大型旋转机械装备转子健康监控与故障诊断模块

大型旋转机械装备转子健康监控与故障诊断模块

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_41151517/article/details/145943974

大型旋转机械装备转子健康监控与故障诊断模块，作为信号处理算法工具箱的主要功能模块，形成了以振动信号与位移传感信号的转子健康监控与故障诊断模块与最新的各类分析算法模型，可应用于旋转机械装备的转子部件的信号分析、故障探测、故障诊断、趋势劣化评估、动静平衡等，采用全Python语言，以B/S模式，通过前端与后端集成开发，采用开放的、模块化、多层架构的设计思想实现关键部件转子健康监控与故障诊断，能应用在不同场合的转子缺陷监测，满足不同类型机械设备的健康预诊与故障诊断需求。大型旋转机械装备转子健康监控与故障诊断模块可灵活地集成到各种设备故障诊断与健康预诊系统，提供完整的算法类调用接口，基于该工具箱的各种信号处理模型，可迅速建立起一套完整的设备故障诊断与健康预诊系统19946089034。

大型旋转机械装备转子健康监控与故障诊断模块主要包括的算法模型如下：

信号处理工具箱算法软件包SPAagent主界面：

从信号处理工具箱算法软件包SPAagent主控界面可以看到，该工具箱实现的功能主要为各类信号处理算法的演示与分析，图形化的操作界面，操作人员可以直接通过左侧下拉菜单选择各类算法对信号进行处理分析，即使是技术水平不高的工人也可应用此软件调用各类信号处理算法。

大型旋转机械装备转子健康监控与故障诊断模块：

1. 转子动静平衡（Rotor Balance，RB）

• 算法特点与功能描述：
  旋转机械设备的转子由于受到材料的质量分布(如铸件中有砂眼、气孔)、加工的误差、装配因素及运行中的不均匀磨损、冲蚀或沉积等因素的影响，或者是某些固定部件松动所造成部件的不平衡，致使其质量中心与旋转中心存在着一定程度的偏心距。
• 算法应用：
  不平衡带来的后果是增加附加载荷，其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。动不平衡会产生离心力，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时能造成破坏性事故。据统计，有50%左右的机械振动是由不平衡力引起的。因此，有必要改变旋转机械运动部分的质量，减小不平衡力，即对转子进行平衡。使其达到允许的平衡精度等级，或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内。

2. Riccati传递矩阵分析

• 算法特点与功能描述：
  矩阵的阶数不随系统的自由度数增大而增加、因而编程简单、占内存少、运算速度快、特别适用于像转子这样的链式系统。传递矩阵法与机械阻抗、直接积分等其他方法相配合、还可以求解复杂转子系统的问题。
• 算法应用：
  传递矩阵法是将一个连续系统离散化为一系列相互连接的子系统、选取一系列的状态向量各个相互连接的子系统之间的关系可以通过由这些状态向量组成的传递矩阵表示、这样从起点推算到终点、再根据边界条件得到系统的频率方程、即可得到系统的固有频率和模态向量。

3. 转子碰摩分析

• 算法特点与功能描述：
  转子碰摩是指旋转部分沿径向和轴向与其他部件接触或摩擦产生的故障，通常会伴随着噪音和震动。它不仅会对机械设备的性能和寿命产生负面影响，还可能导致设备的严重故障和事故。
• 算法应用：
  发生局部碰摩时，接触力和转子运动之间为非线性关系，使转子产生分数次谐波和高次谐波振动响应。频谱上除转子工频外，还存在高次谐波成分。

4. 不对中转子系统分析

• 算法特点与功能描述：
  在安装过程中，由于测量不准确或安装不当，可能导致转子与轴承之间的对中不准确，随着设备的长时间运行，轴承或转子可能发生磨损，导致原本对中的部件发生偏移。通过分析转子的振动信号，诊断潜在的故障和异常，评估转子系统的稳定性，确定其在不同工况下的运行极限。
• 算法应用：
  在转子系统出现故障时，算法可以辅助诊断故障原因，指导维修工作，通过对运行中的转子系统进行定期分析，可以预测和预防潜在的故障。

5. 最大重叠离散小波变换

• 算法特点与功能描述：
  最大重叠离散小波变换（MODWT）是一种小波变换，它与传统的小波变换不同，在分解过程中，小波函数和尺度函数在每个尺度上都以最大重叠的方式进行卷积。这种重叠方式可以使小波变换具有更好的时频局部化特性，从而可以更好地捕捉信号的局部特征。
• 算法应用：
  MODWT 已被广泛应用于信号处理、图像处理、语音处理等领域。在信号处理中，MODWT 可用于信号去噪、信号压缩、信号分类等。在图像处理中，MODWT 可用于图像去噪、图像压缩、图像分割等。在语音处理中，MODWT 可用于语音去噪、语音识别、语音合成等。

