CN107015484B - 基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其包括以下步骤：1)在线监测并记录机组正常开机、停机以及变负荷过程中的数据，根据指令检索并获取开停机过程以及正常运行过程中上导轴承、下导轴承和水导处轴承在X、Y方向轴振信号的1倍转频分量幅值；2)计算并确定轴径中心线；3)在上导轴承、下导轴承以及水导处轴承上均安装摆度传感器，利用所述摆度传感器信号经过波形合成和矢量计算，计算得出各承轴处大轴轴线的弯曲量和弯曲角；4)根据所述各承轴处大轴轴线的弯曲量和弯曲角的数值大小，判断所述水轮发电机组是否存在轴线弯曲故障。本发明能够自动跟踪检索停机过程最低可检测到转速下的数据，计算得到主轴轴线的弯曲大小和方位。
Description
技术领域
本发明涉及一种水轮发电机组故障诊断。更具体地说，本发明涉及一种基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法。
背景技术
在旋转机械中最理想的工作状态是机组中心、旋转中心和轴线三者重合，最不理想的是机组中心，旋转中心和轴线不重合的状态，介于二者之间的是机组中心和旋转中心重合，而轴线却弯曲的状态。这种状态是由于轴线偏移、转子的弯曲、转子与轴承內隙以及承载后转子与轴承变形等原因引起。机组轴线弯曲分为两种：(1)主轴静态弯曲：反映的是机组在停止状态下机组轴线的弯曲程度，这个弯曲程度是机组在检修安装过程中确定的；(2)主轴动态弯曲：反应的是机组在正常运行过程中机组轴线的弯曲变形程度，这个轴线姿态是由机械力、电磁力和水力因素等外部力量引起轴线的附加变形造成的弯曲，当时当外部力消失后，轴线的动态附加弯曲量也随之消失，恢复到大轴原始的弯曲状态。而本方法目的是利用在线采集的数据对大轴原始的弯曲状态进行自动评价，用以诊断判定大轴轴线是否原始的轴线弯曲故障。
目前，对于水轮发电机组轴线弯曲的分析诊断，需要通过对在线实时数据进行监测分析，通过人工选取几个特征参数，手动绘制出特征参数的趋势图、相关趋势图等特性曲线，人工对量化参数进行计算，并手动添加报告等。这种诊断方式既没有数学模型的支持，也没有算法的精确，不但浪费人力、时间，同时在数据选取的客观性和数据的准确性上均存在一定的缺陷，对系统的分析诊断结果也存在一定的误差。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其能够自动调用采集和存储的完整停机过程的高密度数据，并自动跟踪检索停机过程最低可检测到转速下的数据，通过波形合成和矢量计算得到主轴轴线的弯曲大小和方位。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，包括以下步骤：
1)在线监测并记录机组正常的自动开机、自动停机过程中的数据，根据指令检索并获取水轮发电机组在开停机过程以及正常运行过程中上导轴承、下导轴承和水导处轴承在X、Y方向轴振信号的1倍频分量幅值；
2)在上导轴承、下导轴承以及水导处轴承上均安装摆度传感器，利用所述摆度传感器信号经过波形合成和矢量计算，计算得出各导轴承出轴线的弯曲量和弯曲角；其中各导轴承出轴线弯曲量包括：上导轴承处轴线弯曲量、下导轴承处轴线弯曲量和水导轴承处轴线弯曲量；弯曲角包括上导轴承处轴线弯曲角、上导轴承处轴线弯曲角以及水导轴承处轴线弯曲角；
3)根据所述各导轴承处轴线弯曲量的数值大小，判断所述水轮发电机组是否存在轴线弯曲故障。
优选的是，所述步骤2)中所述上导轴承处轴线弯曲量、下导轴承处轴线弯曲量、水导轴承处轴线弯曲量存在任意一项数值超过设定阈值，即可判断所述水轮发电机组存在轴线弯曲故障。
优选的是，所述步骤2)中，在发电机组开停机过程机组极低转速下，计算得出的导轴承弯曲量以及轴承弯曲角，以弯曲量数值最大者为机组主轴的静态弯曲量及其方位。
优选的是，所述轴承弯曲角为由主轴弯曲所确定的弯曲平面与键相块过主轴轴心确定的平面沿机组旋转方向的反向夹角。
优选的是，所述轴承弯曲量为其中一个导轴承轴心到另两部导轴承轴心所确定的连线延长线的垂直距离。
优选的是，所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法还包括：自动生成诊断报告并显示报告内容。
优选的是，所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法包括以下步骤：
1)在线监测并记录机组正常的自动开机、自动停机过程中的数据，根据人工指令检索并获取水轮发电机组在开停机过程以及正常运行过程中上导轴承、下导轴承和水导处轴承在X、Y方向轴振信号的1倍频分量幅值；
2)在上导轴承、下导轴承以及水导处轴承上均安装摆度传感器，利用所述摆度传感器信号经过波形合成和矢量计算，计算得出各导轴承处轴线弯曲量和弯曲角；其中各导轴承处轴线弯曲量包括：上导轴承处轴线弯曲量、下导轴承处轴线弯曲量和水导轴承处轴线弯曲量；轴线弯曲角包括上导轴承处轴线弯曲角、下导轴承处轴线弯曲角以及水导轴承处轴线弯曲角；其中，在发电机组开停机过程中机组极低转速下，计算得出的各导轴承处轴线弯曲量以及轴线弯曲角，以弯曲量最大者为机组主轴的静态弯曲量及其方位；
