CN108917916A - 一种转轴绝对振动的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转轴绝对振动的测量方法，包括以下步骤：步骤S1，在轴承X、Y和V方向各设置一监测单元；步骤S2，所述监测单元感应转轴和轴承座的振动并输出位移信号；步骤S3，根据所述位移信号计算转轴在V向的绝对振动。通过计算来测量转轴绝对振动，能充分利用机组已经安装的传感器的作用，节省传感器的安装和维护成本，为转轴的振动监测、分析和故障诊断提供更充分的依据。

Description

一种转轴绝对振动的测量方法

技术领域

本发明涉及旋转机械振动测量技术领域，具体涉及一种转轴绝对振动的测量方法。

背景技术

大型旋转机械，如汽轮发电机组，都是通过振动监测保护系统(TSI)来监测机组的振动。

振动分为绝对振动和相对振动。绝对振动是轴承座和转轴相对地面的振动，相对振动是转轴相对轴承座的振动。

振动速度传感器固定在轴承外壳上，测量的是轴承座的绝对振动，电涡流传感器对准转轴，固定在轴承盖上，测量的是转轴对轴承座的相对振动。

测量转轴绝对振动通常使用复合式传感器，如图2所示，21是转轴，22是轴承盖，23是速度传感器，24是电涡流传感器，实质上是一个电涡流传感器和一个速度传感器的组合，转轴的绝对振动是转轴相对振动和轴承座振动的矢量和。

一般来说，转轴绝对振动幅值要比相对振动幅值大。例如，对于汽轮发电机组，转轴相对振动的危险值是260μm，转轴绝对振动的危险值是320μm。

虽然转轴绝对振动的监测比转轴相对振动的监测更有优势，但由于测量绝对振动的复合探头成本较高，安装不方便，维护比较困难，目前已经很少使用，大多数采用安装两个电涡流传感器测量转轴相对振动，安装一个速度传感器测量轴承座振动，如图3所示，31是电涡流传感器，32是速度传感器，33是轴承座，34是转轴。

目前，由于大机组的振动监测主要依靠转轴的相对振动，因此不能了解转轴的绝对振动情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转轴绝对振动的测量方法，以便在没有安装传感器直接测量转轴绝对振动时，能够了解转轴的绝对振动情况。

为实现上述目的，本发明转轴绝对振动的测量方法。该方法包括如下步骤：

步骤S1，在轴承X、Y和V方向各设置一监测单元；

步骤S2，所述监测单元感应转轴和轴承座的振动并输出位移信号；

步骤S3，根据所述位移信号计算转轴在V向的绝对振动。

其中，在所述步骤S1中，所述监测单元X、Y方向为电涡流传感器，V方向是振动速度传感器，安装方向均垂直于所述轴承的中心线。通常，X、Y方向为轴承座垂直方向左、右各45度，X、Y两个方向的夹角为90°，V为轴承座垂直方向。

在所述步骤S2中，在所述转轴转动过程中，所述电涡流传感器和速度传感器同时对振动进行采样，将采样得到的电压信号转换为位移信号。

设X和Y向电涡流传感器测量得到的电压信号分别为V_x和V_y，传感器灵敏度分别为S_x和S_y，位移量分别为D_x和D_y，则：

D_x＝V_x/S_x；D_y＝V_y/S_y；

设V向速度传感器测量得到的电压信号为V_v，传感器灵敏度为S_v，位移量为D_v，则可以先将电压信号变换为速度，再积分成位移：

D_v＝∫V_v/S_vdv

在所述步骤S3中，根据所述位移信号计算转轴在V向的绝对振动。

由于传感器有安装角度，因此可以将位移大小和安装角度表示成矢量形式：和方向为传感器安装角度，数值为正，表示位移方向趋近传感器，为负，表示位移方向远离传感器。

设X和Y向电涡流传感器的测量位移在V向分量为和合成后得到转轴V向相对振动位移为则：

上述公式为X和Y向位移量在V向的矢量合成，其中α和β分别是X向和Y向与V向的夹角，如图4所示。

转轴在V向的绝对振动是转轴V向相对振动和轴承座振动的矢量和：

对于转轴在V向的绝对振动可以和实际安装的X、Y向电涡流传感器和V向速度传感器一样，进行时域和频域分析，这是振动分析常规处理技术，不再赘述。

本发明具有如下优点：

本发明提供的转轴绝对振动测量方法，是在没有直接安装传感器测量转轴绝对振动的情况下，依靠目前普遍采用的X、Y向电涡流传感器获得的转轴振动信号，进行矢量合成转换为V向的转轴振动信号，再与V向速度传感器的振动信号进行矢量合成，获得转轴在V向的绝对振动。该测量方法可以节省传感器的安装和维护成本，能充分利用机组已经安装的传感器的作用，对转轴的绝对振动进行分析，为转轴的振动监测、分析和故障诊断提供更充分的依据。

