专利名称：汽轮发电机组轴承阻尼在线检测法及设备的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于测量汽轮发电机组轴承阻尼的在线检测方法及其设备，属于振动分析和测试技术领域。
目前汽轮发电机组轴承阻尼都是通过理论分析的方法计算得出，而没有专门的在线检测方法及其设备。由于理论分析复杂，计算工作量很大，无法对运行中的汽轮发电机组轴承阻尼进行实时分析和计算，因而不利于对运行中的汽轮发电机组进行实时监控和故障诊断及排除。
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种汽轮发电机组轴承阻尼的在线检测方法及其设备，为汽轮发电机组的安全运行，故障诊断，性能分析和状态监控等提供依据。
本发明的在线检测法由以下步骤实现(1)、利用传感器采集信号，即通过涡流传感器或电磁传感器将振动信号转化为电信号。
(2)、利用特征信号提取器得到特征信号，由于传感器所得的电信号是由低频，工频和高频振动分量所组成的混频信号，反映轴承阻尼特性的特征信号主要是轴承低频振动分量，而低频分量比工频和高频分量小得多，通常只占通频幅值的1%-5%，因而需要通过特征信号提取器去除工频和高频分量，得到作为特征信号的低频分量。
(3)、模数(A/D)转换，即将模拟信号转换成数字信号。
(4)、利用扩展普罗尼(Prony)方法进行特征信号处理，由于实测得到的低频信号Xt(t＝1.2…n，n为采样次数)由一组组衰减的波形组成，Xt表示振动位移值(采用涡流传感器时)或振动速度值(采用电磁传感器时)，它并不直接反映轴承的阻尼特性，需要通过一组衰减信号来逼近即
其中Ai和βi分别为振幅和相位，△为采样时间间隔;虽然采用非线性方程组求解方法可以根据测得的Xt，求出di和 ，但这种方法耗时多，计算工作量大，采用扩展普罗尼(Prong)法可以避免非线性方程组的求解过程，可大大提高处理速度。
(5)、采用显示器显示处理结果或打印机打印出处理结果。
本发明在线检测法中的特征信号提取，可采用先由放大器进行信号放大、再采用有源RC带通滤波器滤波、然后用高精度滤波器滤波的方案实现。扩展普罗尼(Prong)法可由以下方案实现(1).根据实测信号Xt，建立关于Xt的自回归差分方程Xt+ c1Xt-e＝εt其中εt为残差;C1为自回归系数，可用辅助变量法求得C1的一致估计值。
(2).用自回归系数C1构造一个多项式Zp+C1Zp-1+……+Cp-1Z+Cp＝0用劈因子法求解多项式的特征根Zj(j＝1，2，…p)。
(3).根据特征根Zi与di和 的关系求出di和 dj＝ 1/(△) |Zj|(j＝1，2……p)其中IMZj和R Zj分别为Zj的虚部和实部，｜Zj｜为Zj的模。
(4).剔除虚假值，输出正确结果，在得到的P对 和di中，只有 同实测低频信号的中心频率相等时的一对 和di是真实的，这时的di即所要求的阻尼因子，实测低频信号的中心频率可通过频谱分析仪得出。由于工程中通常采用对数衰减率来表示阻尼，故可把 和di化为对数衰减率δ，即δ＝dj/ 。
本发明的在线检测设备由振动传感器、特征信号提取器、信号采集器、特征信号处理器、电源和外壳组成，其特点是特征信号提取器可采用放大器，有源RC带通滤波器和具有陡峭频率衰减特征的滤波器构成。振动传感器可采用电磁传感器或涡流传感器。信号采集器可采用模数(A/D)转换器构成。特征信号处理器可采用通用微机、单片机或DSP处理器结构，采取编程序方案实现对特征信号的处理功能。
本发明与现有技术相比，具有结构简单、处理速度快和检测可靠等优点，它可以通过在线检测进行实时分析，便于及进诊断和排除故障;由于紧密结合发电机组实际情况进行检测，有利于反映汽轮发电机组的实际运行状况，以便保证汽轮发电机组的安全运行。通过对国产200MW汽轮发电机组的＃6轴承阻尼特性的测量，得到结果符合工程上公认的结论，在3000转/分和3270转/分的情况下，其轴承的对数衰减率为0.13和0.0786，工程上公认的对数衰减率相应值为0.1～0.2和0～0.1范围。
图1为本发明设备的结构示意图;图2为电路方框示意图;图3为特征信号提取器电原理示意图。
本发明的设备可采用附图所示的方案实现。一种便携式设备的结构如图1所示，在设备的外壳上有220V交流电源插孔，面板上设有电源开关C、指示灯D、键盘E、频率选择钮F、显示器G和打印机输出孔H。图2中传感器(1)可采用常规的电磁式传感器A或涡流式传感器B;放大器(2)可由集成块IC1，和电阻R11、R12、R13构成;有源RC带通滤波器(3)可由IC2和IC3、电阻R11、R12、R13构成;有源RC带通滤波器(3)可由IC2和IC3、电阻R21～R26、电容C1和C2构成，IC1、IC2和IC3可采用LM324、μA741和LF356等运算放大器;具有陡峭频率衰减特性的滤波器(4)可采用开关电容滤波器或有源RC滤波器中的椭圆函数滤波器，例如采用开关电容滤波器集成块MF10，电路如图3所示。