[发明专利]往复式设备的状态监测及故障诊断系统及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统及其应用方法，属于设备故障诊断技术领域。

背景技术

现有的中型(驱动功率介于150～500kW)和大型(驱动功率大于500kW)的往复设备是石化企业的关键动力设备，其运动部件的主体结构特征为“曲轴——中间部件——活塞——必备配套部件”的形式。与驱动功率小于等于5kW的微型往复设备相比，大中型往复设备的造价、所处环节的关键性、运行健康的重要程度和故障代价都大幅度提高，非计划停机将造成巨大经济损失。

大中型往复设备与现有的石油石化中大型旋转设备相比，在结构和运动形式上又有不同的特点，其振动既有旋转部分引起的振动、又有往复运动产生的振动，同时发生的还有活塞撞击气缸引起的振动，激振源多且不同振动相互干扰、耦合，使得对大中型往复设备的状态监测和故障诊断面临较大困难。

目前针对大中型往复设备的状态监测和诊断主要采用通过以下三类实验台的方式实现：

第一类实验台是对往复部件进行一定程度上的等效、简化成旋转部件，并对现有诊断实验台占大部分的旋转设备实验台进行改造。该类实验台的主要问题是：在简化等效过程中，丢失了可能会对状态监测和故障诊断产生影响的主体运动部件特征，导致对大中型往复式设备的状态监测和故障诊断均存在较大误差。

第二类实验台是具有“微型往复设备主体结构形式”特征的实验台，多采用现有的微型往复式设备。该类实验台的主要问题是与石油石化现场往复设备中起关键作用的大多数机组的主体结构、工况、润滑冷却条件都较大不同，并且振动传递路径缺少关键的中间部件环节。所以，在第二类实验台上进行验证诊断技术和方法难以进行往复设备更多、更典型故障的诊断检测实验。

第三类实验台直接采用了与现场应用配套的往复设备，并配备详细的工艺流程。该类实验台需要研究机构首先提供石油石化现场类似的公用设施和接口设施，导致设计、搭建、运行维护成本较高，且多被用于研究在被驱动往复设备的辅助系统(如基础特性参数)相关振动特性参数和相关设计分析仿真计算模型的验证(如管汇的脉动、振动分析、计算、较少措施研究等)。所以该类实验台未从根本解决在被驱设备主体具有“大中型往复设备主体结构形式”的实验载体上实现多种测试信号、测试方法、再现非辅助系统。

发明内容

本发明为解决现有的大中型往复式设备的状态监测和故障诊断存在的监测误差较大、诊断精度较低、无法应用在较复杂工况的大中型往复设备的问题，进而提出了一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统及其应用方法。

为了解决上述技术问题，本发明的一个具体实施方式提供一种往复式设备的状态监测及故障诊断系统，包括：测控子系统、底座，以及设置在所述底座上的驱动子系统、传动子系统、被驱动部件子系统、载荷激励子系统、故障实现子系统和变工况实现子系统。其中，所述驱动子系统、所述被驱动部件子系统和所述载荷激励子系统通过所述传动子系统依次同轴机械连接；所述故障实现子系统与所述被驱动部件子系统机械连接；所述变工况实现子系统与所述故障实现子系统机械连接；所述测控子系统分别与所述驱动子系统、所述被驱动部件子系统、所述载荷激励子系统和变工况实现子系统电连接。所述驱动子系统，包含驱动电机和电缆，用于向所述被驱动部件子系统提供动力；被驱动部件子系统用于模拟往复式设备的往复式运动；所述载荷激励子系统用于调节施加在所述被驱动部件子系统的扭矩载荷；所述故障实现子系统用于在所述被驱动部件子系统上实现故障；所述变工况实现子系统用于调节所述被驱动部件子系统的工况参数，从而实现状态监测及故障诊断系统的变工况运行。

本发明的另一个具体实施方式提供一种适用于往复式设备的状态监测及故障诊断系统的工况参数和故障诊断参数综合参照下的载荷逐步施加方法，包括：根据工况参数和载荷参数向状态监测及故障诊断系统施加预定工况载荷；根据扭矩极限值向状态监测及故障诊断系统施加故障诊断载荷；采集状态监测及故障诊断系统施的故障诊断数据。