設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

1、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷1、齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機理及齒輪故障診斷方法1.1齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的機理 嚙合頻率是對一對相互嚙合的齒輪而言的，對單個齒輪談嚙合頻率是沒有意義的。另外，齒輪傳動的特點是嚙合過程中嚙合點的位置和參與嚙合的齒數(shù)都是周期性變化的，這就造成了齒輪輪齒的受力和剛度成周期性變化，由此而引起的振動必然含有周期性成分。對于直齒圓柱齒輪，在齒輪嚙合過程中，由于單、雙齒嚙合區(qū)的交替變換、輪齒嚙合剛度的周期性變化、以及嚙入嚙出沖擊，即使齒輪系統(tǒng)制造得絕對準確，也會產(chǎn)生振動，這種振動是以每齒嚙合為基本頻率進行的，該頻率稱為嚙合頻率，其計算公式如下：式中， z1、z2 主、從動齒輪的齒數(shù)

2、；n1、n2 主、從動齒輪的轉(zhuǎn)速，r/min。對于斜齒圓柱齒輪，產(chǎn)生嚙合振動的原因與直齒圓柱齒輪基本相同，但由于同時嚙合的齒數(shù)較多，傳動較平穩(wěn)，所產(chǎn)生的嚙合振動的幅值相對較低。對于沒有缺陷的正常齒輪，齒輪嚙合頻率產(chǎn)生的原因主要有嚙合剛度的變化、嚙合沖擊和節(jié)線沖擊。1.2引起齒輪震動的部分原因1.2.1嚙合剛度的變化齒輪的嚙合剛度是指整個嚙合接觸區(qū)中參與嚙合的各對輪齒的綜合剛度。單對輪齒的等效剛度為：式中，K1、K2 主、從動齒輪的單齒剛度。剛度的變化主要有兩個方面：一是在齒高方向隨著嚙合位置的變化，參與嚙合的單一輪齒的剛度發(fā)生了變化；二是參加嚙合的齒數(shù)隨時間作周期性變化。例如對于重合度在1到2

3、之間的漸開線直齒輪，在節(jié)點附近是單齒嚙合，在節(jié)線兩側(cè)單部位開始至齒頂、齒根區(qū)段為雙齒嚙合。顯然，在雙齒嚙合時，整個齒輪的載荷由兩個齒分擔(dān)，故此時齒輪的嚙合剛度就較大；同理，單齒嚙合時嚙合剛度較小。 從一個輪齒開始進入嚙合到下一個輪齒進入嚙合，齒輪的嚙合剛度就變化一次。嚙合剛度的變化頻率與齒輪的嚙合頻率相等，說明嚙合剛度的變化是嚙合頻率產(chǎn)生機理之一。1.2.2嚙合沖擊齒輪在嚙合過程中，由于輪齒承載產(chǎn)生彈性變形，使得輪齒進入嚙合點和退出嚙合點與理論值發(fā)生偏差，因而在進入嚙合和退出嚙合時均會發(fā)生嚙合沖擊，嚙合沖擊的頻率與嚙合頻率相等。說明嚙合沖擊也是嚙合頻率產(chǎn)生機理之一。1.2.3節(jié)線沖擊

4、齒輪在嚙合過程中，輪齒表面既有相對滾動又有相對滑動。對于主動輪，嚙合點從齒根移向齒頂，嚙合半徑逐漸增大，速度增高，而從動輪則恰好相反。主動輪和從動輪在嚙合點上的速度差異形成了兩者之間的滑動。在齒根部分，主動輪上嚙合點的速度小于從動輪，因此滑動方向向下；而在齒頂部分，主動輪上嚙合點的速度大于從動輪，因此滑動方向向上；在節(jié)線處，兩輪上嚙合點的速度相等，相對滑動速度為零。因此摩擦力在接線處改變了方向，形成了節(jié)線沖擊。有節(jié)線沖擊的形成原理可知，節(jié)線沖擊的頻率也與嚙合頻率相等。說明節(jié)線沖擊也是嚙合頻率產(chǎn)生機理之一。1.3齒輪故障診斷方法齒輪及齒輪箱在機械設(shè)備中是一種非常關(guān)鍵的零部件，這種零部件非常通用，

