（热能工程专业论文）大型汽轮发电机组振动状态远程监测与故障诊断系统研制.pdf

溅趣夫学颤 学 章延鱼= 摘要 鼹终技术的毪遥发鹾， 受变天们常生活的网时， 蠹绽使工照领域中许多技 术发t 投变化，本文所要沦述的就是如褥澄蛩、圩发韵l 实囊一套蘩予i n t e r n e t 弱 人型汽聋f 发i ：l 机组状态远榭i | _ f i 测引瘦障诊断系统。 论文第一一章阐述了汽轮发电机组状态监测与诊断系统的发展及现状。并对课 题的提出譬任务进行了余绍与分析。 簿，：章羽主要谣述缀缀羧态实瓣鍪溺、数攘分析秘敖薄诊凝豹耀论翔； ： 。对 系统中的。螋主要参数和方法做了比较洋缔地介绍。 大型汽轮发电机组搬幼状态远程监测与故障诊断系统的实现必须依靠网络 通信、数据库技术、w e b 技术以及系统开发平螽等技术，所以本文的第三章就主 饕讲述t i 远程蕊测积敢糍诊瓤系统穗关鹃诗箨辍技术。 第章楚奉交羽重点。从税雏溺点京黉鞫娥模、系统总体结构设计、系统较 件总体黟训、数蝇蹿琢统设计和实现、后台成蹋程序实现及w e b 程序实现等六个 方面对本系统的蘑辐瓣豪现做了详尽的论述。咒疑对a d oa c t i 。e x 控件在远程 妊测垮故障诊叛领域中黝瞧用作了较为系统靛总结帮论述。 簿轰鼗缓舔鹫戆形式洋镪缝套绥了誊系绞较镑二懿鑫个功麓模块豹佟曩! | 、衷毽 形式及使用疗法等。 鼹厢一窜是结论与栽凝。在这一章中对本文的工作傲了个总结，并对计算 机监测系统和故障诊断技术的未来发展傲了碰凝。 关键调：远程：状态麓测：故障诊断；i n t e r n e t 浙江犬学倒 士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h er a p i dp r o g r e s so f n e t w o r kt e c h n ci o g y ，i th a sh a dg r e a te f f e c t so i lp e o p l e s d a i l yl i f e ；n e a n w h i l e ，i ta l s op r o m o t e s al o to f t e c h n o l o g yc h a n g e si ni n d u s t r y i n t h i sp a p e r ，b a s e do ni n t e r n e tt e c h n o l o g yan e w s y s t e mo fm o n i t o r i n gc o n d i t i o na n d d i a g n o s i n gf a u l tt 、0 rh i g ho u t p u tt u r b o g e n e r a t o ru n i t sa r ed e s i g n e da n dr e a l i z e d c h a p t e r o n ed e s c r i b e st h eh i s t o r y ，s t a t u sa n dd e v e l o p m e n to f t h es y s t e mo f m o n i t o r i n gc o n d i t i o na n dd i a g n o s i n gf a u l tf o rt u r b o - g e n e r a t o r i ta l s od e a l sw i t ht h eb a c k g r o u n da n dt h ea i mo f t h er e s e a r c hw o r ko ft h i sp a p e r t h es e c o n dc h a p t e ri sa b o u tt h et h e o r yo fo n - l i n em o n i t o r i n g ，d a t aa n a l y z i n ga n d l ：a u l t d i a g n o s i n g s o m e i m p o r t a n tp a r a m e t e r sa n dm e t h o d sa p p l i e di nt h es y s t e ma r e d e s c r i b e di nd e t a i lt o o t h er e a l i z a t i o no f t h e l o n g d i s t a n c em o n i t o r i n gc o n d i t i o na n dd i a g n o s i n gf a u l t d e p e n d so nt h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，d a t a b a s et e c h n i q u e ，a n dw e bt e c h n i q u ea n d s o f t w a r ed e v e l o p m e n tt o o l s ，s oc h a p t e l t h i e ed i s c u s s e st h ec o m p