專利名稱：旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法
技術領域：
本發明涉及機械振動監測技術，特別涉及監測數據分析與報警技術。
眾所周知，利用設備狀態監測技術，監測設備的運行狀態，可以了解旋轉機械的實際運行狀況，及時發現旋轉機械的故障征兆，從而為合理安排旋轉機械的維修，保證旋轉機械的正常運行，節約維修費用提供可靠的技術保障。振動監測技術是目前比較普遍采用的應用于旋轉機械狀態監測基本方法。當動設備內部發生異常，一般都會伴隨著出現振動加大和工作性能的惡化。通過對機械振動信號的測量和分析，可不用停機和解體就可對動設備的劣化程度和故障性質有所了解；現在的測量方法較簡單，工程應用較廣泛。目前，基于計算機的旋轉機械在線狀態監測系統對于設備振動信號的處理過程一般包括測量、采集和信號處理三個階段，即振動信號經振動傳感器測量，再經數據平臺A/D轉換進行數據采集；信號處理階段將原始數據進行處理、存儲后，形成歷史數據庫，然后根據一定的算法確定設備報警信息，據以報警并給出維修參考數據。因此，一般的旋轉機械在線狀態監測系統從功能上包括數據采集、計算機信號處理以及計算機對信號處理得到數據的報警監測和歷史數據存儲等。
現有技術的報警監測將振動特征數據與設定門限進行比較，超出門限范圍則產生報警信息，用來反映設備產生的故障或故障征兆。其不足之處是只對振動信號的總振值進行監測；總振值是指振動時域信號的峰峰值，即波峰和波谷的差值，為一標量，相應的監測為一標量監測。一般對于一個振動測點，包括兩個報警門限預報警和主報警。報警門限類型單一。而實際動設備故障的發生往往也與振動的0.5倍頻、二倍頻、三倍頻、四倍頻等特征頻率有關，但目前的監測并不對這些量進行監測。因此可能會漏掉很多故障的征兆。
現有技術振動信號原始波形和特征數據的歷史數據存儲都采用基于時間的存儲機制。其方法包括基于時間平均存儲的方法；即系統每一分鐘將分鐘緩沖區內的數據進行平均，然后存入小時緩沖區，以此類推，正點時將小時緩沖區內的數據平均存入日緩沖區。以及基于時間瞬時存儲的方法和“黑匣子”存儲方法。由于沒有對故障或故障征兆數據與平穩運行數據區別對待，基于時間的歷史數據存儲方法所得到的歷史數據不能復現機組運行的真實狀態，許多設備運行的故障信息或被淹沒在數據的時間平均之中或被直接丟失掉了。與此同時，歷史數據庫中又保存了大量的缺乏診斷價值的設備平穩運行數據，造成數據庫存儲效率低下。
本發明為克服現有技術的不足之處而提出一種旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法，采用快速傅里葉分析手段，將監測頻率擴大到除基頻以外的多個倍頻點，并兼顧瞬時、短期和長期的振動異常，建立多個報警門限值，使旋轉機械的監測更加完善，保證在異常出現后盡早發現并存儲故障狀態、發出告警信號，極大方便了旋轉機械的診斷和維修。
本發明的目的可以通過采用以下技術措施來達到設計、采用一種旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法，在旋轉機械上適當部位設置振動傳感器，并使之同數據存儲與處理設備電連接；該數據存儲與處理設備內設置數據存儲管理程序和監測報警程序，還設置報警限，并將采集的數據與所述報警限相比較，以決定是否報警；于所述旋轉機械開機并穩定轉速后采集振動數據。尤其是還設置鍵相傳感器。所述采集的數據包括該旋轉機械旋轉頻率的基頻即1倍頻和其它相關倍頻振幅值和所述頻點的相位值。在所述數據存儲與處理設備內設置數據分析程序，將振動傳感器送來的原始數據進行快速傅里葉變換(FFT)、特征提取；得到不同倍頻的幅值與相位并傳送給所述數據存儲管理程序和監測報警程序。所述旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法適用于所有旋轉機械的監測與數據存儲，并且有以下監測與分析步驟A.采集和分析初始數據；B.確定相關門限值；C.持續監測并在測量值超限時啟動報警程序。
本發明附圖的簡要說明如下
圖1為本發明旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法示意圖；圖2為三種振動異常變化在極坐標上的變化圖；圖3為測量值隨時間與三種門限值比較圖；圖4為三種門限值靜態界限圖。
以下結合附圖詳述本發明的最佳實施例。
