机械设备故障预警系统及方法
【专利摘要】本发明涉及故障预警领域，公开了一种机械设备故障预警系统及方法。其中，该系统包括：检测装置，用于检测不同工况下所述机械设备的振动测点的值；以及控制装置，与所述检测装置连接，用于将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的预测值进行比较得到二者之间的残差值，并在所述残差值的绝对值大于预定残差预警值的情况下，确定所述振动测点存在振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。通过本发明上述的系统和方法，能够及时发现振动测点存在的故障并发出相应的预警信号，从而提醒监测人员主动采取相应措施以确保设备的正常运行以及延长设备的使用寿命。
【专利说明】
机械设备故障预警系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及故障预警领域，具体地，涉及一种机械设备故障预警系统及方法。
【背景技术】
[0002] 机械设备在工业生产和日常生活中都占据着重要的地位，在不少行业中，机械设 备的振动问题通常比较突出。以电力系统的汽轮发电机组为例，很多新机组投产后出现了 不同程度的振动故障。针对振动故障一般需开展振动数据采集、振动数据处理和分析。传统 的振动故障诊断将采集到的振动信号进行处理，得到振幅、频率、相位等，然后根据设备振 动的特征量与设备故障之间的关系，来判断导致设备发生故障的可能原因。但是传统的振 动故障诊断系统不能发现机械设备故障的早期发展(通常对振动故障的诊断往往是故障发 生到一定程度并出现振动特征之后才进行的，采取的措施往往也是被动的）。
[0003] 因此，为了实现对振动测点值的早期征兆进行跟踪，需在振动故障处于萌芽状态 开展预警工作，提前判断可能发生的故障。如果能在设备故障的萌芽阶段就监测到故障存 在的异常，则有利于开展针对性的检修处理工作，采取主动、积极的应对措施，将被动检修 转变为主动检修。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种机械设备故障预警系统及方法，以解决上述现有技术中 的问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种机械设备故障预警系统，其中，该系统包括： 检测装置，用于检测不同工况下所述机械设备的振动测点的值；以及控制装置，与所述检测 装置连接，用于将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的预测值进行比较得到二者之 间的残差值，并在所述残差值的绝对值大于对应的预定残差预警值的情况下，确定所述振 动测点存在振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。
[0006] 本发明还提供一种机械设备故障预警方法，其中，该方法包括:利用检测装置检测 不同工况下所述机械设备的振动测点的值；以及利用控制装置将当前工况下所检测的振动 测点的值与对应的预测值进行比较得到二者之间的残差值，并在所述残差值的绝对值大于 对应的预定残差预警值的情况下，确定所述振动测点存在振动异常并输出针对所述振动测 点的预警信号。
[0007] 通过上述技术方案，可以对不同工况下所述机械设备的振动测点的值进行检测， 然后可以将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的预测值进行比较得到二者之间的 残差值，并在所述残差值的绝对值大于预定残差预警值的情况下，确定所述振动测点存在 振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。由此，能够及时发现机械设备的振动测点 存在的故障并发出相应的预警信号，从而提醒监测人员主动采取相应措施以确保设备的正 常运行以及延长设备的使用寿命(即，经过预测检修可以将故障消灭在萌芽状态，阻止设备 的逐渐恶化，确保设备的正常运行，或者延长设备的使用寿命，提高经济效益）。
[0008] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0009] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0010] 图1是根据本发明一种实施方式的机械设备故障预警系统的方框图；
[0011] 图2是根据本发明一种实施方式的机械设备故障预警方法的流程图；
[0012] 图3是示出了根据本发明一种实施方式的振动实测值曲线及振动预测值曲线的 图；
[0013] 图4是示出了根据本发明一种实施方式的振动实测值及振动预测值之间的相似度 值的曲线图；
[0014] 图5是示出了根据本发明一种实施方式的振动实测值及振动预测值之间的残差值 的曲线图；以及
