[发明专利]一种旋转机械角度不对中故障定量化检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于旋转机械不对中故障诊断领域，特别涉及一种旋转机械角度不对中故障定量化检测系统及方法。

背景技术

旋转机械是工业生产中应用最为广泛的一类机械设备，例如大型石油、化工、冶金、电力等行业的汽轮机、风机、压缩机、轧机、机床等诸多机械都属于这一类。当今社会，科技发展日新月异，旋转机械在高速、重载和自动化方向高速发展，各种机械设备的结构与功能越来越复杂，自动化程度和集成度也越来越高，这就对旋转机械在速度、容量、效率和安全可靠性等方面提出了越来越高的要求。

研究表明，转子不对中是旋转机械中最常见的故障。对于旋转机械而言，保证整个设备正常运行的最关键部件无疑是转子系统，转子是否能够安全、高效地长期运行已经成为整个企业能否正常生产的重要保障，因此，企业对其重视程度也日益增加。美国Monsanto石油化工公司的调查资料显示，轴系不对中所引起的旋转机械振动故障所占的比重高达60％。当转子存在不对中故障时，会引起机械振动、轴的挠曲变形等，无论是振动还是变形都会加剧轴承等零件的磨损，导致联轴器过度发热。与此同时，随着旋转机械在设计、制造加工等方面的的不断发展与进步，转子与定子之间的间隙不断减小，转子之间的不对中所引起振动的危害性也就变得更加严重。所以，针对转子不对中故障的检测和识别日益受到人们的重视。工业生产中，如果不能及时地检测识别出不对中故障并加以校正，轻则使设备无法正常运行，重则甚至可能引发灾难性事故。因此，开展旋转机械轴系不对中故障检测方法研究对保证设备的正常运行、防患于未然、避免重大经济损失以及人员伤亡等具有重要意义。

轴系不对中是指联轴器连接的两转子(或驱动轴与从动轴之间)的轴心线不在同一条直线上。将轴系不对中故障又可以进一步分为平行不对中、角度不对中以及综合不对中三种。平行不对中是指存在不对中故障的转子系统，其从动轴轴心线平行于驱动轴的轴心线，但是二者的轴心在径向上不重合。角度不对中是指存在不对中故障的转子系统，其从动轴轴心线与驱动轴的轴心线有一定的夹角，并且二者的轴心在径向上重合。综合不对中是指存在不对中故障的转子系统，其从动轴轴心线与驱动轴的轴心线具有一定的夹角，且二者的轴心在径向上不重合。如图1所示，图中(a)表示的是轴系处于对中状态，(b)表示轴系处于平行不对中状态，(c)表示轴系处于角度不对中状态，(d)表示轴系处于综合不对中状态。

近年来，国内外众多学者在转子不对中故障的机理、不对中特征以及不对中故障的识别等方面做了很多深入研究，并且取得了显著的成果。学者对转子不对中故障的研究大多是从不对中故障的机理以及特征识别入手，采用振动分析法，从振动特征和振动频谱等方面进行不对中故障的诊断。这些方法和理论为今后转子系统不对中故障的诊断和校正提供了重要的理论依据。然而，传统的振动分析法只能够用来定性识别转子的不对中故障。通过观察监测点的振动特性(往往是借助于转频的二倍频大小)来判断不对中故障存在与否以及其不对中程度。可是，往往不同的故障反映在频谱图上具有一定的相似性，这就给振动分析法的分析结果带来一定的不确定性。显然，在转子不对中故障诊断领域，目前的研究还有很多不足之处。主要表现在：不对中定性识别方法难以为现场设备维修提供足够的定量化对中信息。

在旋转机械不对中故障检测领域，定量化的检测方法并不多见，目前最具有代表性的检测方法有两种：Dodd棒测法和激光对中法。

Dodd棒测法虽然对设备的不对中在线监测起到巨大的推动作用，然而，该方法存在着一些不足之处，比如，系统的安装需要专业技术指导；测量棒和传感器探头价格昂贵导致测量成本较高；另外，如果测量环境温度较高也会对测量结果产生较大影响，因为两测量棒较长，测量棒本身就存在温度引起的变形问题，当然，我们可以通过增加冷却系统来解决这个问题，但是这样就又会增加整个系统的复杂性，进一步提高系统成本。

激光对中法检测不对中量的测量精度很高，而且轴向安装距离要求不高(限10米以内)。但是，激光对中装置在高温环境下使用时其精度会大打折扣，而且激光对中仪的价格很高。更重要的一个不足之处是，激光对中测量过程中两转子必须用联轴节连接在一起转动，而连接后两转子由于受力作用各自均会产生变形，这就导致不对中测量结果与实际的不对中量之间存在差异。所以，激光对中法在实际应用中存在一定的限制。

发明内容