一種旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法，在旋轉機械上適當部位設置振動傳感器，并使之同數據存儲與處理設備電連接；該數據存儲與處理設備內設置數據存儲管理程序和監測報警程序，還設置報警限，并將采集的數據與所述報警限相比較，以決定是否報警；于所述旋轉機械開機并穩定轉速后采集振動數據。尤其是還設置鍵相傳感器，以確定旋轉起始點。所述采集的數據包括該旋轉機械旋轉頻率的基頻即1倍頻和其它相關倍頻振幅值和所述頻點的相位值。
在所述數據存儲與處理設備內設置數據分析程序，將振動傳感器送來的原始數據進行快速傅里葉變換(FFT)、特征提取；得到不同倍頻的幅值與相位并傳送給所述數據存儲管理程序和監測報警程序。
所述旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法適用于所有旋轉機械的監測與數據存儲，并且有以下監測與分析步驟A.采集和分析初始數據；B.確定相關門限值；C.持續監測并在測量值超限時啟動報警程序。
所述監測與分析步驟分別包括如下內容A.在選定監測期間，進行分組數據采集，每個振動周期采集不低于8點，至少相鄰四個周期為一組采集單位進行FFT等數據分析；對連續不少于3分鐘的振動數據分組進行以上數據分析處理后，存儲至少2個頻率點含振幅、相位值的矢量值，并執行以下分步驟a1).將數據分析得到的每一矢量值與此前至多10組中一組采集單位的同頻矢量值比較；其值可反映較短時間內同頻矢量振幅和相位的變化。
a2).將數據分析得到的每一矢量值與至少1分鐘前的同頻矢量值比較；其值可反映一定時間內同頻矢量振幅和相位的變化。
a3).將數據分析得到的每一矢量值與全部同頻矢量的平均值比較；其值可反映選定監測期間內同頻矢量振幅和相位的平均最大變化。
B.在A步驟的基礎上確定門限值；本步驟又包含以下分步驟b1).按不同倍頻，以分步驟a1中得到短期數據振幅變化最大值為該頻率點跳變門限值；該數值幅度最小，微小變化都會超過它。
b2).按不同倍頻，以分步驟a2中得到一定時間內數據振幅變化最大值為該頻率點緩變門限值；該數值幅度較大，較小的異常不到一定積累不會超過它。
b3).按不同倍頻，以分步驟a3中得到長期數據振幅平均最大變化值為該頻率點偏差門限值。該數值幅度最大，振動異常沒有長期同方向變化積累不會超過它。
C.門限值確定后，繼續采集分析所述旋轉機械各倍頻的振動量并在各頻率點執行以下分步驟c1).重復分步驟a1，如得到數據振幅超過跳變門限值則啟動報警程序；可捕捉瞬時異常產生的跳變誤差，但同方向微小變化積累卻不能發現。
c2).重復分步驟a2，如得到數據振幅超過緩變門限值則啟動報警程序；可捕捉一定時間內同方向變化積累的振動異常。
c3).重復分步驟a3，如得到數據振幅超過偏差門限值則啟動報警程序。可捕捉長期同方向變化積累產生的振動異常。
所述監測報警程序包含按選定的頻率點存儲當時時間和該時刻測量分析結果，并發出報警信號。該報警信號可以是聲或光的報警信號。
所選擇存儲振幅、相位值的相關頻率點可以是1倍頻、2倍頻，也可以是0.5倍頻、1倍頻、2倍頻、3倍頻和4倍頻。
所述選定監測期間內也可以8個周期、每周期16點為一組數據采集單位。所述選定監測期間內連續采集時間可以是5分鐘，也可以是10分鐘。所述滯后比較的時間可以是3分鐘也可以是5分鐘。參數的選取視系統穩定和環境等情況可以增加或減少。
隨旋轉機械運行狀況和時間的變化，需修改各門限值。每隔至多300天重復所述步驟A、B，進行修正；然后繼續步驟C進行正常監測。所述修正門限值的間隔的推薦時間為180天。
本裝置采用的計算機3既可以是工控機也可以是商用機。主要通過軟件實現對數據采集卡得到的振動原始波形數據和過程量數據數字信號進行處理，并對振動原始波形數據和處理得到振動特征數據和過程量進行靈敏報警監測和歷史數據存儲。附圖2整機工作流程框圖描述了具體處理過程。
本監測裝置的信號預處理電路可對振動信號、鍵相信號、軸位移信號或過程量信號進行預處理，包括信號放大、電平轉換、濾波等，以保證向數據采集裝置提供符合要求的標準信號。在信號預處理的過程中，采用了跟蹤濾波，交、直流分離處理等先進技術。
本發明相對于現有技術的優點在于采用了快速傅里葉變換技術等數據分析手段，對旋轉機械進行多倍頻靈敏監測，并確定從瞬時微小異常到長期偏差等三種異常門限值，因而可盡早發現微小異常，多種數據綜合分析，及時發出報警信號，有利于旋轉機械的診斷和維修。
權利要求