u t e r t e c h n o l o g y r e l a t i v et ot h el o n g d i s t a n c em o n i t o r i n gc o n d i t i o na n dd i a g n o s i n gf a u l t s i xm & i ia s p e c t so f s y s t e mo fl o n g - d i s t a n c em o n i t o r i n gc o n d i t i o na n dd i a g n o s i n g f a u l ta r ep r e s e n t e dj nc h a p t e rf o u rt h ef i r s ta s p e c ti st od e c i d et h ea m o u n ta n dj o c a t j o no ft h em e a s u r e m e n t p o i n t s ；t h es e c o n di st od e s i g nt h ew h o l ea r c h i t e c t u r eo ft h e s y s t e m ；t h et h i r di st od e s c r i b et h es t r u c t u r eo f t h es o f t w a r e ；t h ef o r t hi st o c o n s t r u c tt h ed a t a b a s es y s t e m ；t h ef i f t hi st od e s i g nab a c k g r o u n d p r o c e s s i n gp r o g r a m ， a n dt h el a s ta s p e c ti sa b o u tt h ew e b a p p l i c a t i o ne s p e c i a l l y ，t h ea p p l i c a t i o no f t h e c o n t r o lo fa d oa n da c t i v ei nt h ef i e l do f l o n g d i s t a n c em o n i t o r i n gc o n d i t i o na n d d i a g n o s i n gt h u l th a sb e e nd i s c u s s e ds y s t e m i c a l l y c h a p t e rt i v ei n c l u d e sal o to f i l l u s t r a t i o n so f t h es y s t e mt os h o wt h ef u n c t i o n so f t h e s o f t w a r e ，a n di n t r o d u c e st h eo p e r a t i n gm e t h o d i nt h el a s tc h a p t e ro f t h e p a p e r ，t h er e s e a r c hw o r ki ss u m m a r i z e da n ds o m eo f t h e m a i nc o n c l u s i o ni sd r a w n ；a n dt h ea u t h o re x th c a t e ss o m eo f t h ed e v e l o p i n ga s p e c t so f t h et e c h l l ) l o g yo fp c - b a s e d m o n i t o r i n gc o n d i t i o na n dd i a g n o s i n gf a u l tf o rt h e c o m i n gr e s e a r c hw o r k k e y w o t d s ：l o n g - d i s t a n c e ，m o n i t o r i n gc o n d i t i o n ，d i a g n o s i n gf a u l t ，i n t e r n e t 1 1 独创性声明 啦 、l i 本人j i i 叫所强交的学位论史是本人在导师指导f 进行的研究工作及取得的 研究成果。摊我所知，除了文r 叫寺别埘j 以：j i 注和致谢的地方外，论文中彳i 包含其 他人已纡发表或撰写过的研究成果，比不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机 构f 内学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在沦文中作了明确的说明并表示谢意。 学位沦文作行签名：栗叮、轫 签字口期：一z m 弓年 j j 句 j 学位论文版权使用授权书 本学位沧文作着完全了解逝姿盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 仃杈保科荆m 目家有关部门或机构送交沦文的复印件和磁盘，允许论文被套阋和 僻l 列。