接近此接触。

Description

用于可视化旋转结构相对于固定结构的位置的设备以及方法
技术领域
本发明涉及监视机器的移动组件的领域。更具体地说，本发明涉及用于使用来自同步径向位移探针的信号来模型化以及可视化旋转轴的位置和振动的系统，同步径向位移探针位于沿着轴的多个轴承部位处。
背景技术
在产生电力的蒸汽涡轮机中，涡轮轴常常在沿着其长度的多个部位处由套筒轴承支撑。套筒轴承的内径比轴的外径稍大，从而提供使轴旋转的间隙。举例来说，轴承的内径可比轴的外径大0.010英寸，从而当轴在轴承中居中时，在轴与轴承之间提供0.005英寸的间隙。
当轴以其额定运转速度旋转时，轴常常骑在轴承与轴之间的流体动力油楔上。如果轴在旋转时形成异常振动模式，那么轴的外表面会接触轴承的内表面，且对轴以及轴承造成损害。为了避免这样的情形，对于操作人员来说，重要的是能够监视旋转轴相对于套筒轴承(旋转轴在其内旋转)的表面的位置。
因此，所需要的是提供在多个套筒轴承内旋转的轴的可视描绘的工具，此描绘指示轴的外表面与轴承的内表面之间的相对间隔，且指示轴在每个轴承部位处的平均中心线。
发明内容
通过综合的计算机动画图形模型来满足以上以及其它需要，所述综合的计算机动画图形模型传达整个轴在其轴承内的移动以及振动，以及在每一单个轴承处的轴行为的清晰画面。本发明的各种实施例帮助用户(1)可视化(visualizing)经模型化轴(modeledshaft)在较高速度下的动画三维模式形状，(2)可视化经模型化轴的轴承在较低速度下的对准状态，(3)可视化经模型化轴相对于固定组件的轴向移动，以及(4)可视化除轴承部位之外的部位处的旋转元件(诸如转子)与固定元件(诸如转子外壳)之间的关系。本发明的实施例使用户能够比较瞬态事件期间不同运行条件下的轴行为，以查看轴是否在其轴承内的适当位置处运行，同时查看轴是否正接触轴承表面或危险地接近这种接触。
一个优选实施例提供了一用于产生计算机可显示实体模型表示(solid modelrepresentation)的系统，所述计算机可显示实体模型表示是在一段时间内旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的表示。第一固定结构以及第二固定结构设置在旋转结构附近，且沿着旋转结构的中心旋转轴线彼此间隔开。此实施例的系统包括由计算机处理器执行的模型化软件应用程序。计算机处理器访问指示旋转结构与第一固定结构以及第二固定结构之间的空间关系的位移数据。
位移数据包括第一x轴数据、第一y轴数据、第二x轴数据以及第二y轴数据。第一x轴数据指示在第一x轴上旋转结构的第一表面与第一固定结构的表面(其邻近旋转结构的第一表面)之间的距离。第一y轴数据指示在第一y轴上旋转结构的第一表面与第一固定结构的所述表面之间的距离。第二x轴数据指示在第二x轴上旋转结构的第二表面与第二固定结构的表面(其邻近旋转结构的第二表面)之间的距离。第二y轴数据指示在第二y轴上旋转结构的第二表面与第二固定结构的所述表面之间的距离。
模型化应用程序包括在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：
处理第一x轴数据以及第一y轴数据来确定旋转结构在所述一段时间期间的第一时间范围期间旋转时，旋转结构的中心旋转轴线相对于第一固定结构的表面的第一位置；
处理中心旋转轴线的第一位置来确定在第一时间范围期间中心旋转轴线的第一平均位置；
处理第二x轴数据以及第二y轴数据来确定旋转结构在第一时间范围期间旋转时，旋转结构的中心旋转轴线相对于第二固定结构的表面的第二位置；
处理中心旋转轴线的第二位置来确定在第一时间范围期间中心旋转轴线的第二平均位置；
产生连接中心旋转轴线的第一平均位置与中心旋转轴线的第二平均位置的内实体模型表面；
产生连接中心旋转轴线的第一位置与中心旋转轴线的第二位置的外实体模型表面；
产生表示第一固定结构以及第二固定结构的表面的第一固定实体模型表面以及第二固定实体模型表面；以及
产生在第一时间范围期间旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的实体模型表示，其中所述实体模型表示可显示在计算机显示装置上。
所述实体模型表示包括第一固定实体模型表面、与第一固定实体模型图形表面间隔开的第二固定实体模型表面、在第一固定实体模型图形表面与第二固定实体模型表面之间延伸的内实体模型表面，以及在第一固定实体模型图形表面与第二固定实体模型表面之间延伸的外实体模型表面。
在一些实施例中，在第一时间范围期间的中心旋转轴线的第一位置形成围绕中心旋转轴线的第一平均位置的第一数据点环，且在第一时间范围期间的中心旋转轴线的第二位置形成围绕中心旋转轴线的第二平均位置的第二数据点环。内实体模型表面包含在中心旋转轴线的第一平均位置与中心旋转轴线的第二平均位置之间延伸且连接中心旋转轴线的第一平均位置与中心旋转轴线的第二平均位置的内管。外实体模型表面包含在第一数据点环与第二数据点环之间延伸且连接第一数据点环与第二数据点环的外管，且此外管环绕内管。
在另一方面，本发明提供用于产生旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的计算机可显示实体模型表示的方法。所述方法的优选实施例包括以下步骤：
(a)产生指示在第一x轴上旋转结构的第一表面与第一固定结构的表面(其邻近旋转结构的第一表面)之间的距离的第一x轴数据；
(b)产生指示在第一y轴上旋转结构的第一表面与第一固定结构的所述表面之间的距离的第一y轴数据；
(c)产生指示在第二x轴上旋转结构的第二表面与第二固定结构的表面(其邻近旋转结构的第二表面)之间的距离的第二x轴数据；
(d)产生指示在第二y轴上旋转结构的第二表面与第二固定结构的所述表面之间的距离的第二y轴数据；
(e)基于第一x轴数据以及第一y轴数据来确定旋转结构在一段时间期间的第一时间范围期间旋转时，旋转结构的中心旋转轴线相对于第一固定结构的表面的第一位置；
(f)基于中心旋转轴线的第一位置来确定在第一时间范围期间中心旋转轴线的第一平均位置；
(g)基于第二x轴数据以及第二y轴数据来确定旋转结构在第一时间范围期间旋转时，旋转结构的中心旋转轴线相对于第二固定结构的表面的第二位置；
(h)基于中心旋转轴线的第二位置来确定在第一时间范围期间中心旋转轴线的第二平均位置；
(i)产生连接中心旋转轴线的第一平均位置与中心旋转轴线的第二平均位置的内实体模型表面；
(j)产生连接中心旋转轴线的第一位置与中心旋转轴线的第二位置的外实体模型表面；
(k)产生表示第一固定结构的表面的第一固定实体模型表面；
(l)产生表示第二固定结构的表面的第二固定实体模型表面；
(m)产生在第一时间范围期间旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的实体模型表示；以及
(n)在计算机显示装置上显示实体模型表示。
在步骤(m)中产生的所述实体模型包括第一固定实体模型表面、与第一固定实体模型图形表面间隔开的第二固定实体模型表面、在第一固定实体模型图形表面与第二固定实体模型表面之间延伸的内实体模型表面，以及在第一固定实体模型图形表面与第二固定实体模型表面之间延伸的外实体模型表面。
附图说明
通过结合附图来参看详细描述，本发明进一步的优点将是显而易见的，其中为了更清楚地示出细节，元件未按比例绘制，其中贯穿若干视图，相同附图标记表示相同元件，且其中：
图1描绘根据本发明的实施例的用于模型化轴振动的系统；
图2描绘根据本发明的实施例的用于模型化轴振动的方法；
图3描绘根据本发明的实施例的设置在套筒轴承内的轴以及正交地定位的位移探针；
图4描绘位移探针信号的AC分量以及DC分量；
图5描绘平均轴中线绘图；
图6描绘轴中线轨道绘图；
图7描绘重叠在平均轴中线绘图上的轴中线轨道绘图；
图8A以及图8B描绘根据优选实施例的3维轴模型显示；
图9描绘根据优选实施例的3维模型化应用程序的组件；
图10描绘根据优选实施例的转速表传感器以及轴键槽；且
图11A以及图11B描绘根据优选实施例的描绘有轴键槽的3维轴模型显示。
具体实施方式