5、齒輪及齒輪箱主要是起連接和傳遞動力的作用。齒輪在工作過程中，齒輪、軸承和軸都會產(chǎn)生振動信號,當振動信號產(chǎn)生了不同形式的變化時，則預(yù)示著零件可能發(fā)生了故障。振動信號一般都會攜帶運行狀態(tài)信息，利用這些運行狀態(tài)信息進行故障模式的識別是機械故障診斷中常用的方法。而這些方法中所用到的信號處理的主要數(shù)學(xué)工具有傅立葉變換、小波變換、相關(guān)分析等。隨著工程應(yīng)用和科學(xué)研究的不斷提高,所涉及到的監(jiān)測診斷問題日趨復(fù)雜和困難。1.3.1齒輪的常見故障通常齒輪在運轉(zhuǎn)時,由于操作維護不善或制造不良會產(chǎn)生各種形式的故障。而故障形式又隨運轉(zhuǎn)狀態(tài)、熱處理、齒輪材料等因素的不同而不同，常見的齒輪故障形式有齒面接觸疲勞和彎曲疲勞與斷

6、齒、齒面膠合和擦傷、齒面磨損等。（1）齒面磨料磨損。潤滑油不清潔、磨損產(chǎn)物以及外部的硬顆粒侵入接觸齒面都會在齒面滑動方向產(chǎn)生彼此獨立的劃痕，使齒廓改變，側(cè)隙增大，甚至使齒厚過度減薄，導(dǎo)致斷齒。 （2）齒面黏著磨損。重載、高速傳動齒輪的齒面工作區(qū)溫度很高，如潤滑不好，齒面間油膜破壞，一個齒面上的金屬會熔焊在另一個齒面上，在齒面滑動方向可看到高低不平的溝槽，使齒輪不能正常工作。 （3）齒面疲勞磨損。疲勞磨損是由于材料疲勞引起，當齒面的接觸應(yīng)力超過材料允許的疲勞極限時，在表面層將產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋逐漸擴展，就要使齒面金屬小塊斷裂脫落，形成點蝕。嚴重時點蝕擴大連成一片，形成整塊金屬

7、剝落，使齒輪不能正常工作，甚至使輪齒折斷。 （4）輪齒斷裂。輪齒如同懸臂梁，根部應(yīng)力最大，且有應(yīng)力集中，在變載荷作用下應(yīng)力值超過疲勞極限時，根部要產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋逐漸擴大就要產(chǎn)生疲勞斷裂。輪齒工作時由于嚴重過載或速度急劇變化受到?jīng)_擊載荷作用，齒根危險截面的應(yīng)力值超過極限就要產(chǎn)生過載斷裂。1.3.2齒輪的振動特性在齒輪運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下,隨著內(nèi)部故障的發(fā)生和發(fā)展,必然會產(chǎn)生振動上的異常。經(jīng)實踐證明,振動分析在齒輪故障檢測的方法中是一種最有效的方法。當齒輪處于正?；虍惓顟B(tài)時,嚙合頻率的振動部分及其倍頻總是存在的,但這兩種狀態(tài)下的振動水平是有差異的。如果僅僅依靠對齒輪振動信號的嚙合頻率和它的

8、倍頻成分的差異來判別齒輪的故障是遠遠不夠的,因為故障對振動信號的影響往往是多方面的,這其中就包括幅值調(diào)制、頻率調(diào)制和其他的頻率成分。（1）剛度變化引起的振動 在嚙合過程中，由于嚙合點的位置改變；由于參加嚙合的齒數(shù)改變，嚙合剛度要發(fā)生改變，這種改變每轉(zhuǎn)動一齒就要重復(fù)一次，這種頻率就是上節(jié)討論的嚙合頻率。 （2）齒輪誤差引起的振動 調(diào)幅振動頻率等于嚙頻、幅值受誤差調(diào)制的調(diào)幅簡諧振動。這是有誤差的齒輪在時域中振動信號的顯著特征。 調(diào)頻振動齒輪誤差除產(chǎn)生幅值受調(diào)制的常規(guī)振動外，必然還引起轉(zhuǎn)速波動，影響嚙合頻率，出現(xiàn)頻率受誤差調(diào)制的現(xiàn)象?？梢宰C明由誤差產(chǎn)生的調(diào)頻振

