CN106017802A - 一种动态监视轴心轨迹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态监视轴心轨迹的方法，包括如下步骤：步骤1、在旋转设备的轴承座上，相互正交的两个位置X位置和Y位置上安装振动传感器，轴心振动信号采集系统检测X位置和Y位置的振动信号，并将结果上送至后台监视系统；步骤2、后台监视系统根据X位置和Y位置的振动信号值，计算轴心位置，并逐点动态显示在监视系统的画面中；步骤3、计算轴心轨迹的特征量，并将结果显示在监视系统的画面中；步骤4、判断轴心轨迹的特征量是否越限，如果超过上限定值，则在监视系统的画面中显示出越限报警。根据采集的旋转设备振动信号，逐点动态展示旋转设备的轴心轨迹，显示效果更加清晰直观。

Description

一种动态监视轴心轨迹的方法

技术领域

本发明属于旋转机械设备的状态监测领域，具体涉及轴心轨迹的监视。

背景技术

转子是旋转设备的主要部件，转子在轴承中高速旋转时不只围绕自身中心旋转，还环绕某一中心作涡动运动。产生涡动运动的原因可能是转子不平衡、对中不良、转子和定子碰磨、油膜涡动等，当旋转设备正常时，轴心轨迹近似一个圆，当出现异常时轴心轨迹会发生畸变，轴心轨迹图含有丰富的故障信息，可以通过轴心轨迹图的分析可以得出故障的前期征兆，分析故障的具体原因，进而采取合理的维修措施，防止旋转设备事故的进一步发展。

目前，现场广泛应用的旋转设备轴心轨迹监视方法大多采用对轴心轨迹数据进行静态显示分析的方式，将采集的一个时间段的数据全部绘制在静态的轴心轨迹图中，不能显示轴心轨迹随时间的变化，特别当时间较长，采集的数据包含多个机械周期时，不同机械周期的数据可能会重叠，影响用户对轴心轨迹的判断。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种动态监视轴心轨迹的方法，在旋转设备的轴承座上，相互正交的两个位置X位置和Y位置上安装振动传感器，轴心振动信号采集系统检测X位置和Y位置的振动信号，根据采集的振动信号，矢量合成旋转设备的轴心轨迹，并将轴心轨迹按照时间先后逐点动态显示，可以清晰的向用户展示出轴心动态运行轨迹，并且还可以实时计算出轴心轨迹的峰值、峰峰值和圆度等特征量，当特征量大于定值动作门槛时，则判断为轴心轨迹越限。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种动态监视轴心轨迹的方法，包括如下步骤：

步骤1、在旋转设备的轴承座上，相互正交的两个位置X位置和Y位置上安装振动传感器，轴心振动信号采集系统检测X位置和Y位置的振动信号，并将结果上送至后台监视系统；

步骤2、后台监视系统根据X位置和Y位置的振动信号值，计算轴心位置，并逐点动态显示在监视系统的画面中，动态显示包含以下三点功能：

A)将合成的轴心轨迹按照时间先后顺序逐点动态显示；具体的，逐点动态显示是根据时域波形计算的轴心位置按照时序顺序逐点绘制在轴心轨迹显示区上，逐点绘制时，前一点和下一点显示的时间间隔为T，T取值范围为0.01s～2s，默认取T＝0.2s；T值越小，动态显示速度越快，反之越慢；通过调整T值，可以获得恰当的动态显示效果。

B)动态显示的进度可以由播放(/暂停)、停止、快进、回退等功能键控制；

C)动态显示的图形可以转存视频文件导出，可以将当前轴心轨迹的监测结果存储为数据文件，也可以将轴心轨迹的动态演示过程转换为视频文件。

步骤3、计算轴心轨迹的特征量，并将结果显示在监视系统的画面中。其中轴心轨迹圆心计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{avgX}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{X}_{\left(k\right)}\\ S_{avgY}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{Y}_{\left(k\right)}\end{array}\right.$