对准以及平衡是通常应用于诸如盘的单平面转子的术语。通过本文中描述的各种实施例提供的一个优点在于：甚至可视化类同于多平面平衡或对准的具有两个、三个、四个或更多个轴承环的复杂转子的运动的能力。所述实施例提供在沿着中线的多个部位处转子与轴承之间的相对运动的可视化，以及与一倍转动速度(1xRPM)或两倍转动速度(2xRPM)或次同步转动速度事件相比较时此等方面的解释。有利的是，可视化转子沿着转子的长度的旋转以准许机器的缓慢运动可视化。此使用可视确认来补足量测故障，且提供针对引起振动分析员的注意的一些特质或其它异常的说明以及解释。
轴不平衡常常是影响在1xRPM下的振动振幅且对轴向推力的贡献相对较小的故障。不平衡是旋转中心与质量中心不相同的旋转分量的情形，且旋转中心与质量中心之间的差异是偏心率。不平衡常常由材料堆积、磨损、不正确组装、不良设计或热变形引起。
轴不对准是如下反常情形，其中轴或转子的至少一部分的旋转中线与轴或转子的另一部分不共线，或与一个或一个以上轴承中线不共线。不对准通常指代缺乏跨越弹性连接器或诸如轴颈的其它接口的中线的共线对准，缺乏轴中线到轴承中线之间或一条轴承中线与另一条轴承中线之间的共线对准。在轴是固定时的不对准与在轴是旋转时的不对准可以是相当不同的。造成此等差异的因素包括：热变形(也称为热生长)、轴平直度、转子平直度、平台稳定性、轴颈轴承流体作用力以及其它轴承约束。角度不对准是很可能造成在1xRPM下的振动以及在2xRPM下的振动以及轴向推力的故障。偏移不对准是很可能影响主要在2xRPM下的振动的故障。
不平衡、不对准以及松动是旋转机器中的最常见故障中的三种。此等问题中的每一个与转动速度的倍数不同地相关联。松动、摩擦或其它物理干扰影响1xRPM或2xRPM下的振动通常与不对准或不平衡的方式不同。相反，此等问题常常产生次同步振动且添加噪音到总振动信号。套筒轴承故障(诸如经擦拭轴承或被损害轴颈)可潜在地影响中线或转子的动态运动或轴旋转。本文中描述的本发明的实施例帮助操作员自动地或通过用户理解来辨别次同步、1xRPM与2xRPM异常，从而导出对反常情形的原因的理解。举例来说，在1xRPM下，操作员可看见在轴的三维动画中每转一次的偏心运动。操作员可辨别振动相对于转速表指示器的旋转的频率。如果针对转速表指示器的每次旋转，偏心运动或振动发生一次，那么操作员将怀疑与次同步振动有关的问题。转速表指示器每转一次，偏心运动发生两次将暗示不对准。松动将由极偏心运动指示。
本文中描述的实施例使用程序逻辑来计算轴中线相对于轴承或其它固定结构的移动的相对相位、振幅和/或周期性。程序逻辑解释此信息，且使用突出显示或颜色差异或夸大位移来显示图形图像解释。以此方式，程序逻辑提供使用轴中线绘图显示的可视信息，以帮助操作员辨别不同反常情形，诸如角度不对准、偏移不对准、松动以及不平衡。
在可视化在轴或转子以不同速度转动时的各种共振方面，本文中描述的实施例是有用的。随着转子在速度上提高，转子有时必须穿过刚体第一临界共振。一些转子商定第二、第三或甚至更高阶临界共振，因为其继续前进到运转速度。通常，此是预期动态情形。因而，每个临界共振或其它已知共振由负责使转子提高到运转速度的操作员谨慎地商定。本文中描述的各种实施例帮助操作员查看动态旋转、轴承间隙、中线进动以及随运转速度而变的反常运动。使用此可视化信息，操作员较能够避免在旋转机器(诸如涡轮转子)的启动以及关闭时常见的破坏性动作。
另外，存在许多取决于运转速度的故障，诸如油膜涡动、油膜振荡、润滑问题、方法或其它流程问题以及对特定机器或方法来说特定的动态运行机器条件。类似于共振，此等其它取决于速度的故障可使用如通过本文中描述的各种实施例提供的轴中线可视化技术较好地避免。
现在参看图1以及图3，描绘用于模型化绕旋转轴线15旋转的轴30的位移以及振动的系统10。系统10包括连接到套筒轴承14a、14b、14c以及14d的多个位移传感器对12a-12b、12c-12d、12e-12f以及12g-12h。这些传感器设置于在本文中被称为x轴(水平轴线)以及y轴(垂直轴线)的位移轴线(displacement axes)上。在优选实施例中，所有y轴传感器(12a、12c、12e以及12g)彼此对准，且所有x轴传感器(12b、12d、12f以及12h)彼此对准，使得输出信号以旋转方式同步。此等位移传感器也可在本文中被称为近端(proximity)传感器、近端探针、近端换能器、位移换能器或位移探针。在一个优选实施例中，位移传感器是非接触涡流换能器，其提供与换能器的尖端与轴30的表面之间的距离成比例的电压输出信号。此等传感器的示例是由Epro GmbH制造的型号PR 6423以及由Shinkawa Sensor Technology,Inc制造的型号VK-452A传感器。
在本文中描述的优选实施例中，每对中的两个位移传感器彼此成90度方向定向。然而，应了解，这些传感器可以成其它角度方向定向，只要角度是已知的。
系统10也包括转速表传感器16，其产生指示轴的旋转速度的输出信号。由于轴的旋转速度在所有轴承部位处是相同的，故仅需要一个转速表传感器来执行本文中描述的方法。
位移传感器12a-12h以及转速表传感器16的输出端电连接至数据收集装置60(诸如由艾默生过程控制有限公司(Emerson Process Management)制造的CSI 4500或CSI6500Machinery HealthTM监视器)的模拟/数字转换器(ADC)18的输入端。优选地，ADC 18具有24位分辨率，大于100dB动态范围，且以5120个样本/秒的速率对传感器输出电压取样。将ADC 18的输出端处的数字位移信号数据以及转速表信号数据提供给数据收集装置60的处理器62，数据收集装置60将数据保持在存储器22中直到数据被下载以供分析。
在优选实施例中，数据收集装置60与服务器计算机64通信，在服务器计算机64上来自传感器12a-12h的数据不定时地存档在长期存储器中以供随后分析。在一些实施例中，服务器计算机64经由诸如以太网、Wi-Fi网或虚拟专用网的通信网络与数据收集装置60通信。在其它实施例中，数据收集装置60可经由USB串行链路或其它数据链路直接连接到服务器计算机64。
如图1所示，数据分析计算机66经由诸如以太网、Wi-Fi网或虚拟专用网的通信网络与服务器计算机64通信。数据分析计算机66可以是个人计算机、服务器、膝上型计算机或平板计算机。如下文更详细地描述，数据分析计算机66包括可操作以执行模型化软件应用程序28的指令的处理器20。数据分析计算机66也优选地包括用户输入装置24，诸如键盘、鼠标、触摸板或触摸屏，以及显示装置26。
如图4所示，来自每个位移探针的输出信号可表示为“DC分量(DC component)”32以及“AC分量(AC component)”34。DC分量32表示相对于对应位移传感器的平均轴位置，AC分量34表示相对于对应位移传感器的绝对轴位置。在物理方面，针对轴的每个单次旋转，其具有绕平均中心位置振荡的平均中心位置(DC分量)以及绝对中心位置(AC分量)。轴中的不平衡是此动态振荡的典型原因。
为了确定相对于传感器对中任意一对的实际轴位置，需要在轴固定时或非常慢地转动时由传感器对产生的电压。此被称为传感器的休息电压，且是在本文中描述的制图过程中使用的设置值中的其中之一。从测量到的电压减去休息电压来确定与轴的休息状态相比较轴位置中的改变。此位置改变通常涉及随着轴的旋转速度增加，轴离开轴承的底部表面且变为由流体动力油楔支撑。
图5显示在一段时间内在单个轴承位置处测量到的平均轴中线绘图36。圆38(在本文中也被称为“间隙圆”)表示轴的外表面与轴承之间的间隙。在图5的示例中，轴承的内径比轴的外径大0.010英寸。因此，此示例的额定轴承间隙是0.005英寸。如果轴在轴承的正中心，那么在间隙圆38的中心处将存在单一数据点，从而指示轴的外表面与轴承的内表面之间每个方向上的0.005英寸的间隙。因此，轴中线绘图36将轴表示为指示轴中心的部位的单个点。额定轴承间隙是本文中描述的制图过程所需要的设置值中的其中之一。
继续参看图5，在绘图的最底部的数据点40指示静止时的轴，其中轴的外表面接触轴承的底部表面(在轴与轴承之间无间隙)。随着轴的旋转速度增加，由于轴从轴承的底部表面上升，故轴变为由油楔支撑。平均位置的此改变由从间隙圆38的底部向上延伸的数据点40的踪迹反映，如图5所示。
图5不指示轴旋转时，绝对轴中心位置相对于平均轴中心位置的动态运动。通过正交位移探针信号的AC分量(图4)来指示此动态运动。此等动态分量在图6所示的轨道绘图42中表示。轨道绘图42中的数据点44指示轴旋转时，轴中心如何绕平均中心位置动态地移动。在绘图42中描绘轴的若干旋转(8-10)。然而，绘图42不提供关于轴相对于轴承表面的位置的信息。