9、動與調(diào)幅振動一樣，在譜圖上也是在一系列嚙頻譜線兩側(cè)產(chǎn)生對稱的一系列邊頻譜線組成的邊頻帶，邊頻的間隔等于誤差的頻率。 由于調(diào)幅、調(diào)頻是同時出現(xiàn)的，所以有誤差的齒輪在譜圖上的邊頻帶應(yīng)為兩種調(diào)制單獨作用時邊頻成分的疊加，由于邊頻成分具有不同的相位，所以疊加后邊頻帶的對稱性就不再存在了 （3）齒輪固有頻率的振動 由于嚙合時齒間撞擊必然引起齒輪的軸向固有頻率自由衰減振動和扭轉(zhuǎn)固有頻率自由衰減振動，固有頻率在高頻段，通常在110kHz內(nèi)。 （4）齒輪損傷引起的振動（齒輪的故障振動） 有損傷的齒輪和有誤差的齒輪一樣，有相同的振動特征：在低頻段產(chǎn)生調(diào)制效應(yīng)有邊

10、頻帶，但幅值明顯增大；在高頻段有損傷的齒輪激發(fā)的固有頻率振動也明顯增強。齒輪故障振動的這些特點是我們診斷齒輪故障的有利依據(jù)。1.3.3齒輪故障診斷的常用方法（1）時域平均診斷 時域波形對故障反映直觀、敏感，特別是局部損傷最為明顯，因為局部損傷在時域中為短促陡峭的幅值變化，容易識別。但在頻域中由于能量十分分散、幅值變化很小，卻不易識別。時域平均法診斷首先要采用時域平均技術(shù)，排除各種干擾，分離出所需齒輪的振動信號，然后才可根據(jù)分離出來的信號直接觀察波形，確定齒輪的損傷。當然必要時也可進行頻譜分析或其他分析。 信號同步平均的原理是按齒輪每轉(zhuǎn)一周按脈沖的周期間隔截取信號，然后進行分

11、段疊加處理，以消除隨機信號和其它非周期信號的干擾影響。這種方法可以有效降低其他部件和振動源對于信號的影響，提高信噪比。（2）細化譜分析法齒輪的振動頻譜圖包含著豐富的信息，不同的齒輪故障具有不同的振動特征，其相應(yīng)的譜線也會發(fā)生特定的變化。細化譜分析法就是通過采用頻率細化技術(shù)來增加頻譜圖中某些頻段上的頻率分辨率，即所謂的“局部頻率擴展”法。在齒輪故障信號中，調(diào)制后得到的邊頻含有豐富的故障信息，但是在一般的頻譜圖上往往又找不出清晰、具體的邊頻，究其原因是頻譜圖的頻率分辨率太低。頻譜圖上的頻率分辨率則是由譜線和最高分析頻率決定的，具體關(guān)系為下式：式中：頻率間隔，即頻率分辨率；分析頻率范圍，即最高分析頻

12、率；采樣頻率，一般取=2.56；n譜線條數(shù)；N采樣點數(shù)。（3）倒頻譜分析法有一對齒輪嚙合的齒輪箱，在它的振動頻譜圖上，在嚙頻分量及其倍頻分量兩側(cè)有兩個系列邊頻譜線，一個是邊頻譜線的相互間隔為主動齒輪的轉(zhuǎn)頻；另一個是邊頻譜線的相互間隔為被動齒輪的轉(zhuǎn)頻。如果兩齒輪的轉(zhuǎn)頻相差不多，這兩個系列的邊頻譜線就十分靠近，即使采用頻率細化技術(shù)也很難加以區(qū)別。有數(shù)對齒輪嚙合的齒輪箱，在它的振動頻譜圖上，邊頻帶的數(shù)量就更多，分布更加復(fù)雜，要識別它們就更加困難了。比較好的識別方法是倒頻譜分析法，因為邊頻帶具有明顯的周期性，倒頻譜分析法能將譜圖上同一系列的邊頻譜線簡化為倒頻譜圖上的單根或幾根譜線，譜線的位置是原譜圖上

