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文檔簡介
1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障故障主 講 人 簡 介軒建平博士軒建平博士 華中科技大學(xué) 控制科學(xué)與工程系博士后 機(jī)械與電子信息系副教授中國振動工程學(xué)會故障診斷專業(yè)委員會理事 一 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析基礎(chǔ)二 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特征三 旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)四 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)例主要內(nèi)容MKt自由振動是系統(tǒng)受到外界干擾,并去掉激振后產(chǎn)生 的振動,又稱自由響應(yīng)。自由振動反映了系統(tǒng)內(nèi)在的信息。強(qiáng)迫振動:系統(tǒng)在外界干擾作用下的振動響應(yīng)。外激勵力 :確定性 周期振動外激勵力 :非確定性 隨機(jī)振動系統(tǒng)外部的非振動的或振動的能量振動系統(tǒng)振動力0)()()(xtkxtcxtm 定,可以用一個方程就描述它的運(yùn)動。)sin
2、( tfkxxcxm xc kxxm 為慣性項(xiàng)為阻尼項(xiàng)為彈性恢復(fù)項(xiàng))sin(tf為外激力所謂單自由度系統(tǒng)就是在任何時刻,系統(tǒng)的位置只需要一個坐標(biāo)就可以確rmy)sin(4)1 (1222222tkmrynnn轉(zhuǎn)子的固有頻率轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nn當(dāng)干擾力的頻率接近系統(tǒng)固有頻率時,振動迅速增大,此時系統(tǒng)處于共振狀態(tài)共振狀態(tài)。對于有阻尼系統(tǒng),阻尼的耗能作用使共振振幅變小,阻尼越大,共振振幅越小。)()()(.21212122221112112121222211121121212222111211tftftfxxxkkkkkkkkkxxxcccccccccxxxmmmmmmmmmnnnnnnnnnnnnnnn
3、nnnnnnn 一根轉(zhuǎn)子在一定的轉(zhuǎn)速下,如果沒有阻尼衰減作用,此時給它一個擾動讓其自由振動的話,那么這個轉(zhuǎn)子將按照一定的頻率振動下去,這個振動的頻率只取決于系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度,與外界的因素?zé)o關(guān),外界的擾動情況只能影響他振動的幅度,但不會干擾他的振動頻率。這個頻率我們稱:是這根轉(zhuǎn)子的固有頻率。又叫模態(tài),是振動系統(tǒng)各點(diǎn)在固有頻率下做簡諧振動時,波節(jié)與波腹的振動形態(tài)?;蛘f沿軸向分布的橫向振動大小。振型有助于估算轉(zhuǎn)子與固定部件之間的內(nèi)部間隙,并能估算出轉(zhuǎn)軸上節(jié)點(diǎn)的位置。節(jié)點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸上振幅為零的位置。55型國產(chǎn)200MW機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子二階振型55型國產(chǎn)200MW機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子一階振型波形圖就是將振動信號的
4、時間歷程表示出來。從波形圖可以看出振動信號是否平穩(wěn)、毛刺、削波、調(diào)頻、調(diào)幅等異?,F(xiàn)象。-101-101010020000.511.50100200300400-1012以工頻為主的振動-202-202010020000.510100200300400-202有低頻的次諧波振動-2-1012-202010020030040000.511.5050100150200250300350400-202有高頻的超諧波振動-2-1012-20205010015020000.0050.0102040608010000.51隨機(jī)振動-2-1012-20205010000.511.502000400060008