图7是绘图46的示例，其将轴旋转加速时的平均轴中线(诸如图5中所描绘)与在轴已达到3600RPM的恒定速度之后在沿着轴的长度的单个套筒轴承部位处的轴中心的动态运动(诸如图6中所描绘)结合。数据点的踪迹48指示轴加速自旋时在一段时间内平均轴中线的位置，且数据点的基本为椭圆形的环50指示在达到恒定速度之后轴中心绕平均轴中线历时一段时间的绝对运动。圆点52表示轴上的参考位置。如果此参考标记移动到数据点环50中的实质上不同位置，那么此指示振动已改变相位。空白54引导圆点52来指示振动的方向。为说明简单起见，绘图46描绘针对轴的仅一次旋转的数据50。虚线圆38表示对应于套筒轴承的内侧表面的位置的间隙圆。
本发明的实施例使用针对单个轴承部位的类似于图7中描绘的数据的数据来建构3维模型，其显示在沿着旋转轴的多个轴承部位处围绕平均轴中心位置的轴中心的动态运动。通过执行如图2所示的数据收集、分析以及制图步骤的模型化应用程序28来建构此3维模型。
如图2所示，模型化过程100从以下步骤开始，在t1到tfinal的一段时间内从四个轴承14a-14d处的位移探针12a-12h收集在两个轴线上的轴位移数据(步骤102)。如上文论述，此数据可使用数据收集装置60收集。也在该段时间内收集来自转速表传感器16的转速表数据。位移数据以及转速表数据优选地传送到服务器计算机64，这些数据在服务器计算机64处存档(步骤104)，直到执行随后制图以及动画步骤。可替代地，如下文更详细地论述，可基于位移数据以及转速表数据实质上实时地或“准实时”地执行制图以及动画步骤。来自探针12a以及12b的数据是“第一x轴数据”以及“第一y轴数据”的示例，来自探针12c以及12d的数据是“第二x轴数据”以及“第二y轴数据”的示例。
使用数据分析计算机66，用户执行模型化应用程序28，模型化应用程序28包含用于执行以下步骤中的一些或全部的计算机可执行指令。图9描绘模型化应用程序28的优选实施例的框图表示。在此实施例中，应用程序28包括：用于确定轴30的中心旋转轴线的第一位置的指令80、用于确定中心旋转轴线的第一平均位置的指令82、用于确定中心旋转轴线的第二位置的指令84、用于确定中心旋转轴线的第二平均位置的指令86、用于产生内实体模型表面的指令88、用于产生外实体模型表面的指令90、用于产生第一固定实体模型表面以及第二固定实体模型表面的指令92、用于基于内实体模型表面以及外实体模型表面与第一固定实体模型表面以及第二固定实体模型表面产生实体模型的指令94，以及用于用动画表示一系列实体模型的指令96。在下文更详细地描述此等各种计算机可执行指令集。
在一个实施例中，用户首先使用用户输入装置24或其它工具来选择储存在服务器计算机上的有关数据存档以供分析(步骤106)。在下文论述的替代实施例中，用户可选择实时收集的模型数据。如本文中所使用的术语，数据存档是相关瞬态波形数据集的群组(随时间而变的x-y位移数据)。接着将选定存档的波形数据以及设置数据(探针休息电压以及轴承间隙)从服务器计算机64传送到数据分析计算机66(步骤108)。模型化应用程序28接着针对在选定数据存档中涵盖的时间周期内的多个时间范围(表示为t＝1至t＝tfinal)，针对轴承位置(表示为b＝1至b＝4)中的每一个，建构平均轴中线位置以及围绕平均轴中线的动态轴中线移动的图表。如先前所提及，在此示例中四个轴承的使用是完全任意的。可使用本发明的实施例模型化更多或更少轴承。
举例来说，使用来自在第一时间范围(t＝1)期间产生的在第一轴承14a(b＝1)上的探针12a-12b的位移数据(步骤110)，模型化应用程序28建构平均轴中线以及动态轴中线移动的第一图表(步骤112)，其在格式上类似于图7中描绘的图表。此第一图表储存在存储器中，且过程针对下一轴承14b(b＝2)重复(步骤114到116到112)。此图表建构过程针对剩余轴承部位继续(直到b>4(步骤116))，在此时将点b设定回为1(步骤118)。在本示例中的此点处，模型化应用程序28已建构在第一时间范围(t＝1)中同步的四个图表，每一个图表在格式上类似于图7中描绘的图表。
尽管本文中描述的示例性实施例包括四个轴承部位，但应了解，本文中描述的模型化应用程序可适用于并有更多或更少个轴承部位的系统。因此，本发明不限于任何特定数目轴承部位。
基于在步骤112处建构的四个2维图表，模型化应用程序28在第一时间范围期间建构动态轴移动的3维“实体”模型74以供在显示装置26上显示(步骤120)。在图8A以及图8B中描绘模型74的示例。此图表包括表示四个套筒轴承(14a-14d)的环76a-76d的实体模型描绘。环76a以及76b是“第一固定实体模型表面”或“第一柱面”以及“第二固定实体模型表面”或“第二柱面”的示例。实体模型环76a-76d的内侧表面对应于如图7所示的间隙圆38。图8A以及图8B中的较大分段管70(在本文中也被称为“外管”)表示在第一时间范围内在每一轴承部位处围绕平均轴中心的轴中线的动态移动。此管70的每一区段是将表示一个轴承处的动态轴移动的数据“环”(诸如50a)连接到邻近轴承处的数据“环”(诸如50b)的类似柱面的表面。环50a在本文中也被称为“第一数据环”，且环50b在本文中也被称为“第二数据环”。相似地，环50c和环50d可以各自被称为“第三数据环”和“第四数据环”。较小分段管72(在本文中也被称为“内管”)表示在第一时间范围内在每一轴承部位处的平均轴中心的位置。此管72的每个区段是将一个轴承处的平均轴中心位置(诸如48a)连接到邻近轴承处的平均轴中心位置(诸如48b)的圆柱形表面。
图8A以及图8B中描绘的实体模型74提供平均轴中心位置以及在每一轴承处轴的外表面与套筒轴承的内表面之间的间隙的3维视图。举例来说，管72从环76a的中心显著地移位，且管70的外表面表现为接触或极接近地接触环76a的内表面。此指示平均轴中心位置从轴承14a的中心显著地移位，从而导致在轴的某些旋转位置处轴的外表面与轴承14a的内表面之间几乎无间隙或无间隙。然而，在轴承14b处间隙大得多，这主要归因于轴平均中心与轴承的中心几乎对准。
因此，模型74帮助用户可视化旋转轴是否将要在径向方向上接触固定元件(轴承表面)。其亦帮助用户可视化轴是否在其支撑轴承的适当区域中运行。其也显示轴弯曲模式在绝对值意义上的形状信息。可以多个方式使用此信息。在较低速度下，在轴上作用的动态力相对较弱，因此轴承中的轴的位置提供对支撑轴的轴承的对准状态的估计或有可能指示轴弯曲。在较高速度下(假设轴承适当地对准)，轴旋转时，对轴形状的观查给予用户对轴的三维模式形状的估计。
再次参看图2，针对四个轴承位置中的每一个，针对下一增量时间范围(t＝t+1)(步骤122到124到112并重复这个循环)，模型化应用程序28重复建构平均轴中线以及动态轴位置的2维图表的过程。基于此等图表，模型化应用程序28建构针对下一增量时间范围的3维模型74(步骤120)。此过程针对每个增量时间范围直到选定数据存档中表示的最后时间范围(t>tfinal)而重复(步骤124)。举例来说，时间范围可小到0.05秒或大到25秒。用户可选择用动画表示模型74的选项，其使模型化应用程序28顺序地“播放”针对每个时间段建构的单个模型74(步骤126)。
本文中论述的各种实施例是针对在套筒轴承内旋转的轴，其中两者之间的间隙是已知量。此等实施例模型化旋转轴线相对于固定轴承的物理接近。可采取类似方法来模型化连接至轴的旋转元件(诸如涡轮叶片)，且显示旋转元件与固定元件(诸如涡轮外壳)之间的间隙。用户将能够说出旋转元件是否将要接触其旋转所在的固定元件。因此，旋转结构可以是轴或涡轮叶片，或绕旋转轴线旋转的任何其它结构，且固定结构可以是套筒轴承或涡轮外壳或在旋转结构附近设置的任何其它固定结构。
本发明的实施例也可用来模型化在轴向方向上轴/转子系统的移动。此涉及使用轴向位移探针来量测探针与连接至轴的止推环(thrust collar)之间的距离。随着转子的操作条件改变，转子可轴向地移动。此模型可用来指示轴是否将要在轴向方向上接触固定组件。轴向位移的模型化也可用来辨别且区分特定反常情形，诸如角度不对准以及热生长。
本发明的优选实施例组合在每个传感器部位处的同步且未过滤数据，以准确地模型化在轴的轴承内部整个轴的行为。用户可显示瞬态事件的不同部分的动画以观察在每个状态下的轴行为。此方法允许用户规定动画的持续时间以有效地放慢动画轴的模型化移动。这常常是重要的，这是因为轴可以(例如)60转/秒的速度旋转，且在此等速度下，理解轴行为(尤其是绕轴中心的动态运动)将是困难的。