13、邊頻的頻率間隔，譜線的高度反映了這一系列邊頻成分的強度，因此使監(jiān)測者便于識別有故障的是哪個齒輪及故障的嚴重程度。 倒頻譜分析又稱二次頻譜分析，對于同時有數(shù)對齒輪嚙合的齒輪箱振動頻譜圖，由于每對齒輪嚙合都將產(chǎn)生邊帶頻，幾個邊頻帶譜交叉分布在一起，僅進行頻率細化分析是不行的，還需要進一步做倒頻譜分析。倒頻譜能較好地檢測出功率譜上的周期成分，將原來譜上成簇的邊頻帶譜線簡化為單根譜線，便于觀察。 而齒輪發(fā)生故障時的振動頻譜具有的邊頻帶一般都具有等間隔的結(jié)構(gòu)，利用倒頻譜這個優(yōu)點，可以檢測出功率譜中難以辨識的周期性信號。 倒頻譜還可以將輸入信號與傳遞函數(shù)區(qū)分開來，便于識別；還

14、能區(qū)分出因調(diào)制引起的功率譜中的周期量，找出調(diào)制源。（4）邊頻帶分析法嚙頻振動分析主要用來診斷齒輪的分布故障（如輪齒的均勻磨損），對齒輪早期局部損傷不敏感。大部分齒輪故障是局部故障，它使常規(guī)振動受到調(diào)制，呈現(xiàn)明顯的邊頻帶。根據(jù)邊頻帶的形狀和譜線的間隔可以得到許多故障信息，所以功率譜邊頻帶分析是普遍采用的診斷方法。邊頻帶出現(xiàn)的機理是齒輪嚙合頻率的振動受到了齒輪旋轉(zhuǎn)頻率的調(diào)制而產(chǎn)生，邊頻帶的形狀和分布包含了豐富的齒面狀況信息。一般從兩個方面進行邊頻帶分析：一是利用邊頻帶的頻率對稱性，找出的頻率關(guān)系，確定是否為一組邊頻帶。二是比較各次測量中邊頻帶振幅的變化趨勢。2、滾動軸承故障的特征頻率推導(dǎo)計算當軸承

15、元件的工作表面出現(xiàn)局部缺陷時，會以一定的通過頻率(取決于轉(zhuǎn)頻、軸承型號)產(chǎn)生一系列的寬帶沖擊，稱為軸承的“通過頻率”或“故障頻率”，實際中滾動軸承故障振動監(jiān)測就是檢測這個頻率。 下面以角接觸球軸承為例，通過分析軸承各元件之間的相對運動關(guān)系來推出軸承故障特征頻率的計算公式。圖2.1上圖所示為滾動軸承各元件之間運動關(guān)系示意圖。為簡單起見，設(shè)軸承外圈固定，內(nèi)圈的旋轉(zhuǎn)頻率為，軸承節(jié)徑為D，滾動體直徑為d，接觸角為a，滾動體個數(shù)為z；并假定滾動體與內(nèi)外圈之間純滾動接觸。由于外圈固定，所以滾動體上B點的速度為零，而A點的速度為由此可以得到其中，為滾動體的公轉(zhuǎn)頻率，即保持架的轉(zhuǎn)動頻率。設(shè)滾動體的自

16、轉(zhuǎn)頻率為，則可以這樣求得：給整個軸承加一轉(zhuǎn)動角速度“-”(相當于站在保持架上看軸承運動)，則此時保持架固定不動，外圈以-轉(zhuǎn)動，滾動體只有自傳角速度，根據(jù)純滾動關(guān)系，此時B點的速度(注意此時滾動體上的A點繞其中心C轉(zhuǎn)動) 由此可得進而可以推得（1） z個滾動體與外圈上某一固定點接觸的頻率為（2） z個滾動體與內(nèi)圈上某一固定點接觸的頻率為（3） 滾動體上某一固定點與外圈或內(nèi)圈接觸的頻率為、和分別稱為外圈、內(nèi)圈和滾動體的通過頻率。當上述的“某一點”是局部損傷點(例如點蝕點、剝落點、燒傷點等)時，、和分別成為局部損傷點撞擊滾動軸承元件的頻率，所以又分別稱為外圈、內(nèi)圈和滾動體的故障特征頻率。綜