1.一種旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法，在旋轉機械上適當部位設置振動傳感器，并使之同數據存儲與處理設備電連接；該數據存儲與處理設備內設置數據存儲管理程序和監測報警程序，還設置報警限，并將采集的數據與所述報警限相比較，以決定是否報警；于所述旋轉機械開機并穩定轉速后采集振動數據；其特征在于還設置鍵相傳感器；所述采集的數據包括該旋轉機械旋轉頻率的基頻即1倍頻和其它相關倍頻振幅值和所述頻點的相位值；在所述數據存儲與處理設備內設置數據分析程序，將振動傳感器送來的原始數據進行快速傅里葉(FFT)變換、特征提取；得到不同倍頻的幅值與相位并傳送給所述數據存儲管理程序和監測報警程序；所述旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法適用于所有旋轉機械的監測與數據存儲，并且有以下監測與分析步驟A.采集和分析初始數據；B.確定相關門限值；C.持續監測并在測量值超限時啟動報警程序。
2.按照權利要求1所述的靈敏監測與數據存儲方法，其特征在于所述監測與分析步驟分別包括如下內容A.在選定監測期間，每個振動周期采集不低于8點，至少相鄰四個周期為一組采集單位進行數據分析；對連續不少于3分鐘的振動數據分組進行以上數據分析處理后，存儲至少2個頻率點含振幅、相位值的矢量值，并執行以下分步驟a1).將數據分析得到的每一矢量值與此前至多10組中一組采集單位的同頻矢量值比較；a2).將數據分析得到的每一矢量值與至少1分鐘前的同頻矢量值比較；a3).將數據分析得到的每一矢量值與全部同頻矢量的平均值比較；B.在A步驟的基礎上確定門限值；本步驟又包含以下分步驟b1).按不同倍頻，以分步驟a1中得到數據振幅最大值為該頻率點跳變門限值；b2).按不同倍頻，以分步驟a2中得到數據振幅最大值為該頻率點緩變門限值；b3).按不同倍頻，以分步驟a3中得到數據振幅最大值為該頻率點偏差門限值；C.門限值確定后，繼續采集分析所述旋轉機械各倍頻的振動量并在各頻率點執行以下分步驟c1).重復分步驟a1，如得到數據振幅超過跳變門限值則啟動報警程序；c2).重復分步驟a2，如得到數據振幅超過緩變門限值則啟動報警程序；c3).重復分步驟a3，如得到數據振幅超過偏差門限值則啟動報警程序。
3.按照權利要求2所述的靈敏監測與數據存儲方法，其特征在于所述監測報警程序包含按選定的頻率點存儲當時時間和該時刻測量分析結果，并發出報警信號。
4.按照權利要求2所述的靈敏監測與數據存儲方法，其特征在于所選擇存儲振幅、相位值的相關頻率點是1倍頻、2倍頻。
5.按照權利要求2所述的靈敏監測與數據存儲方法，其特征在于所選擇存儲振幅、相位值的相關頻率點是0.5倍頻、1倍頻、2倍頻、3倍頻和4倍頻。
6.按照權利要求4或5所述的靈敏監測與數據存儲方法，其特征在于所述選定監測期間內以8個周期、每周期16點為一組數據采集單位。
7.按照權利要求6所述的振動監測與數據存儲方法，其特征在于所述選定監測期間內連續采集時間為5分鐘。
8.按照權利要求6所述的振動監測與數據存儲方法，其特征在于所述選定監測期間內連續采集時間為10分鐘。
9.按照權利要求7所述的振動監測與數據存儲方法，其特征在于所述滯后比較的時間為3分鐘。
10.按照權利要求8所述的振動監測與數據存儲方法，其特征在于所述滯后比較的時間為5分鐘。
11.按照權利要求1-10的任一靈敏監測與數據存儲方法，其特征在于每隔至多300天重復所述步驟A、B，修正各門限值，繼續步驟C。
12.按照權利要求10所述的靈敏監測與數據存儲方法，其特征在于所述修正門限值的間隔時間為180天。
全文摘要
一種旋轉機械靈敏監測與數據存儲方法,設置振動傳感器,并連接數據存儲與處理設備,該設備內設存儲管理和監測報警程序及報警限;尤其是還設置鍵相傳感器。采集該旋轉頻率基頻和相關倍頻振幅和相位值。還設置數據分析程序進行快速傅里葉變換(FFT)、特征提取;得到不同倍頻的幅值與相位并傳給存儲管理和監測報警程序;監測與分析步驟有:A.采集和分析初始數據;B．確定多種倍頻的三類門限值;C.持續監測并在超門限時啟動報警程序并存儲相關數據。有利于旋轉機械的診斷和維修。
文檔編號G01M7/00GK1370983SQ01107538
公開日2002年9月25日 申請日期2001年2月14日 優先權日2001年2月14日
發明者劉成, 蔡元明, 余佳兵 申請人:深圳市創為實測控技術有限公司
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