上文描述的实施例使用来自每个位移探针的同步时基数据(时间波形)。替代方法将是使用峰值/相位数据来模型化轴移动。此是基于矢量的方法，其中计算来自每个传感器的振幅以及相位值，且在轴转动速度的特定倍数时应用过滤器。此方法消除了使来自所有探针的所有信号同步的需要。此方法可使用便携式数据收集器实施，而无需多通道能力。然而，其仅可用来模型化为轴旋转速度的整数倍的轴运动，而非轴的完整运动。
在优选实施例中，在数据分析计算机66的处理器20上执行模型化应用程序28。然而，应了解，模型化应用程序可在数据收集装置60的处理器62上、服务器64中的处理器上，或能访问位移数据的任何其它处理器上执行。因此，本发明不限于在任何特定计算机处理器上执行模型化应用程序28。
在一些实施例中，诸如图10中所描绘，转速表传感器16是感测到轴30的距离的接近性探针，且其设置在加工成轴的表面的键槽98上。归因于键槽98，来自探针的位移信号具有不同的每转一次图案，其可用来计算每分钟的转数。
如图11A以及图11B所示，键槽98的位置可在实体模型74中表示以显示轴30相对于转速表传感器16的旋转位置。此提供指示相位的可视方式。如果最高振动(轴最接近轴承)对应于转速表传感器16的部位，那么振动将与轴的旋转同相位(0度的相位)。
当轴30的旋转速度改变时，振动的相位常常改变。图11A以及图11B显示以两个不同速度旋转的轴。这两个图显示在轴的旋转中当位移传感器12a-12b侦测到最高振动振幅时的点。然而，很明显两个图中在键槽98的位置处存在约180度的差值。因此，模型74可给予分析员针对不同速度可比较的相位的可视指示。相位改变指示轴30可能经历共振且以不同形状/弯曲模式运转。
如上文描述，在本发明的一些实施例中，模型化应用程序基于存储在数据存档中的位移数据运行。在替代实施例中，上文描述的运算可随着从位移探针收集位移数据而实时地或“准实时”地执行。如本文中所使用的术语“准实时”指示数据可在数据收集时间与执行产生3维模型的图形模型化步骤的时间之间在存储器中缓冲极短时间。此缓冲存储器可实施于数据收集装置60中，服务器计算机64中或数据分析计算机66中。
当轴以较高速度(诸如3600RPM)旋转时，人眼不可能实时地清楚地看到轴旋转时的实际偏移。在此等速度下实时3维模型在显示器上将仅表现为模糊。为了使实时显示有用，本发明的实施例显示表示快速旋转轴的最大偏移的包络。或者，位移数据的缓冲部分的准实时模型可在装置上以“缓慢运动”显示以使其能用来观察。举例而言，针对以3600RPM转动的轴在五秒内收集的数据可在五分钟的周期内以慢动作显示。
在一些实施例中，本文中描述的3维模型化技术可在动态多平面平衡分析中使用，其仅考虑振动信号的1xRPM分量。振动信号的1xRPM分量提供轴重于其它部分的一部分的指示，其引起在轴旋转期间的不平衡。为了获得基本上为正弦波的1xRPM分量，振动信号的较高频率分量被过滤。在此等实施例中，仅使用1xRPM分量来用动画表示3维模型以清楚地显示由重量不平衡引起的轴的任何“摇摆”。
经过滤的正弦波也可表示为矢量。举例来说，在30度下的0.5英寸/秒的速度矢量指示：正弦波的最高振幅是0.5英寸/秒且在触发转速表的点之后在轴旋转的30度下发生最高振幅。此矢量数据很容易获取，这是因为位移测量无需是同时的。
使用3维模型化的平衡分析也可使用从套管探针(casing probe)收集的数据执行，套管探针不像接近性探针那样具有入侵性。用户简单地固持在机箱上的套管探针测量由轴振动产生的力而非轴的位移。
在一些实施例中，可使用本文中描述的3维模型化技术来描绘通过某种联轴器而联接在一起的多个轴之间的不对准。不对准(其是两个或两个以上联接的轴不共线的情形)在由模型化应用程序产生的3维动画中看起来将很明显。这种用于不对准的动画也可使用峰值/相位矢量数据产生，峰值/相位矢量数据是使用诸如上文描述的未同步套管探针收集的。在偏移不对准的情况下，在动画中描绘的轴中线将是平行的，但是不共线。在角度不对准的情况下，轴中线将既不共线也不平行，但是轴中线将交叉。也可存在指示偏移不对准以及角度不对准两者的情形。角度不对准造成的轴向位移幅度通常比不平衡或偏移不对准要大。
本文中描述的实施例通过提供图形表示(诸如图形伪转速表)进一步帮助用户视觉地表示至少1xRPM。此等实施例也准许用户查看或甚至选择2xRPM或其它类似谐波频闪观测器的指示器(harmonic strobe-like indicator)。或者，可显示以每个轴转动周期而重复的图形计时表，其显示相位时间(以毫秒或其它单位为单位)或角度(以度数或弧度或其它单位为单位)，来近似以图形方式旋转的轴的转动同期。除了转子转动的图形观察之外，这帮助用户通过物理量化一个角位置与另一个角位置之间的实际时间增量来解释轴运动。其亦允许区分1xRPM故障与2xRPM故障与次同步故障。
在一些实施例中，可与图形中线可视化关联地对自检查验证计算进行编程和计算，以帮助或警告正在考虑根据从中线可视化得到的信息采取行动的操作员。举例来说，本文中描述的可视化技术中的一个或多个可与使用熟知物理定律或实验模型(或此类的近似)的其它信息相组合，以显示对于操作员来说将有价值的进一步的信息。举例来说，旋转组件的中线可视化可提供干扰或摩擦情形的证据。为验证此，可使用计算来估计物理结果，诸如力或温度或损害估计，其将指示此干扰情形实际上正在发生。因此，在确认或反驳可视化信息的有效性上，此计算可以是有用的。
出于说明以及描述的目的已经呈现了本发明的优选实施例的先前描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制到所公开的精确形式。鉴于上述教导，明显的修改或变化都是可能的。为了提供本发明的原理以及其实际应用的最佳说明，选择和描述这些实施例，且从而使本领域的普通技术人员能够以各种实施例以及适合于预期的特定用途的各种修改来应用本发明。在根据公平、合法且平等地授权的广度来解释时，所有这种修改以及变化都在由所附的权利要求书所确定的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于产生计算机可显示实体模型表示的系统，所述计算机可显示实体模型表示是在一段时间内旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的表示，其中所述第一固定结构以及所述第二固定结构设置在所述旋转结构附近，且沿着所述旋转结构的中心旋转轴线彼此间隔开，所述系统包含：
计算机处理器，其用于访问指示所述旋转结构与所述第一固定结构以及所述第二固定结构之间的空间关系的位移数据，所述位移数据包含：
第一x轴数据，其指示在第一x轴上所述旋转结构的第一表面与所述第一固定结构的邻近所述旋转结构的所述第一表面的表面之间的距离；
第一y轴数据，其指示在第一y轴上所述旋转结构的所述第一表面与所述第一固定结构的所述表面之间的距离；
第二x轴数据，其指示在第二x轴上所述旋转结构的第二表面与所述第二固定结构的邻近所述旋转结构的所述第二表面的表面之间的距离；
第二y轴数据，其指示在第二y轴上所述旋转结构的所述第二表面与所述第二固定结构的所述表面之间的距离；以及
模型化应用模块，其可操作以由所述计算机处理器执行，所述模型化应用模块包含：