17、上所述，滾動軸承故障特征頻率如下： 當外圈有缺陷時，外圈的故障特征頻率為 當內(nèi)圈有缺陷時，內(nèi)圈的故障特征頻率為當滾動體有缺陷時，滾動體的故障特征頻率為3、汽輪機狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)汽輪機故障是指汽輪機功能失常，即其動態(tài)性能惡化，不符合技術(shù)要求。例如，運行失穩(wěn)，機器發(fā)生異常振動和噪聲，工作轉(zhuǎn)速、輸出功率發(fā)生變化，以及介質(zhì)的溫度、壓力、流量異常等。其中振動測試是汽輪機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的常用方法。汽輪機的主要功能是由旋轉(zhuǎn)動作完成的，所以轉(zhuǎn)子是其最主要的部件。旋轉(zhuǎn)機械發(fā)生故障的重要特征是機器伴有異常的振動和噪聲，其振動信號從幅值域、頻率域和時間域?qū)崟r地反映了機器故障信息。因

18、此，了解和掌握汽輪機在故障狀態(tài)下的振動特征，在監(jiān)測機器的運行狀態(tài)和提高診斷故障的準確度方面具有重要的理論意義和實際工程應(yīng)用價值。3.1汽輪機常見的振動類型和故障形式3.1.1汽輪機常見的振動類型（1）按振動頻率分類 基頻振動； 倍頻振動，例如2倍頻、3倍頻振動等； 頻率為基頻的整分數(shù)（如 1/2倍頻，1/3倍頻等）的振動；（2）按振幅方位分類 徑向振動，即沿轉(zhuǎn)軸截面直徑方向的振動，一般又分為水平振動和垂直振動； 軸向振動，及沿軸線方向的振動； 扭轉(zhuǎn)振動，即沿轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向的振動；（4） 按振動原因分類 轉(zhuǎn)子不平衡所引起的振動； 軸系不對中所引起的振動； 滑動軸承與軸頸偏心所引起的振動； 機器零部

19、件松動所引起的振動； 摩擦（如密封件摩擦等）引起的振動； 滾動軸承損壞所引起的振動； 滑動軸承油膜渦動和油膜振蕩所引起的振動；3.1.2汽輪機常見的故障形式汽輪機故障有多種形式，但其比較常見的故障發(fā)生率占總數(shù)的 95%以上。對大量故障案例進行分析統(tǒng)計的結(jié)果表明，汽輪機組中最常見的故障主要有轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對中、動靜碰摩、油膜振蕩、轉(zhuǎn)子彎曲等。（1）轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡是各種旋轉(zhuǎn)機械中普遍存在的問題，也是最常見的振動故障之一。不平衡轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)工作過程中，由于周期性的離心慣性力對轉(zhuǎn)子的激勵作用，將產(chǎn)生強迫振動而影響轉(zhuǎn)子的平衡運轉(zhuǎn)，嚴重時甚至?xí)p壞轉(zhuǎn)子。引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因是多方面的，如：由于結(jié)構(gòu)

20、設(shè)計不合理而造成的幾何尺寸不同心，或幾何中心線偏離旋轉(zhuǎn)軸線；制造、安裝誤差；轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻，或受熱不均勻；轉(zhuǎn)子初始彎曲；工作介質(zhì)中的固體雜質(zhì)在轉(zhuǎn)子上不均勻沉積；轉(zhuǎn)子在使用過程中被腐蝕、磨損；轉(zhuǎn)子上零部件松動、脫落等。（2）轉(zhuǎn)子不對中由于轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間利用連軸器進行連接時安裝不好，或由于軸承中心線偏斜或偏移，或者是由于轉(zhuǎn)子的彎曲、轉(zhuǎn)子與軸承的間隙以及承載后轉(zhuǎn)子與軸承的變形等原因，往往會造成轉(zhuǎn)子之間對中不好，從而產(chǎn)生振動，并導(dǎo)致機械故障。這也是十分常見的機械故障之一。轉(zhuǎn)子不對中的三種形式：平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中。平行不對中時，轉(zhuǎn)子軸心線平行偏移。偏角不對中時，兩轉(zhuǎn)子軸心線相互交叉，

