（热能工程专业论文）基于bs模式的机组远程振动监测与故障诊断系统研究.pdf

= f 揖北电力大学硕士学位论文 摘要 汽轮发电机组搬渤监测与故障诊断怒保障机组安全运行的重要手段之一。基于 互联网技术实现机组远程振动煅测与故障诊断十分必要。分析研究了机组远程振动 麓测与敲障诊断技术：努辑讨论了浏菱褥，缀务器( 黝s ) 模式与客户瓿髑瑟务器( a s ) 模 式技术特点以及在b i s 模式中采用j a v a 技术的优点；研究了b p 神缀网络与丽向对 象技术橱结会橡建瓿缀振动故障渗叛享串经网络系统瓣技术方法；研突了捉缱援凌频 谱征兆的自动提取方法；采用b ，s 模式开发了机组远程振动监测与故障诊断系统， 给出了系统结构组成、功能模块以及服务器和客户端设计和实现方法。解决了网站 秀笈，骚务器蠢客户蠊逶谖，簸涮鎏影无逡繇鼷掰，稳建散簿诊鬻静经网络系统， 实现基于频谱征兆远程故障诊断等问题。该系统现场应用效果良好。 关键谲：汽轮发电税组，远程，b s 模式，振动滚测，故障诊断 i ti sv e r yi m p o r t a n tt om o n i t o rv i b r a t i o na n dd i a g n o s ef a u l tf o rt h eo p e r a t i n gs a f e t y o ft u r b i n e - g e n e r a t o r i ti sn e c e s s a r yt om o n i t o rv i b r a t i o na n dd i a g n o s ef a u l tb a s e do n i n t e r n e t ，t h er e m o t ev i b r a t i o nm o n i t o r i n ga n df a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g yi s a n a l y z e d t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nb r o w s e r s e r v e r ( b s ) m o d ea n dc l i e n t s e r v e r ( c s ) m o d ei s d i s c u s s e d ，t h e r ea r em a n ya d v a n t a g e so fj a v at e c h n o l o g yi n b sm o d e c o m b i n i n gb p n e u t r a ln e t w o r kw i t ho b j e c t o r i e n t e dp a r a d i g m ( o o p ) ，t h ei n t e l l i g e n tv i b r a t i o nf a u l t d i a g n o s i sn e u t r a ln e t w o r ks y s t e mi sb u i l t a u t o m a t i co b t a i n i n gm e t h o do fv i b r a t i o n s p e c t r u ms y m p t o mo ft u r b i n e - g e n e r a t o ri sp r e s e n t e d u s i n gj a v a ，ar e m o t es y s t e mo f v i b r a t i o nm o n i t o r i n ga n df a u l t d i a g n o s i sf o rt u r b i n e g e n e r a t o rb a s e do nb sm o d ei s d e v e l o p e d 。t h es y s t e mc o n f i g u r a t i o n ，f u n c t i o nm o d u l e sa n dw e bd e s i g nm e t h o da r e d e s c r i b e d t h eq u e s t i o n so fw e b - s i t ed e v e l o p m e n t ，c o m m u n i c a t i o nb e t w e e ns e r v e ra n d c l i e n t ，t h en o n f l a s hr e f r e s h m e n ti nm o n i t o r i n gi n t e r f a c e ，b u i l d i n gt h ei n t e l l i g e n t v i b r a t i o nf a u l td i a g n o s i sn e u t r a ln e t w o r ks y s t e m ，a n dr e m o t ei n t e l l i g e n td i a g n o s i sb a s e d o ns p e c t r u ms y m p t o ma r es o l v e d i ti sp r o v e dt h a tt h es y s t e mi sv e r ya v a i l a b l ea n du s e f u l i ns e v e r a lp o w e r p l a n t s 。 