[發明專利]基于振動頻譜圖確定機器轉速

有效

• 申請號: 201910270323.5
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110346591B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: A·J·海森;S·V·鮑爾斯三世
• 申請（專利權）人: 計算系統有限公司
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00;G01P3/02
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

描述了一種在缺乏可靠轉速計信號的情況下通過確定機器的旋轉部件的估計轉速以指示實際轉速的裝置。該裝置包括處理器，該處理器產生振動數據的頻譜圖，定位頻譜圖中的峰，并以預定的轉速增量掃描譜頻圖以提供候選轉速。對于每個候選轉速，識別相關聯的諧波，定位頻譜圖中最接近候選轉速的峰及其諧波，測量最接近的峰與候選轉速及其諧波之間的間隙，以及記錄間隙的總和。估計的轉速是與間隙的最小和相關聯的候選轉速。

技術領域

本發明涉及一種用于確定機器的轉速的裝置，并且更具體地涉及在缺乏實際轉速測量值的情況下使用振動分析來確定轉速的分析儀器。

背景技術

諸如風扇、電動機、渦輪機等的旋轉設備由于諸如磨損、負載變化、損壞、誤用和異物積聚等情況而導致其失去平衡和時間校準。由于失去平衡和時間校準，設備會產生過大的振動，如果不加以校正，會導致設備的加速磨損和其他損壞。

振動分析儀檢測并分析旋轉設備發出的振動。這種分析儀確定振動源，無論設備是不平衡、未校準、軸承磨損、零件缺失或損壞、或其他一些問題。為了正確診斷振動問題，必須知道軸的轉速。然而，在數據收集時通常不知道轉速。在這種情況下，必須根據振動頻譜計算轉速。

在問題診斷中，需要振動頻譜中軸的轉速的相關性，因為通常存在許多不同的潛在振動源，每個振動源產生不同的振動特征。首先要做出的決定之一是檢測到的振動是與設備的旋轉同步或者異步。如果是異步的，則進行分析以確定振動是否可以以某種其他方式與設備的轉速相關聯。以這種方式，隔離和校正了特定問題。

例如，在諸如渦輪機的旋轉設備中，與轉速的一次諧波同步的振動表明轉子不平衡，為此存在明確定義的校正方法。已知渦輪機的轉速允許快速診斷該問題，并且減少了研究不相關的潛在振動源所浪費的時間。

作為另一個例子，有缺陷的抗摩擦軸承產生的振動與軸的速度具有固定但非整數的關系。因此，振動不是軸的轉速的諧波。然而，在了解軸承參數的情況下，例如內圈和外圈故障頻率，由有缺陷的軸承產生的振動與軸的轉速相關，因此問題被診斷和校正。同樣，在不知道軸的轉速的情況下，有缺陷的軸承更難以診斷。

進一步地，在諸如齒輪箱的旋轉設備中，可具有多個不同尺寸的齒輪，諸如其中一個齒輪上的齒破裂的問題產生與軸的轉速同步的振動。關聯轉速、每個齒輪上的已知齒數以及振動頻譜使損壞的齒輪得到診斷。

在每種情況下，如果已知設備的轉速，則振動源的診斷變得更容易。轉速與振動頻譜的實際相關性以及相關信息的分析由技術人員執行，或者由具有這種檢測能力的振動檢測儀器自動執行。

問題在于，在不使用轉速計來測量轉速的情況下，難以準確地確定轉速。在許多情況下，假定轉速是在配置機器時設置的默認值，或者是基于收集的數據使用便攜式分析儀手動輸入的。在這種情況下，轉速最多是近似值。隨著機器上的負載變化，實際轉速也可能變化。因此，由于手動數據輸入錯誤，假定的轉速可能完全不正確。因此，需要一種裝置，當轉速計和實際轉速數據不可用時，該裝置可用于確定機器的轉速。

發明內容

美國專利申請序列號15/946,403描述了兩種用于確定機器轉速的方法。這里描述的是基于進一步研究和測試而開發的第三種方法。第三種方法的改進包括考慮更寬范圍的初始候選轉速和對評估算法的改進，該評估算法考慮諧波峰的相對幅度和高次諧波的相對重要性。這些改進已經表明了對轉速確定的可靠性的顯著提高，特別是當初始轉速受到質疑時。

鑒于前述內容，本發明描述的實施例提供了一種確定轉速的裝置，該裝置用于在缺乏可靠的轉速計信號的情況下，通過確定機器的旋轉部件的估計轉速以表明實際轉速。在一個方面，該裝置包括連接到機器的振動傳感器，該振動傳感器產生表明機器振動的模擬振動信號，以及將模擬振動信號轉換成數字振動數據的模數轉換器。該裝置包括處理器，該處理器執行指令以處理數字振動數據，包括以下指令：

-根據機器記錄的歷史數據確定機器的轉速范圍；