CN110320026A - 一种旋转机械刚性转子不对中在线监测方法 - Google Patents

一种旋转机械刚性转子不对中在线监测方法 Download PDF

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王琇峰
杨鸿钧
郭美娜
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Suzhou Weizhu Device Diagnosis Technology Co Ltd
Xian Jiaotong University
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Abstract

一种旋转机械刚性转子不对中故障在线定量监测方法，首先在转子上安装键相标记及键相传感器并在从动轴自由端安装位移测量支架和电涡流传感器；然后，以采集到一定数量键相的时间长度作为一个周期，利用第一个周期时间内的在各键相时刻的各电涡流传感器信号均值计算转子自由端端面的法向量作为参考法向量，利用后续周期内的电涡流传感器信号均值计算转子自由端端面的法向量；最后，计算实时法向量与参考法向量的夹角，表征转子不对中量。本发明可实时监测刚性转子运行阶段不对中状况，可监测转子的热态对中情况，适合刚性转子在线监测，可在企业推广使用，符合智能转子发展需求，具有广泛的应用前景。

Description

一种旋转机械刚性转子不对中在线监测方法
技术领域
本发明涉及旋转机械不对中故障监测技术领域，特别涉及一种旋转机械不对中故障在线定量监测方法。
背景技术
联轴器作为转子系统常见的部件之一，具有传递扭矩和动力或保护转子的作用，但由于加工误差、安装误差、基础不均匀温升、基座变形等因素，相邻两转子的轴心线可能出现偏斜或偏移，即发生不对中。不对中故障会导致转子振动增大、联轴器温度升高及轴承磨损等问题，影响旋转设备的使用寿命和运行安全。不对中可分为冷态和热态不对中两种情况，冷态不对中是指在机组停机冷却状态下检测得到的转子对中状态，热态不对中是指机组在运行过程中由于温度变化等因素造成的与冷态不一致的不对中。冷态不对中检测技术成熟，但对于运行过程中温度梯度分布明显的转子系统而言，热态不对中具有显著影响。目前，已有的不对中检测方法大多针对冷态不对中，需要一种能够方便地实现转子运行过程不对中状态评估，即提取转子热态不对中数据的技术。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种转子不对中故障的在线定量化监测方法，实现转子不对中的在线监测，供维护人员决策，避免不对中故障造成危害。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种转子不对中故障的在线定量化监测方法，包括以下步骤：
1)在从动轴4上安装键相传感器12采集键相信息，从动轴4通过联轴器3与电机1的电机轴2连接；
2)从动轴4外通过轴承7安装于定子6内，在定子6内部内安装位移测量支架10，在位移测量支架10上以轴承7轴线与位移测量支架10的交点为圆心的圆上安装三个正对着从动轴4自由端端面的电涡流传感器9；
3)将三个电涡流传感器9信号线连接至数据采集装置5，将键相传感器12信号线连接到数据采集装置5，并设置键相传感器12与三个电涡流传感器9为同步采集；
4)记第n次读取到键相的时刻为tn，tn时刻三个电涡流传感器9所采集得到的电涡流信号为qan、qbn、qcn，设定以采集到一定次数键相信号的总时间为一个周期时间，次数用变量x表示；
5)取第1个周期内采集到键相信号的时刻t1,t2,...tx时的电涡流信号(qa1,qb1,qc1),(qa2,qb2,qc2),...,(qax,qbx,qcx)，对其求取周期时间内的平均值以消除电涡流信号中动态分量的干扰：
6)以计算得到从动轴4自由端端面的静态法向量并以静态法向量为参考法向量；
7)在转子运行过程中，以第j个周期内的电涡流信号均值计算得到第j个周期内的从动轴4自由端端面静态法向量
8)根据向量的余弦公式并利用反三角函数计算法向量与参考法向量的夹角
当转子转速未超过一阶临界转速时，转子为刚性转子，忽略转子弯曲变形，认为θj为转子的偏斜程度，即运行过程中转子的不对中程度变化量。
所述的位移测量支架10为一平板，垂直于转子的轴线；位移测量支架10上分布有三个电涡流传感器9；三个电涡流传感器9分布在以位移测量支架10平面与转子7轴线的交点为圆心的圆上；三个电涡流传感器9在圆上等间隔分布，两两之间间隔120°。
本发明的有益效果：
本发明方法可有效检测转子在运行过程中是否发生了不对中故障，相比于现有方法，该不对中监测方法具有实时性，可监测转子的热态对中情况，适合转子的不对中在线监测，可在企业推广使用，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明采用装置的示意图。
图2为实施例电涡流传感器的布置图。
图3为实施例计算法向量时所建立的坐标系示意图。
图4为实施例测得的某台转子设备不对中量随时间变化图。
图5为实施例测得的某台转子设备振动超标测点的振动信号中二倍转频分量幅值随时间变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
某发电厂的主给水泵在运行过程中，轴承座处振动超标，经过对振动数据的分析，发现振动信号的主要成分为二倍转频，且振动信号的二倍频成分的幅值随运行时间变化呈增大趋势。经研究推测，二倍频的出现是由于主给水泵与电机的热态标高不一致导致的泵与电机不对中故障。若能在线监测转子的不对中情况，即可对这一推测进行验证，并为转子冷态对中时预留补偿值提供数据依据，下面通过本发明解决转子不对中在线监测问题。
参照图1，一种转子不对中故障的在线定量化监测方法，包括以下步骤：
1)在安装有质量盘11的从动轴4上安装键相传感器12采集键相信息，从动轴4通过联轴器3与电机1的电机轴2连接；本实施例在泵轴的驱动端光轴处贴上光标带并安装键相传感器12；
2)如图2所示，泵轴外通过轴承7安装于定子6内，定子6一侧装有轴承座端盖8，打开轴承座自由端端盖8后，在泵轴自由端轴承座内安装位移测量支架10，以轴承7轴线与位移测量支架10的交点为圆心，在位移测量支架10并上安装三个正对着转子自由端端面的电涡流传感器9，三个电涡流传感器编号顺时针分别为a、b、c；三个电涡流传感器9分布在圆心与转子轴线相交的圆上，圆的半径为115mm，三个电涡流传感器9间隔120°分布；
3)在轴承座自由端端盖8上钻孔后，将三个电涡流传感器9信号线穿过轴承座端盖8上的孔引出连接至数据采集装置5，将键相传感器12信号线连接到数据采集装置5，并设置键相传感器12与三个电涡流传感器9为同步采集；
4)记第n次读取到键相的时间为tn，tn时刻三个电涡流传感器9所采集得到的三点电涡流信号qan、qbn、qcn，现场转子额定转速为3000rpm，设定每采集到3000次键相的总时间为一周期，即一分钟为一周期；
5)取第1个周期内采集到键相信号的时刻t1,t2,...t3000时的电涡流信号(qa1,qb1,qc1),(qa2,qb2,qc2),...,(qa3000,qb3000,qc3000)，对其求取周期时间内的平均值以消除电涡流信号中动态分量的干扰：
6)参照图3，根据建立XYZ坐标系，Y轴为竖直方向并指向远离地面方向，Z轴为转子轴线方向并指向自由端轴承座端盖8，X轴为水平方向，指向根据右手系确定，其中电涡流传感器c分布在Y轴上，与涡流传感器a、涡流传感器b间隔120°分布；设在t1时刻该坐标系三个涡流传感器所测得的位移分别为za1,zb1,zc1，再根据三个电涡流传感器的分布可以得到可以得出a、b、c三个电涡流传感器所测量的转子自由端末端平面上的点Pa1,Pb1,Pc1在该坐标系下的当前坐标分别为：
假设转子自由端末端端面为一不发生扭曲的平面，可计算得到泵轴自由端端面的静态法法向量：
以作为参考法向量；
7)利用步骤6)中的计算方法，在转子运行过程中，根据第j个周期内的电涡流信号均值计算得到第j个周期内的泵轴自由端端面静态法向量
8)根据向量的余弦公式并利用反三角函数计算法向量与参考法向量的夹角
由于所测转子转速低于一阶临界转速，属于刚性转子，因此忽略转子在运行过程中弯曲变形，θj(j＝2,3,4,...)即为转子的偏斜程度即运行过程中转子的不对中程度。
将θj(j＝2,3,4,...)按照时间顺序绘制成曲线，如图4所示，与超标测点的振动二倍频分量幅值(如图5所示)进行对比，可以发现二者趋势相近，验证了该机组异常二倍频是由不对中故障造成的推测。