附图说明

图1为本发明一种转轴绝对振动测量方法的流程图。

图2为测量转轴绝对振动的复合传感器结构示意图。

图3为目前常用大机组振动测量传感器布置结构示意图。

图4为振动位移矢量合成运算原理图。

图5为本发明实施例中机组的结构示意图。

图6为本发明实施例中机组各轴承振动参数列表。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以1000MW汽轮发电机组为例，该机组结构示意图如图5所示，包括高压转子51，中压转子52、低压转子53和发电机转子54组成，共需8个轴承(1#～8#)支撑，每个轴承均在X、Y两个方向各安装1个电涡流传感器和垂直方向安装1个速度传感器(图中未示出)，以监测机组的振动。

结合转轴绝对振动测量方法的流程图(图1)，包括以下具体步骤：

步骤S1，在轴承X、Y和V方向各设置一监测单元。

本实施例各轴承监测单元如图3所示。X和Y方向为电涡流传感器，安装在轴承座垂直方向左、右各45度，V方向是振动速度传感器，安装在轴承座垂直方向。

步骤S2，所述监测单元感应转轴和轴承座的振动并输出位移信号。

根据目前大机组振动数据采集的习惯做法，本实施例2个涡流传感器和1个速度传感器同步整周期采样电压信号，并连续多个整周期采样，如每周期采样64点，连续采样16个周期，共采样1024个点，分别记为V_x[i]、V_y[i]和V_v[i]，i＝0～1023，并通过工程变换以及速度传感器的积分运算，将电压信号V_x[i]、V_y[i]和V_v[i]转换为位移信号D_x[i]、D_y[i]和D_v[i]，i＝0～1023，获得3个方向振动的位移量，即振动波形数据。

步骤S3，根据所述位移信号计算转轴在V向的绝对振动。

根据矢量合成公式(1)和(2)，可以获得转轴在V方向绝对振动的位移量A_v[i]：

A_v[i]＝D_x[i]cos(45/180×π)+D_y[i]cos(45/180×π)+D_v[i]，i＝0～1023 (3)

根据公式(3)即可得到转轴在V方向绝对振动的波形数据A_v[i]，可以进行波形和频谱分析，并可以计算振动的峰峰值和有效值等特征数据。在图6列表中，第一列为通道对名称，即轴承名称；第二列为通道对组成，即每个轴承对应的两个电涡流传感器；第三列、第四列和第五列分别是X、Y和V向传感器实际测量获得的通频振幅，第六列为通过公式(3)计算获得的转轴在V向绝对振动的通频振幅。

由此可见，本发明通过常规的X、Y向电涡流传感器和V向速度传感器的振动信号，经过一系列计算，可以获得转轴在V向的绝对振动。这是在没有直接安装传感器测量转轴绝对振动的情况下得到的，因此可以节省传感器的安装和维护成本。同时，提供了转轴的绝对振动这一重要参数，作为转轴振动分析和故障诊断的重要依据。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种转轴绝对振动的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，在轴承X、Y和V方向各设置一监测单元；

步骤S2，所述监测单元感应转轴和轴承座的振动并输出位移信号；

步骤S3，根据所述位移信号计算转轴在V向的绝对振动。

2.根据权利要求1所述的转轴绝对振动的测量方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述监测单元X、Y方向为电涡流传感器，V方向是振动速度传感器，安装方向均垂直于所述轴承的中心线。通常，X、Y方向为轴承座垂直方向左、右各45度，X、Y两个方向的夹角为90°，V为轴承座垂直方向。

3.根据权利要求1所述的转轴绝对振动的测量方法，其特征在于，在所述步骤S2中，在所述转轴转动过程中，所述电涡流传感器和速度传感器同时对振动进行采样，将采样得到的电压信号转换为位移信号。

设X和Y向电涡流传感器测量得到的电压信号分别为V_x和V_y，传感器灵敏度分别为S_x和S_y，位移量分别为D_x和D_y，则：

D_x＝V_x/S_x；D_y＝V_y/S_y；

设V向速度传感器测量得到的电压信号为V_v，传感器灵敏度为S_v，位移量为D_v，则可以先将电压信号变换为速度，再积分成位移：

D_v＝∫V_v/S_vdv。

4.根据权利要求1所述的转轴绝对振动的测量方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据所述位移信号计算转轴在V向的绝对振动。

由于传感器有安装角度，因此可以将位移大小和安装角度表示成矢量形式：和方向为传感器安装角度，数值为正，表示位移方向趋近传感器，为负，表示位移方向远离传感器。

设X和Y向电涡流传感器的测量位移在V向分量为和合成后得到转轴V向相对振动位移为则：

上述公式为X和Y向位移量在V向的矢量合成，其中α和β分别是X向和Y向与V向的夹角，如图4所示。

转轴在V向的绝对振动是转轴V向相对振动和轴承座振动的矢量和：

对于转轴在V向的绝对振动可以和实际安装的X、Y向电涡流传感器和V向速度传感器一样，进行时域和频域分析，这是振动分析常规处理技术，不再赘述。