21、或稱偏角位移。平行偏角綜合不對中時，兩轉(zhuǎn)子軸心線相互交錯位移。（3）動靜碰摩汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部件與靜止部件的碰摩是運行中常見故障。隨著現(xiàn)代機組向著高性能、高效率發(fā)展，動靜間隙變小，碰摩的可能性隨之增加。為提高機器效率，一般汽輪機的密封間隙和軸承間隙做得較小，以減少氣體和潤滑油的泄漏。但是，小間隙除了會引起流體動力激振之外，還會發(fā)生轉(zhuǎn)子與靜止部件的摩擦。例如轉(zhuǎn)子因質(zhì)量不平衡，熱彎曲或不對中等原因，以及滑動軸承油膜振蕩等引起的振動，可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)子與靜子的接觸摩擦。這種摩擦又會造成轉(zhuǎn)子的熱不穩(wěn)定，進一步加劇轉(zhuǎn)子的熱彎曲，從而又反過來促使摩擦加劇。碰摩使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生非常復(fù)雜的振動，是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)的一個重

22、要原因，輕者使得機組出現(xiàn)強烈振動，嚴重的可以造成轉(zhuǎn)軸永久性彎曲，甚至整個軸系毀壞。（4）油膜渦動與油膜振動轉(zhuǎn)軸在圓形的軸瓦中轉(zhuǎn)動，如果轉(zhuǎn)子不受外界擾動，它的中心與軸瓦中心重合，此時無渦動發(fā)生。如果轉(zhuǎn)軸受到外擾，轉(zhuǎn)軸中心偏離軸瓦中心，油從大間隙流進小間隙，油壓逐漸升高，而流出小間隙后，油壓逐漸降低。在油的高壓區(qū)，產(chǎn)生了一個指向轉(zhuǎn)軸中心的力，這個力被分解為2個分力：1個用于平衡軸承支撐反力，1個使軸產(chǎn)生渦動。當油膜在外界一個偶然擾動力的作用下變形時，它除了產(chǎn)生一個沿著變形方向的彈性恢復(fù)力外，還產(chǎn)生一個垂直變形方向的切向分力。這個切向分力就是破壞軸頸在軸承內(nèi)的穩(wěn)定性引起渦動的根源，一般稱這個切向分力

23、為失穩(wěn)分力。3.2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和測點布置本系統(tǒng)是為大容量汽輪發(fā)電機組開發(fā)的在線狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其總體設(shè)計要求較好地兼顧先進性與經(jīng)濟性，實時性與可靠性，實用性與通用性等各方面的要求。為了滿足這些要求，在進行系統(tǒng)設(shè)計的時候就要考慮到各方面的問題，比如合理進行測點布置，合理設(shè)計系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。3.2.1系統(tǒng)的測點布置在轉(zhuǎn)軸上布置6個監(jiān)測點（測點的具體位置如圖3.1所示），在每個測點處安裝兩個電渦流傳感器探頭，兩個探頭分別安裝在轉(zhuǎn)軸垂直中心線每側(cè)45o位置，并且將它們分別定義為X探頭（水平方向）和Y探頭（垂直方向）。徑向位移測量采用兩組共4個加速度傳感器（每兩個一組）對推力軸承端同時進行監(jiān)測，

24、這兩個探頭可以設(shè)置在軸的同一個端面，也可以是兩個不同端面進行監(jiān)測。安裝方向相同時，一般將這兩套傳感器的測量結(jié)果通過“與”的邏輯關(guān)系控制機器；安裝方向不同時，其邏輯關(guān)系要先“非”再“與”。圖3.13.2.2系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)由于整個系統(tǒng)的工作流程是先通過各種傳感器進行信號的采集，然后將傳感器采集的信息發(fā)送給計算機，計算機對采集到的信息進行適當?shù)奶幚砗头治?，最后得出結(jié)論進行故障診斷，并且將診斷結(jié)果進行存儲。因此，本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要包括三個方面：信號采集子系統(tǒng)，計算機子系統(tǒng)，輔助功能子系統(tǒng)。（1）信號采集子系統(tǒng)信號采集子系統(tǒng)的硬件主要包括加速度傳感器、電渦流傳感器及其前置器、數(shù)據(jù)采集卡和各種類型的電纜