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述第一x轴数据以及所述第一y轴数据来确定所述旋转结构在所述一段时间期间的第一时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第一固定结构的所述表面的第一位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述中心旋转轴线的所述第一位置来确定在所述第一时间范围期间所述中心旋转轴线的第一平均位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述第二x轴数据以及所述第二y轴数据来确定所述旋转结构在所述第一时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第二固定结构的所述表面的第二位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述中心旋转轴线的所述第二位置来确定在所述第一时间范围期间所述中心旋转轴线的第二平均位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生连接所述中心旋转轴线的所述第一平均位置与所述中心旋转轴线的所述第二平均位置的内实体模型表面；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生连接所述中心旋转轴线的所述第一位置与所述中心旋转轴线的所述第二位置的外实体模型表面；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生表示所述第一固定结构的所述表面的第一固定实体模型表面；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生表示所述第二固定结构的所述表面的第二固定实体模型表面；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生在所述第一时间范围期间所述旋转结构相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构的移动的实体模型表示，其中所述实体模型表示可操作以显示在计算机显示装置上，所述实体模型表示包含：
所述第一固定实体模型表面；
与所述第一固定实体模型图形表面间隔开的所述第二固定实体模型表面；
在所述第一固定实体模型图形表面与所述第二固定实体模型表面之间延伸的所述内实体模型表面；以及
在所述第一固定实体模型图形表面与所述第二固定实体模型表面之间延伸的所述外实体模型表面。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述计算机处理器是数据分析计算机、服务器计算机和数据收集装置的中的任一组件。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一x轴与所述第二x轴基本平行，且所述第一y轴与所述第二y轴基本平行。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一x轴定向于与所述第一y轴成90度处，且所述第二x轴定向于与所述第二y轴成90度处。
5.如权利要求1所述的系统，其进一步包含：
第一x轴位移探针，其设置在所述第一x轴上的所述第一固定结构上以用于产生位移-时间信号，从所述位移-时间信号导出所述第一x轴数据；
第一y轴位移探针，其设置在所述第一y轴上的所述第一固定结构上以用于产生位移-时间信号，从所述位移-时间信号导出所述第一y轴数据；
第二x轴位移探针，其设置在所述第二x轴上的所述第二固定结构上以用于产生位移-时间信号，从所述位移-时间信号导出所述第二x轴数据；以及
第二y轴位移探针，其设置在所述第二y轴上的所述第二固定结构上以用于产生位移-时间信号，从所述位移-时间信号导出所述第二y轴数据。
6.如权利要求1所述的系统，其中当以轨道绘图格式绘制时，
在所述第一时间范围期间的所述中心旋转轴线的所述第一位置形成围绕所述中心旋转轴线的所述第一平均位置的第一数据点环，
在所述第一时间范围期间的所述中心旋转轴线的所述第二位置形成围绕所述中心旋转轴线的所述第二平均位置的第二数据点环，
所述内实体模型表面包含在所述中心旋转轴线的所述第一平均位置与所述中心旋转轴线的所述第二平均位置之间延伸且连接所述中心旋转轴线的所述第一平均位置与所述中心旋转轴线的所述第二平均位置的内管，且
所述外实体模型表面包含在所述第一数据点环与所述第二数据点环之间延伸且连接所述第一数据点环与所述第二数据点环的外管，所述外管环绕所述内管。
7.如权利要求6所述的系统，其中
所述第一固定实体模型表面包含在所述第一数据点环处环绕所述外管的第一部分的第一柱面，且
所述第二固定实体模型图形表面包含在所述第二数据点环处环绕所述外管的第二部分的第二柱面。
8.如权利要求7所述的系统，其中
所述实体模型表示中所述外管与所述第一柱面之间的空间间隙对应于所述旋转结构的所述第一表面与所述第一固定结构的邻近所述旋转结构的所述第一表面的所述表面之间的空间间隙，且
所述实体模型表示中所述外管与所述第二柱面之间的空间间隙对应于所述旋转结构的所述第二表面与所述第二固定结构的邻近所述旋转结构的所述第二表面的所述表面之间的空间间隙。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述模型化应用模块还包含：
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述第一x轴数据以及所述第一y轴数据来确定所述旋转结构在所述一段时间期间的所述第一时间范围之后的多个连续时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第一固定结构的所述表面的第一位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述中心旋转轴线的所述第一位置来确定在所述多个连续时间范围中的每一个期间所述中心旋转轴线的第一平均位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述第二x轴数据以及所述第二y轴数据来确定所述旋转结构在所述多个连续时间范围中的每一个期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第二固定结构的所述表面的第二位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述中心旋转轴线的所述第二位置来确定在所述多个连续时间范围中的每一个期间所述中心旋转轴线的第二平均位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生在所述多个连续时间范围中的每一个期间所述旋转结构相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构的所述移动的所述实体模型表示；以及
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：在显示装置上显示针对所述第一时间范围的所述实体模型表示，且随后在所述显示装置上显示针对所述多个连续时间范围中的每一个的所述实体模型表示，从而产生所述实体模型表示的时间序列动画。
10.如权利要求1所述的系统，其中
所述计算机处理器在获取到所述位移数据时实时地从缓冲存储器访问所述位移数据，且
所述计算机处理器在获取到所述位移数据时实时地执行模型化应用程序的所述计算机可执行指令以产生所述实体模型。
11.如权利要求1所述的系统，其中
所述计算机处理器从长期存储装置中访问所述位移数据，且
所述计算机处理器执行模型化应用程序的所述计算机可执行指令来基于从所述长期存储装置访问的所述位移数据产生所述实体模型。
12.一种用于产生计算机可显示实体模型表示的系统，所述计算机可显示实体模型表示是在一段时间内旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的表示，其中所述第一固定结构以及所述第二固定结构设置在所述旋转结构附近，且沿着所述旋转结构的中心旋转轴线彼此间隔开，所述系统包含：
第一x轴位移探针，其设置在所述第一固定结构上以用于产生位移-时间信号，所述位移-时间信号指示在第一x轴上所述旋转结构的第一表面与所述第一固定结构的邻近所述旋转结构的所述第一表面的表面之间的距离；
第一y轴位移探针，其设置在所述第一固定结构上以用于产生位移-时间信号，所述位移-时间信号指示在第一y轴上所述旋转结构的所述第一表面与所述第一固定结构的所述表面之间的距离，其中所述第一y轴定向于与第一z轴成90度处；
第二x轴位移探针，其设置在所述第二固定结构上以用于产生位移-时间信号，所述位移-时间信号指示在第二x轴上所述旋转结构的第二表面与所述第二固定结构的邻近所述旋转结构的所述第二表面的表面之间的距离，其中所述第二x轴与所述第一x轴基本平行；以及
第二y轴位移探针，其设置在所述第二固定结构上以用于产生位移-时间信号，所述位移-时间信号指示在第二y轴上所述旋转结构的所述第二表面与所述第二固定结构的所述表面之间的距离，其中所述第二y轴与所述第一y轴基本平行；
