CN113187715B - 一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法 - Google Patents

Abstract

一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法，所述超临界二氧化碳压缩机包括压缩机电机、压缩机本体以及连接压缩机电机和压缩机本体的联轴器，采用键相及转速监测对振动相位即键相值以及压缩机电机、压缩机本体的转速进行监测；监测点包括压缩机电机非驱动端轴承振动监测点、压缩机电机驱动端轴承振动监测点、压缩机本体驱动端轴承振动监测点和压缩机本体非驱动端轴承振动监测点；所述方法在于采用矩阵分析的方式对不平衡、不对中、地脚螺栓松动、轴承径向间隙超标、轻微碰磨等原因造成的二氧化碳压缩机振动问题进行了分析诊断，本发明方法为后续建立二氧化碳压缩机在线智能诊断系统提供了理论基础及分析算法。

Description

一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳循环发电技术领域，特别涉及一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法。

背景技术

随着近些年来发电技术的发展，研究表明发电机组采用超临界二氧化碳代替水蒸气作为循环工质，在一定的功率范围内具有循环效率高、设备结构紧凑、基建初投资小等优点，超临界二氧化碳循环发电系统是一项非常具有技术前景的发电方式。对于目前超临界二氧化碳机组主压缩机设备而言，由于其运行转速高，很容易发生振动超标报警乃至跳机事件，因此非常有必要对压缩机振动进行实时监测及在线智能诊断分析，及时给出振动故障原因及检修意见。

发明内容

基于以上考虑，本发明的目的在于提供一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法，主要目的是通过以矩阵分析的方法对超临界二氧化碳压缩机的振动进行智能诊断分析并给出检修意见。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法，所述超临界二氧化碳压缩机包括压缩机电机5、压缩机本体6以及连接压缩机电机5和压缩机本体6的联轴器7，采用键相及转速监测8对振动相位即键相值以及压缩机电机5、压缩机本体6的转速进行监测；监测点包括压缩机电机非驱动端轴承振动监测点1、压缩机电机驱动端轴承振动监测点2、压缩机本体驱动端轴承振动监测点3和压缩机本体非驱动端轴承振动监测点4，同时在各监测点上对垂直、水平及轴向三个方向的振动通频值、振动基频值、振动二倍频转速分量值、振动三倍频转速分量值进行监测；

所述方法如下：

1)、当压缩机电机5与压缩机本体6转速处于亚临界转速、水平方向振动超标、基频分量占主要优势、振动幅值稳定，两端轴承相位同相且稳定时，可以诊断为转子一阶不平衡问题；

2)、当压缩机电机5与压缩机本体6转速处于超临界转速、水平方向振动超标、基频分量占主要优势、振动幅值稳定，两端轴承相位反相且稳定时，可以诊断为转子二阶不平衡问题；

3)、当压缩机电机5与压缩机本体6转速处于亚临界转速、垂直方向振动超标且幅值大于水平方向、基频分量占主要优势时，可以诊断为地脚螺栓松动、轴承压盖螺栓松动或轴承顶隙超标问题；

4)、当联轴器7两侧轴向方向振动超标、基频分量占主要优势、且联轴器7两侧轴向振动相位反相时，可以诊断为对中质量问题；

5)、当压缩机电机5与压缩机本体6转速处于亚临界转速，水平方向振动超标、垂直方向振动小于水平方向振动，基频分量、二倍频转速分量、三倍频转速分量均占主要优势时，可以诊断为两端轴承径向间隙或游隙存在超标问题；

6)、当压缩机电机5与压缩机本体6水平方向振动超标、水平方向振动存在明显的波动、相位在0°～359°之间循环变化时，可以诊断为轻微径向碰磨导致的热弯曲问题。

本发明的有益效果：本发明提出了一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法，为二氧化碳压缩机振动问题的在线智能诊断提供了理论基础算法。本发明的主要优点在于，不再需要技术人员实地去现场进行振动测试及分析，可以通过振动监测软件的计算后对压缩机的振动信号进行智能诊断分析，为后续智慧电厂的人工智能诊断功能提供了理论可行性。

