专利名称：旋转机械灵敏监测与数据存储方法
技术领域：
本发明涉及机械振动监测技术，特别涉及监测数据分析与报警技术。
众所周知，利用设备状态监测技术，监测设备的运行状态，可以了解旋转机械的实际运行状况，及时发现旋转机械的故障征兆，从而为合理安排旋转机械的维修，保证旋转机械的正常运行，节约维修费用提供可靠的技术保障。振动监测技术是目前比较普遍采用的应用于旋转机械状态监测基本方法。当动设备内部发生异常，一般都会伴随着出现振动加大和工作性能的恶化。通过对机械振动信号的测量和分析，可不用停机和解体就可对动设备的劣化程度和故障性质有所了解；现在的测量方法较简单，工程应用较广泛。目前，基于计算机的旋转机械在线状态监测系统对于设备振动信号的处理过程一般包括测量、采集和信号处理三个阶段，即振动信号经振动传感器测量，再经数据平台A/D转换进行数据采集；信号处理阶段将原始数据进行处理、存储后，形成历史数据库，然后根据一定的算法确定设备报警信息，据以报警并给出维修参考数据。因此，一般的旋转机械在线状态监测系统从功能上包括数据采集、计算机信号处理以及计算机对信号处理得到数据的报警监测和历史数据存储等。
现有技术的报警监测将振动特征数据与设定门限进行比较，超出门限范围则产生报警信息，用来反映设备产生的故障或故障征兆。其不足之处是只对振动信号的总振值进行监测；总振值是指振动时域信号的峰峰值，即波峰和波谷的差值，为一标量，相应的监测为一标量监测。一般对于一个振动测点，包括两个报警门限预报警和主报警。报警门限类型单一。而实际动设备故障的发生往往也与振动的0.5倍频、二倍频、三倍频、四倍频等特征频率有关，但目前的监测并不对这些量进行监测。因此可能会漏掉很多故障的征兆。
现有技术振动信号原始波形和特征数据的历史数据存储都采用基于时间的存储机制。其方法包括基于时间平均存储的方法；即系统每一分钟将分钟缓冲区内的数据进行平均，然后存入小时缓冲区，以此类推，正点时将小时缓冲区内的数据平均存入日缓冲区。以及基于时间瞬时存储的方法和“黑匣子”存储方法。由于没有对故障或故障征兆数据与平稳运行数据区别对待，基于时间的历史数据存储方法所得到的历史数据不能复现机组运行的真实状态，许多设备运行的故障信息或被淹没在数据的时间平均之中或被直接丢失掉了。与此同时，历史数据库中又保存了大量的缺乏诊断价值的设备平稳运行数据，造成数据库存储效率低下。
本发明为克服现有技术的不足之处而提出一种旋转机械灵敏监测与数据存储方法，采用快速傅里叶分析手段，将监测频率扩大到除基频以外的多个倍频点，并兼顾瞬时、短期和长期的振动异常，建立多个报警门限值，使旋转机械的监测更加完善，保证在异常出现后尽早发现并存储故障状态、发出告警信号，极大方便了旋转机械的诊断和维修。
本发明的目的可以通过采用以下技术措施来达到设计、采用一种旋转机械灵敏监测与数据存储方法，在旋转机械上适当部位设置振动传感器，并使之同数据存储与处理设备电连接；该数据存储与处理设备内设置数据存储管理程序和监测报警程序，还设置报警限，并将采集的数据与所述报警限相比较，以决定是否报警；于所述旋转机械开机并稳定转速后采集振动数据。尤其是还设置键相传感器。所述采集的数据包括该旋转机械旋转频率的基频即1倍频和其它相关倍频振幅值和所述频点的相位值。在所述数据存储与处理设备内设置数据分析程序，将振动传感器送来的原始数据进行快速傅里叶变换(FFT)、特征提取；得到不同倍频的幅值与相位并传送给所述数据存储管理程序和监测报警程序。所述旋转机械灵敏监测与数据存储方法适用于所有旋转机械的监测与数据存储，并且有以下监测与分析步骤A.采集和分析初始数据；B.确定相关门限值；C.持续监测并在测量值超限时启动报警程序。
本发明附图的简要说明如下
图1为本发明旋转机械灵敏监测与数据存储方法示意图；图2为三种振动异常变化在极坐标上的变化图；图3为测量值随时间与三种门限值比较图；图4为三种门限值静态界限图。
以下结合附图详述本发明的最佳实施例。