l ih o n g ( t h e r m a lp o w e r e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f 。h eq i n g k e yw o r d s ：t u r b i n e - g e n e r m o lw e b ，b sm o d e ，v i b r a t i o nm o n i t o r , f a u l td i a g n o s i s l = f 揖北电力大学硕士学位论文 摘要 汽轮发电机组搬渤监测与故障诊断怒保障机组安全运行的重要手段之一。基于 互联网技术实现机组远程振动煅测与故障诊断十分必要。分析研究了机组远程振动 麓测与敲障诊断技术：努辑讨论了浏菱褥，缀务器( 黝s ) 模式与客户瓿髑瑟务器( a s ) 模 式技术特点以及在b i s 模式中采用j a v a 技术的优点；研究了b p 神缀网络与丽向对 象技术橱结会橡建瓿缀振动故障渗叛享串经网络系统瓣技术方法；研突了捉缱援凌频 谱征兆的自动提取方法；采用b ，s 模式开发了机组远程振动监测与故障诊断系统， 给出了系统结构组成、功能模块以及服务器和客户端设计和实现方法。解决了网站 秀笈，骚务器蠢客户蠊逶谖，簸涮鎏影无逡繇鼷掰，稳建散簿诊鬻静经网络系统， 实现基于频谱征兆远程故障诊断等问题。该系统现场应用效果良好。 关键谲：汽轮发电税组，远程，b s 模式，振动滚测，故障诊断 i ti sv e r yi m p o r t a n tt om o n i t o rv i b r a t i o na n dd i a g n o s ef a u l tf o rt h eo p e r a t i n gs a f e t y o ft u r b i n e - g e n e r a t o r i ti sn e c e s s a r yt om o n i t o rv i b r a t i o na n dd i a g n o s ef a u l tb a s e do n i n t e r n e t ，t h er e m o t ev i b r a t i o nm o n i t o r i n ga n df a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g yi s a n a l y z e d t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nb r o w s e r s e r v e r ( b s ) m o d ea n dc l i e n t s e r v e r ( c s ) m o d ei s d i s c u s s e d ，t h e r ea r em a n ya d v a n t a g e so fj a v at e c h n o l o g yi n b sm o d e c o m b i n i n gb p n e u t r a ln e t w o r kw i t ho b j e c t o r i e n t e dp a r a d i g m ( o o p ) ，t h ei n t e l l i g e n tv i b r a t i o nf a u l t d i a g n o s i sn e u t r a ln e t w o r ks y s t e mi sb u i l t a u t o m a t i co b t a i n i n gm e t h o do fv i b r a t i o n s p e c t r u ms y m p t o mo ft u r b i n e - g e n e r a t o ri sp r e s e n t e d u s i n gj a v a ，ar e m o t es y s t e mo f v i b r a t i o nm o n i t o r i n ga n df a u l t d i a g n o s i sf o rt u r b i n e g e n e r a t o rb a s e do nb sm o d ei s d e v e l o p e d 。