3)根据所述轴线弯曲量和轴线弯曲角的数值大小，判断所述水轮发电机组是否存在轴线弯曲故障；
4)自动生成诊断报告并显示报告内容。所述报告可以自动转换为WORD等格式。
本发明至少包括以下有益效果：本发明所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法以水轮发电机组的在线监测数据为基础，通过数据采集模块对实时数据的监测分析，获取到机组振动、摆度、压力脉动、位移等相关数据，并对数据进行系统、科学的分析。本发明所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法采用“参数辨识”的方式。通过计算法，建立相应的数学模型，在实际的在线监测系统中，系统会自动选择能够反映轴线弯曲故障特征的量化参数，来辨识机组是否存在由于轴线弯曲，甚至完成自动绘制趋势图及相关趋势图等特性曲线。本发明所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法具备以下特点：
(1)易于操作。使用人员无需进行设置、选择数据等复杂操作，采用“一键完成”式的软件操作。
(2)数据选择、计算、判定过程自动化。所有筛选数据和根据故障或缺陷模型计算的过程、分析推理、判定的过程由计算机完成，无需操作人员中间交互操作。
(3)报告中提供明确的分析诊断结论和可能的检修建议。
(4)以报告的形式输出到用户界面。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法的流程示意图；
图2为本发明所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法中弯曲角的示意图；
图3为本发明所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法中弯曲量的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本发明提供一种基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，包括以下步骤：
1)在线监测并记录机组正常的自动开机、自动停机过程中的数据，根据指令检索并获取水轮发电机组在开停机过程以及正常运行过程中上导轴承、下导轴承和水导处轴承在X、Y方向轴振信号1倍频分量的幅值；
2)在上导轴承、下导轴承以及水导处轴承上均安装摆度传感器，利用所述摆度传感器信号经过波形合成和矢量计算，计算得出轴线弯曲量和轴线弯曲角；其中各导轴承处轴线弯曲量包括：上导轴承处轴线弯曲量、下导轴承处轴线弯曲量和水导轴承处轴线弯曲量；轴线弯曲角包括上导轴承处轴线弯曲角、下导轴承处轴线弯曲角以及水导轴承处轴线弯曲角；在发电机组开停机过程机组极低转速下，计算得出的轴线弯曲量以及轴线弯曲角，以弯曲量最大者为机组主轴的静态弯曲量及其方位。选择在开停机过程中机组极低转速下的数据，是由于此时不存在由于电磁拉力影响，并且动平衡、水力不平衡对机组轴线弯曲影响很小。
3)根据所述轴线弯曲量和轴线弯曲角的数值大小，判断所述水轮发电机组是否存在轴线弯曲故障。所述步骤3)中所述上导轴承处轴线弯曲量、下导轴承处轴线弯曲量、水导轴承处轴线弯曲量，如果存在任意一项数值超过设定的阈值，即可判断所述水轮发电机组存在轴线弯曲故障。
4)自动生成诊断报告并显示报告内容。所述报告为WORD格式。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述轴线弯曲角为由主轴弯曲所确定的弯曲平面与键相块过主轴轴心确定的平面沿机组旋转方向的反向夹角。OAOBOC为空间轴线，由空间轴线确定的平面(即弯曲平面)与主轴的相交线为折线ABC，A、B、C为上导、下导(法兰或推力)、水导处的交点，设键相在上导、下导(法兰或推力)、水导处的位置为KA、KB、KC，则上导、下导(法兰或推力)、水导处弯曲角为<AOAKA、<BOBKB+180°、<COCKC。
如图3所示，在其中一个实施例中，所述轴线弯曲量为为其中一个导轴承轴心到另两部导轴承轴心所确定的连线延长线的垂直距离。如图3所示，折线ABC为空间轴线，过A点作CB延长线的垂直线，垂足为A’点，其中AA’即为上导处弯曲量；过B点作AC的垂直线，垂足为B’点，其中BB’即为下导(法兰或推力)处弯曲量；过C点作AB延长线的垂直线，垂足为C’点，其中CC’即为水导处弯曲量。
如图2和图3所示，在其中一个实施例中，所述基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法包括以下步骤：
步骤1：选择开停机过程中极低转速下的上导轴承摆度信号、下导轴承摆度信号、水导轴承摆度信号的X、Y两个方位原始振动位移时域信号数据；其中转速选择一般不超过15r/min；
