专利名称：用于旋转机械的振动烈度分析装置和方法
技术领域：
本公开一般地涉及控制系统。更特别地，本公开涉及一种用于旋转机械的振动烈度分析装置和方法。
背景技术：
执行某种类型物理工作的机械通常生成作为它的操作的函数的物理振动。例如，由于电动马达的轴的较小水平的不平衡、电动马达的轴相对于其负载的未对准、或由磨损所引起的过量的轴承间隙，电动马达可生成振动。甚至可以生成马达的电枢相对于马达的励磁绕组的径向变化。在很多情况下，希望马达或其它旋转机械在其正常操作期间生成一定水平的振动。然而，由于各种原因，例如由于长期使用引起它的部件中的一个或多个其部 件的故障或磨损，会经受增加的振动水平。用于监测旋转机器的健康的传统技术已经包括振动监测、声音或噪音特征分析、马达电流特征分析、和油分析。然而，机器明可显彼此不同地起作用，即使是那些具有相同构造、型号和制造时间的机器。这可归因于多种因素，例如制造、安装或测量误差以及操作条件上的差异。因而，用于监测旋转机器的健康的传统技术通常已经是不够的。
发明内容
本公开提供了一种用于旋转机械的振动烈度分析装置和方法。在第一个实施例中，一种方法包括获取机器的基线振动水平，并且以规定的阈值来标准化基线振动水平以产生标准化的基线振动水平。该规定的阈值基于该机器的类型。该方法还包括获取该机器在其期间的操作振动水平的测量，针对标准化的基线振动水平来标准化所测量的操作振动水平，并且基于标准化的操作振动水平来识别至少该机器的状态的指示符。在第二个实施例中，一种装置包括至少一个存储单元，其被配置为存储一个或多个阈值，每个阈值与规定的机器类型相关联。该装置还包括至少一个处理单元，被配置为获取机器的基线振动水平，并且以该一个或多个阈值中的规定的一个阈值来标准化该基线振动水平以产生标准化的基线振动水平。该规定的阈值基于该机器的类型。该至少一个处理单元还被配置为获取该机器在其操作期间的操作振动水平的测量，针对标准化的基线振动水平来标准化所测量的操作振动水平，并且基于标准化的操作振动水平来识别至少该机器的状态的指示符。在第三个实施例中，一种计算机可读介质体现了计算机程序。该计算机程序包括计算机可读程序代码，用于获取机器的基线振动水平，并且以规定的阈值来标准化该基线振动水平以产生标准化的基线振动水平。该规定的阈值基于该机器的类型。该计算机程序还包括计算机可读程序代码，用于获取该机器在其操作期间的操作振动水平的测量，针对标准化的基线振动水平来标准化所测量的操作振动水平，并且基于标准化的操作振动水平来识别至少该机器的状态的指示符。
根据随后的附图、说明书和权利要求，其它的技术特征对于本领域技术人员来说可以是容易明白的。
为了更完整地理解本公开及其特征，现在结合附图来对随后的描述进行参考，其中图I说明了根据本公开的示例振动烈度分析系统；图2说明了根据本公开的由振动烈度分析器所使用来标准化振动特征的示例阈值；图3说明了根据本公开的由振动烈度分析器所分析的风扇的示例均方根(RMS)值；
图4说明了根据本公开的在已经被标准化的总RMS值和尚未被标准化的总RMS值之间的不例关系；图5A和5B说明了根据本公开的由振动烈度分析器所获取的振动特征的示例未标准化曲线和标准化曲线；图6说明了根据本公开的用于分析物理振动的示例方法；以及图7A和7B说明了根据本公开的由振动烈度分析器所获取的振动特征的示例标准化曲线和未标准化曲线。
具体实施例方式下面所讨论的图I到图7B，以及在该专利文件中用来描述本发明的原理的各种实施例，仅作为说明，而不应该以任何方式被解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员将会理解的是，本发明的原理可以以任何类型的合适布置的设备或系统来实现。图I说明了根据本公开的不例振动烈度分析系统100。如图I中所不,系统100包括振动烈度分析器102，其分析由一个或多个机器104在它们的操作期间所生成的物理振动。