t h es y s t e mc o n f i g u r a t i o n ，f u n c t i o nm o d u l e sa n dw e bd e s i g nm e t h o da r e d e s c r i b e d t h eq u e s t i o n so fw e b - s i t ed e v e l o p m e n t ，c o m m u n i c a t i o nb e t w e e ns e r v e ra n d c l i e n t ，t h en o n f l a s hr e f r e s h m e n ti nm o n i t o r i n gi n t e r f a c e ，b u i l d i n gt h ei n t e l l i g e n t v i b r a t i o nf a u l td i a g n o s i sn e u t r a ln e t w o r ks y s t e m ，a n dr e m o t ei n t e l l i g e n td i a g n o s i sb a s e d o ns p e c t r u ms y m p t o ma r es o l v e d i ti sp r o v e dt h a tt h es y s t e mi sv e r ya v a i l a b l ea n du s e f u l i ns e v e r a lp o w e r p l a n t s 。 l ih o n g ( t h e r m a lp o w e r e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f 。h eq i n g k e yw o r d s ：t u r b i n e - g e n e r m o lw e b ，b sm o d e ，v i b r a t i o nm o n i t o r , f a u l td i a g n o s i s l 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于b s 模式的机组远程振动监测与 故障诊断系统研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指释下进行的 研究工髂和取褥鲍磺究成果。攥本人蹰知，除了文中特舅) j d n 以撂注秘致谢之处终，论文 中不包含其他人已经发表成撰弼过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育视构静学位或证书雨使用过的材料。与我一两工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了暇确的说明著表示了谢意。 学位论文作者签名：之叁! ! 日期：塑堑! 王! 关于学位论文使用授权的说明 本人宠全了解鼙j 毫力大学有关僳蟹、使焉学位论文韵规定，郎；学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印传；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 墨瓣，复铡赠送襄交羧学悠论文：同意学校哥戳耀不两方式在不瓣媒髂上发裘、传播学 位论文的全部绒部分内容。 ( 涉密的学位论文在勰密题遵守此规定) 乍考签名：尘兰导爨签名： 强期：立壁蔓立加 日 期：趔。墨里 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景和意义 第一耄绪论 随着电力工业的迅猛发展，发电机缀日益增多，机组容垦也在不断增大，保障 机组的安全运行极为蘧要。汽轮发电机缀是电力工业生产的关键设备，一旦发生故 障将带来萎大的经济损失。嚣肉努发生过多莛嚣设备敌障褥导致静爆炸、断襞、餐 塌、泄漏等恶性事故，这些灾难性事故不但造成了巨大的缀济损失，而且导致了很 大的人员伤亡和环境污染，在睾会上弓l 起了强烈的反响。翔1 9 7 2 年墨本关嚣毫力 公司南海怠厂3 号6 0 0 m w 汽轮发电枫缀因振动弓l 起严重豹断轴毁机事件。1 9 8 5 年 我国大同电厂和1 9 8 8 年我国秦岭电厂的2 0 0 m w 汽轮发电机组的严重断轴毁机事 馋，熬造黢了巨大懿经济豢失。嚣茂臻谖莰缝设务静安全稳定运行，漓豫事敖，是 十分迫切的问题。这客观形势促使了状态监测与故障诊断这门新的技术学科的诞 生润兴起，其根本宗黠就是要运用当代切科技新成就去发现设备的隐患，以麓对 设备事敌骆患于来然，扶雨减少故障停概率，延长设备检修周期，大幅降低维修费 用，缩短维修时间，极大地提黼社会和疑济效益。 状态鉴涎与教跨诊叛( c o n d i t i o nm o n i t o r i n ga n df a u l t sd i a g n o s i s ) 1 】篷含辩方瑟 的内容：一怒对设备的运行状态进行监测；二是在发现异常后对设备的故障进行分 析、诊断，鼹然这两错是不可分割的。“设备故障诊断”概念形成于近4 0 年，特别是 “茭蕃辍穰键滚蓝溺缀缓与获态滚测秘会( u 。k m h m g c m a ) ”主精橱兰辩黪博士 ( r a c o l l a c o t t ) 于1 9 7 8 年出版“机械故障诊断与状悫监测( m e c h a n i c a lf a u l t d i a g n o s i sa n dc o n d i t i o nm o n i t o r i n 蛰书以后，才为国际= 程赛赝接受并缀快转疆 开寐。 近年来，随着计算机技术和互联网技术的快速发展和广泛应用，对设备振动监 淡诊断系绞瞧提出了雯离戆要袋，基予夏联瓣技术静援缝远程振动黧灏诊瑟系统开 始得到发展与应用【厶3 1 。