根据不同要求的需要，放大器(2)，有源RC带通滤波器(3)和具有陡峭频率衰减特性的滤波器(4)可分别采用单级或多级串连构成。模数(A/D)转换器(5)可采用A/D插板，以便与通用微机联用;对于单片机系统，则可采用ADC0804集成块构成。特征信号处理器可采用单片机系统，可由常规的单片机8031(6)、外部程序存贮器EPROM(8)、数据存贮器RAM(7)、通用I/O扩展芯片8155(9)、打印机(10)、LED数码管显示器(11)和键盘(12)构成。为了避免因突然断电而丢失信号，设备可设置常规的断电保护电路(13)。图3所示的有源RC滤波器工作于特定中心频率的带通方式;开关电容滤波器可工作于特定中心频率的带通方式或特定截止频率的低通方式。对于19.8Hz的特征信号，开关电容滤波器工作于低通方式，电阻和电容可取如下数值R11＝R13＝5.6KΩ，R21＝R25＝R26＝51KΩ，R22＝5KΩ，R23＝18KΩ，R24＝33KΩ，C1＝C2＝1μF;可变电阻R12＝30KΩ，R32＝10KΩ，R33＝20KΩ。
本发明的设备可采用积木式的模块结构，它可由输入模块、主模块、显示与键盘模块、打印机模块和电源模块组成。输入模块由特征信号提取器和模数(A/D)转换器构成;主模块由8031单片机、2764EPROM、6116RAM、8155扩展器和必要的逻辑器件等构成;显示与键盘模块由14个键(其中10个数字键，4个功能键S为开始测试键、D为显示键、P为打印键、R为复位键)、7位LED数码管(前3位显示频率、后4位显示对数衰减率)、75452驱动器和必要的逻辑器件等构成;打印机模块由智能型微型打印机构成(如GP-16)，直接与8031相连;电源模块由变压器、整流电路、稳压电路和电源扩展电路构成，其功能是将输入的220V交流电转换为±12V、+5V的三组直流电输出。除了特征信号提取器需要±12V和+5V供电.由于本发明设备可采取积木式模块结构，因而使结构紧凑、体积小，便于调试和维护。
权利要求
1.一种用于检测汽轮发电机组轴承阻尼的在线检测法，其特征在于它由以下步骤实现；(1).采用涡流传感器或电磁传感器采集振动信号；(2).采用特征信号提取器得到振动信号中的低频分量；(3).将模拟信号转换成数字信号；(4).采用护展普罗尼(Prong)法进行特征信号处理，将实测的低频特征信号转化成反映轴承阻尼特性的轴承阻尼因子和低频频率；(5).采用显示器显示处理结果或打印机打印出处理结果。
2.根据权利要求1所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测法，其特征在于特征信号提取采用由放大器进行信号放大，再用有源RC带通滤波器滤波，然后用高精度滤波器滤波出低频特征信号。
3.根据权利要求1或2所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测法，其特征在于特征信号处理采取由实测信号建立自回归差分方程，求出自回归系数;用自回归系数构造一个多项式，用劈因子法求得多项式的特征根;根据特征根与阻尼因子和低频频率的关系求出阻尼因子和低频频率;剔除虚假值，输出正确结果。
4.一种用于检测汽轮发电机组轴承阻尼的在线检测设备，由振动传感器、特征信号提取器、信号采集器、特征信号处理器、电源和外壳组成，其特征在于特征信号提取器采用放大器、有源RC带通滤波器和具有陡峭频率衰减特性的滤波器构成。
5.根据权利要求4所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测设备，其特征在于具有陡峭频率衰减特性的滤波器采用开关电容滤波器。
6.根据权利要求4或5所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测设备，其特征在于特征信号处理器由8031单片机、EPROM、RAM、通用I/O扩展芯片8155、打印机、LED数码管显示器和键盘构成。
7.根据权利要求6所述的汽轮发电机组轴承阻尼在线检测设备，其特征在于采用积木式的模块结构，由输入模块、主模块、显示与键盘模块、打印模块和电源模块组成。
全文摘要
汽轮发电机组轴承阻尼在线检测法及设备属于振动分析和测试技术领域。在线检测法采用信号采集、特征信号提取、模数转换和扩展普罗尼(Prong)法进行特征信号处理等方案实现；在线检测设备由振动传感器、特征信号提取器、信号采集器、特征信号处理器、电源和外壳组成，特征信号提取器可由放大器，在源RC带通滤波器和具有陡峭频率衰减特性的滤波器构成，可对运行中的发电机组进行实时检测，及时诊断和排除故障，确保安全运行。
文档编号G01M13/04GK1109166SQ9411127
公开日1995年9月27日 申请日期1994年3月22日 优先权日1994年3月22日
发明者高, 杨建刚, 蔡跃明 申请人:东南大学