一种旋转机械灵敏监测与数据存储方法，在旋转机械上适当部位设置振动传感器，并使之同数据存储与处理设备电连接；该数据存储与处理设备内设置数据存储管理程序和监测报警程序，还设置报警限，并将采集的数据与所述报警限相比较，以决定是否报警；于所述旋转机械开机并稳定转速后采集振动数据。尤其是还设置键相传感器，以确定旋转起始点。所述采集的数据包括该旋转机械旋转频率的基频即1倍频和其它相关倍频振幅值和所述频点的相位值。
在所述数据存储与处理设备内设置数据分析程序，将振动传感器送来的原始数据进行快速傅里叶变换(FFT)、特征提取；得到不同倍频的幅值与相位并传送给所述数据存储管理程序和监测报警程序。
所述旋转机械灵敏监测与数据存储方法适用于所有旋转机械的监测与数据存储，并且有以下监测与分析步骤A.采集和分析初始数据；B.确定相关门限值；C.持续监测并在测量值超限时启动报警程序。
所述监测与分析步骤分别包括如下内容A.在选定监测期间，进行分组数据采集，每个振动周期采集不低于8点，至少相邻四个周期为一组采集单位进行FFT等数据分析；对连续不少于3分钟的振动数据分组进行以上数据分析处理后，存储至少2个频率点含振幅、相位值的矢量值，并执行以下分步骤a1).将数据分析得到的每一矢量值与此前至多10组中一组采集单位的同频矢量值比较；其值可反映较短时间内同频矢量振幅和相位的变化。
a2).将数据分析得到的每一矢量值与至少1分钟前的同频矢量值比较；其值可反映一定时间内同频矢量振幅和相位的变化。
a3).将数据分析得到的每一矢量值与全部同频矢量的平均值比较；其值可反映选定监测期间内同频矢量振幅和相位的平均最大变化。
B.在A步骤的基础上确定门限值；本步骤又包含以下分步骤b1).按不同倍频，以分步骤a1中得到短期数据振幅变化最大值为该频率点跳变门限值；该数值幅度最小，微小变化都会超过它。
b2).按不同倍频，以分步骤a2中得到一定时间内数据振幅变化最大值为该频率点缓变门限值；该数值幅度较大，较小的异常不到一定积累不会超过它。
b3).按不同倍频，以分步骤a3中得到长期数据振幅平均最大变化值为该频率点偏差门限值。该数值幅度最大，振动异常没有长期同方向变化积累不会超过它。
C.门限值确定后，继续采集分析所述旋转机械各倍频的振动量并在各频率点执行以下分步骤c1).重复分步骤a1，如得到数据振幅超过跳变门限值则启动报警程序；可捕捉瞬时异常产生的跳变误差，但同方向微小变化积累却不能发现。
c2).重复分步骤a2，如得到数据振幅超过缓变门限值则启动报警程序；可捕捉一定时间内同方向变化积累的振动异常。
c3).重复分步骤a3，如得到数据振幅超过偏差门限值则启动报警程序。可捕捉长期同方向变化积累产生的振动异常。
所述监测报警程序包含按选定的频率点存储当时时间和该时刻测量分析结果，并发出报警信号。该报警信号可以是声或光的报警信号。
所选择存储振幅、相位值的相关频率点可以是1倍频、2倍频，也可以是0.5倍频、1倍频、2倍频、3倍频和4倍频。
所述选定监测期间内也可以8个周期、每周期16点为一组数据采集单位。所述选定监测期间内连续采集时间可以是5分钟，也可以是10分钟。所述滞后比较的时间可以是3分钟也可以是5分钟。参数的选取视系统稳定和环境等情况可以增加或减少。
随旋转机械运行状况和时间的变化，需修改各门限值。每隔至多300天重复所述步骤A、B，进行修正；然后继续步骤C进行正常监测。所述修正门限值的间隔的推荐时间为180天。
本装置采用的计算机3既可以是工控机也可以是商用机。主要通过软件实现对数据采集卡得到的振动原始波形数据和过程量数据数字信号进行处理，并对振动原始波形数据和处理得到振动特征数据和过程量进行灵敏报警监测和历史数据存储。附图2整机工作流程框图描述了具体处理过程。
本监测装置的信号预处理电路可对振动信号、键相信号、轴位移信号或过程量信号进行预处理，包括信号放大、电平转换、滤波等，以保证向数据采集装置提供符合要求的标准信号。在信号预处理的过程中，采用了跟踪滤波，交、直流分离处理等先进技术。
本发明相对于现有技术的优点在于采用了快速傅里叶变换技术等数据分析手段，对旋转机械进行多倍频灵敏监测，并确定从瞬时微小异常到长期偏差等三种异常门限值，因而可尽早发现微小异常，多种数据综合分析，及时发出报警信号，有利于旋转机械的诊断和维修。
权利要求