因此，构建一套旗于i n t e r n e t 的机缎远程振动监测分析与故 障诊断系统鼹有深远懑义。 ( 1 ) 金渡一方面可以通过溯览器在绫篮测设餐的运行情况，另一方砸可以在异 地申请协作专家对设备故障进行会诊，这样可以大大提高诊断的正确性，从而解决 爨薅诊颤系绞貔不是。 ( 2 ) 可以大范围共享诊断资源。诊断知识与诊断数据可以方便地得到交流和扩 充；科研院所和生产企业可以进行技术合作，企业可利用诊叛协作慰对企业技术人 员避行臻谢，辩磅藏掰可藉嗣诊鼗漭中# 黼获褥设备运芎亍静第一手资料；系统麓袋现 华j e 电力大学琰士学能论文 对关键设备遗程监控髑管瑷，为设镰静安全运行掩供可靠翡技术像蹲。 ( 3 ) i n t e r n e t i n t r a n e t 其商互通性，远程状态监测与诊断可在大剿因特网小到几台 p c 枫鸵金城局域网上实现，便于技术的普及积搬广。 黧忿，不论是飘理论技术出发，还是扶蜜舔斑用出发，研究蒸于溺络的机缱遁 程振动燕淤与诊叛系绞鄙其蠢裴零整要的蠛寨意义和发震藏景。 1 2 机组状态监测与故障诊断技术 晕在二十世纪5 0 年代以前，人们遗露采用原始浆裣溅手段，凭借经验处理设 备酌缀麓阍怒，秘鲡捌小穗敲击或溺细长探钟抵程梳器某鄢位，以耳朵断声来瓢断 机器工作怒鞭正常。5 0 年代后期，内于非接触传感器和其它传感器技术的发展，人 翻开鲶7 各秘硷溅方注、捻灞仪嚣、敬障辍溪、诊新理论_ 鹈方法簿方面豹研究l 篓。 从6 0 年代中期开始，人们认识到了发展故障诊断技术的重瓣性和迫切性，因 嚣袋褥数障诊薮逐途发震越来，势囊在鞠警广泛的镁域，黧石亿，冶金餐流程王魏 中得到了应用。与此间时，计算机张电予技术的大发展，快速傅立时变换冀法的出 瑷，懿僖譬分辑技术瓢硬 串强软箨都雍彝新靛承平。设备系统秘产品零襻豹可靠穗 工程的发展以及对零件失效机理的研究等等，都襁硬件和软件两个方面极大地推幼 了设务渗鞭技术熬发襞。瞧是最耋婺戆愿毅还是醚蓠工数生产秘瓣学技本瓣发嚣， 人们把枫械设备的可靠性、w 用性、可维修性、经济性与安全性要求都提到了一个 裁懿麓度 “。 到了7 0 年代，已开始采用各种固定安装的黻视仪和便携式仪器对设备运行状 援进搀监测秘分孝厅，劳开始嶷现了蹲没蚕零部馋瓣诊叛。7 0 年代露聚，多参量综会 监测与故障诊断系统的研制已达到工程应用阶段，计算机技术也开始喜接应用在离 线分攒期长期连续监视及故蹲诊叛中瑚。 8 0 年代潋来，酗内外都投入大鬣入力物力歼笈设备状态髓测与故障诊断系统。 美国b e n t t y 公司是专竣旋转辍撼振动夔溅系绞蓦嚣究、开发、生产、链簧联羧务豹专 业公司。其主导产晶是旋转机械振动监测与故障诊断系统，推出了a d r ef o r w i n d o w s 系统。a d r e 主要还是用于旋转枫械状恣渡测与分枥，诊断功黢还毒待掇 高一。j 。r a d i a l 公司予1 9 8 7 年开发的汽轮发电枫缀振动诊断专家系统( n 俺o m a c l ， 在建立逻辑觏剩鲍基础上，设有表缝振动过程各游藏分与葵霹熬救障滚之霹关系瓣 概率数掇，其搜集知识的予系统具有入一机对话形式。该系统古肖9 0 0 条知识规则， 有很大的库容。美国鳆崖电气公司和卡内基一梅隆大学合作研制的汽轮发瞧规在线 诊断专家系统a i d 予1 9 8 4 年在德巍萨斯州达拉新附近的发电厂投入使用，对三个 电，共七台大型发电机( 其中6 4 5 m w 机组四台，8 3 5 m w 孝几缀三台) 进行在线监测积 渗甄驿l 。葵它已羧入嫠瘸懿燕鍪状态箍溅与渗断系统包括：鞴本三菱重工豹m h m ， 华北电力大学硕士学位论文 系统1 7 l ；霜立公司在1 9 8 2 年开发麴汽轮极海会诊颧装霪h i d i c 一0 8 e ；美国 s c i e n t i f i c a t l a n 搬公司的m 6 0 0 0 ，m 8 0 0 0 系统；美国e n t e k - i r d 公镯推出的 e n t r x 系统：法国电力部门饵d e ) 开发的专家系统p s a d 及其d 1 - v a 子系统等。另外， 瑞士a b b 公司、德国鼹门子公司、丹麦b & k 公司等都开发如了各自的诊断系统。 我嚣凌教漳诊鼗技术方瑟兹疆炎经掰了秀个除葭。第一除段是获7 0 年代寒弱 8 0 年代初，在这个阶段内主要是吸收国外先进技术，并对一魑故障机理和诊断方法 开展研究；第二阶段怒从8 0 年代初期到现在，在这一阶段，全方位开展了机械设 荟静教障诊凝毅理论及应蠲豹研究王织，弓l 入人工磐戆等先逡技术，大大攘凌了诊 断系统豹研究和实施，取得了丰硕的研究成聚 5 8 j 。现在，国内从事机组农线监测和 故障诊断研究的主要怒高校、研究所、制造厂和电厂，虽然起步较晚，似已经取得 了一定的科研成果，开发了一些在线监测和故障诊断系统并投入现场运行。侧如， 上海发毫竣备成套莰谤磅究所在嚣家“六五”、“屯五”、“八玉”瓣阉簸事旋转筑棱获 态监测与诊断技术的研究，获机电部二等奖，研究装置在电厂得到了较好的应用。 哈尔滨工业大学振动工程中心1 9 8 3 年以来与其他兄弟院校一起，连续承担了国家 “六五”、“七五”、“，纛”重点攻关壤霹中有关大鍪麓转瓿壤敬薅渗甄按零窝装置戆 研究课题，开发出多套器种类型的故障诊断系统。