步骤2：利用快速傅里叶变换(FFT)获得各轴承摆度信号的1X幅值及1X相位，其中1X指原始振动位移信号中的1倍转速频率分量；对上述1X分量记录为：
令：
那么：
(其中
分别表示求解矢量
的模)；
(其中
表示求解矢量
的方位)；
BU就是上导处轴线的弯曲量，ΦU就是上导处轴线的弯曲角；
令：
那么：
(其中
分别表示求解矢量
的模)；
(其中
表示求解矢量
的方位)
BL就是下导处轴线的弯曲量，ΦL就是下导处轴线的弯曲角；
令：
那么：
(其中
分别表示求解矢量
的模)；
(其中
表示求解矢量
的方位)
BT就是水导处轴线的弯曲量，ΦT就是水导处轴线的弯曲角；
步骤3：设定BMAX为最大允许轴线弯曲量，那么如果：
BU≥BMAX或BL≥BMAX或BT≥BMAX，那么轴线弯曲故障成立；
而ΦL的值指明机组轴线调整时的大轴法兰处修刮的方位；
步骤4：自动生成诊断报告并显示报告内容。所述报告可以自动转换为PDF格式。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在线监测并记录机组正常的自动开机、自动停机过程中的数据，根据指令检索并获取水轮发电机组在开停机过程中上导轴承、下导轴承和水导处轴承在X、Y方向轴振信号的1倍转频分量幅值；
2)在上导轴承、下导轴承以及水导处轴承上均安装摆度传感器，利用所述摆度传感器信号经过波形合成和矢量计算，计算得出各导轴承处大轴轴线的弯曲量和弯曲角；其中轴承弯曲量包括：上导轴承处轴线弯曲量、下导轴承处轴线弯曲量和水导轴承处轴线弯曲量；各导轴承处轴线弯曲角包括上导轴承处弯曲角、下导轴处承弯曲角以及水导轴承处弯曲角；其中计算方法具体为：利用快速傅里叶变换获得各轴承摆度信号的1X幅值及1X相位，其中1X指原始振动位移信号中的1倍转速频率分量；对上述1X分量记录为：
令：
那么：
其中，
分别表示求解矢量
的模；
BU就是上导处轴线的弯曲量，ΦU就是上导处轴线的弯曲角；令：
那么：
其中，
分别表示求解矢量
的模；
BL就是下导处轴线的弯曲量，ΦL就是下导处轴线的弯曲角；
令：
那么：
其中，
分别表示求解矢量
的模；
BT就是水导处轴线的弯曲量，ΦT就是水导处轴线的弯曲角；
其中，L1为上导轴承处到下导轴承的距离，L2为下导轴承处到水导轴承的距离；
3)根据所述各导轴承处轴线弯曲量的数值大小，判断所述水轮发电机组是否存在轴线弯曲故障。
2.如权利要求1所述的基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其特征在于，所述步骤3)中所述上导轴承处轴线弯曲量、下导轴承处轴线弯曲量、水导轴承处轴线弯曲量中，如果存在任意一项数值超过设定的阈值，即可判断所述水轮发电机组存在轴线弯曲故障。
3.如权利要求1所述的基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其特征在于，所述步骤2)中，在发电机组开停机过程中机组极低转速下，计算得出的各导轴承处大轴弯曲量以及轴承弯曲角，以上述弯曲量的最大值作为机组主轴的原始静态弯曲量及其方位。
4.如权利要求1所述的基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其特征在于，所述轴承弯曲角为由主轴弯曲所确定的弯曲平面与键相块过主轴轴心确定的平面沿机组旋转方向的反向夹角。
5.如权利要求1所述的基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其特征在于，所述轴承弯曲量为其中一个导轴承轴心到另两部导轴承轴心所确定的连线延长线的垂直距离。
6.如权利要求1所述的基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其特征在于，还包括：自动生成诊断报告并显示报告内容。
7.如权利要求1所述的基于在线数据的水轮发电机组轴线弯曲的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在线监测并记录机组正常的自动开机、自动停机过程中的数据，根据人工指令检索并获取水轮发电机组在开停机过程中上导轴承、下导轴承和水导处轴承在X、Y方向轴振信号的1倍转频分量的幅值；
2)在上导轴承、下导轴承以及水导处轴承上均安装摆度传感器，利用所述摆度传感器信号经过波形合成和矢量计算，计算得出轴承弯曲量和轴承弯曲角；其中轴承弯曲量包括：上导轴承弯曲量、下导轴承弯曲量和水导处轴承弯曲量；轴承弯曲角包括导轴承弯曲角、上导轴承弯曲角以及水导处轴承弯曲角；其中，在发电机组开停机过程中机组极低转速下，计算得出的导轴承弯曲量以及轴承弯曲角，以上述弯曲量中数值最大者为机组主轴的静态弯曲量及其方位；
3)根据所述轴承弯曲量和轴承弯曲角的数值大小，判断所述水轮发电机组是否存在轴线弯曲故障；
4)自动生成诊断报告并显示报告内容。
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