专利名称：联轴器平行不对中故障在线实时诊断方法
技术领域：
本发明属于旋转机械振动状态监测与故障诊断领域，特别涉及大型汽轮发电 机组振动状态实时在线自动监测的一种联轴器平行不对中故障在线实时诊断方 法。'
背景技术：
大量的旋转机械振动故障由轴系不对中引起或与之相关，联轴器平行不对中 故障是大型汽轮发电机组常见振动故障之一。国内大型机组轴系的不对中问题相 当突出，不对中故障被列为汽轮发电机组轴系振动故障诊断及处理的首要因素。
汽轮发电机组是多转子连接而成的轴系，转子之间有联轴器联接。联轴器不 对中是指运行状态下相邻两个转子的中心线不在一条连续的轴线上，在联轴器部 位存在拐点或阶跃点，使各轴承的负荷不能满足设计要求。联轴器平行不对中， 是指两侧转子的轴线在横截面的垂直和水平方向上，存在位移偏差。
若机组存在联轴器螺栓紧力不足或螺孔间隙偏大，在机组并网带负荷过程中 轴系扭矩增加到一定值时，联轴器发生相互错位，轴系对中状态发生变化，联 轴器连接的转子振动响应会发生突变。相间短路、甩负荷等事故均会造成轴系扭 矩在瞬间发生较大变化，对传递扭矩的联轴器形成冲击，使联轴器相互错位，轴 系对中状态恶化。存在严重不对中故障的汽轮发电机组若长期运行，有可能产生 非常严重的后果。通常，机组联轴器平行不对中故障的诊断工作都是由经验丰富 的专家完成，具有诊断经济成本高，周期长，可靠性低，实时性差的缺点。因此， 研究大型汽轮发电机组平行不对中故障的诊断方法有较大的实用价值。
本发明提供的汽轮发电机组联轴器平行不对中故障实时诊断方法，根据联轴 器两侧轴承瓦温变化以及轴相对振动相位变化等数据信息，对机组联轴器平行不 对中故障进行实时自动在线监测、分析、诊断，提高故障诊断效率和准确度。
发明内容
本发明的目的在于基于汽轮机运行中轴系的振动数据，结合计算机程序计算，提供一种能够对大型汽轮发电机组实现自动在线监测、准确诊断的联轴器平 行不对中故障在线实时诊断方法。
本发明采用的技术方案是 一种联轴器平行不对中故障在线实时诊断方法， 其特征在于，该实时在线诊断方法包括
(a) 数据采集及预处理，采集汽轮机组联轴器两侧的轴振动信号、振动信号 分析处理需要的键相信号及联轴器两侧的轴承座轴瓦温度；
(b) 轴瓦温度异常验证，实时监测联轴器两侧的轴承座轴瓦温度，如果任何 一侧的轴瓦温度大于温度阈值，那么判定轴瓦温度异常验证通过；
(C)轴振转速频率振动相位条件验证，依据联轴器两侧的轴相对振动数据，
结合FFT快速傅立叶变换频谱分析方法，实时同步计算分析联轴器两侧轴相对振
动的对应实际转速频率的相位是否反相，如果二者相位反相，那么判定轴振转速 频率振动相位条件验证通过；
(d) 在联轴器平行不对中故障实时在线诊断过程中，轴瓦温度异常验证及轴 振转速频率振动相位条件验证实时同步进行，该2项验证在诊断中属于并列关系；
(e) 联轴器平行不对中故障识别诊断，结合上述实时同步进行的2项验证的 结果，综合判断得出大型汽轮发电机组是否发生联轴器平行不对中故障的结论。
本发明的有益效果是汽轮机组联轴器平行不对中故障诊断方法利用机组运 行中轴系的振动数据，经过计算分析判断得到故障诊断结论，具有方法科学，结 论可靠，能够实现自动实时在线监测、诊断故障等优点。
图1为大型汽轮发电机组联轴器平行不对中诊断功能流程图。
图2为轴瓦温度异常验证功能结构框图。
图3为轴振转速频率振动相位条件验证功能结构框图。
具体实施例方式