式中，S_avgX，S_avgY分别为旋转设备轴心轨迹在X方向和Y方向的圆心，X_(k),Y_(k)分别为旋转设备轴心在X方向和Y方向上的振动采样值，k为采样序列号，N为当前轴心轨迹位置前一个机械旋转周期的采样点总数。

轴心轨迹峰值和最小值的计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\max }=\max \left\{\sqrt{{\left(X\left(k\right)-S_{avgX}\right)}^2+{\left(Y\left(k\right)-S_{avgY}\right)}^2}\right\}& \left(k=1,\mathrm{2....}M\right)\\ S_{\min }=\min \left\{\sqrt{{\left(X\left(k\right)-S_{avgX}\right)}^2+{\left(Y\left(k\right)-S_{avgY}\right)}^2}\right\}& \left(k=1,\mathrm{2....}M\right)\end{array}\right.$

式中，S_max，S_min分别为旋转设备轴心轨迹的峰值和最小值，X_(k),Y_(k)分别为旋转设备轴心在X方向和Y方向上的振动采样值，S_avgX，S_avgY分别为旋转设备轴心轨迹在X方向和Y方向的圆心，k为采样序列号，M为采样点总数。峰峰值的计算公式如下：

$\begin{array}{cc}{S}_{\left(p-p\right)\max }=\max \left\{\sqrt{{\left(X\left(a\right)-X\left(b\right)\right)}^2+{\left(Y\left(a\right)-Y\left(b\right)\right)}^2}\right\}& \left(a=1,\mathrm{2.....}M;b=1,\mathrm{2.....}M\right)\end{array}$

式中，S_(p-p)max为旋转设备轴心轨迹的峰峰值，X_(a),X_(b)为旋转设备轴心在X方向的振动采样值，Y_(a),Y_(b)为旋转设备轴心轨迹在Y方向的振动采样值，a，b为采样序列号，M为采样点总数。

圆度的计算公式如下：

$Cir=\frac{2(S_{max}-S_{min})}{S_{max}+S_{min}}$

式中，Cir为旋转设备轴心轨迹圆度，S_max，S_min分别为旋转设备轴心轨迹的峰值和最小值。

步骤4、判断轴心轨迹的特征量是否越限，如果超过上限定值，则在监视系统的画面中显示出越限报警。特征值越限的判别按照以下方法进行：

当特征量选取峰值时，特征值越限判别公式如下：

S_max≥S_max-set

式中，S_max为旋转设备轴心轨迹的峰值，S_max-set为旋转设备轴心轨迹峰值越限动作门槛。

当特征量选取峰峰值时，特征值越限判别公式如下：

S_(p-p)max≥S_(p-p)max-set

式中，S_(p-p)max为旋转设备轴心轨迹的峰峰值，S_(p-p)max-set为旋转设备轴心轨迹峰峰值越限动作门槛。

当特征量选取圆度时，特征值越限判别公式如下：

Cir≥Cir_set

式中，Cir为旋转设备轴心轨迹的圆度，Cir_set为旋转设备轴心轨迹圆度越限动作门槛。

本发明的有益效果是：

传统的轴心轨迹监视方法将矢量合成的轴心轨迹曲线静态的显示于轨迹图中，数据重叠杂乱，且没有一个量化的指标反映轴心轨迹的异常。本发明提供一种动态监视轴心轨迹的方法，根据矢量合成旋转设备的轴心轨迹，按照时间先后逐点动态显示轴心轨迹，同时动态展示的进度可以由播放(/暂停)、停止、快进、回退等功能键控制，并且还可以实时计算出轴心轨迹的峰值、峰峰值和圆度等特征量量化指标，当特征量大于定值动作门槛时，则判断为轴心轨迹越限。此方法可以更加直观展示轴心轨迹的运行状态，方便用户对轴心轨迹图形进行分析。