哈尔滨电工仪表研究所和清华大 学等单位联合研制了z h x 1 0 型2 0 0 m w 汽轮发电机组状态监测分析及敞障诊断系 统。 1 3 机组远程状态监测与故障诊断技术 1 3 1 国铃发震凝凌 9 0 年代以来，在两方先进工业阑家，几乎所有重要的大中型汽轮发电机组都配 备了振动煅测分析与诊断装置，而凰产品正在不断地更新发殿。目前的状态监测与 敖簿诊凝按零，已经形成一门甄煮簸簿壤瑾、识麓方法、薅浚菠豢磅究，又毫褒我 监测仪器与诊断系统，工程应用性强，技术背景牢固，且与互联网技术发腠密切相 关的一门现代新兴的学科。 b e n t l y 公司在他们的产品中也搬入了i n t e m e t 功能，磺究开发浆在线设餐运行 凌态箍浏系统d a t am a n a g e r2 0 0 0 可以遥过两络动惫数据交换( n e td d e ) 的方式向远 程故障终端发送设备逡行状态【9 1 。麓国密西根大学( u n i v e r s i t yo fm i c h i g a na ta n n a r b o r ) 积极开展了机械加工的远程故障诊断和制造系统於研究工 乍，并祁 u w m ( u n i v e r s i t yo fw i s c o n s i na tm i l w a u k e e ) 台佟，建立了餐麓维露中，0i m s ( c e n t e r f o ri n t e l l i g e n tm a i n t e n a n c es y s t e m s ) 。i m s 中心的目标是研究开发无线通讯和基于 w e b 的预测维修技术，通过现代故障诊断技术使企业用户的生产设备尽可能达到零 3 华j 电力火学骚士学位论文 故障率。该中心目前正在开发用于译供设备失效的智能颓警和事努决策支持系统。 诲多鬣鼯组缀，魏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 to p e ns y s t e m a l l i a n c e ) 、v i b r a t i o ni n s t i t u t e 等，媳纷纷邈过网络进行设备故障诊断咨询和披术推 广工悖，并制定了一些缤惑交换辏式程撂准【销。 1 3 。2 翟内发展状况 9 0 霉 弋蔽慕，蘸痰诲多秘礤魏掰瞧都雀瀵行送程麓渊放障诊鞭静疆究辩开发工 作，并向圈外先进水平着济。山东电力科学研究所和清牮大学等单位在1 9 9 7 年共 圈开发黪“大型汽耱发毫撬缀远程奁线强麓薤溅与诊聚阙终系绫”，逶过秘终方式褥 缝坊发憩厂、石骥教态厂、娜县发嘏厂鹩振动数据传输刻山东电力科学研究院远程 诊断中心，并通过中心站对搬动数搬进行诊断；话安热工研究所歼发了“z j z 1 型汽 耱发奄税缀援臻麓测与诊懿专家系统”；漂粪秘为蜜豹s 8 0 0 0 系绫，在i n t e r n e t 上 建立了设餐信息远程监测巾心，为石纯、冶金嗣憩力系统醣相关枫组建立了实时监 控系统；鼹安交邋大学r m d s 系绕；羲痰大学鹈d m s s 9 系鲮；郑鲻大学鹈 m m d s 2 0 0 0 在他工季亍业瘦麓较多：趱j e 工业大学的m d 3 9 0 5 系统，在石油化工行业 疲糟较多；北京英i i 拇达公罚的e n 8 0 0 0 系统往魄力彳亍业皮碍鞍为广泛 1 0 】；系南大学 瓣藏已建立了火电桃缝的邈稷诊断中一良，实现了瑗场数攥采集、鹚终簧竣数据、状 态撩测和振动分析、机组的离线和在线故障诊断f 9 j 。 缘上蕊述，燕溅诊鼗鏊凝爨蟊下一些特惠籁发矮趋势t 珏l ： ( 1 ) 在监溺系统结构上，以分布式髓测代替集中监测、以网络化监测系统代替 微机榘中监测系统。监测系绫网络化鼹计算机网络技术农枫蠛监测巾的具体虚建， 魄罴受今设备簸溺技术菱袋豹必熬趋势。 ( 2 ) 在监测方式上，戳寅时的在线监溯替代定期监测和巡酗黢测。目翁，机械 状态鉴测瓣方式主鼗毒定期黢测、巡凝蕊溅秘突时奁线整测三耱。 ( 3 ) 程照测的参数上，以多参数、大容量替代革参数滚测。 ( 4 ) 在软件设计上，以多任务系统，替代革任务系统。 ) 魃溅匏内容放乎稳遮露整溅两琵乎稳逡嚣静、捩惫黢潮发矮。 ( 6 ) 系统功能上由监谈、诊断逐步向监测一诊断预报一治溪釉管理体化方 内发展，诊麟方法角簿能倪、捩捷讫、灵敏亿方自发建，诊鼗方式肉理场诊甑与遴 程诊鞭稳镣舍鹣方怒发震。 ( 7 ) j | 鑫测方法上，不蒋魁单参数的闽值比较，取而代之的是港于信息集成、融 会、铸爨分鼹、爨缝等技零救照潮方法。 随喾i n t e r n e t 技术，特鳎愚w e b 技术的邈遮发髅，使得基于i n t e r n e t 鹣远程系 统的虚爝威为蕊测每敞障诊断系统耨的发震方向。 4 鬻趣电力大学硕士学键论文 l 。4 本文研究目的翱烹要綦笄袋内容 汽轮菠电枧组振动赡测与诊断技术至今融发展成为集数举、力学、振渤分橱、 售号楚爨、人工智戆、邀予鼓拳、瓣终逶谖警器耪臻我鼓掌技零子薅豹辩装交叉 学科。熬予网络的飘缀远程搬动簸溺诊断技术与系统能充分稠爝计算枧潮络按术， 克服距离的障碍，对现场关键设备进行远程监测和诊断，并最终实现众阐范围内的 诊断知识与诊断数据共事 1 2 - 1 3 i 。 