本发明提供的能够对大型汽轮发电机组实现自动在线监测、准确诊断的一种 联轴器平行不对中故障在线实时诊断方法。其功能流程图如图1所示的大型汽轮 发电机组联轴器平行不对中诊断功能流程图。首先由数据采集采集诊断机组联轴器平行不对中故障所用的振动数据以及非振动数据，并同步实时进行轴瓦温度异 常验证和轴振转速频率振动相位条件验证的2个环节，结合轴瓦温度异常验证和 轴振转速频率振动相位条件验证2项验证的结果，通过与门对机组是否发生联轴 器平行不对中故障进行判断。由此保证了故障诊断过程的可靠性以及诊断结果的 准确性。下面结合附图进一步说明具体实施步骤及诊断方法。 数据采集
实时采集汽轮机组转子轴振动信号以及振动信号分析处理需要的键相信号， 并实时采集联轴器两侧的轴承座轴瓦温度。所述振动数据包括从联轴器两侧的相 对轴振以及键相信号，所述非振动数据为是联轴器两侧轴承座轴瓦的温度。联轴 器不对中故障的轴相对振动响应较为灵敏，轴承座振动响应灵敏度较低，因此诊 断中采集分析轴相对振动数据。
轴瓦温度异常验证
实时监测联轴器两侧的轴承座轴瓦温度，设定温度阈值，在设定时间段内， 连续采集轴瓦温度并计算其平均温度，如果任何一侧的轴瓦平均温度大于温度阈
值，那么判定瓦温异常验证通过，其功能结构框图如图2所示。 轴振转速频率振动相位条件验证
针对联轴器两侧的轴相对振动数据，利用FFT(快速傅立叶变换)频谱分析方 法，进行实时同步计算分析。根据机组的实际转速频率，实时同步计算联轴器两 侧轴相对振动的对应实际转速频率的相位/V /V计算2个相位差的绝对值，再 减去180° ，并计算该项绝对值即||几-凡|-180°|。在预先设定的时间段内，如果
该绝对值始终小于闳值，那么轴振转速频率振动相位条件验证通过，其功能结构 框图如图3所示。根据上述轴承座瓦温温度异常验证和轴振转速频率振动相位条 件验证这2项实时同步分析的结果，判定是否发生联轴器平行不对中故障。如果 同时满足上述2项验证，那么可以判断故障发生。 实施例
利用该方法可以实现对汽轮发电机组的联轴器平行不对中故障。根据该方法 设计具体的联轴器平行不对中故障计算机诊断程序，将故障诊断程序安装在工控机(IPC)内。联轴器平行不对中故障实时诊断程序中的一次诊断循环过程包括诊断
方法中涉及的数据采集、轴承座瓦温温度异常验证、轴振转速频率振动相位条件 验证及联轴器平行不对中故障判定等环节。
首先，工控机(IPC)通过高速数据采集卡实时采集汽轮发电机组轴相对振动信
号、振动信号分析处理需要的键相信号以及联轴器两侧的轴承座轴瓦温度。 故障诊断程序分别对联轴器两侧的轴相对振动数据及联轴器两侧的轴承座
轴瓦温度进行轴振转速频率振动相位条件验证以及轴瓦温度异常验证等2项验 证，2个验证过程是实时同步进行的。2项验证中的任何一项验证失效，都会导 致程序进入下一个诊断分析循环。
在轴瓦温度异常验证中，故障诊断程序实时监测联轴器两侧的轴承座轴瓦温 度，在设定时间段内，连续采集轴瓦温度并计算其平均温度，如果任何一侧的轴 瓦平均温度大于温度阈值，那么判定轴瓦温度异常验证通过。假设，设定温度阈 值为80。C，预先设定时间段为15秒，如果在该时间段内轴瓦的平均温度为80.5 。C,该值大于温度阈值，那么判定轴瓦温度异常；否则，诊断程序进入下一个诊 断分析循环，重新采集数据，并进行计算分析判断。
在轴振转速频率振动相位条件验证中，故障诊断程序实时同步计算联轴器两 侧轴相对振动的对应实际转速频率的相位P。、 A。计算2个相位差的绝对值 k-a|，再减去180° ，并计算该项绝对值即lp。-a|-180°|。假设，设定相位阈