本人授权堂鎏盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学f 节沦义f 1 ：肯签名：棠叮南 导师签名 ：f 1 j 射：2 棚3 r 1 月一z ) 签一fl 期：z _ ；年f 月上力日 。竽f 啦沦史f 1 ：抒 忙、i k 后i 旬 j i 作单位： 迎讯地址： 电话 邮编 浙江大学硕士学位论文 1 ，1 、课题的目的意义 镣一章绪论 逮蓑现代化太生产豹发袋靼疆学技术静邋步，设罄驰结构越寒越复杂，功熊 越来越究善，自动化程度也越来越高。由于许多无法避免因素的影响，设备有时 会出现各种故障，殴致降低或失去其预定的功髓，甚至造成严鬟的、灾难往的攀 放，潮内外曾缀发生瓣各鞭警难、海照、爆妗、躜裂、铡塌、毁坏、泄漏等恶燃 事故，造成了人员伤亡，产生了严重的社会影响；即使是正常生产中的事故，也 会导致生产过稳不能燕鬻避行或桩器设备损坏褥遣戏巨大羲经济臻失。作为褒代 火力发电厂中关键设餐熬大型汽轮发毫规组溺撵王濯为敬簿，发生避熬重大鹣 事故；如日本关西电力公司南海电厂3 号6 0 0 m w 汽轮发电机组的断轴毁机事故， 我国大同电厂和秦岭电厂2 0 0 m w 汽轮发电视缀的断轴毁机事故。这照事故不仅对 电力企业造戏了巨大蚋经济擐失，露虽l 丕绘社会造成巨大载受鞭影确嬲不必要熬 麻烦。因此，如何避免桃组发生搴故裁成为电力生产企业极为熏视的问题。但是， 事故发生楚无法预知的，因诧人们只熊采取两种对策；种是被动玩等设备坏了 孬逑荐维修，虽然这不是什么努法，哭楚久稍无奈戆选择；舅一释就楚麓定赣检 修跛器，该方法需有一定计划性和预防性，但其缺点是如设备尚完好，则经济上 损失也很大，丽且定期检修的时间周期也很难确定。 测燮技术、健感器技术稻计爨掇技术豹发瓣为缳诞这些旋转瓿缀戆安全运行 提供了可熊。采用计算枧对这些设备实藏在线状态黢测与故障诊断，不仅毙及时 了解设备当前的工作状况，进行报警龄测，逐可将设备各种工作状态下的数据、 信怠进行存储、管理帮分掰，实现敌障预报帮翠期诊葫，并筏惰指警察安莪 维穆 计划，变定期预防维修为预测维修，提赢设锫刹用率，增加产馑，减少人力物力 的浪赞，在故障时还熊高速瞬时地保存大量异常倍怠以便进行事故遮忆与分析。 然弼，无谂是匡痣抟还楚莺强静教簿诊繇系统，其实都不爨各嶷芷鹣窘葫诊 叛功艇。即使商，翅避本戆赫嘲系绫，其诊颧姻能力也卡分套跟， 纛i 怠其诊颛功 能的扩展十分网难。从本质上讲，这些系统只能算是故障诊断的辅助工具。真正 进行被降诊断静还是诊断工程鄹和专家。亩予在线麓灏与诊甑鬃统怒安装在现场 的，巍经铐个奄厂不可畿糖鸯大量秘专家，嚣蜘上故赡发生鲍隧壤瞧，爨j 毙禚 故障发生时现场往往不可熊有很多的诊断技术人员，这种依赖专家的系统所发挥 的作剧也就大打折扣。借棼医疗领域中的美阂俄克拉荷马州远程医疗系统的成功 经验( 该系绞以潮终为鳃带，把5 4 家多掇鬟貔与嫂中心医貌联系农起。技术 灏淫大学矮士学经论文 力量薄弱的乡村医院通过计算机潮络将c t 、x 光片等瘸入临床捡骏结果送割州中 心医院诊甑，中心将通遥这些榜瓣为病人徽爨正确瀚诊断，然赢褥国网络将诊断 结果传圃乡村医院的医生。这样，病人在入网的任何家乡村小医院就诊都能得 到专窳缴的诊断。) ，将设备状态艇测和诊断技术与计算机科学、邋讯技术相结合 胰蔼建成套基于i n t e r n e t 静汽轮发电辊缀逡摇篮渊分丰厅与敢潞渗断系缓将有 十分深远的惑义： ( ) 、瞧力生产金娅爵率谤镑作专家在黪缝瓣逶过这套远程系统霹设餐兹薅 进行会诊；这样可以大大提高诊断的正确性，从而解决了目前诊断系统的不足； ( 2 ) 、可以大范围共享诊断资源。原有的诊断系统中大量的诊断资源互不相 逶，邈造成了系统饔添鹣缀大滚爨。两运稷敖潞诊凝系统蒯露蘩惫技术褥这些丰 富购瓷源逐为体，从而为大范围共享奠定了藻础。 ( 3 ) 、i n t e r n e t i n t r a n e t 懿簋逶淫，远程状态熬溯与诊凝露谯大翻强特弼， 小到儿台p c 机的企业局域网上实现，便于技术的普及和推广。 1 。2 、汽轮发邈毒嚣维状怒靛测麓技楚诊錾技零熟发装摄猿 人们通常把连续测爨运行设备状况的仪器，及记泶这些设备过去的状况和现 在软态瓣疆零称为获态黢滋，霹穗分孝厅翔叛漩备是否逶李亍正鬻，港髯零，故漳是 什么，可能原因是什么，以及估计设备的运彳亍趋势和提出治理建议等称为故障诊 断。五十年代以前，人们通常采斓原始的检测手段，煲藉经验处燃设备的振动闯 趣，铡麴瑙l 、糙蔽壹戢掰绥长导体羝在穰器蘩部位，激耳朵瞬到靛声音采翔甄橇 器工作燧甭正常。五十年代后期，出于非接触传感器及其它传感技术的发展，入 翻霸：戆了器霉孛橇器检滚方法及仪器懿磁究，多 = 整手毳 究教障辊理、诊酝壤论秘方 法。到r 七十年代，已开始采用备种固定安越的监视仪和便携式仪器对设备运行 状况避行监测辱口分析，并歼始实现了对设备譬部件的诊断。七十年代后期，多参 量缀合浚渊与羧薅诊凝系绫麴罨 麓已这囊王释鹰鲻黔蔽，诗算撬技术龟开媲壹接 应餍在离线分析和长期连续监视殿故障诊断中。目前，在西方兔遴工业图家，几 乎巍鸯鍪癸鼹大中鏊汽轮发邀毒毽缀都配备了鞭动簸溅分褥与渗鼗装羹，露嚣产瑟 正在不断地鼹新发展；弱方面，故障机理、识别方法、防治技术的研究也正在 曰益深入。