附图说明

图1为本发明压缩机构成图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提出了一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法，如图1所示，所述超临界二氧化碳压缩机包括压缩机电机5、压缩机本体6以及连接压缩机电机5和压缩机本体6的联轴器7，采用键相及转速监测8对振动相位即键相值以及压缩机电机5、压缩机本体6的转速进行监测；监测点包括压缩机电机非驱动端轴承振动监测点1、压缩机电机驱动端轴承振动监测点2、压缩机本体驱动端轴承振动监测点3和压缩机本体非驱动端轴承振动监测点4；同时在各监测点上对垂直、水平及轴向三个方向的振动通频值、振动基频值、振动二倍频转速分量值、振动三倍频转速分量值进行监测；

振动通频值用4×3矩阵{V_ij}表示，其中行标i表示振动监测点1、2、3、4；列标j表示振动方向，1、2、3分别表示水平、垂直、轴向方向；即V₂₃表示压缩机电机驱动端轴承振动监测点2轴向振动通频值。振动基频值用4×3矩阵

表示，键相值用4×3矩阵{θ_ij}，振动基频值和键相值行标和列标标识均与{V_ij}相同，即

及θ₂₃分别表示压缩机电机驱动端轴承振动监测点2轴向振动基频值及其对应相位。振动二倍频转速分量值用4×3矩阵

表示；振动三倍频转速分量值用4×3矩阵

表示；压缩机电机5、压缩机本体6转速用n表示；压缩机电机5、压缩机本体6的临界转速分别用n_cr1、n_cr2表示；压缩机电机5、压缩机本体6的振动超标阈值分别用V_cr1、V_cr2表示。

1、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr1；

b)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)V₁₂＜80％*V₁₁或V₂₂＜80％*V₂₁；

d)|θ₁₁-θ₂₁|＜30°；

e)|maxθ₁₁-minθ₁₁|＜20°；且|maxθ₂₁-minθ₂₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机电机5转子存在一阶不平衡量，建议对压缩机电机5转子进行高速动平衡。

2、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr2；

b)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)V₃₂＜80％*V₃₁或V₄₂＜80％*V₄₁；

d)|θ₃₁-θ₄₁|＜30°；

e)|maxθ₃₁-minθ₃₁|＜20°；且|maxθ₄₁-minθ₄₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机本体6转子存在一阶不平衡量，建议对压缩机本体6转子进行高速动平衡。

3、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＞110％*n_cr1；

b)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)V₁₂＜80％*V₁₁或V₂₂＜80％*V₂₁；

d)|θ₁₁-θ₂₁+180|＜30°；

e)|maxθ₁₁-minθ₁₁|＜20°；且|maxθ₂₁-minθ₂₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机电机5转子存在二阶不平衡量，建议对压缩机电机5转子进行高速动平衡。

4、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＞110％*n_cr2；

b)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)V₃₂＜80％*V₃₁或V₄₂＜80％*V₄₁；

d)|θ₃₁-θ₄₁+180|＜30°；

e)|maxθ₃₁-minθ₃₁|＜20°；且|maxθ₄₁-minθ₄₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机本体6转子存在二阶不平衡量，建议对压缩机本体6转子进行高速动平衡。

5、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr1；

b)V₁₂或V₂₂其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)V₁₂＞V₁₁或V₂₂＞V₂₁；

诊断分析意见为：压缩机电机5可能存在地脚螺栓松动、轴承压盖螺栓松动、或轴承顶隙超标等问题，建议对压缩机电机5进行故障排查。

6、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr2；

b)V₃₂或V₃₂其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)V₃₂＞V₃₁或V₄₂＞V₄₁；

诊断分析意见为：压缩机本体6可能存在地脚螺栓松动、轴承压盖螺栓松动、或轴承顶隙超标等问题，建议对压缩机本体6进行故障排查。

7、当振动监测值满足以下条件时：

a)V₂₃＞V_cr1或V₃₃＞V_cr2；

c)

或

d)|θ₂₃-θ₃₃+180|＜30°；

诊断分析意见为：联轴器7对轮可能存在对中质量问题，建议对联轴器7对中质量问题进行排查。

8、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr1；

b)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)

或

e)

或

f)V₁₂＜80％*V₁₁或V₂₂＜80％*V₂₁；

诊断分析意见为：压缩机电机5转子轴承存在旋转松动问题，建议排查压缩机电机5两端轴承径向间隙或游隙是否存在超标问题。

9、当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr2；

b)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)

或

e)

或

f)V₃₂＜80％*V₃₁或V₄₂＜80％*V₄₁；

诊断分析意见为：压缩机本体6转子轴承存在旋转松动问题，建议排查压缩机本体6两端轴承径向间隙或游隙是否存在超标问题。

10、当振动监测值满足以下条件时：

a)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

b)