值为3(T ，预先设定时间段为15秒，如果在该时间段内相位绝对值始终小于阈 值，那么判定轴振转速频率振动相位条件验证通过。
最后，故障诊断程序根据轴振转速频率振动相位条件验证以及轴瓦温度异常 验证的结果，判断是否发生联轴器平行不对中故障的诊断。如果同时满足上述2 项验证，'那么可以判断发生联轴器平行不对中故障。
诊断程序循环执行上述一系列计算分析验证环节，判断当前机组是否发生联 轴器平行不对中故障，实现联轴器平行不对中故障的实时诊断。
权利要求
1. 一种联轴器平行不对中故障在线实时诊断方法，其特征在于，该实时在线诊断方法包括(a)数据采集及预处理，采集汽轮机组联轴器两侧的轴振动信号、振动信号分析处理需要的键相信号及联轴器两侧的轴承座轴瓦温度；(b)轴瓦温度异常验证，实时监测联轴器两侧的轴承座轴瓦温度，如果任何一侧的轴瓦温度大于温度阈值，那么判定轴瓦温度异常验证通过；(c)轴振转速频率振动相位条件验证，依据联轴器两侧的轴相对振动数据，结合FFT快速傅立叶变换频谱分析方法，实时同步计算分析联轴器两侧轴相对振动的对应实际转速频率的相位是否反相，如果二者相位反相，那么判定轴振转速频率振动相位条件验证通过；(d)在联轴器平行不对中故障实时在线诊断过程中，轴瓦温度异常验证及轴振转速频率振动相位条件验证实时同步进行；(e)联轴器平行不对中故障识别诊断，结合上述实时同步进行的2项验证的结果，综合判断得出大型汽轮发电机组是否发生联轴器平行不对中故障的结论。
2. 根据权利要求1所述汽轮发电机组联轴器平行不对中实时在线诊断方法， 其特征在于，所述轴瓦温度异常验证及轴振转速频率振动相位条件验证在诊断中 属于并列关系。
3. 根据权利要求1所述汽轮发电机组联轴器平行不对中实时在线诊断方法， 其特征在于，所述轴振转速频率振动相位条件验证，在预先设定的时间段内，根 据机组的实际转速频率，实时同步计算联轴器两侧轴相对振动的对应实际转速频 率的相位尸。、A的绝对值，再减去180° ，并计算该项绝对值即l几-a|-180°|;如果该绝对值始终小于阈值，那么轴振转速频率振动相位条件验证通过。
4. 根据权利要求1所述汽轮发电机组联轴器平行不对中实时在线诊断方法， 其特征在于，所述综合判断得出大型汽轮发电机组是否发生联轴器平行不对中故 障，是依据轴承座瓦温温度异常验证、轴振转速频率振动相位条件验证这2项实 时同步分析结果判定，若同时满足2项验证，则判定联轴器平行不对中故障发生。
全文摘要
本发明公开了属于机械振动状态监测与故障诊断领域的涉及大型汽轮发电机组振动状态实时在线自动监测的一种联轴器平行不对中故障在线实时诊断方法。采集汽轮机组联轴器两侧轴振动信号及联轴器两侧轴承座轴瓦温度数据。实时判断机组联轴器两侧轴承座轴瓦温度是否异常，并结合FFT(快速傅立叶变换)频谱分析方法，对联轴器两侧的轴相对振动数据进行轴振转速频率振动相位条件验证。在上述实时定量计算分析基础上，结合各项验证结果，自动实时在线诊断机组是否发生联轴器平行不对中故障。本发明具有方法科学，结论可靠，能够实现自动实时在线监测、诊断故障等优点。
文档编号G01M7/02GK101430240SQ20081022758
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者宋光雄 申请人:华北电力大学