5、00010000-2024拍振用某一測點(diǎn)在連續(xù)時間范圍內(nèi)測的的頻譜圖按時間順序排列組成瀑布圖(通常是在相同的轉(zhuǎn)速下)。瀑布圖中可以看到各種頻率的組成與振幅是如何隨時間變化的。級聯(lián)圖是轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時的頻譜圖依次組成三維連續(xù)的頻譜圖。他的Z軸是轉(zhuǎn)速,各個頻率的軸線是傾斜的直線。級聯(lián)圖用來分析與轉(zhuǎn)速相關(guān)的故障比較直觀。趨勢是觀察的某個參數(shù)隨時間的變化關(guān)系。分析機(jī)組的振動隨時間、負(fù)荷等的變化時,趨勢圖非常直觀,對運(yùn)行人員監(jiān)視機(jī)組狀況很有用。表示振動的幅值、相位隨著轉(zhuǎn)速變化的圖形。通常用來確定機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速。另一個重要用處就是在進(jìn)行動平衡時有助于用來分析轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所處的軸向位置、不平衡振型的階數(shù)。極
6、坐標(biāo)圖又叫做奈奎斯特圖。就是把波特圖的結(jié)果繪制在極坐標(biāo)上,得到的振幅轉(zhuǎn)速曲線是一條環(huán)形線。判斷轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速,容易得到模態(tài)參數(shù)。用渦流傳感器測試軸振動時,很容易得到原始的晃度矢量。軸心軌跡就是將轉(zhuǎn)子在軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)情況以二維軌跡形式表示出來。必須在一個平面安裝兩個互相垂直的渦流傳感器。可以幫助判斷摩擦、油膜渦動、油膜振蕩等具有不同軸心軌跡特征的故障。單峰值就是振動的最大點(diǎn)到平衡位置之間的距離。峰峰值實(shí)際上就是振動的波峰與波谷的距離。振動測量儀器輸出的位移振動振幅通常都是峰峰值。有效值又叫均方根值,對于速度振幅的度量,又叫做振動烈度。 Vms 有效值 Vp_p 峰峰值22_ pVpVms Tdttv
7、TVms02)(12022_/81)sin(_/81pVpdttpVpVmsT22_ pVpVms組成:1X:30um2X:30um振動位移(um)振動烈度(mm/s)合成值52.87.45考核結(jié)果B 區(qū):機(jī)組可以長期運(yùn)行C 區(qū):不允許長期運(yùn)行,利用機(jī)會進(jìn)行處理260103msPPVAPPAmsV 圖中 是脈沖信號導(dǎo)前振動信號高點(diǎn)的角度,即振動相位。轉(zhuǎn)于不平衡的軸心軌跡)48. 043. 0(油膜振蕩是轉(zhuǎn)子的渦動頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率油膜振蕩是轉(zhuǎn)子的渦動頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率接近時發(fā)生的自激振動接近時發(fā)生的自激振動。空透轉(zhuǎn)速及振動傳感器 氧透轉(zhuǎn)速及振動傳感器 氮透轉(zhuǎn)速及振動傳感器 E臺氧透振動信號 E
8、臺氮透振動信號F臺空透振動信號 F臺氮透振動信號 F臺氧透振動信號信號采集站1信號采集站2信號采集站3E臺空透振動信號信號采集服務(wù)器工程師站服務(wù)器信號采集站4監(jiān)測診斷工作站信號采集站2信號采集站2系 統(tǒng) 主 頁系 統(tǒng) 組 態(tài)狀 態(tài) 監(jiān) 測診 斷 分 析采 樣 數(shù) 據(jù) 庫 管 理輔 助 模 塊系 統(tǒng) 定 義信 號 采 集 組 態(tài)信 號 特 征 量 提 取 組 態(tài)監(jiān) 測 組 態(tài)分 析 組 態(tài)報 表 組 態(tài)設(shè) 備 維 修 記 錄記 錄 編 輯 、 修 改 、 刪 除數(shù) 據(jù) 備 份統(tǒng) 計(jì) 報 表W W W 信 息 發(fā) 布W W W 信 息 檢 索軟 件 下 載 服 務(wù)實(shí) 時 動 態(tài) 監(jiān) 測 ( 虛 擬
9、 儀 器界 面 )可 視 化 處 理 ( 設(shè) 備 音 、 動畫 顯 示 )信 號 分 析 : 信 號 波 形 分 析 ,軸 心 軌 跡 分 析 , 信 號 相 關(guān) 分 析信 號 頻 譜 分 析 , 譜 陣 分 析數(shù) 字 濾 波 分 析 , 其 它 分 析( 小 波 , 倒 頻 譜 , 頻 率 細(xì) 化 等 )設(shè) 備 趨 勢 分 析 :統(tǒng) 計(jì) 圖 ,統(tǒng) 計(jì) 報 表 ,設(shè) 備 劣 化 曲 線診 斷 專 家 系 統(tǒng) :故 障 診 斷規(guī) 則 編 輯平整軋機(jī)系統(tǒng) 傳感器布置 系統(tǒng)軟件信號采集狀態(tài)監(jiān)測精密分析數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)通信通道選擇硬件設(shè)置參數(shù)設(shè)定信號采集信號保存特征量計(jì)算 實(shí)時振動頻譜特征量報警用戶存盤
