[发明专利]一种大型旋转机械的转子不平衡故障的实时诊断方法

说明书

本发明涉及一种大型旋转机械的转子不平衡故障的实时诊断方法，属于旋转机械振动监测技术领域。该方法首先通过监测的振动数据拟合转子系统的频响函数并辨识转子系统的相关物理参数；其次,根据该类转子系统规定的平衡允差及其物理参数，确定其产生不平衡故障的临界激励；最后,基于转子系统的频响函数和产生不平衡故障的临界激励，计算转子系统产生不平衡故障的临界振幅,该临界振幅可作为转子系统是否产生转子不平衡故障的依据。本发明反映了系统故障状态的振动信号与系统物理参数之间的联系，并以临界振幅作为产生不平衡故障的依据，可对大型旋转机械转子系统的原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡进行实时监测、诊断。

技术领域

本发明属于旋转机械振动监测技术领域，涉及一种大型旋转机械的转子不平衡故障的实时诊断方法。

背景技术

旋转机械是一类被广泛使用的机械设备，在许多行业中，旋转机械造成的恶性事故会造成极大的损失，因此对旋转机械的运行实施有效地检测和诊断是非常必要的。常见的汽轮发电机组、风机等典型旋转机械常被作为特护机组进行监控和维护，其最常见的故障是转子不平衡，在现场发生的机组振动故障中，约80％是由于转子质量不平衡造成的。引起质量不平衡的原因是多种多样的，如旋转设备转子结构设计缺陷、安装制造精度低、旋转部件运行中，存在介质持续点蚀、磨损、介质结垢等，都可能成为转子质量不平衡的原因。

目前，大型旋转机械的振动分析与故障诊断工作主要还是依靠具有一定现场振动故障诊断经验的专家完成，诊断经济成本高，周期长，且对转子运行中逐步发展的渐发性不平衡和突发性不平衡，诊断难度大。因此，亟需一种大型旋转机械的转子不平衡故障实时的智能诊断方法来降低诊断成本，且保证诊断准确度和效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型旋转机械的转子不平衡故障的实时诊断方法，对转子不平衡故障进行实时自动监测、分析、诊断，以提高故障诊断效率和准确度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型旋转机械的转子不平衡故障的实时诊断方法，具体包括以下步骤：

S1：通过监测的振动数据拟合转子系统的频响函数，并辨识转子系统的物理参数，包括质量、阻尼和刚度特性等；

S2：根据相关(国家标准GB/T 9239.1-2006《恒态(刚性)转子平衡品质要求》)规定的平衡允差及其物理参数，确定转子系统产生不平衡故障的临界激励；

S3：根据上述确定的转子系统的频响函数和产生不平衡故障的临界激励，计算转子系统产生不平衡故障的临界振幅，根据临界振幅判定转子系统是否产生不平衡故障。

进一步，步骤S1具体包括以下步骤：

S11：基于实测的振动数据拟合频响函数幂基多项式，并采用正交多项式拟合法计算频响函数幂基多项式的系数；

S12：根据动力学方程构建转子系统的加速度频响函数，由于该加速度频响函数与S11拟合的频响函数幂基多项式相等，则可计算转子系统的物理参数。

进一步，步骤S11具体包括：对于一个N自由度的转子系统，其加速度频响函数矩阵的第l行第p列元素表示为：

其中，n＝2N，m＝2N-2，N(s)、D(s)分别为传递函数的分子、分母多项式，a₀,a₁,…,a_m、b₀,b₁,…,b_n表示分子、分母多项式系数，且令s＝jω，ω表示频率；p₀(s)＝1，p₁(s)＝s，…，p_m(s)＝s^m；q₀(s)＝1，q₁(s)＝s，…，q_n(s)＝sⁿ。