模拟/数字转换器，其用于将来自所述第一x轴位移探针、所述第一y轴位移探针、所述第二x轴位移探针以及所述第二y轴位移探针的所述位移-时间信号分别转换成第一x轴数据、第一y轴数据、第二x轴数据以及第二y轴数据；
计算机处理器，其用于访问所述第一x轴数据、所述第一y轴数据、所述第二x轴数据以及所述第二y轴数据；以及
模型化应用模块，其可操作以由所述计算机处理器执行，所述模型化应用模块包含：
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述第一x轴数据以及所述第一y轴数据来确定所述旋转结构在所述一段时间期间的第一时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第一固定结构的所述表面的第一位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：在所述第一时间范围期间处理所述中心旋转轴线的所述第一位置以确定所述中心旋转轴线的第一平均位置，其中在所述第一时间范围期间的所述中心旋转轴线的所述第一位置形成围绕所述中心旋转轴线的所述第一平均位置的第一数据点环；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：处理所述第二x轴数据以及所述第二y轴数据来确定所述旋转结构在所述第一时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第二固定结构的所述表面的第二位置；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：在所述第一时间范围期间处理所述中心旋转轴线的所述第二位置以确定所述中心旋转轴线的第二平均位置，其中在所述第一时间范围期间的所述中心旋转轴线的所述第二位置形成围绕所述中心旋转轴线的所述第二平均位置的第二数据点环；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生包含在所述中心旋转轴线的所述第一平均位置与所述中心旋转轴线的所述第二平均位置之间延伸且连接所述中心旋转轴线的所述第一平均位置与所述中心旋转轴线的所述第二平均位置的内管的内实体模型表面；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生包含在所述第一数据点环与所述第二数据点环之间延伸且连接所述第一数据点环与所述第二数据点环的外管的外实体模型表面，所述外管环绕所述内管；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生表示所述第一固定结构的所述表面的第一固定实体模型表面，所述第一固定实体模型表面包含在所述第一数据点环处环绕所述外管的第一部分的第一柱面；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生表示所述第二固定结构的所述表面的第二固定实体模型表面，所述第二固定实体模型表面包含在所述第二数据点环处环绕所述外管的第二部分的第二柱面；
在执行时进行以下动作的计算机可执行指令：产生在所述第一时间范围期间所述旋转结构相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构的所述移动的实体模型表示，其中所述实体模型表示可操作以显示在计算机显示装置上，所述实体模型表示包含：
所述第一固定实体模型表面；
与所述第一固定实体模型图形表面间隔开的所述第二固定实体模型表面；
在所述第一固定实体模型图形表面与所述第二固定实体模型表面之间延伸的所述内实体模型表面；以及
在所述第一固定实体模型图形表面与所述第二固定实体模型表面之间延伸的所述外实体模型表面，
其中所述实体模型表示中所述外管与所述第一柱面之间的空间间隙对应于所述旋转结构的所述第一表面与所述第一固定结构的邻近所述旋转结构的所述第一表面的所述表面之间的空间间隙，且
其中所述实体模型表示中所述外管与所述第二柱面之间的空间间隙对应于所述旋转结构的所述第二表面与所述第二固定结构的邻近所述旋转结构的所述第二表面的所述表面之间的空间间隙。
13.一种用于产生计算机可显示实体模型表示的方法，所述计算机可显示实体模型表示是在一段时间内旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的表示，其中所述第一固定结构以及所述第二固定结构设置在所述旋转结构附近，且沿着所述旋转结构的中心旋转轴线彼此间隔开，所述方法包含：
(a)产生指示在第一x轴上所述旋转结构的第一表面与所述第一固定结构的邻近所述旋转结构的所述第一表面的表面之间的距离的第一x轴数据；
(b)产生指示在第一y轴上所述旋转结构的所述第一表面与所述第一固定结构的所述表面之间的距离的第一y轴数据；
(c)产生指示在第二x轴上所述旋转结构的第二表面与所述第二固定结构的邻近所述旋转结构的所述第二表面的表面之间的距离的第二x轴数据；
(d)产生指示在第二y轴上所述旋转结构的所述第二表面与所述第二固定结构的所述表面之间的距离的第二y轴数据；
(e)基于所述第一x轴数据以及所述第一y轴数据来确定所述旋转结构在所述一段时间期间的第一时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第一固定结构的所述表面的第一位置；
(f)基于所述中心旋转轴线的所述第一位置来确定在所述第一时间范围期间所述中心旋转轴线的第一平均位置；
(g)基于所述第二x轴数据以及所述第二y轴数据来确定所述旋转结构在所述第一时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第二固定结构的所述表面的第二位置；
(h)基于所述中心旋转轴线的所述第二位置来确定在所述第一时间范围期间所述中心旋转轴线的第二平均位置；
(i)产生连接所述中心旋转轴线的所述第一平均位置与所述中心旋转轴线的所述第二平均位置的内实体模型表面；
(j)产生连接所述中心旋转轴线的所述第一位置与所述中心旋转轴线的所述第二位置的外实体模型表面；
(k)产生表示所述第一固定结构的所述表面的第一固定实体模型表面；
(l)产生表示所述第二固定结构的所述表面的第二固定实体模型表面；
(m)产生在所述第一时间范围期间所述旋转结构相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构的所述移动的所述实体模型表示，所述实体模型表示包含：
所述第一固定实体模型表面；
与所述第一固定实体模型图形表面间隔开的所述第二固定实体模型表面；
在所述第一固定实体模型图形表面与所述第二固定实体模型表面之间延伸的所述内实体模型表面；以及
在所述第一固定实体模型图形表面与所述第二固定实体模型表面之间延伸的所述外实体模型表面；以及
(n)在计算机显示装置上显示所述实体模型表示。
14.如权利要求13所述的方法，其进一步包含：
(o)基于所述第一x轴数据以及所述第一y轴数据来确定所述旋转结构在所述一段时间期间的所述第一时间范围之后的多个连续时间范围期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第一固定结构的所述表面的第一位置；
(p)基于所述中心旋转轴线的所述第一位置来确定在所述多个连续时间范围中的每一个期间所述中心旋转轴线的第一平均位置；
(q)基于所述第二x轴数据以及所述第二y轴数据来确定所述旋转结构在所述多个连续时间范围中的每一个期间旋转时，所述旋转结构的所述中心旋转轴线相对于所述第二固定结构的所述表面的第二位置；
(r)基于所述中心旋转轴线的所述第二位置来确定在所述多个连续时间范围中的每一个期间所述中心旋转轴线的第二平均位置；
(s)产生在所述多个连续时间范围中的每一个期间所述旋转结构相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构的所述移动的所述实体模型表示；以及
(t)在所述计算机显示装置上显示针对所述多个连续时间范围中的每一个的所述实体模型表示，从而产生所述实体模型表示的时间序列动画。
15.如权利要求13所述的方法，其中步骤(n)进一步包含在所述计算机显示装置上显示所述实体模型表示以帮助用户可视化以下一个或多个：
在较高速度下所述旋转结构的模式形状；