或

c)

或

d)|maxθ₁₁-minθ₁₁|≈360°；且|maxθ₂₁-minθ₂₁|≈360°；

诊断分析意见为：压缩机电机5转子存在轻微径向碰磨导致的热弯曲，建议检查压缩机电机5转子的径向间隙是否存在间隙偏小的问题。

11、当振动监测值满足以下条件时：

a)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

b)

或

c)

或

d)|maxθ₃₁-minθ₃₁|≈360°；且|maxθ₄₁-minθ₄₁|≈360°；

诊断分析意见为：压缩机本体6转子存在轻微径向碰磨导致的热弯曲，建议检查压缩机本体6转子的径向间隙是否存在间隙偏小的问题。

Claims (2)

1.一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法，其特征在于，所述超临界二氧化碳压缩机包括压缩机电机(5)、压缩机本体(6)以及连接压缩机电机(5)和压缩机本体(6)的联轴器(7)，采用键相及转速监测(8)对振动相位即键相值以及压缩机电机(5)、压缩机本体(6)的转速进行监测；监测点包括压缩机电机非驱动端轴承振动监测点(1)、压缩机电机驱动端轴承振动监测点(2)、压缩机本体驱动端轴承振动监测点(3)和压缩机本体非驱动端轴承振动监测点(4)，同时在各监测点上对垂直、水平及轴向三个方向的振动通频值、振动基频值、振动二倍频转速分量值、振动三倍频转速分量值进行监测；

所述方法如下：

1)、当压缩机电机(5)与压缩机本体(6)转速处于亚临界转速、水平方向振动超标、振动基频值占主要优势、振动幅值稳定，压缩机电机(5)或压缩机本体(6)两端轴承相位同相且稳定时，则诊断为转子一阶不平衡问题；

2)、当压缩机电机(5)与压缩机本体(6)转速处于超临界转速、水平方向振动超标、振动基频值占主要优势、振动幅值稳定，压缩机电机(5)或压缩机本体(6)两端轴承相位反相且稳定时，则诊断为转子二阶不平衡问题；

3)、当压缩机电机(5)与压缩机本体(6)转速处于亚临界转速、垂直方向振动超标且幅值大于水平方向、振动基频值占主要优势时，则诊断为地脚螺栓松动、轴承压盖螺栓松动或轴承顶隙超标问题；

4)、当联轴器(7)两侧轴向方向振动超标、振动基频值占主要优势、且联轴器(7)两侧轴向振动相位反相时，则诊断为对中质量问题；

5)、当压缩机电机(5)与压缩机本体(6)转速处于亚临界转速，水平方向振动超标、垂直方向振动小于水平方向振动，振动基频值、振动二倍频转速分量值、振动三倍频转速分量值均占主要优势时，则诊断为压缩机电机(5)或压缩机本体(6)两端轴承径向间隙或游隙存在超标问题；

6)、当压缩机电机(5)与压缩机本体(6)水平方向振动超标、水平方向振动存在明显的波动、相位在0°～359°之间循环变化时，则诊断为轻微径向碰磨导致的热弯曲问题。

2.根据权利要求1所述一种超临界二氧化碳压缩机振动智能诊断的矩阵分析方法，其特征在于，振动通频值用4×3矩阵{V_ij}表示，其中行标i表示振动监测点1、2、3、4，其中振动监测点1表示压缩机电机非驱动端轴承振动监测点(1)，振动监测点2表示压缩机电机驱动端轴承振动监测点(2)，振动监测点3表示压缩机本体驱动端轴承振动监测点(3)，振动监测点4表示压缩机本体非驱动端轴承振动监测点(4)；列标j表示振动方向1、2、3，1、2、3分别表示水平、垂直、轴向方向；即V₂₃表示压缩机电机驱动端轴承振动监测点2轴向振动通频值；振动基频值用4×3矩阵

表示，键相值用4×3矩阵{θ_ij}，振动基频值和键相值行标和列标标识均与{V_ij}相同，即

及θ₂₃分别表示压缩机电机驱动端轴承振动监测点(2)轴向振动基频值及其对应相位；振动二倍频转速分量值用4×3矩阵

表示；振动三倍频转速分量值用4×3矩阵

表示；压缩机电机(5)、压缩机本体(6)转速用n表示；压缩机电机(5)、压缩机本体(6)的临界转速分别用n_cr1、n_cr2表示；压缩机电机(5)、压缩机本体(6)的振动超标阈值分别用V_cr1、V_cr2表示；