附图说明

图1是本发明一种动态监视轴心轨迹的方法的显示界面示意图，示意图分为三个区域：时域波形显示101区、轴心轨迹显示201区和状态显示301区。其中时域波形显示101区中102区显示X位置振动信号和Y位置振动信号的时域波形，103区域显示当前轴心轨迹所在位置的时间线；轴心轨迹显示201区域中202区域显示旋转设备的动态轴心轨迹，203区域中显示播放(/暂停)、停止、快进、回退、保存文件等功能按钮；状态显示301区域中302区域显示计算出的轴心轨迹特征量，图中O为轴心位置、为轴心轨迹的峰值、为轴心轨迹的峰峰值、Cir为轴心轨迹的圆度，303区域为显示报警状态，包括峰值越限、峰峰值越限和圆度越限。

图2是本发明一种动态监视轴心轨迹的方法的系统结构图，振动信号测量系统通过采集旋转设备端部安装的振动传感器(1X，2Y，3X，4Y)的信号，并将信号传输给后台监视系统，后台监视系统完成轴心轨迹的动态展示。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种动态监视轴心轨迹的方法，包括如下步骤：

步骤1、在旋转设备的轴承座上，相互正交的两个位置X位置和Y位置上安装振动传感器，轴心振动信号采集系统检测X位置和Y位置的振动信号，并将结果上送至后台监视系统，具体安装位置参见附图2；

采集的实时数据显示于附图时域波形显示101区域中，X方向和Y方向时域波形显示于附图102位置，当前轴心轨迹位置显示于附图103位置，时间线垂直于时间坐标轴。

步骤2、后台监视系统根据X位置和Y位置的振动信号值，计算轴心位置，并逐点动态显示在监视系统的画面中；

动态展示内容显示于附图轴心轨迹显示201区域中，动态显示包含以下三点功能：

A)将合成的轴心轨迹按照时间先后顺序逐点动态显示；具体的，逐点动态显示是根据时域波形计算的轴心位置按照时序顺序逐点绘制在轴心轨迹显示区上，逐点绘制时，前一点和下一点显示的时间间隔为T，T取值范围为0.01s～2s，默认取T＝0.2s；T值越小，动态显示速度越快，反之越慢；通过调整T值，可以获得恰当的动态显示效果。

B)动态显示的进度可以由播放(/暂停)、停止、快进、回退等功能键控制；

C)动态显示的图形可以转存视频文件导出，可以将当前轴心轨迹的监测结果存储为数据文件，也可以将轴心轨迹的动态演示过程转换为视频文件。

步骤3、计算轴心轨迹的特征量，并将结果显示在监视系统的画面中，特征量显示于附图状态显示302区域中。其中轴心轨迹圆心计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{avgX}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{X}_{\left(k\right)}\\ S_{avgY}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{Y}_{\left(k\right)}\end{array}\right.$

式中，S_avgX，S_avgY分别为旋转设备轴心轨迹在X方向和Y方向的圆心，X_(k),Y_(k)分别为旋转设备轴心在X方向和Y方向上的振动采样值，k为采样序列号，N为当前轴心轨迹位置前一个机械旋转周期的采样点总数。

轴心轨迹峰值和最小值的计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\max }=\max \left\{\sqrt{{\left(X\left(k\right)-S_{avgX}\right)}^2+{\left(Y\left(k\right)-S_{avgY}\right)}^2}\right\}& \left(k=1,\mathrm{2....}M\right)\\ S_{\min }=\min \left\{\sqrt{{\left(X\left(k\right)-S_{avgX}\right)}^2+{\left(Y\left(k\right)-S_{avgY}\right)}^2}\right\}& \left(k=1,\mathrm{2....}M\right)\end{array}\right.$

式中，S_max，S_min分别为旋转设备轴心轨迹的峰值和最小值，X_(k),Y_(k)分别为旋转设备轴心在X方向和Y方向上的振动采样值，S_avgX，S_avgY分别为旋转设备轴心轨迹在X方向和Y方向的圆心，k为采样序列号，M为采样点总数。峰峰值的计算公式如下：