目前的状态j i 鑫测与故障诊断技术，已经形贼- - f 既有诊断理论，又有 势辑方法；骥鸯敢漳瓠瀵磷究，又有凌最簸溅 殳撩与诊溪系统，工程应蟋魏强， 技术背景牢固，且与高技术发展密切相关的一门现代新兴的学科。虽然目前汽轮 发怒瓿缉戆状态篮溺与鼗瓣诊羧技术基经发蒺到霹蹭诗霎瓠霹飒缀进行遴续整 视，但它仍处于继续开发、研究的阶段，还需要不断的研究、总绺和发展。 这姥年来，国、内外都有了熨用化的旋转机械状态监测系统如：荷兰菲利浦 浙江天学张士学位论文 公司鑫勺黝s 确。系列t s i ，美潮谣蓬公司懿“移动诊鞭中心( m o b i l ed i a g n o s i s c e n t e f ，m d c ) ”，日本三菱公司的“旋转机械健藤监视系统( m m m ) ”，英国中心发 电部的“透平监测设备( 7 f s e ) ”和“试验没备监测( t e s te q u i p m e n t m o n i t e r i n g ，i e m ) ”。诊断系统有：美国e n t e k 、c s i 公司推出的故障诊断专家系 统，b e n t l y 公司磺副的敖蹲诊蛭工程灏絮助系统等等。国内这些年涂避口了摆 当数垂l = 瀚麓测设釜努，诲多蠢簿院校、辩骚橇梭及工零工金韭氇都在致力予磺翎中 国自己的状态监测和诊断系统，并已取得了一魃成果，特别是在理论、方法上的 研究和探索有了较大的进展。但是对于真正实用产船化的系统还发展不够，尤其 是离多参缴的综合监测、数据分析、信息管理、故障诊断集一体的搿性能完善系 统尚有较大差距。强兹在国内矗形戏了卡多个水平较高，有一定觏摸的诊断技本 研究中心，魏嚣安交大，浚工大，涛华，薅荦大，上海交大，华中瑗王，家褒大学 等单位的渗断技术研究机构。研制成功的工程应用系统有晗尔滨工池大学研制的 微计算机化旋转机械状态监测与故障诊断装置，即删d 系列；华中理工大学开 发的故障诊断专家系统：南京汽轮高新技术开发公司的c r a s 随机储号与振动分 析系统；东南大学的z x p - 1 0 5 系统；重庆大学酌c d m s 信号处理故醛诊断及振动 分析系绞；潘辽大学毙秘系、穰摄系、憝溪系分鬟器发煞d m 7 0 0 1 、o d e s 、v m a f d 系统；谣安交通大学的旋转祝械故障诊断系统；辽化高金吉等研制的机械故障诊 断专家系统等。除了学校外，还有西安热工研究所、上海成套设备研究所以及英 华达公司等进行了旋转机械搬动监测与故障诊断系统的研究与开发。 到了上世纪9 0 年代，随麓i n t e r n e t 技术，特别是w e b 技术的迅速发展，使 褥基予 n t e r n e t 瓣远程痤鲻系缓豹藏尧篮溺与馥箨诊颧系统囊静发建方囊。不 过基 n t e r t l e t i n t r a n e t 瓣远程状态监测与敞障诊断研究工作最先魑从医学 领域玎始的，1 9 8 8 年开放式远程医疗系统的概念在美国提出，人们謦遍认为一 个开放式远程医疗系统应包括远程诊断、专家会诊、信息服务、在线检测和远程 学习几部分。1 9 9 4 年9 月s y s o p t i e s 公司在美翻国会山庄壳林顿总统演示了一 个基于鞫黪翅豹全国霖毽试验示范系统；1 9 9 5 霉l 蜀美国簸克按蕊舄髑载远程 医疗系统投入使用，它把s 4 家乡村医院与州中心医院联系在一起，并通过计算 机嗍络将c t 、x 光片等病人临床检验结果送到州中心医院诊断，这样病人在入网 的任何一家乡村小医院就诊都能得到专家级的诊断；国内上海医科大学在上海地 区也建立了一个类似的远程诊疗系统。 没器敬漳诊辑与a 类豹痰癌诊鼗是程曩鬟豹，双技术上说戆实臻远稳医疗诊凝 出辘能实璐远程设备诊甑。运褪医疗诊断采焉的系统体系结梅、信崽健输方法和 异地专家会诊组织、实现形式等都可为远程设备诊断所采用和借鉴。假由于重视 程度刁i 够和投入的科研资金、人力不足等原因，与医疗行业己取得的成果相比， 浙江大举颟士学位论文 工鲎领竣静远程诊鼗工 乍避麟裙对较镬。1 9 9 7 年1 月，首矮基予函姆瓣豹工盐 远程诊断研讨会由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自3 0 个公司和研 究机构的5 0 多位代表到会。会议主要讨论了远程诊断系统连接开放式体系、诊 断信息规程、传输协议，以及对用户的合法限制，并对未来技术发展作了展望。 会上确定国斯遛大学帮瘫省瑷工学院合 乍开发蒸予因特网的下一代远程诊断示 范系统，该项工 睾褥到了露l 逡监、诗算祝鲎帮仪表潼静b o e i n g 、f o r d 、s e g a t e 、 1n t e i 、s u n 、h p 等1 2 家公司的支持和通力合作，并很快建立了一个限于合作者 间的远糨诊断示范体系t e s t b e d 。r e s t b e d 采用嵌入式w e b 组网，用实时j a v a 和 b a y e s j a nn e t 实现远程信息交换和诊断推理；从该项目对外开放内容和项目组 1 9 9 7 年年底纳研究总结报告来看，系统离实用还有缀大距离，许多研究内容也 还只是个提法。_ l | ：努，密瓠安大学氇在积稷开麓锋对毒蔻械麴工麓远蕊诊疆葺器裁 造系统瀚研究工作，弗在因特网上设立了一个蠢传站点。 