例如，分析器102可从物理耦合到机器104或以其它方式与机器104相关联的一个或多个振动换能器106接收信号。分析器102分析接收到的信号以确定机器104的健康或操作状态。分析器102可在时间上的初始点处生成机器104的基线振动特征，并且接着使用规定的阈值108来标准化所测量的基线振动水平。稍后在机器104的操作期间，分析器102可接收机器104的振动水平的附加测量，并且使用标准化的基线振动水平来标准化该振动特征。得到的信号可接着被用于机器104的分析。可以测量机器104的振动水平以确定机器104的状况或健康。然而，由机器所生成的振动水平的常规分析可能是相对复杂的。例如，机器可包括许多部件，每一个部件都贡献了由机器在其操作期间所生成的总的振动水平的一小部分。因此，尽管特定的部件对于机器的操作是关键的，但是在该特定的部件中的故障可能贡献了由机器所生成的总的振动水平的相对小的部分。作为另一个示例，机器的振动特征可根据机器自身外部的各种因素而显著地变化，该各种因素诸如是该机器正操作的环境、由该机器所驱动的负载的类型、或者驱动该机器的电源。可通过为得到该机器的基线振动特征而在机器104初始启动期间执行振动测量来稍微减轻振动分析的复杂性。以这样的方式，可以在机器104的使用期限期间进行随后的振动测量。该随后的振动测量可与基线振动特征相比较以确定是否已经发生了任何显著的改变。然而，该技术具有的其缺陷在于，类似机器的基线振动水平可在它们彼此之间极大地变化，甚至在那些具有相同构造、型号以及制造时间的机器之间。这可归因于多种因素，诸如生产、安装或测量误差以及操作条件上的差异。因而，用于监测旋转机器的健康的传统技术通常已经是不够的。因此，基于机器相关的基线振动信号的机器振动分析仍然可产生不一致的结果。根据本公开，分析器102针对规定的阈值108 (诸如确立的标准值)来标准化机器104的基线振动水平。稍后在机器的操作期间，这些标准化的基线振动水平可被用来标准化所测量的机器振动水平，以提供机器健康的增强分析。这可有助于减轻在相同或类似类型的不同机器104中可能遇到的振动水平上相对较大的变化。机器104表示可能期望对其进行振动分析的任何装置。机器104的例子可以包括可在其操作期间生成物理振动的电动马达或煤气发动机、风扇、泵、发电机、推进器或任何其它设备。该机器104可包括多个部件，该多个部件一起起作用来提供由机器104所提供··的功能。例如，电动马达可包括在其上安装了电枢的轴、用于容纳一个或多个励磁绕组的外壳、以及将该轴保持在相对于外壳的相对固定位置中的轴承。这些部件中的每一个部件在操作期间生成其拥有的各自的振动特征。因此，对于由分析器102所分析的每个机器104，可以生成隶属函数或其它函数来至少部分地隔离用于每个部件的振动能量，以便在子系统基础上分析机器104的健康。每个振动换能器106表示将振动能量转化为表示振动能量的信号的任何类型的设备。在某些实施例中，振动换能器106可包括一个或多个加速度计，该一个或多个加速度计沿着一个或多个正交方向测量振动能量。例如，加速度计可包括用于将振动能量转化为电信号的电磁元件或压电元件。分析器102包括用于接收振动信号且针对一个或多个规定的阈值108来分析所接收的振动信号的任何合适的结构。例如，可仅使用硬件或使用硬件和软件/固件指令的组合来实现分析器102。在该示例中，使用包括至少一个存储单元112、至少一个处理单元114、以及至少一个网络接口 116的计算系统110来实现分析器102。该至少一个存储单元112包括任何合适的一个或多个易失性和/或非易失性储存和检索装置，诸如硬盘、光存储盘、RAM、ROM。该至少一个存储单元114包括任何合适的一个或多个处理结构，诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路、或现场可编程门阵列。该至少一个网络接口116包括用于在一个或多个网络上通信的任何合适的一个或多个结构，诸如有线以太网接口或无线接口。