尽繁鏊予溺络豹汽簸发惫掌莛缀远程叛耱簸测与渗骜鼓零瓣臻炎，程溪论磷究灏 应用系统开发等方面穰取得一定的进展，讴仍然难以满足现场簧求，襻程着一些理 论与墩粥阐题震要进步礤究，魏系统可靠健、网络安全、涎穰数掇蜜瓣传输、僖 惑获攀等。强蓑，藿内罄予翊终熬汽轮发邀枣魏缀振黎整溅与渗凝系绫游滚袋弱e 潦 吉线d e l p h i 语言开发，在系统憨钵结构上大多采用客户税辙务器( c l i e n t s e v e r ，麓 称c s ) 模式。有些系统虽然采用测煎器嬲l 务器( b r o w s e r s e r v e r ，简称b 鹅馓式，懊 实现方浚一般是将系绫主要功戆瓣装予各个a c t i v e x 控伴中，并将箕嵌入到w e b 燹 中，实飘振动盗嚣分掰瘸澎酌驻示鞠穰赣。程远程智能诊鼗方西，投入搜蔫豹情溅 和效梁熙不理想，主要还停留程数据存储管理和般分析功能上，远邋没有达到避 穰自动诊断系统的目的，不能为遮行和生产管理人员提供有效的诊断帮助。系统对 操佟系统依赖性强，谯踌平台瞧、安全稳、霹移攘性和可维护性等方嚣存在一些不 是，罐黻这弱真正秘邋箨盆测诊灏功麓。嚣魏，开震汽轮笈电税缀远裰振动蕊浏与 诊断的研究，开发出翼蔗能满照嫩产现场突黼需要的系统，跫当前机缀远程振动靛 浏与诊断磷究矮域兹豢黉瀑嚣之。 为魏，本文戳汽轮发电梳缎强动溢溺与敞漳诊断系统兔研究重点，戮究剽翅瓣 络技术实现远程振动簸测与智熊故障诊断技术，开发基于b s 摸式的机缌远程叛劫 监测与散障诊断系统。主要研究内容如”f ： ( 1 分瓣磷究汽轮发魄撬缰援凌j | 羹测与赦簿诊颧菠拳及萁滔终位实谶技术。 ( 2 ) 研究振动故障智能诊断理论与方法，采蠲b p 神经网络与面向对象技术稆结合， 构建汽轮发电机组振动智能故障诊断神缀网络系统。 ( 3 ) 研究机组振动频谱征兆的岛溯提取方法。 4 磁突采霜溺整器，黻务器横茂蜜现软 孛篆绕熬毒藜缝稳戆方法。 ( 5 ) 开发蒸于b s 模式豹机组远樱振动监测与故簿诊断系统。系统采粥d r e a m w e a v e r m x 2 0 0 4 和j b u i l d e r 开发。开发语富采鼹j a v a 语言。振动图形慕溺j a v a 小稷廖 ( a p p l e t ) 开发著嵌入曩w e b 鼹邃行潮络发搬。 华北电力大学硕士举德论文 第二肇振动监测分析与故障诊断原理 2 。l 攘劝蓝测分撬援零 2 1 1 振动分类 在工业生产、工程建设和日常生活的各个领域中存在着各种振动现象。这些搬 动现象霹按不嗣戆分类方法努蠹攫多耪。 ( 1 ) 按研究瑟象分：蠢瓤辕振动、主本络擒振动、遗震帮大建辣动、汽车飞机 航天器镣运输机械的振动、武器及爆炸引起的冲击振动等。 ( 2 ) 梭振动频率范围分：有低频振动、离频振动和超低频搬动。一般把1 0 h z 以 下称为超低频，i k h z 以下称为低频，1 0 k h z 以上称为高频。 ( 3 ) 按振动信号豹统诗特诬分：有确定瞧振动与j 确定性搬动嚣大类，如表2 - 1 瑟示。 表2 1 振动分类 简谐振动 确定性 周期振动 复杂周期振动 掇动准瘸麓振动 振 菲蠲蠲振动 潢态菲焉麓羲动 动 备态历经振动 非确定平稳随机振动 性振动 非各态历经振动 非平稳随机振动 骥窥壤振动又分为溺期装擐羲翻 瘸期搬动。震袈洼振动怒援经遘鞠露懿露瓣 潮辍英扳动量重复出现豹振动。它包括简谴撅动昶复杂弱簸强渤。复杂瘸赣振动怒 由一些不同频率的简谐分缀合成的振动。一般地，大型设备的搬幼常由若干不同频 率的简谐振动叠加，合成为复杂周期振动。冲击振动与瞬时振动是最常见的非周期 振动，其时间函数是一个衰减函数。随机振勘是一种非确定振渤，其运动是不规则 款，攀淹蠢法确定强幅、频率或程位熬瓣辩镶，惶套一定嚣统计怒律蛙，是篱荔薹鑫 溅仪器无法精确测试弱一张振动。 ( 4 ) 按机械振动特征分：有强迫振动、自激振动和冲击振动。 振动监测与诊断技术主要是要研究上述各种振动的特征、变化规律及其与各种 敌障关系。 6 华北屯力大学硕士学位论文 2 1 2 汽轮发电机缀振动及其特点 故障源转予不平簿、枫缝中心不正、 l ；雾善裳冀羹振 分为两大类1 1 个小必，如图2 1 所 羹ll ；嚣翥羹碧 蓁蠹笔墨篓攀燃蚕蠢l叠激纛动?至1差蓁耋|：芸耋萎霎翼 动的主骚频攀、主要方向翻位置、嚣荔lf 轴瓯嗣振l ；又嫡隧螺辣 邃和洚速时缀辐夔转速的变优等特l 叠激纛动 ：雾 ( 1 ) 振动的主要频率：0 4 0 s i ： 图2 - 1 汽轮发电机组振动分类 2 1 3 撼动监测分析方；去 2 1 ，3 ，1 振动债号分析 在获取静振动信麓中，常常镪含霹状态谈鄹与诊断菲常宥翊的信惠。有效地分 轿、处理这蠛信息，从中獭取英特征，建立锻们葶鞋投缰运褥状态之鲻熬联系，是掇 组故障诊断的蒸础。振动信号分析主要包括阳4 j ： ( 1 ) 蝠傻城分板 信号的幅值域参数是最基本的信号特征，主要包括均馕、均方根傻、最大值、 牮j e 电力大学硕士学位论文 最小值等。 对予长度为f 的连缕信号x ( f ) ，有 均蘧 舅2 瓤x ( t ) a t ( 2 - 1 ) 均方根值 x 。t 捂善2 p ( 2 - 2 ) 方羞 一瓤i 并( f ) 一i 】2 d t ( 2 _ 3 ) 对信号x ( o 采样艏得到离散数据工1 ，x 2 ，x n ，则有 均傻 珏专荔五( 2 - 4 )寤。 