$\begin{array}{cc}{S}_{\left(p-p\right)\max }=\max \left\{\sqrt{{\left(X\left(a\right)-X\left(b\right)\right)}^2+{\left(Y\left(a\right)-Y\left(b\right)\right)}^2}\right\}& \left(a=1,\mathrm{2.....}M;b=1,\mathrm{2.....}M\right)\end{array}$

式中，S_(p-p)max为旋转设备轴心轨迹的峰峰值，X_(a),X_(b)为旋转设备轴心在X方向的振动采样值，Y_(a),Y_(b)为旋转设备轴心轨迹在Y方向的振动采样值，a，b为采样序列号，M为采样点总数。

圆度的计算公式如下：

$Cir=\frac{2(S_{max}-S_{min})}{S_{max}+S_{min}}$

式中，Cir为旋转设备轴心轨迹圆度，S_max，S_min分别为旋转设备轴心轨迹的峰值和最小值。

步骤4、判断轴心轨迹的特征量是否越限，如果超过上限定值，则在监视系统的画面中显示出越限报警，越限报警状态显示于附图状态显示303区域中。特征值越限的判别按照以下方法进行：

当特征量选取峰值时，特征值越限判别公式如下：

S_max≥S_max-set

式中，S_max为旋转设备轴心轨迹的峰值，S_max-set为旋转设备轴心轨迹峰值越限动作门槛。

当特征量选取峰峰值时，特征值越限判别公式如下：

S_(p-p)max≥S_(p-p)max-set

式中，S_(p-p)max为旋转设备轴心轨迹的峰峰值，S_(p-p)max-set为旋转设备轴心轨迹峰峰值越限动作门槛。

当特征量选取圆度时，特征值越限判别公式如下：

Cir≥Cir_set

式中，Cir为旋转设备轴心轨迹的圆度，Cir_set为旋转设备轴心轨迹圆度越限动作门槛。

本发明将传统旋转设备轴心轨迹的静态展示优化为动态展示，按照时间顺序逐点动态展示轴心轨迹的运行状况，且整个动态展示过程的进度可以人为的控制，解决了轴心轨迹静态展示方法中数据重叠杂乱用户无法清晰理解的问题，同时该方法还可以实时计算出轴心轨迹的峰值、峰峰值和圆度等特征量量化指标，当特征量大于定值动作门槛时，则判断为轴心轨迹越限，显示效果更加清晰直观。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述方法使用旋转设备轴心振动信号采集系统和后台监视系统，动态监视的具体步骤包括：

步骤1、在旋转设备的轴承座上，相互正交的两个位置X位置和Y位置上安装振动传感器，轴心振动信号采集系统检测X位置和Y位置的振动信号，并将结果上送至后台监视系统；

步骤2、后台监视系统根据X位置和Y位置的振动信号值，计算轴心位置，并逐点动态显示在后台监视系统的画面中；

步骤3、计算轴心轨迹的特征量，并将结果显示在监视系统的画面中；

步骤4、判断轴心轨迹的特征量是否越限，如果超过上限定值，则在监视系统的画面中显示出越限报警。

2.根据权利要求1所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述的振动信号为位移信号或者速度信号；当振动信号为速度信号时，通过积分运算，将速度信号转换成位移信号进行后续处理。

3.根据权利要求1所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述的后台监视系统的画面包括三个区域：时域波形显示区、轴心轨迹显示区和状态显示区。

4.根据权利要求3所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，在所述后台监视系统的画面中的时域波形显示区域中，同时显示X位置振动值、Y位置振动值的时域波形，并且在当前轴心位置所在的时间位置显示一条时间线，时间线垂直于时间坐标轴。

5.根据权利要求3所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述的后台监视系统的画面中的轴心轨迹显示区域中设置有功能按钮模块，所述功能按钮模块类型包括动态播放、暂停、停止、快进、回退、保存文件。