这表示了可以实现分析器102的一个特定方式，并且还可使用分析器102的其它实现方式。当通过使用软件和/或固件来实现时，分析器102可包括任何合适的程序指令，该程序指令分析一个或多个机器104的振动。用户接口 118可用来与分析器102交互，诸如用来发起分析和查看分析结果或报警。用户接口 118包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何合适的结构。例如，用户接口 118可以表示显示设备。虽然图I说明了振动烈度分析系统100的一个示例，但是还可对图I进行各种改变。例如，系统100可以包括任何数量的分析器102、机器104、振动换能器106、阈值108、计算系统110和用户接口 118。而且，图I中所示的功能划分仅仅是为了说明。图I中的各种部件可以根据特定需要来被组合、进一步地再分、或省略，以及可增加附加的部件。例如，计算系统110可以被集成到用户接口 118。此外，机器104可具有带有任何数量和布置的其它机器的任何合适的结构。图2说明了根据本公开的由振动烈度分析器所使用来标准化振动特征的示例阈值。特别是，图2说明了图表200，其示出了可由图I的分析器102所使用来标准化振动特征的若干规定的阈值。图表200指示了根据国际标准化组织(ISO) 10816规范所确定的规定的阈值。该规范确立了用于通过使用对机器的非移动(静态)零件作出的测量来测量和评估振动的一般条件和过程。该规范还提供了与操作监测和接受测试两者有关的一般评估准则，操作监测和接受测试主要关于保证机器可靠长期操作而确立。尽管在此描述了根据IS010816规范所确定的规定的阈值，但也可使用如以任何合适方式所确定的任何规定的阈值。IS010816规范的规定的阈值根据正被分析的机器的类型来分类。特别是，IS010816规范规定了 4种不同类型的机器，S卩小型机器(类别I)、中型机器(类别II)、以 及包括那些具有刚性的支撑(类别III)和具有欠刚性的支撑(类别IV)的大型机器。在每种类型内，有表示振动能量的最小水平的若干阈值，该振动能量的最小水平可以由其各自类型的机器来展示，以保持某种操作状态水平。如图2中所示，操作状态水平可包括良好的、令人满意的、不令人满意的、以及不可接受的操作状态水平。例如，如果中等大小的机器生成小于2. 80毫米/秒的均方根(RMS)振动能量或小于O. 16英寸/秒的峰值振动能量，则其可以令人满意地操作。作为另一个示例，如果中等大小的机器生成大于7. 10毫米/秒的RMS振动能量或大于O. 40英寸/秒的峰值振动能量，则其可能不可接受地操作。出于本公开的目的，与在令人满意和不令人满意的水平之间的界限相关的规定的阈值被认为是由分析器102所使用的规定的阈值。尽管图2说明了由振动烈度分析器102所使用来标准化振动特征的阈值的示例，但是可对图2进行各种改变。例如可使用来自任何合适的源的任何期望的阈值。图3说明了根据本公开的由振动烈度分析器所分析的风扇的示例均方根(RMS)值。特别是，图3说明了示例图表300，其示出了可由图I的系统100所计算的所测量的风扇的总RMS值。如此处所示的，该风扇在最早的记录日期处展示了相对高的振动(基线振动)。生成总RMS振动能量值的特定风扇是50马力(HP)的风扇，其根据IS010816规范是中等大小的机器。同样地，图表300包括指示了用于风扇的估计的操作状态水平的区域。例如，区域I指示了该风扇的令人满意的操作状态，其中振动能量水平小于如图2的IS010816图表中所示的O. IlRMS英寸/秒(对应于2. 80毫米/秒)。区域2指示了该风扇的不令人满意的操作状态，其中振动能量水平大于区域I且小于如IS010816图表中所示的O. 28RMS英寸/秒(对应于7. 10毫米/秒)。区域3指示了该风扇的不可接受的操作状态，其中振动能量水平大于区域2的振动能量水平。图3中的测量的总RMS值跨过9个月的时间段。如此处所示的,初始记录的总RMS值近似地为O. 13英寸/秒，根据由IS010816规范所确立的规定的阈值位于不令人满意的区域2内的值。因此，尽管风扇正处于良好的已知操作状态，但是为该风扇所初始获取的风扇基线RMS值指示了该风扇正在不正确地操作。
