[发明专利]旋转机械状态监测与故障诊断系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及到旋转机械设备的状态监测与故障诊断领域，具体地，涉及一种基于全息谱技术和轴系空间振型的转子系统状态监测与诊断系统及方法。

背景技术

旋转机械广泛应用于动力、电力、化工、冶金及机械制造等许多重要领域，通常是企业生产过程中的关键设备。其健康状况不仅影响机械设备本身的运行，还可能给后续生产造成影响，严重时将会对国民经济造成重大损失，甚至导致机毁人亡的事故。为保证机组安全运行，降低机组维修费用和提高机组利用率，对于旋转机械的状态监测和故障诊断是十分必要的。为了实现大型旋转机械设备的能耗降低与成本控制，需要利用一定的手段对工作中的转子系统进行状态监测和故障诊断，并根据其健康状态有计划地对其进行维修或更换。

应用信号处理方法提取振动信号进行特征提取，进而诊断出机械设备的健康状况，是机械设备故障诊断领域的重要研究方向。全息谱克服了传统谱分析导致的振动信号的幅值和相位相互分离的缺陷，并将转子在一个支承截面的水平和垂直的振动信息加以融合；可以精确直观地表达转子在一个支承截面上的综合振动情况，以及多个截面的相对振动情况。大型旋转机械是一个多转子支撑系统，轴系通常包含多根转子，在旋转机械设备故障监测与诊断中，基于轴系振型图的振动分析方法值得重视。全息瀑布图各转速下二维全息谱的叠加，综合了垂直和水平方向振动的幅值和相位，比传统的瀑布图更有效地揭示了旋转机械启停机时的振动特性。全息谱技术和轴系空间振型分析具有广泛的应用前景，但目前大多数的全息谱处理方法是基于MATLAB和LABVIEW工具的，为了满足工程化的需求，本发明提出基于Visual Studio软件平台全息谱技术和轴系空间振型方法的实现，并搭建相关系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是为了满足工程化的需求，提供一种利用基于Visual Studio软件平台全息谱技术和轴系空间振型的旋转机械状态监测与故障诊断系统及方法，更加贴近工程实际，以满足工程需求。

根据本发明的一个方面，提供一种旋转机械状态监测与故障诊断系统，该系统包括数据采集子系统，全息谱分析子系统，空间振型分析子系统。其中：

数据采集子系统将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行隔直、滤波处理后，送至全息谱分析子系统和空间振型分析子系统；

空间振型分析子系统是基于Visual Studio的空间振型分析子系统，包括轴系的空间振动状态曲线分析及相关的时域波形、频域幅值谱分析；

全息谱分析子系统和空间振型分析子系统对采集到的振动信号进行特征提取，进而根据提取出的振动信号特征诊断出旋转机械的故障类型，并最终决策旋转机械的健康状况并给出相应健康状况的处理建议；

所述数据采集子系统利用传感器将采集到的信号经隔直、滤波处理后送至全息谱分析子系统和空间振型分析子系统，空间振型分析子系统先进行时域波形和幅值谱的先行分析，初步确定旋转机械的转子系统可能的故障，进一步通过全息谱分析子系统和轴系空间振型分析子系统提取其故障特征并诊断出其故障原因。

优选地，所述基于Visual Studio的全息谱分析子系统包括：轴心轨迹分析模块、二维全息谱分析模块、三维全息谱分析模块、全息瀑布图分析模块；全息谱分析子系统是对所述数据采集子系统得到的数据的进一步分析与处理。

轴心轨迹分析模块将水平和垂直方向的径向传感器测得的转子振动信号进行融合，完整地描述转子的径向弯曲振动；

二维全息谱分析模块分析方法是轴心轨迹分析方法和谱分析方法的结合，克服了传统谱分析导致的振动信号的幅值和相位相互分离，转子在一个支承截面的水平和垂直的振动相互分离的缺陷；

三维全息谱分析模块，采用用三维全息谱进行信息描述，三维全息谱描述的是多个支撑截面的振动信息，利用三维全息谱来提取旋转机械的多轴系系统的故障特征；

全息瀑布图分析模块，采用用瀑布图或全息瀑布图进行信息描述，其中瀑布图是分析旋转机械启停机过程的有效工具，它实质上是升速或降速时各个幅值谱的叠加；全息瀑布图则是升速或降速时各转速下二维全息谱的叠加；由于它综合了垂直和水平方向振动的幅值和相位，比传统的瀑布图更有效地揭示了旋转机械启停机时的振动特性。

根据本发明的另一个方面，提供一种旋转机械状态监测与故障诊断方法，包括如下步骤：

第一步，首先在待监测的旋转机械上安装加速度、位移传感器、信号传输线；

第二步，在数据采集子系统中输入系统参数、采集参数、传感器参数，数据存储相关参数等；