大型机组振动信号的采集与典型故障的诊断

　　大型机组主要指各类大型汽轮发电机组、离心压缩机组等大型回转机械及一些大型往复机组,如大型柴油发电机组。它们是电力、石化、冶金、汽车和造船等国民经济重要部门的关键设备,保障其安全、稳定、长期、满负荷运行将产生巨大的经济效益和社会效益。

　　一般大型机组成套设备包括众多环节,影响其安全运行的因素极多,通过使用各种设备对机组运行的过程状态参数进行信号的监测与分析是判断设备是否正常运行、是否存在潜在故障及预测故障发展趋势等问题的有力手段。机组设备可作为状态监测和诊断的信号多种多样,如振动、声音、变形、裂纹、磨损、温度、压力等,而其中应用最多的是机械振动信号,原因是由振动引起的机械损坏比例很高,其次是因为振动信号含有丰富的信息,许多机械故障都通过异常的机械振动反应出来[1]。

　　机械设备振动信号采集与分析工作一般需要应用专门的仪器或系统,目前国内外应用最为广泛的仪器系统有三种:一为离线式信号分析仪;二为便携式振动信号采集分析系统;三为计算机在线监测系统。其中一、二两种类型主要应用于测点分散、检测量大且不需要作连续在线监测的场合;而在线监测系统主要应用于相对集中的重要的单线运行设备的监测、管理。

　　本文应用在线监测系统和自己研制的便携式振动信号采集系统进行大型机组振动信号的采集,并应用小波(Wavelet)理论进行信号的处理分析,再结合传统的Fourier分析方法,成功地进行大型机组故障的诊断。

　　1　大型机组振动信号的采集

　　1.1　便携式振动信号采集系统

　　便携式振动信号采集与处理系统[2]是为了满足生产现场各类振动信号的采集、显示、存储及分析等任务的需要而设计的。它具有如下特点:

　　(1)体积小、重量轻、易于携带;功耗小,适合现场使用。

　　(2)软件通用性强,系统性能价格比高。

　　(3)硬件适应性强。易与各类振动传感器或相应的二次仪表接口;有足够的采集通道和数据存储容量。

　　该系统的硬件部分采用积木化结构,共由四个相对独立的功能模块组成,如图1所示。

图1　系统硬件结构框图

　　模块1为信号输入模块,包括两组双通道信号输入。第一组由两只内置电荷放大器式加速度计组成,可用于高速旋转机组机壳振动的测量;另一组可供另两类传感器使用,一是接振动速度传感器,用于非高速机组的机壳振动的测量;二是接电涡流位移传感器前置器的输出信号,用于对旋转轴承或轴的振动进行监测。

　　模块2为信号预处理模块,包括对第一组通道加速度信号输入的隔直处理以及两级硬件积分以获得相应的速度和位移信号供后置处理使用;对另两通道采用了隔直及低通滤波处理。功能模块3为信号采样控制及AD转换模块,包括多路转换、仪用放大、采样保持及AD转换等电路。功能模块4为笔记本机及其资源,它完成数据采样过程的控制以及采集数据的显示、存贮、处理及输出等工作。