CN201707203U - 基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置 - Google Patents

基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置 Download PDF

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李录平
卢绪祥
饶洪德
朱益军
靳攀科
晋风华
黄琪
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Abstract

本实用新型公开了一种基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，包括声发射检测系统以及安装于汽轮发电机组的滑动轴承上一个以上的声发射传感器；声发射传感器接收滑动轴承的声发射信号并传送给声发射检测系统，故障诊断装置还包括安装在汽轮发电机组的转轴末端鉴相处的转速传感器；转速传感器实时检测汽轮发电机组的转速信号并传送给声发射检测系统，声发射检测系统根据对应转速下的声发射信号进行处理，提取特征后完成故障诊断。本实用新型具有结构简单紧凑、成本低廉、自动化程度高、操作简便快速、检测精度高等优点。

Description

基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置
技术领域
本实用新型主要涉及到故障诊断技术领域，特指一种针对汽轮发电机组中滑动轴承的故障诊断设备。
背景技术
滑动轴承是汽轮发电机组(简称：汽轮机)的重要部件。滑动轴承一般工作于较差的环境中，且载荷十分重，因此在运行时容易发生各种故障，甚至导致设备损坏及发生安全事故，从而影响到人员安全、造成较大的经济损失。由此可见，对汽轮发电机组中滑动轴承的工作状态进行在线监测和故障诊断是非常重要的。目前，对于汽轮发电机组中滑动轴承的监测一般是通过人工的方式来进行，检测人员通过人工检测或通过一些辅助仪器上显示的参数或曲线，凭经验来判断滑动轴承的状态，这种人工检测的方式对检测人员的素质要求很高，而且整个检测过程不够智能化，效率低下，常出现误检、漏检的现象。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、成本低廉、自动化程度高、操作简便快速、检测精度高的基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障检测装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的解决方案为：
一种基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，包括声发射检测系统以及安装于汽轮发电机组的滑动轴承上一个以上的声发射传感器，所述声发射传感器接收滑动轴承的声发射信号并传送给声发射检测系统，其特征在于：所述故障诊断装置还包括安装在汽轮发电机组的转轴末端鉴相处的转速传感器，所述转速传感器实时检测汽轮发电机组的转速信号并传送给声发射检测系统，所述声发射检测系统根据对应转速下的声发射信号进行处理，提取特征后完成故障诊断。
作为本实用新型的进一步改进：
所述声发射传感器通过电缆经前置放大器、数据采集卡后与声发射检测系统相连。
所述转速传感器通过电缆经数据采集卡后与声发射检测系统。
与现有技术相比，本实用新型装置的优点就在于：
1、本实用新型的基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，具有结构简单紧凑、成本低廉、自动化程度高、操作简便快速、检测精度高等优点；能够获取更全面故障信息、能早期判断故障和定位故障；
2、本实用新型是基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障检测装置，其声发射传感器和转速传感器安装方便，只需简单粘贴在待测物体上即可；该装置抗干扰性强，其前置放大器的硬件滤波功能和检测系统的数字滤波更有效的去除了噪声干扰；
3、本实用新型获取了汽轮发电机组的转速信号和滑动轴承的声发射信号，针对滑动轴承在不同汽轮机转速下所具备的不同特征，实时提取了对应转速下的滑动轴承声发射信号特征，完成对汽轮机滑动轴承故障的自动判断，因此进一步提高了故障诊断的精度。
4、本实用新型基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，对汽轮机滑动轴承的声发射信号进行实时获取、信号分析、特征提取、并利用一定的规则进行故障判断，对于预防故障的发生，维护机组安全有重要价值。
附图说明
图1是本实用新型在应用实例中的框架结构示意图；
图2是本实用新型在使用时的工作流程示意图。
图例说明：
1、声发射传感器；2、转速传感器；3、滑动轴承；4、汽轮发电机组；5、前置放大器；6、数据采集卡；7、声发射检测系统。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型的基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，包括声发射检测系统7以及安装于汽轮发电机组4的滑动轴承3上一个以上的声发射传感器1，声发射传感器1接收滑动轴承3的声发射信号并传送给声发射检测系统7，故障诊断装置还包括安装在汽轮发电机组4的转轴末端鉴相处的转速传感器2，转速传感器2实时检测汽轮发电机组4的转速信号并传送给声发射检测系统7，声发射检测系统7根据对应转速下的声发射信号进行处理，提取特征后完成故障诊断。声发射传感器1通过电缆经前置放大器5、数据采集卡6后与声发射检测系统7相连，转速传感器2通过电缆经数据采集卡6后与声发射检测系统7。
如图2所示，在使用本实用新型时，其步骤为：