1.一种旋转机械灵敏监测与数据存储方法，在旋转机械上适当部位设置振动传感器，并使之同数据存储与处理设备电连接；该数据存储与处理设备内设置数据存储管理程序和监测报警程序，还设置报警限，并将采集的数据与所述报警限相比较，以决定是否报警；于所述旋转机械开机并稳定转速后采集振动数据；其特征在于还设置键相传感器；所述采集的数据包括该旋转机械旋转频率的基频即1倍频和其它相关倍频振幅值和所述频点的相位值；在所述数据存储与处理设备内设置数据分析程序，将振动传感器送来的原始数据进行快速傅里叶(FFT)变换、特征提取；得到不同倍频的幅值与相位并传送给所述数据存储管理程序和监测报警程序；所述旋转机械灵敏监测与数据存储方法适用于所有旋转机械的监测与数据存储，并且有以下监测与分析步骤A.采集和分析初始数据；B.确定相关门限值；C.持续监测并在测量值超限时启动报警程序。
2.按照权利要求1所述的灵敏监测与数据存储方法，其特征在于所述监测与分析步骤分别包括如下内容A.在选定监测期间，每个振动周期采集不低于8点，至少相邻四个周期为一组采集单位进行数据分析；对连续不少于3分钟的振动数据分组进行以上数据分析处理后，存储至少2个频率点含振幅、相位值的矢量值，并执行以下分步骤a1).将数据分析得到的每一矢量值与此前至多10组中一组采集单位的同频矢量值比较；a2).将数据分析得到的每一矢量值与至少1分钟前的同频矢量值比较；a3).将数据分析得到的每一矢量值与全部同频矢量的平均值比较；B.在A步骤的基础上确定门限值；本步骤又包含以下分步骤b1).按不同倍频，以分步骤a1中得到数据振幅最大值为该频率点跳变门限值；b2).按不同倍频，以分步骤a2中得到数据振幅最大值为该频率点缓变门限值；b3).按不同倍频，以分步骤a3中得到数据振幅最大值为该频率点偏差门限值；C.门限值确定后，继续采集分析所述旋转机械各倍频的振动量并在各频率点执行以下分步骤c1).重复分步骤a1，如得到数据振幅超过跳变门限值则启动报警程序；c2).重复分步骤a2，如得到数据振幅超过缓变门限值则启动报警程序；c3).重复分步骤a3，如得到数据振幅超过偏差门限值则启动报警程序。
3.按照权利要求2所述的灵敏监测与数据存储方法，其特征在于所述监测报警程序包含按选定的频率点存储当时时间和该时刻测量分析结果，并发出报警信号。
4.按照权利要求2所述的灵敏监测与数据存储方法，其特征在于所选择存储振幅、相位值的相关频率点是1倍频、2倍频。
5.按照权利要求2所述的灵敏监测与数据存储方法，其特征在于所选择存储振幅、相位值的相关频率点是0.5倍频、1倍频、2倍频、3倍频和4倍频。
6.按照权利要求4或5所述的灵敏监测与数据存储方法，其特征在于所述选定监测期间内以8个周期、每周期16点为一组数据采集单位。
7.按照权利要求6所述的振动监测与数据存储方法，其特征在于所述选定监测期间内连续采集时间为5分钟。
8.按照权利要求6所述的振动监测与数据存储方法，其特征在于所述选定监测期间内连续采集时间为10分钟。
9.按照权利要求7所述的振动监测与数据存储方法，其特征在于所述滞后比较的时间为3分钟。
10.按照权利要求8所述的振动监测与数据存储方法，其特征在于所述滞后比较的时间为5分钟。
11.按照权利要求1-10的任一灵敏监测与数据存储方法，其特征在于每隔至多300天重复所述步骤A、B，修正各门限值，继续步骤C。
12.按照权利要求10所述的灵敏监测与数据存储方法，其特征在于所述修正门限值的间隔时间为180天。
全文摘要
一种旋转机械灵敏监测与数据存储方法,设置振动传感器,并连接数据存储与处理设备,该设备内设存储管理和监测报警程序及报警限;尤其是还设置键相传感器。采集该旋转频率基频和相关倍频振幅和相位值。还设置数据分析程序进行快速傅里叶变换(FFT)、特征提取;得到不同倍频的幅值与相位并传给存储管理和监测报警程序;监测与分析步骤有:A.采集和分析初始数据;B．确定多种倍频的三类门限值;C.持续监测并在超门限时启动报警程序并存储相关数据。有利于旋转机械的诊断和维修。
文档编号G01M7/00GK1370983SQ01107538
公开日2002年9月25日 申请日期2001年2月14日 优先权日2001年2月14日
发明者刘成, 蔡元明, 余佳兵 申请人:深圳市创为实测控技术有限公司