Claims (2)

1.一种转子不对中故障的在线定量化监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在从动轴(4)上安装键相传感器(12)采集键相信息，从动轴(4)通过联轴器(3)与电机(1)的电机轴(2)连接；
2)从动轴(4)外通过轴承(7)安装于定子(6)内，在定子(6)内部内安装位移测量支架(10)，在位移测量支架(10)上以轴承(7)轴线与位移测量支架(10)的交点为圆心的圆上安装三个正对着从动轴(4)自由端端面的电涡流传感器(9)；
3)将三个电涡流传感器(9)信号线连接至数据采集装置(5)，将键相传感器(12)信号线连接到数据采集装置(5)，并设置键相传感器(12)与三个电涡流传感器(9)为同步采集；
4)记第n次读取到键相的时刻为tn，tn时刻三个电涡流传感器(9)所采集得到的电涡流信号为qan、qbn、qcn，设定以采集到一定次数键相信号的总时间为一个周期时间，次数用变量x表示；
5)取第1个周期内采集到键相信号的时刻t1,t2,...tx时的电涡流信号(qa1,qb1,qc1),(qa2,qb2,qc2),...,(qax,qbx,qcx)，对其求取周期时间内的平均值以消除电涡流信号中动态分量的干扰：
6)以计算得到从动轴(4)自由端端面的静态法向量并以静态法向量为参考法向量；
7)在转子运行过程中，以第j个周期内的电涡流信号均值计算得到第j个周期内的从动轴(4)自由端端面静态法向量
8)根据向量的余弦公式并利用反三角函数计算法向量与参考法向量的夹角
当转子转速未超过一阶临界转速时，转子为刚性转子，忽略转子弯曲变形，认为θj为转子的偏斜程度，即运行过程中转子的不对中程度变化量。
2.根据权利要求1所述的一种转子不对中故障的在线定量化监测方法，其特征在于：所述的位移测量支架(10)为一平板，垂直于转子的轴线；位移测量支架(10)上分布有三个电涡流传感器9；三个电涡流传感器(9)分布在以位移测量支架(10)平面与转子(7)轴线的交点为圆心的圆上；三个电涡流传感器(9)在圆上等间隔分布，两两之间间隔120°。
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