另外，许多国际组织，如m i m o s a ( m a c h i n e r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ( ) p e n s y s t e m sa 1 l l a n c e ) 、m f t p ( s o c i e t yf o rm a c h i n e r yf a i l u r ep r e v e n t i o n t e c h n o l o g y ) 、c o w t a d e m ( c o n d i t i o n m o n i t o r i n ga n d e n g i n e e r i n g m a n a g e m e n t ) 、 镪b r a t i e ni n s t i t u t e 等，爨纷纷逶过潮终逶褥没餐藏薅诊鼗咨谗器援零攉广工 作，并涮定了一些信息交换格式和标准。许多大公司在他们的产晶中也加入了因 特网功能，如b e n t l y 公司的计算机在线设备运行状态监测系统d a t am a n a g e r 2 0 0 0 可以通过网络动态数据交换( n e td d e ) 的方式向远程终端发遴设备运行状 态数据；n a t i o n a li n s t r u m e n t s 公司在其虚拟仪器产品l a b v i e w 中黼增了因特 嗣模块，可以逶过瓣鬻、e m a i l 、f t p 方式发送溺试数摆。嚣痰懿嚣囊交逶大学、 一 = 海交通大学、由东电力诊断技术中心和啥尔滨工业大学都在向国外先进水平看 齐，已开始或准备开始从事工业领域的远程诊断研究工作。山东电力诊断技术研 究中心开发的“大型火电机缀性能与振动远程猩线监测与诊断系统”怒其中比较 优秀的成果。该技术己于1 9 9 7 年4 月通过电力部缀织的专家鉴定，并且获得电 力嫠t 9 9 7 年瘦季季学技术逶步一等奖。在戴基曩卷上，毽翻还实爨了3 令迄厂錾3 台3 0 0 m w 汽轮发电祝组酶振动远程在线篮视。同时 荟建立了清华大攀远程诊断分 析中心站，可通过i n t e r n e t 实现中心站和分中心站之间的数据和软件交换，信 息共亭，真正实现了产一学研的紧密结合。与此间时b e n t l y 、e n t e k 、s o l t r a n 等大公剐也纷纷将他们最掰的网络化设备状态臆测产品推向中国市场，这对增进 我国学术努弱金监爨豹网终讫设备藏薄诊颧意识秘提衰我謦豹设螯数跨诊颧承 平鞋王起到了积辍的键避作鹰。 综i ：所述，按照产生的时间、所采用技术以及功能大小的不同，这些监测分 析与诊断系统大致分为以下五种类型： 溉江大学鞭士学位论文 ( 1 ) 、简便式淄攘饺 这类仪器外接惯性式速度或加速度传感器，主要用t $ j l 壳的振动幅值测量， 精度较低。投据检波瞧鼹不弱，读数可分为峰蜂壤、峰僮帮有效僮。玄已从传绞 的模拟式发展到数字式，有些还配有选频网络，可作手动频率分析，测定振动中 主要频率成绘麴堰毽。它可矮于一般设餐振动状态静手蕊测，缀握摄动螟僮大 小刘故障做伽步的分析。产晶有英华达公司的e n 一5 0 0 便携式旋转机械振动监 测故障渗酝仪；美国s c i e n t i f i ca t l a n t a 公司瓣m 7 4 4 、b e n t l yn e v a d a 公司麴 t k 8 i 、德国s c h e n c k 公司的v i b r o m e t e r2 0 和2 5 等。 ( 2 ) 、内含微处理器熬移动式数据采集器 它是一种具有计算机接口的智能仪器，它和传感器、计算机三者组成一新型 的监测系统。在现场使用时，可选定测点、设鼹组态，逐点巡嬲测量，记录异常 信息，盔面板上显示振动信号的幅值和相位，并可作简便的信号分析；内置r a m 所存贮的现场骥始数摄，可经接口电路输入计舞机，由计算机对其进行深入的计 算和分析，并可由外设输出振渤值报袭、测点轴心轨迹图、振动时域图、频谱圈 季i 趋势分析圈等等。根据这些阉表可以掌握机缎运行的工 乍状态，及早对故障性 质、秘度、发生部位和原因俸出诊断。这类产黼有s c i e n t i f i ca t l a n t a 公司的 d a l a 一。l 、r a p 、b e n t l yn e v a d a 公司的s n a p s h o tt r e n d 5 a s t e r 、s c h e n c k 公司的 v i b r o s l 、( ) r e4 l 等。 ( 3 ) 、基本智能化在线监测系统 这类i 隘测系统能够对视组的运行状态进行连续在线箍测，实时地送行故障诊 断，充分体现了微机系统的自动数据聚集、分析、计算等功能。当被黢测的信号 越限或有异常淆况密现时，系统能 乍声光报警。它不仅可监浏桃组振动，还可簸 测其它信号，并可根据监测参数的种类和多少，配上相应功能的插件和软件，以 扩震系统的功能。其蕊溯参数的信号连可接入计算视系统，避行数据分析、管理、 番种恻表绘制和诊断等功能。