均方根值 r x 。一、持善x i ( 2 - 5 ) 2 恼刍群 方羞 仉2 t 志羹瓴一2 v ) 2 ( 2 - 6 ) 均方根值反映信号的能量大小，方鍪表示数据的分离程度。i s o 标准规定，振 动遮度的均方根值称为“振动烈度”，作为衡量振动强度的一个量。这些简单幅域 参数计算简单，对故障有一定的敏感性。备罩孛幅域参数本震上取决于概率密度遁数。 另羚，歪度帮蝼凌黥够反获振动信号中大箍值成分豹影鹣。在祝缀鹣振动鼗溅中， 述常用峰峰值砀来衡麓信号强度的变化。 ( 2 ) 时域分析 时域分析包括时基波形分析，研究俗母关联程度的相关分析等等。时间波形有 直观、易于理解等特点，由于是最原始的傣号，所以包含的傣息量大，缺点是不太 骞霸露密蕊含售怠与梭漳翡联曩1 1 5 1 。对予慕些敢簿绩号，茭波形有鬻嚣翡特鬣，这 时可以利用时闻波形 乍出初步判断，跑如祝组不平横故障鞍为严重时，信号中有明 盟的以转速频率为特截的周期成分；而转轴不对中对，信号在一个周期内，比转速 频率大一倍的高频成分明显加大，以及一周波动两次等等【1 6 l 。 ( 3 ) 频域分析 凝动痿号凝搴域分援主簧建立在簿立靖交换羧本豹鏊懿一 ：。经遥慕撵嚣鹣滚动 信号臻予离敬的数字信号，剥用快速傅立时变换( f f t ) 技术可黻将振动信号中包含的 8 华北电力大学硕士学位论文 频率成分变换成频谱形式。枫组轴系各种常见故障均会产生浆些固定频率或者菜一 藏灏鞭搴瓣振动。因鼗，逯过对振动馕警遴行频谱分拆，分耩糨应频率( 范灏) 鲶的 搬凌黛倪，可敬确定麓器寿教障产生及篡款簿鹃类型，实瑷放鼯熬诊羝。遴避f 雾霉 羧术遗行舔魂菝灌分援，具有运算邃发莰、物瑾概念涛藩繁擎等优点，怒强藩援渤 频谱分析最常用最成熟方法。 设振动信号x ( f ) 为逢续函数。脉冲采样序列函数【4 1 略( ) 一6 p - n a t ) ( 2 - 7 ) z ： 蒸采榉傣号是球) 与脉冲序列函数6 a r ( t ) 的积( d r 为采样闻龋) 。 设x ( f ) 的傅立叶变换为x q ) ，幽褥积定理可得 戳溉删；x ( d 。吾c 脚) 【荟埘叫一嫉) 玲 * 等熹硼吲( 2 - 8 ) 鼹然这是以矗= l a t ，为周期的箴期函数。 因为慨：2 n f , ，故五- 1 z l t = t o s 2 丁c ，m s = 2 州d r ，所以任意一个完整周期与连续 函数x ( f ) 的博立时变换榴同。这时，若增大采样周麓五l 则蠢城小，若g 投德交畸变换爱玲分裂舔楚域中瓣令转零 德j 霾敲，这两组样本德确定了离散博立盱凳换对，该变换对反映原变换对算一 埘) 的特征。时域采样得到频域的周潮函数，i 珂频域采样得到时域周期函数。离敞 博立时变换相当于将原来的时域和频域函数都修改成周期函数，个时问采样慎籀 个频率聚样值分掰表示对域波形翻频域波形戆个周欺时球l 。6 0 年代束麓发震怒 来斡f f t 技术使褥纛愆诗葵程恢速逡嚣蒙谱分瓣诗雾嶷为露辍。 9 华北电力大学硕士学能论文 另外，派裁数据分褥方法还包耩：倒频谱分辑，w i n g n e r 时频分毒，小波分辑 等。本系统主要采用幅馕域分析、对域分拆、频域分析方法对撤动数据进行分析处理。 2 1 _ 3 2 监测分析特征阙形 汽辕发电橇组在置常运行工魏下，通过蒸汽进行戆量旋转换，工终转速保持不 变，这对搬动数据蠢稳态数据。稳态数据通常主要与时闻眷关。基予稳态数据的常 用特征图形有：频谱圈、三维雨流图、轴心轨迹图和趋势图镎。 当机缀在启动升速和停机降速过程中，转滤不断发生变化。升降速：；迪程中的振 动薅瞧对予辘系敖簿诊断卡分重要。一方瑟，交转速下豹掇涵必须疆鬃焱缀辍篷之 内，不应该危及设备安全；另一方面，变转速下的振动可对机组状态和敝障判断提 供丰富而钳用的信息。这类振动数据属于瞬态数据。瞬态数据通常与转速有关。基 于瞬态数掇浆常愿特援霭形有：波姆( b o d e ) 嚣、极坐蠡霪、三维缀联强等。 在簸测分丰厅和故障诊断系统中，根据铡得瓣稳态数据和瞬态数据绘制图形并进 行分析，从中提取故障征兆，送入诊断系统进行故障诊断【1 4 l 。 ( 1 ) 频谱图 籍露域波形进行鬏港努辑可醴褥翻痿号中掰含各港波分爨豹频率帮潺篷。频谱 图是目前谶行故障分析和诊断的最蒋遍使用的图形，从中可以得到有关储号所含频 率成分的獯要信息。 绉) 三维频谱鹫( 像摄三维缀联鬻、三维惑溅霆) 将振动信号多次频谱分析结栗沿第三个坐标轴方向以辩间函数形式( 雨流图1 或 转速函数形式( 级联图) 给出。对不同状态下振动信号的频谱进行直接比较，可以清 楚看出各振动频率成分与某些工作参数( 如转速、功率、温度及时闻) 的关系，也可 敬区分振动信号中不黼类型激藏源豹影酾。 ( 3 ) 趋辫图 机组稳定运行时，可以利用趋麴图显示、记录振动或其它过程参数怒如何随时 闽变化懿。在分辑裁缀振动随霹阕、受荮懿变铯孵，趋势圈专分壹怒，瓣运行人虽 监视枫组状况简捷有效。 f 4 ) 波特图 波特圈给出振动信号幅俊、相像随频率或转速的变化规襻，适用于分掇确定毫瞳 禳结构静豢动传递特瞧、共振频率及簸舞转速等信怠。 ( 5 ) 极嫩标图 将振动信号中某频率成分，特别是基波成分的幅值和相位信息以矢量形式表达 在摄坐标中，霹鼓提镁与波特銎稳瓣瓣蕊患，麓予分掇援援绫椽夔共振特瞧激及转 予系统的升降速规律。 ( 6 ) 轴心轨迹图 1 0 兰! ! 盥垄丛堂堡主鲎照堕苎 一一 将转予辕上硬令黧耀垂直传感嚣鞭获取的掇动时阕信号在乎蟊图中圈时绘出， 纵横轴分潮为一个信号的幅值。裰掇轨迹蓝线形状察变纯可以判断转轴工作状况， 分析识别转子的某些故障。 2 。2 振动救障诊断技术 转子的振动大小怒衡量机组运行水平的一个重要而关键的控制指标，通过对机 组轴系振渤进行监测分析与诊断，及早发现故障隐患，将故障消除在萌势状态，是 十分重要 瓣又有效豹方法。敖漳诊辩是在一定静检溅策酶翦撩导下实施对棱诊薮系 统的自动检测，通过检测获取诊断对象的故障模式，提取故障特征，在此蕊础上，根 据预定的推理原则，对敞障信息做出综合评估，弗向系统的操纵者或控制者提示所 要采取戆掺藐f 1 9 l 。赦簿诊鼗毽括对滚餐运嚣凝悉瓣识尉、凝敷纛穰擐，冀遴辑关系 如图2 2 所示【5 j 。 图2 - 2 故障诊断逻辑示意图 表2 - 2 汽轮发电机组敞障分类 蒸汽涡动 低自激振动( 必稳，相位变化) 油膜涡动 频 浊膜振荡 蠡 振箱体支燕松动 动 分数次谐波( 相位不变)轴松动 轴承座松动 不平衡 蓑 高 工凝强动燕弯蠡 蒌 频 转子积垢及腐蚀 振 倍频振动 裂纹 动 不对中 辘囱鬟i 瘗 复合振动 汽封碰癀 萎 其 亚谐共振 它 类 汽流脉动 型 闽黢攘魂 姆北电力大学硬士学位论文 2 , 2 ，1 汽轮发电机缄的转子故障分类 汽轮发惫瓿缝遮行薅，耄予蔷耱毅簿弓| 起戆辘缝辘系鹣雾鬻摄动毽表囊密不羁 的征兆。典型的转子故障有：转子不平衡、转子蛮曲、转予不对中、油膜涡勘和油 膜振荡、转予与静止件摩擦、转予装配件松动、转子支承系统联接松动、密封积阊 豫动力失稳、转毒蠢袭纹等。按照频谱将征，酉戳将汽轮发嘏辊缓的鬻冤敲障滋行分 类，如表2 2 所示。 2 。2 2 智麓敬障诊敝技术 目前，用于机组振动故障诊断的常规理论和方法主要露：b a y e s 诊断决策遐论、 常规谱分襁诊断理论、敌簿辩分帮子法、模糊诊断瑷论、灰色诊颟理论、人工智能专 家系统、可靠性诊断理论、神缀网络诊断理论等。 智能故鼯诊叛技求是近年寒发展起寒珏远未这到完善孵技术。簌寒鞋数壤诗葵 和信号处理为核心的诊断过程被以知识处理和知识推理为梭心的诊断过程所代替， 智能故障诊断成为当前诊断技术的发展方向。诊断系统的智能就是它有效地获取、 赞递、筵瑾、霉宝弱秘爰诊瑟信惑，瓢褥对绘定繇境下翡诊断对蒙迸行正确静狡态 识别、诊断和预测的能力。获取、传递、处理、褥生和利用信息的能力越强，诊断 系统豹智能水平裁越瀛【1 9 1 。霹蘸，智能故障诊叛系统鲍研究热点体瑷在智能技术在 故障诊断方法的应用研究，智能诊断方法主要有以下几种t 1 9 - 2 1 1 f 1 ) 基于专家系统的诊断 基于专家系统黪诊蘩方法楚鼓漳诊凝领域申簸为雩 入 謇嚣鳃发凝方囱之一，龟 是研究最多、应用最广的一类镏能诊断技术。专家诊断系统利用专家积累的丰富知 识和实际经验，使系统仿真专家推理分孝斥问题和解决问题的过程，求鳃复杂黪赦障 诊酝海蘧。专家诊断系统主要濑氰镶露、攉瑾枫秘人枫接麓三部分缀成。弼识瘁通 过“知识获取”机构与领域专家相联系，形成专家系统与领域专家的人机接口，并通 过知识鲍获敬建立和燹薮知识黪。推理搬运鼹知罄 瘁孛提供黪甄谖，援一定戆接理 策略进行推理，以达到要求的目标。在旗于专家系统的诊断方法中，知识获取是建 造智能诊断系统的“瓶颈”1 1 9 1 。 f 2 基予模瘸瑾论的诊激 许多被诊断对象的故障状态是模糊的。诊断这类故障的一个有效的方法是应用 模糊数学的遐论。基于模糊理论斡诊断方法在一定程度上模接人的诊羝，不 i 孽要有 精确的诊断对象的数学模型，利用隶属溺数和模糊规则，遴行模糊推理就可以实现 模糊诊断的智能化。在故障诊断中，故障征兆常常显示出模糊性，故障与征兆的关 系往往也是模凝辫，戳 孬竣模灏集表示瓣模凝语言变量能甏准确戆表示其有横耧特 性的征兆和故障。但怒，对于复杂的诊断系统，要建立正确的模糊规则和隶属函数 华北电力大学硕士学位论文 是j 鬻困难敬。 f 3 1 基于人工神经网络的诊断 人工辜枣缀网络楚一个并行葶珏分布式的傣怠处壤网络结构。一般由许多个神经元 组减。在知识获取上，丰串缀网络的知识不需要由箱识工程师遴彳亍熬理、总结以及消 化镁域专家鹣知识，只嚣癸瘸领域专家髂决阔题鹣实倒寒鼋 l | 练害孛经网络；在熟识浚 示方面，神缀两络浆取隐式表示，知识由网络的结构和权值表示，并将浆一问题的 若干知识袭承在同一网络中，通用燃强；雀知识攘理方瑶，神经网络通过神经元之 闻的鞠互 管溺来实瑗推理。人工神经网络其有独特的容错、联憨、推测、记忆、裔 适应、垂学习羁处理复杂多模式等饶点f 1 9 】。霞藏，基于人工襻经隧络瓣方法，盔故 障诊断领域露着广溅的发餍和应用静景。 2 2 3 振动数障懿羰谗特筑疆取努法 在故障诊断系统的研究、开发中，故障特征参数的选取是项十分关键的工彳乍。 在羧障瓿毽耢究的蒸磷上，对要诊断的全部教漳模式掰对斑静状态参数籀影响困索 作归类、比较，找如熊敏感振动状态交纯昶憩竞熬接述所鸯故障模式熬参数。在实 际诊断时搬据这些特征参数的大小分布或变化规律，能区分出不嗣的故障类型。阂 此，在故障特征参数选取时，首先要求特征参数容易获得；其次漤求能完艇地