在较低速度下所述第一固定结构以及所述第二固定结构相对于所述旋转结构的对准状态；
所述旋转结构相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构中的一个或多个的轴向移动；
所述旋转结构是否有接触所述第一固定结构以及所述第二固定结构中的一个或多个的危险；
所述旋转结构是否设置于相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构中的一个或多个的适当区域内；
在瞬态事件期间所述旋转结构的行为；以及
所述旋转结构中的不平衡的影响。
16.一种用于产生计算机可显示实体模型表示的系统，所述计算机可显示实体模型表示是在一段时间内旋转结构相对于第一固定结构以及第二固定结构的移动的表示，其中所述第一固定结构以及所述第二固定结构设置在所述旋转结构附近，且沿着所述旋转结构的中心旋转轴线彼此间隔开，所述系统包含：
第一x轴位移探针，其设置在所述第一固定结构上以用于产生第一x轴位移-时间信号，所述第一x轴位移-时间信号指示在第一x轴上所述旋转结构的第一表面与所述第一固定结构的邻近所述旋转结构的所述第一表面的表面之间的距离；
第一y轴位移探针，其设置在所述第一固定结构上以用于产生第一y轴位移-时间信号，所述第一y轴位移-时间信号指示在第一y轴上所述旋转结构的所述第一表面与所述第一固定结构的所述表面之间的距离；
第二x轴位移探针，其设置在所述第二固定结构上以用于产生第二x轴位移-时间信号，所述第二x轴位移-时间信号指示在第二x轴上所述旋转结构的第二表面与所述第二固定结构的邻近所述旋转结构的所述第二表面的表面之间的距离，其中所述第二x轴与所述第一x轴基本平行，使得所述第一x轴位移-时间信号与所述第二x轴位移-时间信号旋转地同步；
第二y轴位移探针，其设置在所述第二固定结构上以用于产生第二y轴位移-时间信号，所述第二y轴位移-时间信号指示在第二y轴上所述旋转结构的所述第二表面与所述第二固定结构的所述表面之间的距离，其中所述第二y轴与所述第一y轴基本平行，使得所述第一y轴位移-时间信号与所述第二y轴位移-时间信号旋转地同步；
模拟/数字转换器，其用于将所述第一x轴位移-时间信号、所述第一y轴位移-时间信号、所述第二x轴位移-时间信号以及所述第二y轴位移-时间信号分别转换成第一x轴数据、第一y轴数据、第二x轴数据以及第二y轴数据；
计算机处理器，其用于访问所述第一x轴数据、所述第一y轴数据、所述第二x轴数据以及所述第二y轴数据；以及
模型化应用模块，其可操作以由所述计算机处理器执行以产生所述旋转结构相对于所述第一固定结构以及所述第二固定结构的移动的实体模型表示，其中所述实体模型表示可操作以显示于计算机显示装置上。
CN201310062743.7A 2012-02-14 2013-02-14 用于可视化旋转结构相对于固定结构的位置的设备以及方法 Active CN103257044B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/396,217 US9063030B2 (en) 2012-02-14 2012-02-14 Apparatus and method for visualizing the position of a rotating structure with respect to a stationary structure
US13/396,217 2012-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103257044A CN103257044A (zh) 2013-08-21
CN103257044B true CN103257044B (zh) 2017-06-09

Family

ID=48945210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310062743.7A Active CN103257044B (zh) 2012-02-14 2013-02-14 用于可视化旋转结构相对于固定结构的位置的设备以及方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9063030B2 (zh)
CN (1) CN103257044B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170225172A1 (en) * 2014-08-07 2017-08-10 Emerson Electric (Us) Holding Corporation (Chile) Limitada Monitor and Control of Tumbling Mill Using Measurements of Vibration, Electrical Power Input and Mechanical Power
KR101863781B1 (ko) * 2016-09-08 2018-06-01 두산중공업 주식회사 로터 진동 이상 감지 장치 및 방법
US10837304B2 (en) 2016-12-13 2020-11-17 General Electric Company Hybrid-electric drive system
US10718689B2 (en) * 2016-12-22 2020-07-21 General Electric Company Modeling and visualization of vibration mechanics in residual space
US10801359B2 (en) 2017-03-14 2020-10-13 General Electric Company Method and system for identifying rub events
RU2668358C1 (ru) * 2017-11-17 2018-09-28 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ обнаружения резонансных колебаний ротора газотурбинного двигателя
US11287351B2 (en) 2019-11-21 2022-03-29 Crystal Instruments Corporation Vibration visualization with real-time and interpolation features
JP7403411B2 (ja) 2020-08-06 2023-12-22 三菱電機株式会社 振動検出器および振動検出システム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0575155A1 (en) * 1992-06-17 1993-12-22 Westinghouse Electric Corporation On-line monitoring of pilger workpiece displacement
US6549869B1 (en) * 2000-06-20 2003-04-15 Csi Technology, Inc. Expert analysis modules for machine testing
CN102770744A (zh) * 2010-02-24 2012-11-07 西门子公司 用于确定轴承状态的系统或方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4059972A (en) 1974-07-22 1977-11-29 General Motors Corporation Turbine shaft balancing
US6421571B1 (en) 2000-02-29 2002-07-16 Bently Nevada Corporation Industrial plant asset management system: apparatus and method
