专利名称：一种转子轴承系统故障全信息分析方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转机械检测分析技术领域，具体地讲，是涉及一种转子轴承 系统故障全信息分析方法。
背景技术：
全面、准确地监测转子轴承系统的空间运动状态是正确诊断故障的前提。 转子的运动是一空间运动。为了全面、准确地获取转子的运动信息，对
于旋转机械转子轴承系统的监测，大都是在转子某选定截面的径向相互垂直
地安装两个电涡流传感器，在转子的轴向安装一个电涡流传感器，分别监测
转子的径向和轴向运动。
目前， 一般的设备状态监测与故障诊断系统中，在对转子轴承系统运动
进行描述时都把转子运动的径向信息和轴向信息割裂开来处理。比如利用两
径向信息描述转子的轴心轨迹；对于轴向信息都是仅仅利用了其中的直流部 分描述转子的轴向位移，丢失了对于反映转子空间运动状态非常重要的交流 部分。这些把径向信息和轴向信息割裂开来描述转子-轴承系统的运动状态 都是片面的，也必然会影响故障诊断的准确性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种将转子运动的径向信息和轴向信息融合在 一起来分析转子运动状态的分析方法，能够准确实时地反映转子运行状态， 并对状态信息进行可视化显示，当转子轴承出现故障时，能够及时的实现智 能预警。
本发明通过如下技术方案来实现发明目的
一种转子轴承系统故障全信息分析方法，在转子某截面处的径向，相互
垂直的安装两个传感器，在转子轴端的轴向X、 Y,安装一传感器Z,包括以 下步骤
(1) 利用数据采集器采集各个传感器的信号信息XDe(t)、 XAC(t)、 Y"t)、 YAC(t)、 Z"t)、 ZAC(t)，其中，X"t)、 XAc(t)分别表示转子在X方向上的直 流分量信息和交流分量信息，YDe(t)、 YA。(t)分别表示转子在Y方向上的直流 分量信息和交流分量信息，ZDe(t)、 ZAe(t)分别表示转子在Z方向上的直流分 量信息和交流分量信息；
(2) 利用如下公式分别计算转子在X、 Y、 Z方向上的信号信息 X(t)= X"t)+ XAC(t);
Y(t)= YDC(t)+ YAC(t); Z(t)= Z"t)+ ZAC(t);
(3) 利用X(t)、 Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹， 利用Y(t)、 Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹,利用Z(t)、 X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4) 将步骤(3)获得的X(t)、 Y(t)、 Z(t)信息利用分析模块进行分析，并 将分析结果利用可视化模块进行显示。
(5) 当出现故障信息时，及时发出预警信号进行报警。 优选的，所述传感器为电涡流传感器。
优选的，所述数据采集器为主动式智能数据采集器，具有连续实时数据 采集传输能力。
优选的，所述分析模块包括摩擦分析子模块、失稳分析子模块、轴向负 荷分析子模块、预负荷分析子模块及特定故障发展历程子模块。
优选的，所述摩擦分析子模块用于分析转子的摩擦状态及程度的子模块。 优选的，所述失稳分析子模块是用于分析转子的失稳状态及程度的子模块。
优选的，所述轴向负荷分析子模块是用于分析转子的轴向负荷状态及程 度的子模块。
优选的，所述预负荷分析子模块是用于分析转子的预负荷状态及程度的 子模块。
优选的，所述特定故障发展历程分析子模块是用于分析转子的特定故障 发展历程指标的子模块。
本发明还提供了一种转子轴承系统故障全信息分析方法的装置，包括
.'， 一种转子轴承系统故障全信息分析装置，其特征是包括
(1) 传感器以及与传感器连接的数据采集器，传感器用于检测转子的径向信息 和轴向信息，所述数据采集器对转子径向、横向信息X。。(t)、 XAC(t)、 Y"t)、 YAC(t)、 Z"t)、 ZAc(t)进行釆集,其中，XDC(t)、 XAc(t)分别表示转子在X方 向上的直流分量信息和交流分量信息，YDe(t)、 Yjt)分别表示转子在Y方向
上的直流分量信息和交流分量信息，ZDe(t)、 Z,e(t)分别表示转子在Z方向上
的直流分量信息和交流分量信息；
(2) 运算装置，此装置利用如下公式分别计算转子在X、 Y、 Z方向上的信号信 息-'
X(t)- XDC(t)+ XAC(t); Y(t)- YDC(t)+ Y"t); Z(t)- ZDC(t)+ ZAC(t);
(3) 信号描述装置，此装置利用X(t)、 Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位 置与轴心轨迹、利用Y(t)、 Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心 轨迹、利用Z(t)、 X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4) 显示装置，此装置将获得的X(t)、 Y(t)、 Z(t)信息利用信息分析、处理， 并将处理结果进行可视化显示；