10、打印 系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)入庫數(shù)據(jù)查詢報表系統(tǒng)打印時域分析(鑒相處理、轉(zhuǎn)速處理、數(shù)學(xué)運(yùn)算、相關(guān)處理)頻域分析(幅值譜、對數(shù)譜、倒譜等)時頻分析統(tǒng)計(jì)過程控制(控制圖、PCA分析、PLS分析等)去廠級 MIS 網(wǎng)設(shè)備管理層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集層(560點(diǎn))S-NET輸力強(qiáng)分散采集系統(tǒng)振動信號流熱工信號流主機(jī)服務(wù)器工程師站鍋爐操作站汽機(jī)操作站振動信號采 集 站工藝參數(shù)采 集 站IMPIMPIMP200MW汽輪發(fā)電機(jī)組網(wǎng)橋打印機(jī) 1打印機(jī) 2振動信號預(yù)處理裝置汽機(jī)操作站鍋爐操作站系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 2.6 荊門熱電廠 200MW#4 機(jī)組分布式監(jiān)測診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用分布式采集系統(tǒng),布置簡潔、采集可靠。系統(tǒng)采集的信號類型復(fù)
11、雜、量大,共有560個測點(diǎn),并可根據(jù)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)充。信號包括慢變模擬量、快變振動信號、狀態(tài)型開關(guān)量、脈沖量和中斷型開關(guān)量,能滿足火電廠單元機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測需要。系統(tǒng)是一個大型多功能系統(tǒng),是集單元機(jī)組DAS與狀態(tài)監(jiān)測、汽機(jī)和鍋爐以及熱力系統(tǒng)能損分析、現(xiàn)場軸系高速動平衡及汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷專家系統(tǒng)于一體的綜合系統(tǒng)。 系統(tǒng)具有靈活實(shí)用的在線組態(tài)功能。可對測點(diǎn)管理信息、各操作站顯示畫面和顯示參數(shù)、過程參數(shù)的成組相關(guān)圖、故障追憶參數(shù)表、機(jī)組運(yùn)行管理指標(biāo)體系(小指標(biāo))等進(jìn)行在線修改和組態(tài),不影響系統(tǒng)的正常工作。修改和組態(tài)的結(jié)果立即反映在系統(tǒng)運(yùn)行中。 系統(tǒng)有完整的數(shù)據(jù)庫,可記錄一年內(nèi)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫包括熱工參數(shù)歷史數(shù)據(jù)庫、振動參數(shù)歷史數(shù)據(jù)庫(波形及各倍頻特征量)、開關(guān)量歷史數(shù)據(jù)庫、異常參數(shù)數(shù)據(jù)庫、啟停機(jī)數(shù)據(jù)庫、事故追憶數(shù)據(jù)庫等。 系統(tǒng)與廠級MIS系統(tǒng)互聯(lián),既給MIS系統(tǒng)提供豐富信息,又與MIS系統(tǒng)相互獨(dú)立,MIS系統(tǒng)故障不會影響本系統(tǒng)的安全正常工作。獲得授權(quán)的MIS系統(tǒng)用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行本系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測部分,詳細(xì)了解機(jī)組狀況。同時,在異地可通過Modem進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸,獲取機(jī)組的狀態(tài)數(shù)據(jù),進(jìn)行性能分析和故障診斷。 系統(tǒng)操作簡單,維護(hù)工作量小。小屏幕監(jiān)視器的操作站只有五個按鍵,通過操作這五個按鍵,可選擇監(jiān)視模擬量或開關(guān)量或脈沖量參數(shù)表、棒圖、趨勢曲線、啟
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