25、等。其中，振動信號的采集是通過傳感器來實現(xiàn)的，因此傳感器的類型、性能和質(zhì)量、安裝方法、位置等是進行故障診斷必須考慮的問題。通常，位移傳感器的輸出電量與位移成正比，主要有：接觸式應(yīng)變位移計、非接觸式、電容式和電渦流式傳感器，而本系統(tǒng)中采用的就是電渦流式傳感器。另外，通常測量大型旋轉(zhuǎn)機械位移時，需要用兩個相隔 90 度的電渦流位移傳感器來測量旋轉(zhuǎn)軸的徑向位移，這樣不僅可以測得振動波形，還可以根據(jù)軸上某點的水平和垂直方向振幅變化繪制軸心軌跡。由于轉(zhuǎn)軸振動信號的頻率成分很豐富，并且故障信息常常反映在低頻段和高頻段，頻帶很寬，所以現(xiàn)行的測量轉(zhuǎn)軸振動所用的參數(shù)基本上是加速度(很少用位移和速度)，所用的傳感

26、器一般為壓電加速度傳感器。本系統(tǒng)中就采用了4個加速度傳感器，并且將他們分為四組分別安裝在汽輪機的不同位置，測點的具體布置見圖3.1。數(shù)據(jù)采集卡也是信號采集子系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)集信號調(diào)理儀和 A/D 的功能于一體，應(yīng)當使用國際標準網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范 TCP/IP 協(xié)議，還應(yīng)具有自動數(shù)據(jù)采集功能和較高的數(shù)據(jù)傳輸效率，可圓滿地實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)處理、連續(xù)快速采集存盤等高級數(shù)采功能。各種類型的電纜負責(zé)把各種傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機等模塊有效連接起來，讓他們共同構(gòu)成一個實現(xiàn)信號采集功能的有機整體。（2）計算機子系統(tǒng)計算機子系統(tǒng)是整個汽輪機狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷

27、系統(tǒng)的核心部分，它負責(zé)對信號采集子系統(tǒng)采集到的各種信息進行處理和分析，判斷汽輪機當前的工作狀態(tài)是否正常，如果不正常則要進行相應(yīng)的故障診斷。要實現(xiàn)計算機子系統(tǒng)的各種功能，也就需要相應(yīng)的硬件配置。首先要進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和分析就至少需要一臺主機，并且由于要接收信號采集子系統(tǒng)傳送過來的各種信息和數(shù)據(jù)，所以也必須擁有相應(yīng)的接口等。其次，計算機子系統(tǒng)可以獨立進行汽輪機工作狀態(tài)的監(jiān)測和故障診斷，但是它也需要進行人機交互，比如查看系統(tǒng)工作狀態(tài)，修改參數(shù)設(shè)置，更新程序等等，因此也就需要進行人機交互的顯示器、鍵盤和鼠標等部件。（3）輔助功能子系統(tǒng)信號采集子系統(tǒng)和計算機子系統(tǒng)兩部分的有效配合基本上就能進行汽輪機工

28、作狀態(tài)的監(jiān)測和故障診斷，但是為了使整個系統(tǒng)的功能更加完善和運行更加穩(wěn)定，所以還需要輔助功能子系統(tǒng)的加入。為了實現(xiàn)整個汽輪機的在線的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，需要進行相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的搭建。通過局域網(wǎng)的建立和相應(yīng)通信過程的建立，就可以把實時的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的結(jié)果傳送到遠程端，這樣技術(shù)人員就既可以在現(xiàn)場查看系統(tǒng)運行情況，也可以在控制室遠程控制整個狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷過程。另外，要讓整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定地運行，還應(yīng)當配置某些輔助功能，比如對現(xiàn)場工作環(huán)境的監(jiān)測以及相應(yīng)的報警功能。3.3系統(tǒng)的功能模塊汽輪機在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、工作狀態(tài)實時監(jiān)測、信號分析、故障診斷、系統(tǒng)管理等功能。系統(tǒng)各部分的功能模塊圖如圖3.2所示。汽輪機狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集狀態(tài)監(jiān)測信號分析故障診斷系統(tǒng)管理圖3.2（1