WO2006017201A1 (en) 2004-07-12 2006-02-16 Lord Corporation Rotating machine active balancer and method of dynamically balancing a rotating machine shaft with torsional vibrations
WO2008049167A1 (en) * 2006-10-25 2008-05-02 Sigma Energy Solutions Pty Limited Diagnostic system, method and apparatus for rotary machinery
US8648860B2 (en) * 2007-08-06 2014-02-11 Csi Technology, Inc. Graphics tools for interactive analysis of three-dimensional machine data

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0575155A1 (en) * 1992-06-17 1993-12-22 Westinghouse Electric Corporation On-line monitoring of pilger workpiece displacement
US6549869B1 (en) * 2000-06-20 2003-04-15 Csi Technology, Inc. Expert analysis modules for machine testing
CN102770744A (zh) * 2010-02-24 2012-11-07 西门子公司 用于确定轴承状态的系统或方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A 3D finite element model for the vibration analysis of asymmetric rotating machines;A. Lazarus 等;《Journal of Sound and Vibration》;20101231(第329期);3780-3797 *

Also Published As

Publication number Publication date
US9063030B2 (en) 2015-06-23
US20130207974A1 (en) 2013-08-15
CN103257044A (zh) 2013-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103257044B (zh) 用于可视化旋转结构相对于固定结构的位置的设备以及方法
Yang et al. Simulation and experimental analysis of rolling element bearing fault in rotor-bearing-casing system
Walker et al. Unbalance localization through machine nonlinearities using an artificial neural network approach
CN109883380A (zh) 一种基于叶端定时的转子叶片位移场测量方法及其系统
CN106839968B (zh) 转子空间弯曲轴线测试系统及其测试方法
Rudloff et al. Experimental analysis of the dynamic characteristics of a hybrid aerostatic bearing
Varney et al. Crack detection in a rotor dynamic system by vibration monitoring—Part II: Extended analysis and experimental results
Sawalhi et al. Parallel misalignment modeling and coupling bending stiffness measurement of a rotor-bearing system
JP2013003149A (ja) 回転装置の動作の監視に使用するためのシステムおよび方法
WO2007007333A2 (en) System and method for active detection of asymmetry in rotating structures
Lezhin et al. Comparison of different methods of non-contact vibration measurement
Rybczyński The possibility of evaluating turbo-set bearing misalignment defects on the basis of bearing trajectory features
Pedotti et al. Fault diagnostics in rotary machines through spectral vibration analysis using low-cost MEMS devices
Bin et al. Virtual dynamic balancing method without trial weights for multi-rotor series shafting based on finite element model analysis
Heikkinen et al. Vibration analysis of paper machine’s asymmetric tube roll supported by spherical roller bearings
CN103292958B (zh) 一种基于模型的转子无试重失衡参数辨识方法
Liu et al. Torsional vibration characteristics and experimental study of cracked rotor system with torsional oscillation
Kukla et al. Measurement and prediction of the dynamic characteristics of a large turbine tilting-pad bearing under high circumferential speeds
Briend et al. Dry-whip phenomenon in on-board rotordynamics: Modeling and experimentation
JP2013003150A (ja) 回転装置を監視するためのシステムおよび方法
US20160377510A1 (en) Synchronized measurements for a portable multi-channel wireless sensor system
Wang et al. Quantitative misalignment detection method for diesel engine based on the average of shaft vibration and shaft shape characteristics
Chen et al. Identification of linearized dynamic characteristics of rolling element bearings
RU2627750C1 (ru) Способ определения динамического дисбаланса ротора авиационного газотурбинного двигателя
Machorro-López et al. Identification of damaged shafts using active sensing—simulation and experimentation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant