专利名称：汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断系统。
背景技术：
汽轮发电机组的轴系振动是发电厂设备中发生率和严重性最高的故障之一，准确 的振动原因分析是正确、快捷地进行振动故障处理的关键技术依据。引起汽轮发电机组轴 系振动的因素中包括但不仅仅有以下方面转子与静止零、部件之间的摩擦，转子自身的质 量不平衡，转子支撑轴承处的油膜涡动，高压蒸汽区的汽流涡动，发电机转子线圈短路，发 电机转子的磁力中心偏移。现场实测的振动信号是上述诸因素叠加所产生的综合响应，如 何直观快捷地对上述耦合因素正确解耦，特别是将不产生明显低频或高倍频分量的局部摩 擦与转子的质量不平衡因素进行解耦，仍缺乏行之有效的分析方法。目前，当转子质量不平衡与其它振动原因相互耦合时的一般分析思路如下若 (1)异常振动发生时，转子转速远离临界转速区，即，不处于U 士 100 150r/min的转速 范围内(υ 11&胃表示临界转速)；(2)异常振动发生时，转子转速虽处于临界转速区内，但振 幅与转速之间呈现显著的非线性关系；(3)振动幅值和/或相位随机组启停次数和/或随 在同一转速上运行时间的长短而发生显著的变化；(4)出现明显的半速涡动现象；(5)振动 随励磁电流的大小而明显变化和/或同时随机组运行时间的变化而变化；(6)振动测量信 号的频谱成分出现显著的2倍频和/或多倍频分量；则可判定引起振动异常的主要因素不 是转子质量不平衡，然后再根据具体的时域和/或频域振动特征联系当时的机组运行参数 判定振动故障的真正原因。事实上，上述解耦分析并不能将质量不平衡与其他因素完全分 开，例如，某些局部摩擦形成的异常振动，其振动频谱与单纯的转子质量不平衡非常相近， 利用上述解耦理论，则很难做出是否存在质量不平衡的评判。这样，轻则增加故障处理时间 和/或工作量，提高故障处理成本；重则延误或失去最佳处理时机，造成不必要的经济损失 甚至机组设备的损坏和/或人身伤害。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述一般频谱分析方法中对故障诊断指向性不 明晰的缺陷，提供一种更加准确地解读振动测量信息，确定故障的性质，汽轮发电机组轴系 振动的相位差辅助诊断方法及其系统。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断系统，它包括转子，在转子上设有 参考标记，参考标记与转子相应位置的鉴相传感器相对应；同时，在转子的χ向和y向设有 振动测量传感器，鉴相传感器和x、y向振动测量传感器均与振动信号测量仪连接。所述鉴相传感器为电涡流传感器或光电传感器；所述对应的参考标记为凹槽或光 标；所述相互垂直的χ向和y向振动测量传感器均为电涡流传感器。所述相互垂直的χ向和y向振动测量传感器为内置的，并分别通过各自的前置放大器与振动信号测量仪连接。所述相互垂直的χ向和y向振动测量传感器为外置的，并分别直接与外接的振动 信号测量仪连接。采用本实用新型的相位差辅助诊断方法为，在转子上设置多个测点，并对各测点 振动信号之间的相位进行识别和判断，以单纯质量不平衡引起的振动为典型激振力振动， 而由其它因素(即质量不平衡因素以外的)引起的振动为非典型激振力振动当振动信号 相互之间具有相位干扰时，彼此间产生区别于单纯质量不平衡故障的振动相位差异常；反 之，将保持单纯质量不平衡故障的相位差常态；如果同时满足下面三个条件即可判定转子 只受典型激振力的作用，反之，则判定轴系受到明显的非典型激振力的作用(1)同一轴瓦处，在同一方向上，转子振动相位差判据同转速下，异常振动前、后
各轴瓦处X或y方向的振动相位差Δ仍=I約后-巧前I <45。(式中i =x，y)且稳定；(2)同一轴瓦处，两相互垂直x、y向上，转子振动相位的互漂移判据同转速下，异 常振动前、后各轴瓦处X与y向的相位差《，=识厂识之差Δ exy= I彡 且稳定；(3)同转速下，异常振动时至少满足下列条件之一 (a)不同轴瓦，在同一方向上， 转子振动相位异常振动的转速靠近所考核段转子的奇数阶临界转速时，转子两端的振动 相位之差-30°^,(0)-約(/)<30°式中i = x，y且稳定；异常振动的转速靠近所考核段转子 的偶数阶临界转速时，转子两端的振动相位之差仍(0)-仍(/)<180° + 30°式中i = x，y且稳定；(b)同一轴瓦处，两相互垂直x、y方向上，转子振动相位异常振动时的转速 靠近所考核段转子的临界转速时，转子在χ与y向的相位差90°-30°_代+ 且 稳定。它的具体过程为1)机组开始运行，检测转速是否达到设定值并且已稳定，如果没有，继续检测，如 果是则转入步骤2)；2)判断转速是否等于临界转速，如果是则转入步骤3)，如果不是，则转入步骤5)；3)在临界转速下，若机组转子的两端同一轴瓦处相互垂直的x、y振动相位差为 90°，则继续判断其为奇数阶振动还是偶数阶振动；反之，则为非典型激振力振动；4)如果是奇数阶振动，则若转子两端的振动同相；如果为偶数阶振动，则若转子 两端的振动反相；则均判定为典型激振力振动；反之，则为非典型激振力振动；5)此时再判断转子振动是否达到和/或超过制造厂家或国际、国内振动标准所规 定的正常允许值，即，振动幅值是否异常；如果不是异常，则记录所测转子的正常振动相位 值，以便与将来振动异常时进行相位比较；如果异常，则转入步骤6)；6)分别记录转子各个轴瓦处相互垂直的x、y方向在该异常振动状态下的相位值， 再根据实测各轴瓦处的振动频谱判断此时各轴瓦处转子振动的主频是否为一倍频；如果不 是，则可直接判定为非典型激振力振动；如果是，则判断转速是否在奇数阶临界转速值的 士 lOOr/min范围内；如果是则转入步骤7)；如果不是，则转入步骤8)；7)如果转子两端同方向振动信号的一倍频分量相位差以及同端相互垂直的χ、y 两方向间的相位差分别在0° 士30°和90° 士30°范围内且数值稳定，则为典型激振力振动；如果不是，则为非典型激振力振动；8)判断转速是否在偶数阶临界转速的士 lOOr/min范围内；如果是，则转入步骤 9)；如果不是，则转入步骤10)；9)如果转子两端同方向振动信号的一倍频分量相位差以及同端相互垂直的X、y 两方向间的相位差分别在180° 士30°和90° 士30°范围内且数值稳定，则为典型激振力 振动；如果不是，则为非典型激振力振动；10)判断所测转子异常振动时的相位与其对应的同转速下振动正常时所记录的相 位之差是否在士45°范围内，并且同一轴瓦处相互垂直的x、y方向异常振动信号间的相位 差与其对应的同转速下的正常振动相位差之差也在士45°范围内且数值稳定；如果是，则 为典型激振力振动；如果不是则为非典型激振力振动。由于某些原因所引起的轴系振动其特征与单纯转子质量不平衡引起的振动特征 非常相似，一般频谱分析方法对此类故障诊断的指向性不明晰，为了更加准确地解读此类 振动测量信息，确定故障的性质，本实用新型提出了轴系振动的相位差辅助诊断法，即，采 用一般振动分析并与本相位差分析相结合的方法，对振动故障进行综合判断，实现振动信 息的解耦诊断。其原理如下假定由单纯质量不平衡引起的振动称为典型激振力振动，而由其它 因素引起的振动称为非典型激振力振动，那么，多因素的耦合振动响应则是由典型激振力 与非典型激振力叠加作用的结果。现场最希望得到的结果是明确异常振动是源于典型激 振力还是非典型激振力，对于由典型激振力引起的振动可直接采用现场动平衡进行处理； 对于后者则需要进一步根据振动的频域、时域分析及其与机组运行和结构参数的变化关系 一一确定具体原因并作出相应的处理措施。大多数情况下转子振动的半频分量、倍频分量 以及轴振与轴承座振动、与金属瓦温、与机组转速、与机组负荷、与励磁电流、时间等参数间 的关系携带着明确的引起振动异常的故障原因，然而有些故障引起的振动其幅频特性及其 轴振幅值与上述机组运行与结构参数之间不具备明显的相关性，但其相位信息却包含有故 障特征，利用这些相位信息并进行合理的处理就可以得到准确的故障诊断。具体从理论和 实测两方面阐述如下转子振动微分方程及其解汽轮机转子是由多级叶轮、联轴器和轴组成的两端支承在滑动轴承上的缸内旋转 部件，叶轮在蒸汽作用下带动转子作高速旋转。在直角坐标系(x，y，z)中，以ζ轴为横轴， 设转子系统中，转子长度为1，其质量密度、横截面积、单位长度直径的转动惯量均为ζ坐标 的函数，分别用P (ζ)，A(Z)，I (ζ)表示；另外，分别在坐标点ζ = zs，δ = 1,2,…，s，处安 装的叶轮质量设为ms，共有s个叶轮，其对相互垂直的χ、y轴的转动惯量分别用Jdxs、Jdy5 来表示，而对ζ轴的转动惯量用Jps表示；假设在坐标点ζ = ζ η ( η = 1，2，···，!·)处还作用 有沿相互垂直的X、y方向的集中弹簧，共有n个，其刚度分别用kxn和kyn表示；最后假设 在相互垂直的X、y方向还分别受到分布力fx(z，t)和fy(z，t)的作用；根据Rayleigh-Rize 方法，假设轴的变形x(z，t)、y (z，t)分别可用各阶振型与其对应模态主坐标之积的线性叠 加来近似，则系统的振动微分方程如下
权利要求一种汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断系统，其特征是，它包括转子，在转子上设有参考标记，参考标记与转子相应位置的鉴相传感器相对应；同时，在转子的相互垂直的x向和y向设有振动测量传感器，鉴相传感器和x、y向振动测量传感器均与振动信号测量仪连接。
2.如权利要求1所述的汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断系统，其特征是，所 述鉴相传感器为电涡流传感器或光电传感器；所述对应的参考标记为凹槽或光标；所述相 互垂直的χ向和y向振动测量传感器均为电涡流传感器。
3.如权利要求1或2所述的汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断方法用系统，其 特征是，所述相互垂直的χ向和y向振动测量传感器为内置的，并分别通过各自的前置放大 器与振动信号测量仪连接。
4.如权利要求1或2所述的汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断系统，其特征是， 所述相互垂直的χ向和y向振动测量传感器为外置的，并分别直接与外接的振动信号测量 仪连接。
专利摘要本实用新型涉及一种汽轮发电机组轴系振动的相位差辅助诊断系统。它包括转子，在转子上设有参考标记，参考标记与转子相应位置的鉴相传感器相对应；同时，在转子的相互垂直的x向和y向设有振动测量传感器，鉴相传感器和x、y向振动测量传感器均与振动信号测量仪连接。它能更加准确地解读振动测量信息，确定故障的性质。
文档编号G01H11/06GK201765055SQ201020501199
公开日2011年3月16日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者田国成 申请人:山东中实易通集团有限公司