[0015] 图6是示出了根据本发明一种实施方式的导致振动测点异常的相关测点的值的示 意图。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0017] 下面以机械设备为汽轮发电机组为例对本发明的机械设备故障预警系统及方法 进行描述，但本领域技术人员应当理解，上述的汽轮发电机组仅仅是示例性的，并非用于限 定本发明。
[0018] 图1是根据本发明一种实施方式的机械设备故障预警系统的方框图。
[0019]如图1所示，本发明一种实施方式提供的机械设备故障预警系统包括:检测装置 10,用于检测不同工况下所述机械设备的振动测点的值；以及控制装置20,与所述检测装置 10连接，用于将当前工况下所检测的振动测点的值(振动实测值)与对应的预测值(振动预 测值)进行比较得到二者之间的残差值，并在所述残差值的绝对值大于对应的预定残差预 警值的情况下，确定所述振动测点存在振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。
[0020] 其中，在机械设备中，通常可以存在多个不同的振动测点。例如，在汽轮发电机组 中，一般每个轴颈附近都会安装3个检测装置10(分别为检测转子本身振动的x、y方向的轴 振检测装置和测量轴承座绝对振动的检测装置），本领域技术人员可以根据实际情况来进 行振动测点的选取以及检测装置10的安装，本发明不对此进行限定。
[0021] 通过上述技术方案，可以对不同工况下所述机械设备的振动测点的值进行检测， 然后可以将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的预测值进行比较得到二者之间的 残差值，并在所述残差值的绝对值大于预定残差预警值的情况下，确定所述振动测点存在 振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。由此，能够及时发现机械设备的振动测点 存在的故障并发出相应的预警信号，从而提醒监测人员主动采取相应措施以确保设备的正 常运行以及延长设备的使用寿命(即，经过预测检修可以将故障消灭在萌芽状态，阻止设备 的逐渐恶化，确保设备的正常运行，或者延长设备的使用寿命，提高经济效益）。
[0022]根据本发明一种实施方式，在输出所述预警信号的同时，所述控制装置20还用于： [0023]获取与所述振动测点关联的多个相关测点的值；
[0024] 将所获取的多个相关测点的值与各自对应的预定范围进行比较，并将超出对应的 预定范围的相关测点（即，导致振动测点出现振动异常的相关测点）的值输出。
[0025] 其中，相关测点指的是那些可能导致振动测点出现振动异常的测点。本领域技术 人员可以根据实际情况预先设定振动测点关联有哪些相关测点，并可以通过例如查表方式 获取与振动测点相关联的相关测点，但本发明不限于此。
[0026] 由此，可以将作为机械设备检修的重要依据的且导致振动测点出现振动异常的相 关测点的值逐一提供给监测人员，提醒检测人员关注对应的相关测点，从而可以减小检测 人员的工作量，并将现有的被动检修转化为主动检修，将非计划停机转化为计划停机，进一 步提尚经济效益。
[0027] 根据本发明一种实施方式，所述检测装置10可以为振动传感器。
[0028]根据本发明一种实施方式，其中，该系统还可以包括显示装置30，与所述控制装置 20连接，用于显示超出对应的预定范围的相关测点的值以及根据所述预警信号显示预警提 示信息。
[0029] 其中，所述预警提示信息可以为振动测点存在振动异常。
[0030] 通过显示装置对预警提示信息的显示，可以更直观地提醒监测人员主动采取相应 检修措施。
[0031] 根据本发明一种实施方式，所述振动测点可以包括轴振测点和瓦振测点。
[0032] 根据本发明一种实施方式，所述相关测点包括以下中的至少一者:有功功率测点、 无功功率测点、主汽温度测点、主汽压力测点、瓦轴承温度测点和润滑油温度测点。
[0033]表1列出了本发明所述的机械设备故障预警所需的参数。
[0036]表1
[0037]本领域技术人员应当理解，上表仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
[0038]结合表1可知，本发明上述的轴振测点可以包括表1中的X、Y向轴振测点，而本发明 上述的瓦振测点可以包括表1中的瓦振测点（也就是，以设备为高压缸为例，轴振测点的值 可以为峰峰值、IX幅值和相位、2X幅值、0.5X幅值以及间隙电压中的任一种;瓦振测点的值 可以为峰峰值、IX幅值和相位、2X幅值以及0.5X幅值中的任一者。中压缸、低压缸及发动机 与高压缸的情况类似，在此不再赘述）；本发明上述的相关测点可以包括表1中的关联参数 测点和状态控制参数测点（也就是，相关测点的值可以为关联参数中的任一者的值或状态 控制参数中的任一者的值）。