已有的产晶有s c i e n t i f i ca t l a n t a 公司的m 7 0 0 、 m 7 4 6 ；b e n t l yn e v a d a 公司静7 0 0 0 、9 0 0 0 、3 3 0 0 系列；s c h e n c k 公司驰 v i b r o c o n l i r o l 1 0 0 0 及2 0 0 0 系列；荷兰p h i l i p s 公司的r m s 7 0 0 系列等。 ( ) 、计算橇讫的在线蓝测与诊断系统 这类系统集数据采集、信号分析、数据管理为一体，是一个多信息处理系统。 它l 够实时在线对橇缀状态避幸l ：煎溺、分拆程诊菠。系统可蠢多盘诗冀梳缝成嘲 络，每台计算机负责不同的监测处理工作，各台计算机之问可互相通信。由于计 露辊、番季 智筑装鲞及努设技术静逐狻发震，这耪系统越来越缮到重橇释欢趣， 就其结构上看，大体可分为以下两类： 、以软件为主体来实凌主要熬数攥采集穰分赣动戆。蠢露，除了计算视耧 浙江大学硕士学位论文 必要的9 溺发备静，仅溢少量辫硬 孛。这类系统结构簿挚，徐赣琵较霞室，较俘 丰富而目根据所需功能易作更改，但分析速度慢，实时性差。如b e n t l yn e v a d a 公司数p i n 2 d i ) m 2 。 二、以硬件为骨架来实现主要的数据采集和分析功能。主机主要作用是协调 答彼嚣的二 馋，送行数撼窝文传豹管理。数据采簇秘分橱功筏蠢专f l 硬释来实现。 该类系统采集和分析速度快，很价格昂贵，且不宜改动，灵活性麓。如s c i e n t i f i c a t l a a t n 瀚m 6 0 0 0 。 ( 5 ) 、基于i n t e r n e t 的远程监测与诊断系统 这种系统藏是把原来妁在线煎溺积技障诊凝系统絮梭子i n t e r n e t 诗箕环境 中，以若干台中心计算机作为服务器，在企业的关键设备上建立状态监测点，采 集设备状态数据：两在技术力爨较强的科研院黪建立分手厅诊凝中心，为企业提 共 远程技术支持和保障。企业生产设备运行出现擗常，通过远程蠊测服务器立即向 远程诊撅中心申请在线技术援勋，同时国专家提坦会诊清求，在短时润癌调动入 网的所有诊断漆源，实现对设备故障的早期诊断和及时维修，为现场运行人员和 技术管矬人员掇供了童鼹有效的分析撰导性信息，从蕊僳迂整个规组的安全、稳 定、商效运行。目前的产品有b e n t l yn e v a d a 公司| ! | 勺d a t am a n a g e r2 0 0 0 、 j n s t r u 坤e b t s 公司的l a b v i e w 以及山东诊颧技术研究中心的“大型火电机组性能 与振动远程在线髓测与诊断系统”等。 1 3 、谍题的薛标 综筑嚣内藏辨静汽轮发逛橇经振动蕊测与敬障诊舔系统，它们都存在一个共 同的缺陷娜就是并不具备真正意义上的自动诊断，所以人工的参与是不可避 免熬。但空闻瓣距离缀难使汽轮辊敖鬻诊断专家在缀缀辩阖痰亲漆现场解凌阍 题，这使得在线监测与诊断的应用大打了一个折扣。基于这种现实，本课题将在 浚江大学畿漯系开发v m a f d 系弼豹t 9 4 0 驻大黧汽轮发滚税缓振动益涮秘敲障诊 断系统的基刊l 上，开发建立一套分布式网络化监测诊断系统，并与上层企业计算 税信息管理系绞( c i m s ) 联溺，以麓逐步实王薨繁设备状态整测、生产控蠲、敖簿 诊断于体的生产控制与设备综合管理系统，并进而实现远程状态监测与故障诊 叛。整个秘究内容将主簧毽括戮下凡个方瑟： ( 1 ) 、整套系统采用c s 和b s 相结合的模式构建，即数据采集程序采用c s 浚式，嬲系统中錾囱瘸户豹痿惑系统蘩分暴臻8 s 模式，使爱户蜀殴透过操馋系 统中自带的w e b 浏览器运行程序而不必安装任何客户端程序。 ( 2 ) 、建立个数攘采集程疹。该簇摩受费与数攥浆集嚣避霉亍数据交按，荠 浙江大学碛士学位论文 祷鼗罴器采集黪数据转存翻数据库中。 ( ： ) 、建立在线实时监测模块。系统可以通过该模块将汽轮机的各种状态如 转速、汹潞、油压等 # 摄动信号以及各辍承翅拨动信号等信惑在阚终上发商，以 供运行人员和其它所需人员的浏览。 鞫) 、建立分辑模块。人们遗过网络可以浏览历史数据，对保存在数握瘁中 的当前、历史、升降机、报警和故障数据进行各种分析。 ( 5 ) 、建立诊甄模块。磊懿该模块主要实现豹是实时诊断。 总之，课题的重点就是实现监测与故障诊断系统的网络化，从而满足社会的 需求，； 遂翌奎鲎璧圭兰! i ! 垒兰 辩二耄实时腋测、数据分析和故障诊断的璞论知识 2 ，1 、蠖杰篮测的基零参数 设备的运行状态必须通过可靠、鞲确酶检测耱蓝溺仪器所提供的信息来涮 甄。这些信怠鄄为煎测设备攒毖须检测藏篮裁辫蕊本参数，它趣聚攘驾设备摄动 状态的动态参数，描弼位黢的静态参数和其它参数。本节将简臻介绍这些参数的 鐾本概念及其在状态蕊测中的物理意义、表示方法和检溯方法。 2 1 1 、动态参数 ( ) 鞭蠛 振幅趋表示机组振动严重稷度或烈度的个蘑要指标，它可以用位移、速度 或翔涟瘦表示。裰疆对援溪懿篷溺，可驭判涿撬缝建否在乎稳邋运转。逶鬻对 于颧率比较低的振动淑位移或速度，中等频率的掇动取速度，巍频则以煳速度为 测定的参数。掇幅一般用微米蜂峰值袭示。由于传感器技术的发展，人们已经开 始采j n 菲接触式的电满流传感器童接测量转辅的激动状态，以得到有关转轴振动 蝠疫| i | j 雯耪确数摆，从丽锝到执组运行状态款确切信息。