(1)、安装声发射传感器1和转速传感器2：将一个以上的声发射传感器1安装于汽轮发电机组4的滑动轴承3上，用来接收滑动轴承3的声发射信号。将转速传感器2安装于汽轮发电机组4转轴末端鉴相处，用来接收汽轮发电机组4的转子转速信号。声发射传感器1与前置放大器5相连，前置放大器5的输出用电缆与数据采集卡6连接；转速传感器2输出信号用电缆与数据采集卡6连接；数据采集卡6将模拟输入信号经A/D转换后送入PC电脑中的声发射检测系统7进行分析。声发射传感器1和转速传感器2的安装十分方便，只需简单粘贴在待测物体上即可。其中，声发射传感器1的频响范围为(60～1100KHz)，转速传感器2的测量范围为(0～30000rpm)，前置放大器5的带宽为(10K～2M Hz)、增益为40db，数据采集卡6采用单通道采样在5M采样率以上的多功能采集卡。
(2)、对声发射信号进行处理、分析，并进行特征提取：声发射检测系统7根据对应转速下的声发射信号进行处理，提取特征后完成故障诊断。声发射检测系统7为基于LABVIEW自主研发的声发射检测系统，能对滑动轴承3的声发射信号进行分析、处理，获取声发射信号特征，对故障信息进行识别、判断。声发射检测系统7对声发射信号进行事件计数计算、振铃计数计算、能量计算、信号幅度计算、中心频率计算、频谱能量不稳定度计算、频谱分析以及功率谱分析，同时根据对应转速下对信号处理、分析后提取下述特征：事件计数特征、振铃计数特征、能量特征、信号幅度特征、中心频率特征、频谱能量不稳定度特征、时频特征以及功率谱特征。
以油膜振荡故障为例，具体流程为：将声发射传感器1安装在汽轮发电机组4的滑动轴承3上，接收滑动轴承3的声发射信号。该信号经过电缆传送到前置放大器5进行放大后，进入声发射检测系统7。转速传感器2实时检测汽轮发电机组4的转速信号并传送给声发射检测系统7。结合所处的不同转速情况下，在声发射检测系统7中完成对汽轮发电机组4上滑动轴承3的声发射信号的处理和分析，包括：事件计数(率)计算，振铃计数(率)计算，能量(率)计算，信号幅度计算，中心频率计算，频谱能量不稳定度计算，频谱分析，功率谱分析，相关分析。提取汽轮发电机组4的滑动轴承3的声发射信号的特征，包括：事件计数(率)特征，振铃计数(率)特征，能量(率)特征，信号幅度特征，中心频率特征，频谱能量不稳定度特征，时频特征，功率谱特征，相关分析特征。发生油膜涡动时，声发射特征为：事件计数率突然增加，振铃计数率突然增加，频谱能量不稳定度增大到高3值，最大自相关系数增大到高3值，能量率增大到高3值，幅度增大到高3值。最后将提取的故障特征
Figure BDA0000022821830000031
这里，
Figure BDA0000022821830000032
将u0代入式
Figure BDA0000022821830000033
(i＝1，2，...m)后，得到
Figure BDA0000022821830000034
于是按式
Figure BDA0000022821830000035
选取一个隶属度最大值
Figure BDA0000022821830000036
依据最大隶属度原则，可诊断出滑动轴承状态为A9，即为油膜振荡。
以机组启动中发生局部碰摩为例，具体流程为：将声发射传感器1安装在汽轮发电机组4的滑动轴承3上，接收滑动轴承3的声发射信号。该信号经过电缆传送到前置放大器5进行放大后，进入声发射检测系统7。转速传感器2实时检测汽轮发电机组4的转速信号并传送给声发射检测系统7。结合所处的不同转速情况下，在声发射检测系统7中完成对汽轮发电机组4上滑动轴承3的声发射信号的处理和分析，包括：事件计数(率)计算，振铃计数(率)计算，能量(率)计算，信号幅度计算，中心频率计算，频谱能量不稳定度计算，频谱分析，功率谱分析，相关分析。提取汽轮发电机组4的滑动轴承3在不同转速下声发射信号的特征，包括：事件计数(率)特征，振铃计数(率)特征，能量(率)特征，信号幅度特征，中心频率特征，频谱能量不稳定度特征，时频特征，功率谱特征，相关分析特征。机组启动中发生局部碰摩时，声发射特征为：事件计数率在低转速下有峰值，振铃计数率在低转速下有峰值，频谱能量不稳定度增加到高1值，最大自相关系数增加到高1值，能量率增大到高1值，幅度增大到高1值。最后将提取的故障特征这里，
Figure BDA0000022821830000042
将u0代入式
Figure BDA0000022821830000043
(i＝1，2，...m)后，得到 于是按式选取一个隶属度最大值依据最大隶属度原则，可诊断出滑动轴承状态为A1，即为机组启动中局部碰摩。
以上所述仅是本实用新型装置的优选实施方式，凡属于本实用新型思路下的技术装置均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型装置的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，包括声发射检测系统(7)以及安装于汽轮发电机组(4)的滑动轴承(3)上一个以上的声发射传感器(1)，所述声发射传感器(1)接收滑动轴承(3)的声发射信号并传送给声发射检测系统(7)，其特征在于：所述故障诊断装置还包括安装在汽轮发电机组(4)的转轴末端鉴相处的转速传感器(2)，所述转速传感器(2)实时检测汽轮发电机组(4)的转速信号并传送给声发射检测系统(7)，所述声发射检测系统(7)根据对应转速下的声发射信号进行处理，提取特征后完成故障诊断。
2.根据权利要求1所述的基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，其特征在于：所述声发射传感器(1)通过电缆经前置放大器(5)、数据采集卡(6)后与声发射检测系统(7)相连。
3.根据权利要求1所述的基于声发射检测的汽轮机滑动轴承故障诊断装置，其特征在于：所述转速传感器(2)通过电缆经数据采集卡(6)后与声发射检测系统(7)。
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