[0039]根据本发明一种实施方式，检测装置10检测到的振动测点的值可以存储在PI数据 库中，类似的，相关测点的值也可以存储在PI数据库中，在控制装置20需要用到这些数据 时，直接从PI数据库中调用即可。其中，PI是一套基于B/S(B/S代表浏览器/服务器）、C/S(C/ S代表客户机/服务器)结构的实时数据库软件系统，PI数据库中可以保存电厂汽轮发电机 组长期运行的海量数据(包括当前数据和历史数据），这些海量数据包含非常丰富的信息， 即汽轮发电机组的各种运行数据，比如轴振、瓦振、有功功率、无功功率、主汽温度、主汽压 力、润滑油温度、转速等等。
[0040] 其中，预测值可以基于灰色理论的数学运算进行计算，由于灰色理论是现有的成 熟理论，为了不混淆本发明，本发明在此不再赘述。
[0041] 并且，可以从每个振动测点的残差值中选取最大的残差值作为预定残差预警值。 此外，还可以根据实际情况对预定残差预警值进行微调。
[0042] 图2是根据本发明一种实施方式的机械设备故障预警方法的流程图。
[0043] 如图2所示，本发明一种实施方式的机械设备故障预警方法包括：
[0044] S200,利用检测装置检测不同工况下所述机械设备的振动测点的值；
[0045] S202,利用控制装置将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的预测值进行比 较得到二者之间的残差值；
[0046] S204,利用控制装置判断所述残差值的绝对值是否大于对应的预定残差预警值， 如果是则转至步骤S206，否则转至步骤S200;以及
[0047] S206,确定所述振动测点存在振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。
[0048] 通过上述技术方案，可以对不同工况下所述机械设备的振动测点的值进行检测， 然后可以将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的预测值进行比较得到二者之间的 残差值，并在所述残差值的绝对值大于预定残差预警值的情况下，确定所述振动测点存在 振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。由此，能够及时发现机械设备的振动测点 存在的故障并发出相应的预警信号，从而提醒监测人员主动采取相应措施以确保设备的正 常运行以及延长设备的使用寿命(即，经过预测检修可以将故障消灭在萌芽状态，阻止设备 的逐渐恶化，确保设备的正常运行，或者延长设备的使用寿命，提高经济效益）。
[0049] 根据本发明一种实施方式，在输出所述预警信号的同时，该方法还包括利用所述 控制装置：
[0050] 获取与所述振动测点关联的多个相关测点的值；
[0051] 将所获取的多个相关测点的值与各自对应的预定范围进行比较，并将超出对应的 预定范围的相关测点的值输出。
[0052]由此，可以将作为机械设备检修的重要依据的相关测点提供给监测人员，提醒检 测人员关注对应的相关测点，从而可以减小检测人员的工作量，并将现有的被动检修转化 为主动检修，将非计划停机转化为计划停机，进一步提高经济效益。
[0053]根据本发明一种实施方式，该方法还包括利用显示装置显示超出对应的预定范围 的相关测点的值以及根据所述预警信号显示预警提示信息。
[0054] 其中，所述预警提示信息可以为振动测点存在振动异常。
[0055] 通过显示装置对预警提示信息的显示，可以更直观地提醒监测人员主动采取相应 检修措施。
[0056] 根据本发明一种实施方式，所述振动测点包括轴振测点和瓦振测点。
[0057] 根据本发明一种实施方式，所述相关测点包括以下中的至少一者:有功功率测点、 无功功率测点、主汽温度测点、主汽压力测点、瓦轴承温度测点和润滑油温度测点。
[0058] 下面结合实例（以某电厂的某个汽轮发电机组的某轴振为例）对本发明的机械设 备故障预警过程进行描述。
[0059]图3是示出了根据本发明一种实施方式的振动实测值曲线及振动预测值曲线的 图。
[0060]在图3中，纵坐标为振动测点的幅值，单位是Ml;横坐标为时间。如图3可知，在2012 年5月14日17时至22时之间，振动预测值与实测值之间的差别比较大。差别的大小可用相似 度值来表示，如图4所示。
[0061]图4是示出了根据本发明一种实施方式的振动实测值及振动预测值之间的相似度 值的曲线图。
[0062] 图4所示为对应时间内，振动预测值与实测值之间的相似度值曲线(在相似度值小 于1的情况下，相似度值越接近1则表明振动测点的状态越接近历史上的状态），在2012年5 月14日17时至22时之间，振动预测值与实测值之间的相似度值较低，约为0.69,反映出振动 预测值与实测值差别较大。相应地，振动预测值与实测值之间的残差值可以如图5所示。
[0063] 图5是示出了根据本发明一种实施方式的振动实测值及振动预测值之间的残差值 的曲线图。
[0064] 由图5可知，残差值的设定范围可以为(_6,6)(虽然上述实施方式中描述的预定残 差预警值为一个点值，但也可以将预定残差预警值替换为预定残差预警范围），在2012年5 月14日17时至22时之间，振动预测值与实测值之间的残差值达到11.3,超出了预定范围（-6,6)。当残差值超过6之后，预警系统就会产生预警信息，这反映了该段时间内此振动测点 出现了振动异常。