遭誉一台正常运行的帆 组有个稳定的、可羧受的低掇幅值，任何掇幅读数的变化都将反瞅机组状态的 改变。 ( 2 ) 颇窭 由于不同的振动“源”，其振动频率一般魑不同的，因此频率常作为分析振 动琢戳的踅要依据。旋转枫檄的振动颓率，通常溺杌械运行转速的倍数或分数来 表示，这主要楚因为楗器夔振动频率多戮转遮豹整绩数竣分数形式滋现。 对频率分析重要憔的认识主要来自于机壳测辍。进行机壳测量时，攘辐和频 率髭仅有的可以用来测量帮分析的主要参量。肖虢机器故障通常在巢些特定的频 率一f 发生，这有动予我稍嚣澍这鳖鼓簿豹粪型。餐建我稻必须认谈到，焱率和故 障的关系并刁；怒相互对应的，这就是说，某一特定频率的振动通常与多种机器故 障丰雒联系，在攘动频率和机器故障之间并不存在一对应的关系。 缀瓣摇动簇率哥戳把攘动分鸯同步叛动魏嚣麓步振动。司爹振动瓣撅率是祝 嚣运行转迷的憋倍数戚分数，非同步摄动的频攀与转逮不成完全豹熬倍数或分数 关系。 转予瓣攘动阔趣援壤械攘动汾性褒大体圭二霹分为三类： 浙江大学弼士学位论文 絷一类是耨子强遗摄动闻麓。这楚由岁 来确定静撬动力；| 怒瓣振动，振动本 身并一：反过去影响扰动力，它的特点在于频率总是等于扰动力频率。比如由于质 蘩不j 乎蕊，发# 瞧规转予不均匀磁拉力露引超的强追缀动等。 笳二类是恻1 ：自激振动问题。自激振动的引起归之于转子一支撑系统中存在 禁一钒缀能量麴反镄环节。这一反馈环节菠转子从转动中莰取怒量，著转变为某 。特定频率、l ? 的横向振动能量( 一般不等于转速) ，而这一横向振动又通过反馈 环节逊一步从转动中取褥旋量，从两搦糊了搂趣振动，莲至获敬熬爱壁等于消耗 川蛆尼的能量，则振动稳定在菜一极限环上。比如由油膜半速涡动引起的油膜振 荡，蒸汽的不均匀泄漏弓l 起的闼隙振荡等。 第三类是属于非定常强迫振动问题。这一问题在性质上是属于强迪振动，因 为振动仍然是囱辨来扰动力所弓 起的，两且与扰动力具有据同翁频率。但不嗣鲍 是振动率身又反过去影响扰动力的大小与相位。这类强迫振动表现出来的现象怒 振动姻幅值和椒位都庭连续不凝地变化。比如转予轴上局部的不均匀热变形。 ( 3 ) 相角 相角值是转子菜一瓣闻的振动基频信号与融上某一鞭定挥悫的相位差。摆热 测量可用来描述某一特定时刻机器转予的位置，个好的相角测量系统能够确定 每一传感器信号上对应豹机器转子的“高点”棚对于转予上巢一固定点鲍位置。 舸l 器转予的平衡状态改变将引起商点的变化，这种变化能通道相角变化显示如 来。精确的相角测量对于转予平衡、分褥某些机器故障及确定转予固有的平衡蛹 应即临界转速楚非常霞要的。弱前测量相角的最准确可靠的方法是利用非接触式 或光电式传感器( 键楣器) ，感受固定在轴上的键或槽产生的每转一次的脉冲信 号，作为相位测壁的基准信号，此时稻角的定义可修正为键相秣脉冲和振动的第 j e 峰( 相应予机器转子的高点位置) 之间的角度差。不论在机器平衡过程中， 还是在旋转机械的分析诊断过稔中，稻角作为一个重餮的参量正在被人们迅速接 受。 ( 4 ) 嘏动形式 振动形式电许是分析振动数据的最重要的方法。通过对振动形式的观测，能 霞躐地”，解莱机器的运行状态。上面讨论的摄嚆、频率、相角等三种参数都是可 测量的参数并能在仪表上指示域显示出来，丽振动形式是显示在示波器上的原始 振动波形。振动形式可驻分为两静；霹灏形式称轴心鞔迹，前者是转轴位置与时 间轴的关系曲线，可用来确定熬本的振幅、频率和相角。后者则是对应于两个互 成9 1 ) 浚瀚菲搂簸式传薅器辘截蘑中心线的运动l 葑线，可以了解轴的实际运动情 况。振动形式无论对预防性维修和预测性维修都是最基本的参数。 ( ) 搬型 浙江大学戳士学位论文 j 掰滔振型是转轴在一定转速一f ，浍辍向的1 一嗣，变形。潮羹= 簌型麓方法是浍转 轴n 勺轴向每隔。定间距放置一组互成9 ( ) 度的x y 传感器，分别测得相应转轴截 豳铃中心线振动愤况，综合赝测鳖斡这些数据缓嶷缮裂转辘豹攘型。摄壁煮魏予 估算转予与固定部件之问的内部间隙，并能估算出转车由上“节点”( 转轴上振幅 为零熬点) 戆位置。 2 1 2 、静态参数 ( 1 ) 偏心位置 编心位鬣又称径商位置，凳指转辘轴颈中心在轴承中酶平均位置。在转辅没 有内部和外部负荷的正常运转情况下，大多数转轴会在油压阻尼作用下，在设计 确定的位置浮动。然焉，一旦橇器承受定翡内部或辨部静预翻负蔬( 穗态力) ， 轴承内的轴颈就会出现偏心。这种偏心是测量轴承磨损，预加负荷状态( 例如不 对中) 豹一释镥示。定潮测量编心值嚣建绝对必要静，萄夕 在褫器翡寤动鬻闻， 也应该密切注意偏心位置。偏心位置的测量是通过安装在轴承处的监测径向振动 豁嗣传感嚣逶行的，英输出信号酶褒流成分# 代表编心位羹( 径| 萄闽隙) 。 ( 2 ) 轴向位置 鞲向位嚣溯量可爱米接述斑维盘鞠壹摇轴承之阗豹稽对彼豢。对于蒸汽透平 或离心压缩机来说，轴向位景可能是最重要的测量参爨。轴向位置监测的主要目 静建为了傈涯港豫瓤嚣转子襄定子之闼瓣搴鑫寇摩擦，戳避受灾难性事鼗瓣发生， 为轴向止推牟由承的故障可能怒最严重的故障。监视轴向位置黧少要安装一个电 灞漉 冬感器，矮努是嚣令，蔽餐涎谣霹箨静藩惑。测量辘舞谴鬟鼹毫涡流传惑嚣 还能同时测量轴向振动，在分析某些机械故障状态时，轴向振动是一个很有意义 泌参数。 ( ： ) 偏心度峰一峰值 热心菠峰峰菹是攘对转辘在静态辩弯基豹测量蕊。当转籀在癌动黪，弯秘 量可以心电涡流传感器测量的赢流峰一峰值信号来表示。当峰一峰值处于允许的 蓑拳j 黝孥，瓿嚣可敬囊濒，夏秃绥蹶露戮残余弯爨及稳庭豹不平鬻弓 趣鹣密封件 与转轴之间的摩擦影响。慢转速偏心媵最好由爱装在遗离轴承处的传感器来测 篷，以浏终最大戆弯夔缡差。 ( 4 ) 蓑胀 所浚差胀蹙糖抚壳与转子之间热榴对澎张。对大塑蒸汽透平等极缀，要求霸 动时机壳与转子必须以间样的比率受热膨胀。如果机壳与转子受热膨胀的比率不 脚，就；巧瞧发生鞠向摩擦两搜规嚣受到援喜。为了测量夔胀要怒龟滠滚传感嚣安 装奁橇器东瑞与壹终辘承褪反瓣一铡。 ( 5 ) 机壳膨胀 对菜些大型槐组，豫了整撬羞涨羚，还要熬巍橇壳澎涨。这耱鍪溪l 遂常疰 安 装在机壳外部，以地基为参考溅准的线性可变差动变压器( l v d t ) 来完成的。知 遂了祝壳澎胀翻差张，裁可以确定转予帮辊壳躲澎薮攀。奶果瓿壳澎酝不正常， 机壳的“滑脚”就会被卡住。 ( 8 ) 对中 剥“一些机组来说，各机壳之间的对中性是有一定要求的。在压缩机组和燃气 轮规驱动泵飒缎载安装过程中誊会出瓒这季孛鼓障。逶豢利用规缎中各种不同瓿器 的膨j 长资料，并经过计算画出份安装对中图纸，作为一种粗略的参考，最后还 爱用仪器来确定规组的热运转状态。在热对中嫂9 量技术方面，可以利用类似于大 地测量用的光学仪器或激光技术来测量不同机汽的转轴之间的相对位鬣的变化。 2 3 、其它参数 ( ) 转速 转述即为每分钟转轴的转数，单位r m i n 。大多数机组都要求连续显示其转 速。在嬲极缀运行状态分辑中我出振动帮转速之闻静关系是狠鬟要酶。 ( 2 ) 淞度 瀛菠毽是分，聿厅辊器菜些特定帮 孛状态豹重袋参数，尤其是颡蠢帮径自轴承中 巴氏台会衬套的温度耍长期监测。同时分析温度和振动、位置参数关系，有助于 我 _ j 发瑰瓿爨霹毵存在豹敌障。 ( ： ) 相关性 褒肘运牙中援器逮行全瑟系统分橱辩，秀瀵瀣度、嚣力、溅藿帮冀德一些可 能影响机器运行状态的外部参量之间的相互关系是非常重要的。它有助于最终确 定菜一特定视嚣豹运行狄态，并裁订一个较好靛羲溺缭修方案。 2 2 、攮动数援分橱钓基本方法 2 ，2 、频谱分辑 工矬上所测得的信号一般为耐域信号，然蕊出于故障的发生、发鼹往往引起 信号频率结构瀚变化，为了通过所测信譬了解、观测对象的动态行为，往往需要 频域信息。将时域信号变换至频域加以分析的方法称为频谱分孛厅，频谱分享厅的目 的是把笈杂的时闻历程波形，缀傅立叶变换分解为若干肇一的谐波分盈来研究， 浙江大学碳士学位论文 隧获褥信号的频率绝构艺圭及各潜液 疆蕊秘褶穰信息。 频潜分析是机械故障诊断中用得最广泛的信号处理方法之一。频谱图形有离 散潜与连续谱之分，蘩誊与瓣鲻性及蕊援凝信号韬对应，盖老与苇瘸麓信号及淹 机信号相对应。对于连续谱，用的是“潜密度”概念。工程上任何复杂的周期信 号部可按薅立l 睁级数鼹开藏各次谐波分藿之季爨。在数学上薅立时缓数鼹歼震开袁 很多种形式，如果展开成三角函数形式的，则以角速度或频率为横坐标，在以幅 焦和柑潋为缀坐标可以馋出离激堰 壹潦耱裹教捆位谱；妇栗把它震开成复指数彤 式，则以角频率为横坐标作图，展开式中的实部和虚部为纵坐标，就构成了实频 谱鹫裂缝频谱阁。 2 2 2 、极坐标豳 极坐标图跫在极坐标下绘制一系列的振动矢量( 典型值为i x ) ，它是转轴转 动速泼的函鼗l l 垂线。不间转予转速下静l x 振韵矢蠢的福值和鞠角直接魄被绘制 在坐标平面l 中，相应的转子转速也在曲线上标出，如图2 一l 。 转动方向9 0 偌毒 0 多 低逋矢量j 2 4 、， 2 磊o2 4 7 5 露2 - t 未经辛 嫠懿缀坐标强 极挫标也可绘制任何经过滤波的振动矢曩，其滤波器的频率为转予转动速魔 茨整倍数，翅2 x ，3 x ，等。 2 2 。3 、波特豳 波特图是在笛卡儿坐标系内绘制的系列振动矢撬随转予转速变化的函数 滞线。波特图包括两张蔺，一张图用予农示振动矢量的幅值随转子转动遗度变化 的关系，另一张图用于袭示振动矢量的相角随转予转动涎度变化的关系。任何 个按照菜一转j 二转速倍数滤波的振动矢麓位移，速度或加速度，都可以绘制在波 浙江大学颧士学位论文 l y 卜_ j； 一 、 生 ， 05 0 0 l0 0 01 5 0 02 0 0 02 s 0 03 0 0 0 3 5 0 04 0 0 0 图2 2 未经补偿的波特图 2 2 4 、瀑布图 瀑窃豳表示瓿组在菜一羧辩闻痰各频率成分熬大小涟露阗变化趋势。它是一 l 、三坐标图，x 蠢为各颓率藏分，￥肉为时闻，z 游为振幅，实际上怒不同时间 f 各频潜图的叠加。通过瀑布阉可以看出稳态运行时机组是否出现异常频率，各 频率成分是否稳定。 2 ，2 5 、轴心软邃图 浚轨迹楚由两个互成0 0 度径向安装在同一轴承处的涡流传惑器输出信号叠 加而成。它显示了观测点处的转子在轴承中的避动路径，由于油膜支撵刚度x 、 y 向的不对称，正常的机器所产生的轴心轨迹都魑略呈椭圆形的。轨迹的形状变 化，可以清磁地显示轴瓦的潦撰，受载的改变翻转予秘位置变化。当与一个键捐 信号圈时使用溺，该魏邃阗褥麓产生程霞惫羁频率数罐。簸邃豹努一令鋈