CN113358307A - 一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，本发明实时采集转子目标截面处的振动原始信号；根据故障振动的频率范围对原始信号进行带通滤波，利用两个通道滤波后振动位移时间历程，确定出现峰值的时间差，并通过计算得到相对相位，根据故障频率范围内两个方向振动信号的相对相位，判断出转子在目标截面处的涡动方向。本发明能够根据目标截面处测得的振动信号得出其任意频率成分对应的涡动方向，此方法仅涉及信号带通滤波和简单计算，兼顾了效率和稳定性。

Description

一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法

技术领域

本发明属于机械故障诊断领域，具体涉及一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法。

背景技术

燃气轮机、压缩机和汽轮发电机组等旋转机械是各自领域的核心设备，若因为振动超标而无法安全运行，则会造成重大经济损失甚至严重安全事故。基于振动数据分析的轴系故障诊断可以在故障发生早期确定其原因，进而根据诊断结果及时采取措施保障机组长期安全运行。转子涡动方向是振动故障诊断和治理的重要依据特征之一。质量不平衡、轴弯曲、动静碰摩、呼吸裂纹、轴刚度不对称和轴承非线性等均可以导致转子发生具有相应特征的正向或反向涡动。快速确定转子涡动方向是成功进行旋转机械振动故障精确诊断的必要条件。因此，准确判断转子发生振动故障后的涡动方向具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，本发明能够确定转子故障频率振动对应的涡动方向，在机组振动超过设定的报警值，或者振动改变量超限时，触发振动故障诊断流程时，作为故障诊断的重要特征依据。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

S1，实时采集转子目标截面处的振动原始信号；

S2，根据故障振动的频率范围对原始信号进行带通滤波，得到滤波后的振动时域信号；

S3，利用两个通道滤波后振动位移时间历程，确定出现峰值的时间差，并通过计算得到相对相位；

S4，根据故障频率范围内两个方向振动信号的相对相位，判断出转子在目标截面处的涡动方向。

S1中，实时采集转子目标截面处的振动原始信号是通过在转子目标截面处正交安装的两个轴振传感器采集。

若轴振传感器个数或安装角度不满足要求，则分别加装轴振传感器或调整轴振传感器的安装角度，使其满足要求。

S2的具体方法如下：

根据需要分析的频率下限和上限，对原始振动信号进行带通滤波，得到两个方向滤波后振动时域信号。

S3的具体方法如下：

第一轴振传感器的振动原始信号

出现任一峰值的时刻为t_x，随后第二轴振传感器的振动原始信号

第一次出现峰值的时刻为t_y，时间之差为Δt＝t_y-t_x，

为原始相对相位。

S4的判断方法如下：

相对相位ΔΦ＝Δθ+i·2π，选取合适的整数i，使ΔΦ∈[0，2π]；

若ΔΦ＝0或ΔΦ＝π，则处于临界状态，转子在目标截面处涡动轨迹呈一条直线；

若相对相位差满足0＜ΔΦ＜π，则涡动方向为正向；

若满足π＜ΔΦ＜2π，则涡动方向为反向。

与现有技术相比，本发明实时采集转子目标截面处的振动原始信号；根据故障振动的频率范围对原始信号进行带通滤波，利用两个通道滤波后振动位移时间历程，确定出现峰值的时间差，并通过计算得到相对相位，根据故障频率范围内两个方向振动信号的相对相位，判断出转子在目标截面处的涡动方向。本发明能够根据目标截面处测得的振动信号得出其任意频率成分对应的涡动方向，此方法仅涉及信号带通滤波和简单计算，兼顾了效率和稳定性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为对测得两个方向振动原始信号进行滤波并得到峰值出现时间差的示意图；

图3为实施例中汽轮发电机组9号轴承处X和Y方向轴振滤波后时域图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明包括以下步骤：

步骤一，当机组振动超过设定的报警值，或者振动改变量超限时，触发涡动方向判断流程；

步骤二，确认转子的目标截面处应有两个轴振传感器，安装夹角应为90度。若传感器个数或安装角度不满足要求，则分别应加装传感器或调整传感器安装角度，使其满足要求。将传感器分别记为X和Y方向传感器，满足X传感器顺转向转动90度后到达Y传感器位置。分别记X和Y方向振动传感器采集信号为S_x(t)和S_y(t)。