[0065]此外，在发出预警信号后，可以将与振动测点关联的多个相关测点中导致振动测 点出现振动异常的相关测点的值逐一提供给监测人员，提醒检测人员关注对应的相关测 点，有针对性地进行检修工作。
[0066] 图6是示出了根据本发明一种实施方式的导致振动测点异常的相关测点（关联测 点）的值的示意图。
[0067] 如图6所示，比如4号机组1号轴承X方向的轴振峰峰值出现预警信息后，可以计算 导致4号机组1号轴承X方向的轴振峰峰值发生异常的关联测点，并逐一列出来。具体地，在 图6中列出了 3个关联测点，分别是4号机组2号瓦轴承温度(调阀端）1、4号机组2号瓦轴承温 度(调阀端)2、4号机组2号瓦轴承温度(调阀端)3。根据关联测点的提示，检修人员在检修过 程中就会重点检查对应的关联测点，有针对性的开展检修工作，将被动检修改为主动检修。
[0068] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实 施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简 单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0069] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
[0070] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1. 一种机械设备故障预警系统，其中，该系统包括： 检测装置，用于检测不同工况下所述机械设备的振动测点的值；以及 控制装置，与所述检测装置连接，用于将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的 预测值进行比较得到二者之间的残差值，并在所述残差值的绝对值大于对应的预定残差预 警值的情况下，确定所述振动测点存在振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。2. 根据权利要求1所述的系统，其中，在输出所述预警信号的同时，所述控制装置还用 于： 获取与所述振动测点关联的多个相关测点的值； 将所获取的多个相关测点的值与各自对应的预定范围进行比较，并将超出对应的预定 范围的相关测点的值输出。3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测装置为振动传感器。4. 根据权利要求2所述的系统，其中，该系统还包括显示装置，与所述控制装置连接，用 于显示超出对应的预定范围的相关测点的值以及根据所述预警信号显示预警提示信息。5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述振动测点包括轴振测点和瓦振测点。6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述相关测点包括以下中的至少一者:有功功率 测点、无功功率测点、主汽温度测点、主汽压力测点、瓦轴承温度测点和润滑油温度测点。7. -种机械设备故障预警方法，其中，该方法包括： 利用检测装置检测不同工况下所述机械设备的振动测点的值；以及 利用控制装置将当前工况下所检测的振动测点的值与对应的预测值进行比较得到二 者之间的残差值，并在所述残差值的绝对值大于对应的预定残差预警值的情况下，确定所 述振动测点存在振动异常并输出针对所述振动测点的预警信号。8. 根据权利要求7所述的方法，其中，在输出所述预警信号的同时，该方法还包括利用 所述控制装置： 获取与所述振动测点关联的多个相关测点的值； 将所获取的多个相关测点的值与各自对应的预定范围进行比较，并将超出对应的预定 范围的相关测点的值输出。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括利用显示装置显示超出对应的预定 范围的相关测点的值以及根据所述预警信号显示预警提示信息。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述振动测点包括轴振测点和瓦振测点。11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述相关测点包括以下中的至少一者:有功功 率测点、无功功率测点、主汽温度测点、主汽压力测点、瓦轴承温度测点和润滑油温度测点。
【文档编号】G01H17/00GK105928611SQ201610230780
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】崔亚辉, 张俊杰, 徐亚涛, 江涛, 冯坤, 白楠
【申请人】中国神华能源股份有限公司, 北京国华电力有限责任公司, 神华国华（北京）电力研究院有限公司