6.根据权利要求5所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述功能按钮模块中的保存文件功能，是指：将当前轴心轨迹的监测结果存储为数据文件，保存X位置和Y位置的振动信号值；或者为，将轴心轨迹的动态演示过程转换为视频文件。

7.根据权利要求1所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，步骤3中，所述轴心轨迹的特征量包括峰值、峰峰值和圆度。

8.根据权利要求7所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述的峰值按下面的方法进行计算：

其中，轴心轨迹圆心计算方法为：

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{avgX}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{X}_{\left(k\right)}\\ S_{avgY}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\Σ}}{Y}_{\left(k\right)}\end{array}\right.$

式中，S_avgX，S_avgY分别为旋转设备轴心轨迹在X方向和Y方向的圆心，X_(k),Y_(k)分别为旋转设备轴心在X方向和Y方向上的振动采样值，k为采样序列号，N为当前轴心轨迹位置前一个机械旋转周期的采样点总数；

轴心轨迹峰值和最小值的计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\max }=\max \left\{\sqrt{{\left(X\left(k\right)-S_{avgX}\right)}^2+{\left(Y\left(k\right)-S_{avgY}\right)}^2}\right\}& \left(k=1,\mathrm{2....}M\right)\\ S_{\min }=\min \left\{\sqrt{{\left(X\left(k\right)-S_{avgX}\right)}^2+{\left(Y\left(k\right)-S_{avgY}\right)}^2}\right\}& \left(k=1,\mathrm{2....}M\right)\end{array}\right.$

式中，S_max，S_min分别为旋转设备轴心轨迹的峰值和最小值，X_(k),Y_(k)分别为旋转设备轴心在X方向和Y方向上的振动采样值，S_avgX，S_avgY分别为旋转设备轴心轨迹在X方向和Y方向的圆心，k为采样序列号，M为采样点总数。

9.根据权利要求7所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述的峰峰值按下面的方法进行计算：

$\begin{array}{cc}{S}_{\left(p-p\right)\max }=\max \left\{\sqrt{{\left(X\left(a\right)-X\left(b\right)\right)}^2+{\left(Y\left(a\right)-Y\left(b\right)\right)}^2}\right\}& \left(a=1,\mathrm{2.....}M;b=1,\mathrm{2.....}M\right)\end{array}$

式中，S_(p-p)max为旋转设备轴心轨迹的峰峰值，X_(a),X_(b)为旋转设备轴心在X方向的振动采样值，Y_(a),Y_(b)为旋转设备轴心轨迹在Y方向的振动采样值，a，b为采样序列号，M为采样点总数。

10.根据权利要求7所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述的圆度按下面的方法进行计算：

$Cir=\frac{2(S_{max}-S_{min})}{S_{max}+S_{min}}$

式中，Cir为旋转设备轴心轨迹圆度，S_max，S_min分别为旋转设备轴心轨迹的峰值和最小值。

11.根据权利要求1所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，步骤4中，所述的特征值越限的判别按照以下方法进行：

当特征量选取峰值时，特征值越限判别公式如下：

S_max≥S_max-set

式中，S_max为旋转设备轴心轨迹的峰值，S_max-set为旋转设备轴心轨迹峰值越限动作门槛；

当特征量选取峰峰值时，特征值越限判别公式如下：

S_(p-p)max≥S_(p-p)max-set

式中，S_(p-p)max为旋转设备轴心轨迹的峰峰值，S_(p-p)max-set为旋转设备轴心轨迹峰峰值越限动作门槛；

当特征量选取圆度时，特征值越限判别公式如下：

Cir≥Cir_set

式中，Cir为旋转设备轴心轨迹的圆度，Cir_set为旋转设备轴心轨迹圆度越限动作门槛。

12.根据权利要求1或3所述的一种动态监视轴心轨迹的方法，其特征在于，所述步骤2中的逐点动态显示具体为，根据时域波形计算的轴心位置按照时序顺序逐点绘制在轴心轨迹显示区上，逐点绘制时，前一点和下一点显示的时间间隔为T，T取值范围为0.01s～2s。