(5) 故障信息报警装置，当出现故障信息时，所述故障信息报警装置及时发出 预警信号进行报警。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果为本发明将传感器传输的转 子运动的径向信息和轴向信息融合在一起，用来分析转子轴承系统的运动状 态，同时描述了转子在三维空间的X-Y、 Y-Z和Z-X平面的轴中心线位置和轴 心轨迹，并进行可视化显示，全面、准确地描述了转子的空间运动信息，这 些信息包括三维空间偏心率、方位角、进动方向和振动矢量方向等唯一化诊 断信息，由此提高直观识别旋转机械故障的能力。本发明揭示了转子在滑动 轴承内空间真实运动形态，可以直观地获得摩擦状态及程度、失稳状态及程 度、轴向负荷状态及程度、预负荷状态及程度、特定故障发展历程指标等有 效信息，而上述信息在传统分析方法中是无法直观获得的。另外，本发明对 转子在轴承中的运动形态分析做到了几乎可视化的效果，让一般的设备操作 人员也能看懂目前机组所处的状态，提高了系统的实用性。
图1为本发明传感器安装位置示意图。 图2为本发明优选实施例的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。
参见图1,图1所示为电涡流传感器安装位置示意图，在转子某截面处的
径向，相互垂直的安装两个电涡流传感器，在转子轴端的轴向，安装一电涡
流传感器。
参见图2，本发明的处理流程为利用数据采集器采集各个传感器的信号 信息XDC(t)、 XAC(t)、 YDC(t)、 YAC(t)、 ZDC(t)、 ZAC(t)，其中，XDC(t)、 XAC(t) 分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDe(t)、 Yjt)分 别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDe(t)、 Zw(t)分别 表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；利用如下公式分别计算 转子在X、 Y、 Z方向上的信号信息
X(t)= XDC(t)+ XAC(t); Y(t)= Y"t)+ Y"t); Z(t)= ZDC(t)+ ZAC(t);
利用X(t)、 Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用 Y(t)、 Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹,利用Z(t)、 X(t) 描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；将上述步骤获得的X(t)、 Y(t)、 Z(t)信息利用分析模块进行分析，并将分析结果利用可视化模块进行 显示；当出现故障信息时，及时发出预警信号进行报警。
本发明的传感器不限于电涡流传感器，也可以采用其它具有相同功能的 传感器，本发明将转子运动的径向信息和轴向信息融合在一起，用来分析转 子轴承系统的运动状态，同时描述了转子在三维空间的X-Y、 Y-Z和Z-X平面 的轴中心线位置和轴心轨迹，并进行可视化显示，全面、准确地描述了转子 的空间运动信息，这些信息包括三维空间偏心率、方位角、进动方向和振动 矢量方向等唯一化诊断信息，由此提高直观识别旋转机械故障的能力。可以 直观地获得摩擦状态及程度、失稳状态及程度、轴向负荷状态及程度、预 负荷状态及程度、特定故障发展历程指标。
一种转子轴承系统故障全信息分析装置，其特征是包括
(1) 传感器以及与传感器连接的数据采集器，传感器用于检测转子的径向信息 和轴向信息，所述数据采集器对转子径向、横向信息X^(t)、 XAC(t)、 Y"t)、 YAC(t)、 ZDC(t)、 ZAc(t)进行采集，其中，XDC(t)、 XAc(t)分别表示转子在X方 向上的直流分量信息和交流分量信息，YDe(t)、 YAe(t)分别表示转子在Y方向 上的直流分量信息和交流分量信息，ZDe(t)、 ZAe(t)分别表示转子在Z方向上 的直流分量信息和交流分量信息；
(2) 运算装置，此装置利用如下公式分别计算转子在X、 Y、 Z方向上的信号信 白
X(t)= XDC(t)+ XAC(t);
Y(t)- YDC(t)+ YAC(t); Z(t)= ZDC(t)+ ZAC(t);
(3) 信号描述装置，此装置利用X(t)、 Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位 置与轴心轨迹、利用Y(t)、 Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心 轨迹、利用Z(t)、 X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；
(4) 显示装置，此装置将获得的X(t)、 Y(t)、 Z(t)信息利用信息分析、处理， 并将处理结果进行可视化显示；
(5) 故障信息报警装置，当出现故障信息时，所述故障信息报警装置及时发出 预警信号进行报警。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本 技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加 或替换，也属于本发明的保护范围。
权利要求