根据本公开的教导，初始基线测量可以用规定的阈值来标准化，使得可在初始基线特征测量中对偏差进行补偿。在某些实施例中，可从由标准化组织颁布的规范(诸如IS010816规范)中获取规定的阈值。例如，可根据以下公式来标准化基线特征测量
权利要求
1.一种方法，包括 获取(602)机器(104)的基线振动水平； 以规定的阈值(108)来标准化(604)该基线振动水平，以生成标准化的基线振动水平，该规定的阈值基于该机器的类型； 获取该机器在其操作期间的操作振动水平的测量； 针对标准化的基线振动水平来标准化(616)所测量的操作振动水平；以及 基于标准化的操作振动水平来识别(624)至少该机器的状态的指示符。
2.权利要求I的方法，进一步包括 从国际标准化组织(ISO) 10816规范中获取该规定的阈值。
3.权利要求I的方法，进一步包括 从平均基线振动水平获取该规定的阈值，该平均基线振动水平从相同类型的多个机器获取。
4.权利要求I的方法，其中，标准化该基线振动水平包括只有在基线振动水平超过该规定的阈值规定的量时，才以该规定的阈值来标准化该基线振动水平。
5.权利要求I的方法，其中，识别至少指示符包括通过使用根据基线振动水平的相对大小和规定的阈值所选择的规定的量的隶属函数来识别至少一个指示符。
6.一种装置，包括: 至少一个存储单元(112)，其被配置为存储一个或多个阈值(108)，每个阈值与规定的机器类型相关联；以及 至少一个处理单元(114)，其被配置为 获取机器(104)的基线振动水平； 以该一个或多个阈值中的规定的一个阈值来标准化该基线振动水平，以生成标准化的基线振动水平，该规定的阈值基于该机器的机器类型； 获取该机器在其操作期间的操作振动水平的测量； 针对标准化的基线振动水平来标准化所测量的操作振动水平；以及 基于标准化的操作振动水平来识别至少该机器的状态的指示符。
7.权利要求6的装置，其中该至少一个处理单元被配置为只有在基线振动水平超过该规定的阈值规定的量时，才以该规定的阈值来标准化该基线振动水平。
8.权利要求6的装置，其中该至少一个处理单元可操作来过使多个初始基线振动水平彼此平均来获取该基线振动水平。
9.权利要求6的装置，其中该至少一个处理单元可操作来在机器处于已知的良好状态时，测量该基线振动水平。
10.权利要求6的装置，其中，该至少一个处理单元可操作来在对机器执行维护过程后，测量该基线振动水平。
11.一种体现计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括计算机可读程序代码，用于 获取(602)机器(104)的基线振动水平； 以规定的阈值(108)来标准化(604)该基线振动水平，以生成标准化的基线振动水平，该规定的阈值基于该机器的类型；获取该机器在其操作期间的操作振动水平的测量；针对标准化的基线振动水平来标准化(616)所测量的操作振动水平；并且 基于标准化的操作振动水平来识别(624)至少该机器的状态的指示符。
全文摘要
一种方法包括获取(602)机器(104)的基线振动水平，并且以规定的阈值(108)来标准化(604)该基线振动水平以生成标准化的基线振动水平。该规定的阈值基于该机器的类型。该方法还包括获取该机器在其操作期间的操作振动水平的测量，针对标准化的基线振动水平来标准化(616)所测量的操作振动水平，以及基于标准化的操作振动水平来识别(624)至少该机器的状态的指示符。
文档编号G01H17/00GK102840911SQ20121027868
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月21日 优先权日2011年6月22日
发明者C·卡 申请人:霍尼韦尔国际公司