6. 转子动静平衡条件的计算（RBCC）

• 算法特点与功能描述：
  转子动静平衡条件的计算包括不平衡量的计算、配重质量的计算、动静平衡判定、一阶临界转速的计算以及转子刚性与柔性的判定计算，通过分析转子系统的振动信号，计算出不平衡量，并通过配重调整转子质量分布，实现动平衡与静平衡。算法还结合转速与转子刚性，评估其一阶临界转速及柔性特性。
• 算法应用：
  该算法广泛应用于旋转机械设备，如汽轮机、发电机、风机等，保障设备在高转速下的稳定运行，减少振动和磨损，延长设备使用寿命，并提高运行效率。

7. 三次试重测量法

• 算法特点与功能描述：
  转子动静平衡条件的计算包括不平衡量的计算、配重质量的计算、动静平衡判定、一阶临界转速的计算以及转子刚性与柔性的判定计算，通过分析转子系统的振动信号，计算出不平衡量，并通过配重调整转子质量分布，实现动平衡与静平衡。算法还结合转速与转子刚性，评估其一阶临界转速及柔性特性。
• 算法应用：
  在转子系统的动平衡矫正中，影响系数法已广泛应用于汽轮机、发电机、压缩机等大型高速旋转机械设备。

8. 影响系数法

• 算法特点与功能描述：
  算法通过测量转子运行状态下的不平衡响应，计算出系统的影响系数矩阵，并利用此矩阵估算所需的配重矫正量，进而实现转子的动静平衡。其主要特点包括：
• 算法应用：
  在转子系统的动平衡矫正中，影响系数法已广泛应用于汽轮机、发电机、压缩机等大型高速旋转机械设备。

9. 动平衡曲线

• 算法特点与功能描述：
  算法通过测量转子运行状态下的不平衡响应，计算出系统的影响系数矩阵，并利用此矩阵估算所需的配重矫正量，进而实现转子的动静平衡。其主要特点包括：
• 算法应用：
  在转子系统的动平衡矫正中，动平衡曲线已广泛应用于汽轮机、发电机、压缩机等大型高速旋转机械设备。

10. HHT变换用于分析碰摩转子振动信号

• 算法特点与功能描述：
  HHT方法具有良好的时频聚集性，能够很好地反映转子系统早期故障信号的时频特征，可以有效地对转子系统碰摩早期故障进行诊断。
• 算法应用：
  通过对全局碰摩故障信号分析说明在全局碰摩过程中，摩擦力是不均匀的碰摩接触面积的增大在图上表现为基频成分的波动变化加剧和高频成分的增加。

11. 转子阶次谱阵分析

• 算法特点与功能描述：
  通过三维形式查看转速变化过程中能量、振幅随阶次变化的趋势。
• 算法应用：
  变转速角域重采样后的阶次能量分析。

12. 二维全息谱

• 算法特点与功能描述：
  全息谱图实际上是将两个相互垂直的探头所测得的同一阶次频率谐波合成后的轴心轨迹图集合在一起，在分析较疑难的故障时其作用更加明显。全息谱技术实质上是多传感器信息融合在大机组监测和诊断中的一种体现。它是在FFT算法的基础上，通过内插技术，精确求得按自由方式(非等转角间隔整周期)采集的振动信号的幅值、频率、相位值，然后将转子截面水平和垂直方向振动信号的幅值、频率、相位信息进行集成，用合成的一系列椭圆来刻画不同频率分量下转子的振动行为。
• 算法应用：
  二维全息谱 合并了两张幅值谱和两张相位谱的信息，不仅反映了两个方向上振动信号的幅值，而且也反映了它们之间的相位关系，在各阶的图形上还标明了合成方向和起始点，这些起始点的位置反映了各阶振动的初始相位。在二维全息谱上，一根直线是由两个相位差为0或180的垂直和水平分量合成的，直线的倾角取决于两分量的比值，当两个分量的幅值相等并且相位差为90或270时，在二维全息谱上合成一个圆，在其余情况下，二维全息谱将得到偏心率不同的椭圆，椭圆的偏心率和长轴方向也不同程度地表征了该分量的振动情况。

13. 三维全息谱

• 算法特点与功能描述：
  在分析转子的振动行为时，我们更希望将所有测量面的信息作为一个整体来加以考察，因此在二维全息谱基础上将整个转子的各测量面工频椭圆按时间和空间位置加以集成，即可获得三维全息谱,它能更加深刻地反映整个转子的振动全貌，以及轴心线上出现的节点。
• 算法应用：
  三维全息谱 可以表示多个截面上同一阶分量的振动轨迹、它们之间的相位关系。