1、一种转子轴承系统故障全信息分析方法，在转子某截面处的径向，相互垂直的安装两个传感器，在转子轴端的轴向，安装一传感器，包括以下步骤(1)利用数据采集器采集各个传感器的信号信息XDC(t)、XAC(t)、YDC(t)、YAC(t)、ZDC(t)、ZAC(t)，其中，XDC(t)、XAC(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)、ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；(2)利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信息X(t)＝XDC(t)+XAC(t)；Y(t)＝YDC(t)+YAC(t)；Z(t)＝ZDC(t)+ZAC(t)；(3)利用X(t)、Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Y(t)、Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹，利用Z(t)、X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；(4)将步骤(3)获得的X(t)、Y(t)、Z(t)信息利用信息分析模块进行处理，并将处理结果利用可视化模块进行显示；(5)当出现故障信息时，及时发出预警信号进行报警。
2、 根据权利要求l所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述 传感器为电涡流传感器。
3、 根据权利要求l所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述 数据采集器为主动式智能数据采集器，具有连续实时数据采集传输能力。
4、 根据权利要求l所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述 信息分析模块包括摩擦分析子模块、失稳分析子模块、轴向负荷分析子模块、 预负荷分析子模块及特定故障发展历程子模块。
5、 根据权利要求4所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述摩擦分析子模块用于分析转子的摩擦状态及程度的子模块。
6、 根据权利要求4所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述 失稳分析子模块是用于分析转子的失稳状态及程度的子模块。
7、 根据权利要求4所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述 轴向负荷分析子模块是用于分析转子的轴向负荷状态及程度的子模块。
8、 根据权利要求4所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述 预负荷分析子模块是用于分析转子的预负荷状态及程度的子模块。
9、 根据权利要求4所述转子轴承系统故障全信息分析方法，其特征是所述特定故障发展历程分析子模块是用于分析转子的特定故障发展历程指标的子 模块。
10、 一种转子轴承系统故障全信息分析装置，其特征是包括(1) 传感器以及与传感器连接的数据采集器，传感器用于检测转子的径向信息和轴向信息，所述数据采集器对转子径向、横向信息XDC(t)、 XAC(t)、 YDC(t)、 YAC(t)、ZDC(t)、ZAc(t)进行采集，其中，XDC(t)、 XAc(t)分别表示转子在X方向上的直流分量信息和交流分量信息，YDC(t)、 YAC(t)分别表示转子在Y方向上的直流分量信息和交流分量信息，ZDC(t)，ZAC(t)分别表示转子在Z方向上的直流分量信息和交流分量信息；(2) 运算装置，此装置利用如下公式分别计算转子在X、Y、Z方向上的信号信 息X(t)= XDC(t)+ AC(t); Y(t)= YDC(t)+ YAC(t); Z(t)= ZDC(t)+ ZAC(t);(3) 信号描述装置，此装置利用X(t)、 Y(t)描述转子在X-Y平面的轴中心线位 置与轴心轨迹、利用Y(t)、 Z(t)描述转子在Y-Z平面的轴中心线位置与轴心轨迹、利用Z(t)、 X(t)描述转子在Z-X平面的轴中心线位置与轴心轨迹；(4) 显示装置，此装置将获得的X(t)、 Y(t)、 Z(t)信息利用信息分析、处理， 并将处理结果进行可视化显示；(5) 故障信息报警装置，当出现故障信息时，所述故障信息报警装置及时发出 预警信号进行报警。
全文摘要
本发明公开了一种转子轴承系统故障全信息分析方法及装置，在转子某截面处的径向，相互垂直的安装两个传感器X和Y，在转子轴端的轴向，安装一传感器Z，将传感器传输的转子运动的径向信息和轴向信息融合在一起，用来分析转子轴承系统的运动状态，同时描述了转子在三维空间的X-Y、Y-Z和Z-X平面的轴中心线位置和轴心轨迹，并进行可视化显示，全面、准确地描述了转子的空间运动信息，这些信息包括三维空间偏心率、方位角、进动方向和振动矢量方向等唯一化诊断信息，由此提高直观识别旋转机械故障的能力。
文档编号G01M13/04GK101387575SQ20081015796
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者强 刘, 刘原彬, 刘永旭, 孙俊杰, 孙广军, 健 朱, 朱永华, 李怀刚, 穆耀祖, 云 胡, 董辛旻, 邢佑兵, 闫鲁忠, 宏 陈, 雷文平 申请人:兖矿国泰化工有限公司;兖矿集团有限公司