[發明專利]一種旋轉機械角度不對中故障定量化檢測系統及方法

無效

• 申請號: 201410301091.2
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104048595A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 張西寧;牛東輝;李兵;桂祈禎
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01B7/312
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于旋轉機械不對中故障診斷領域，特別涉及一種旋轉機械角度不對中故障定量化檢測系統及方法。

背景技術

旋轉機械是工業生產中應用最為廣泛的一類機械設備，例如大型石油、化工、冶金、電力等行業的汽輪機、風機、壓縮機、軋機、機床等諸多機械都屬于這一類。當今社會，科技發展日新月異，旋轉機械在高速、重載和自動化方向高速發展，各種機械設備的結構與功能越來越復雜，自動化程度和集成度也越來越高，這就對旋轉機械在速度、容量、效率和安全可靠性等方面提出了越來越高的要求。

研究表明，轉子不對中是旋轉機械中最常見的故障。對于旋轉機械而言，保證整個設備正常運行的最關鍵部件無疑是轉子系統，轉子是否能夠安全、高效地長期運行已經成為整個企業能否正常生產的重要保障，因此，企業對其重視程度也日益增加。美國Monsanto石油化工公司的調查資料顯示，軸系不對中所引起的旋轉機械振動故障所占的比重高達60％。當轉子存在不對中故障時，會引起機械振動、軸的撓曲變形等，無論是振動還是變形都會加劇軸承等零件的磨損，導致聯軸器過度發熱。與此同時，隨著旋轉機械在設計、制造加工等方面的的不斷發展與進步，轉子與定子之間的間隙不斷減小，轉子之間的不對中所引起振動的危害性也就變得更加嚴重。所以，針對轉子不對中故障的檢測和識別日益受到人們的重視。工業生產中，如果不能及時地檢測識別出不對中故障并加以校正，輕則使設備無法正常運行，重則甚至可能引發災難性事故。因此，開展旋轉機械軸系不對中故障檢測方法研究對保證設備的正常運行、防患于未然、避免重大經濟損失以及人員傷亡等具有重要意義。

軸系不對中是指聯軸器連接的兩轉子(或驅動軸與從動軸之間)的軸心線不在同一條直線上。將軸系不對中故障又可以進一步分為平行不對中、角度不對中以及綜合不對中三種。平行不對中是指存在不對中故障的轉子系統，其從動軸軸心線平行于驅動軸的軸心線，但是二者的軸心在徑向上不重合。角度不對中是指存在不對中故障的轉子系統，其從動軸軸心線與驅動軸的軸心線有一定的夾角，并且二者的軸心在徑向上重合。綜合不對中是指存在不對中故障的轉子系統，其從動軸軸心線與驅動軸的軸心線具有一定的夾角，且二者的軸心在徑向上不重合。如圖1所示，圖中(a)表示的是軸系處于對中狀態，(b)表示軸系處于平行不對中狀態，(c)表示軸系處于角度不對中狀態，(d)表示軸系處于綜合不對中狀態。

近年來，國內外眾多學者在轉子不對中故障的機理、不對中特征以及不對中故障的識別等方面做了很多深入研究，并且取得了顯著的成果。學者對轉子不對中故障的研究大多是從不對中故障的機理以及特征識別入手，采用振動分析法，從振動特征和振動頻譜等方面進行不對中故障的診斷。這些方法和理論為今后轉子系統不對中故障的診斷和校正提供了重要的理論依據。然而，傳統的振動分析法只能夠用來定性識別轉子的不對中故障。通過觀察監測點的振動特性(往往是借助于轉頻的二倍頻大小)來判斷不對中故障存在與否以及其不對中程度。可是，往往不同的故障反映在頻譜圖上具有一定的相似性，這就給振動分析法的分析結果帶來一定的不確定性。顯然，在轉子不對中故障診斷領域，目前的研究還有很多不足之處。主要表現在：不對中定性識別方法難以為現場設備維修提供足夠的定量化對中信息。

在旋轉機械不對中故障檢測領域，定量化的檢測方法并不多見，目前最具有代表性的檢測方法有兩種：Dodd棒測法和激光對中法。

Dodd棒測法雖然對設備的不對中在線監測起到巨大的推動作用，然而，該方法存在著一些不足之處，比如，系統的安裝需要專業技術指導；測量棒和傳感器探頭價格昂貴導致測量成本較高；另外，如果測量環境溫度較高也會對測量結果產生較大影響，因為兩測量棒較長，測量棒本身就存在溫度引起的變形問題，當然，我們可以通過增加冷卻系統來解決這個問題，但是這樣就又會增加整個系統的復雜性，進一步提高系統成本。

激光對中法檢測不對中量的測量精度很高，而且軸向安裝距離要求不高(限10米以內)。但是，激光對中裝置在高溫環境下使用時其精度會大打折扣，而且激光對中儀的價格很高。更重要的一個不足之處是，激光對中測量過程中兩轉子必須用聯軸節連接在一起轉動，而連接后兩轉子由于受力作用各自均會產生變形，這就導致不對中測量結果與實際的不對中量之間存在差異。所以，激光對中法在實際應用中存在一定的限制。

發明內容