所述方法具体如下：

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr1；

b)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)V₁₂＜80％*V₁₁或V₂₂＜80％*V₂₁；

d)|θ₁₁-θ₂₁|＜30°；

e)|maxθ₁₁-minθ₁₁|＜20°；且|maxθ₂₁-minθ₂₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机电机(5)转子存在一阶不平衡量，建议对压缩机电机(5)转子进行高速动平衡；

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr2；

b)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)V₃₂＜80％*V₃₁或V₄₂＜80％*V₄₁；

d)|θ₃₁-θ₄₁|＜30°；

e)|maxθ₃₁-minθ₃₁|＜20°；且|maxθ₄₁-minθ₄₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机本体(6)转子存在一阶不平衡量，建议对压缩机本体(6)转子进行高速动平衡；

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＞110％*n_cr1；

b)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)V₁₂＜80％*V₁₁或V₂₂＜80％*V₂₁；

d)|θ₁₁-θ₂₁+180|＜30°；

e)|maxθ₁₁-minθ₁₁|＜20°；且|maxθ₂₁-minθ₂₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机电机(5)转子存在二阶不平衡量，建议对压缩机电机(5)转子进行高速动平衡；

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＞110％*n_cr2；

b)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)V₃₂＜80％*V₃₁或V₄₂＜80％*V₄₁；

d)|θ₃₁-θ₄₁+180|＜30°；

e)|maxθ₃₁-minθ₃₁|＜20°；且|maxθ₄₁-minθ₄₁|＜20°；

f)

或

诊断分析意见为：压缩机本体(6)转子存在二阶不平衡量，建议对压缩机本体(6)转子进行高速动平衡；

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr1；

b)V₁₂或V₂₂其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)V₁₂＞V₁₁或V₂₂＞V₂₁；

诊断分析意见为：压缩机电机(5)可能存在地脚螺栓松动、轴承压盖螺栓松动或轴承顶隙超标问题，建议对压缩机电机(5)进行故障排查；

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr2；

b)V₃₂或V₃₂其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)V₃₂＞V₃₁或V₄₂＞V₄₁；

诊断分析意见为：压缩机本体(6)可能存在地脚螺栓松动、轴承压盖螺栓松动或轴承顶隙超标问题，建议对压缩机本体(6)进行故障排查；

当振动监测值满足以下条件时：

a)V₂₃＞V_cr1或V₃₃＞V_cr2；

c)

或

d)|θ₂₃-θ₃₃+180|＜30°；

诊断分析意见为：联轴器(7)对轮存在对中质量问题，建议对联轴器(7)对中质量问题进行排查；

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr1；

b)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

c)

或

d)

或

e)

或

f)V₁₂＜80％*V₁₁或V₂₂＜80％*V₂₁；

诊断分析意见为：压缩机电机(5)转子轴承存在旋转松动问题，建议排查压缩机电机(5)两端轴承径向间隙或游隙是否存在超标问题；

当振动监测值满足以下条件时：

a)转速n＜90％*n_cr2；

b)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

c)

或

d)

或

e)

或

f)V₃₂＜80％*V₃₁或V₄₂＜80％*V₄₁；

诊断分析意见为：压缩机本体(6)转子轴承存在旋转松动问题，建议排查压缩机本体(6)两端轴承径向间隙或游隙是否存在超标问题；

当振动监测值满足以下条件时：

a)V₁₁或V₂₁其中之一大于V_cr1；

b)

或

c)

或

d)|maxθ₁₁-minθ₁₁|≈360°；且|maxθ₂₁-minθ₂₁|≈360°；

诊断分析意见为：压缩机电机(5)转子存在轻微径向碰磨导致的热弯曲，建议检查压缩机电机(5)转子的径向间隙是否存在间隙偏小的问题；

当振动监测值满足以下条件时：

a)V₃₁或V₄₁其中之一大于V_cr2；

b)

或

c)

或

d)|maxθ₃₁-minθ₃₁|≈360°；且|maxθ₄₁-minθ₄₁|≈360°；

诊断分析意见为：压缩机本体(6)转子存在轻微径向碰磨导致的热弯曲，建议检查压缩机本体(6)转子的径向间隙是否存在间隙偏小的问题。

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