步骤三，根据需要判断涡动方向的振动频率范围，对两个方向原始振动信号进行带通滤波，得到频率上限和下限分别为ω⁺和ω_-的振动分量的时域信号，记为

和

步骤四，记

出现任一峰值的时刻为t_x，随后

第一次出现峰值的时刻为t_y，时间之差记为Δt＝t_y-t_x，记

为原始相对相位。

步骤五，使用得到目标截面处特定频率范围内转子两个方向振动相对相位确定涡动方向，判断准则如下：

(a)相对相位为ΔΦ＝Δθ+i·2π，选取合适的整数i，使ΔΦ∈[0，2π]。

(b)若相对相位满足0＜ΔΦ＜π，则涡动方向为正向；若满足π＜ΔΦ＜2π，则涡动方向为反向；若ΔΦ＝0或ΔΦ＝π，则处于临界状态，转子故障频率振动对应的涡动呈一条直线。

实施例：

某火电厂1号汽轮发电机组运行中轴系振动偏大，9号轴承X方向相对轴振超过220μm，不满足长期运行的要求。2020年10月27日，对1号机组带负荷稳定运行、滑参数降负荷及惰走过程进行了详细振动测试。测试期间机组9号轴承X方向轴振最高达到237μm，振动主要为1倍频分量。

为了分析9号轴承处轴振1倍频分量偏大原因，并给出处理方案，需要确定转子轴径1倍频振动对应的涡动方向。

目标截面为9号轴承处，如图2所示布置有夹角为90度的两个轴振动传感器。从汽轮机侧往发电机侧看时，转子顺时针旋转，X方向轴振传感器位置顺转向90度为Y方向轴振传感器，满足本方法要求。

由于转子工作转速范围为2995r/min到3005r/min，对应频率范围为49.92Hz到50.08Hz，于是将带通滤波的频率下限和上限分别设为49.92Hz到50.08Hz。

图3为经过带通滤波后得到的X方向和Y方向振动位移时间历程，得到Y方向振动位移峰值滞后于X方向振动位移峰值的时间为6.72×10^-3秒，将滞后时间乘以转子1倍频振动对应的角速度，得到两个方向振动原始相对相位Δθ为121度。

将角度换算为弧度，并根据式ΔΦ＝Δθ+i·2π，发现i＝0可以使ΔΦ∈[0，2π]，即ΔΦ＝Δθ。因此，可知相对相位满足条件0＜ΔΦ＜π，即转子在9号轴承处1倍频振动对应的涡动方向是正向。

根据振动测试结果，发电机-集电环转子振动以基频分量为主，且涡动方向为正向，诊断异常振动为质量不平衡导致的强迫振动，可以尝试通过现场高速动平衡的手段改善其振动水平。现场计算并出具了动平衡方案，在集电环小轴尾部平衡盘加重245克，加重后满负荷工况下，各测点振动均降至70μm以下。

针对发电机转子振动偏大问题，利用轴振传感器信号确定转子涡动方向，并以本方法确定的涡动方向为关键依据，确认了现场高速动平衡消振的可行性。然后通过现场高速动平衡成功将轴系振动降至国标规定的优良范围内，保障了机组的安全稳定运行。

Claims (6)

1.一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，实时采集转子目标截面处的振动原始信号；

S2，根据故障振动的频率范围对原始信号进行带通滤波，得到滤波后的振动时域信号；

S3，利用两个通道滤波后振动位移时间历程，确定出现峰值的时间差，并通过计算得到相对相位；

S4，根据故障频率范围内两个方向振动信号的相对相位，判断出转子在目标截面处的涡动方向。

2.根据权利要求1所述的一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，其特征在于，S1中，实时采集转子目标截面处的振动原始信号是通过在转子目标截面处正交安装的两个轴振传感器采集。

3.根据权利要求2所述的一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，其特征在于，若轴振传感器个数或安装角度不满足要求，则分别加装轴振传感器或调整轴振传感器的安装角度，使其满足要求。

4.根据权利要求1所述的一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，其特征在于，S2的具体方法如下：

根据需要分析的频率下限和上限，对原始振动信号进行带通滤波，得到两个方向滤波后振动时域信号。

5.根据权利要求1所述的一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，其特征在于，S3的具体方法如下：

第一轴振传感器的振动原始信号

出现任一峰值的时刻为t_x，随后第二轴振传感器的振动原始信号

第一次出现峰值的时刻为t_y，时间之差为△t＝t_y-t_x，

为原始相对相位。

6.根据权利要求1所述的一种根据轴振信号确定转子涡动方向的判断方法，其特征在于，S4的判断方法如下：

相对相位ΔΦ＝△θ+i·2π，选取合适的整数i，使ΔΦ∈[0,2π]；

若ΔΦ＝0或ΔΦ＝π，则处于临界状态，转子在目标截面处涡动轨迹呈一条直线；

若相对相位差满足0<ΔΦ<π，则涡动方向为正向；

若满足π<ΔΦ<2π，则涡动方向为反向。

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