專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度分析裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般地涉及控制系統(tǒng)。更特別地，本公開涉及一種用于旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度分析裝置和方法。
背景技術(shù)：
執(zhí)行某種類型物理工作的機械通常生成作為它的操作的函數(shù)的物理振動。例如，由于電動馬達的軸的較小水平的不平衡、電動馬達的軸相對于其負載的未對準、或由磨損所引起的過量的軸承間隙，電動馬達可生成振動。甚至可以生成馬達的電樞相對于馬達的勵磁繞組的徑向變化。在很多情況下，希望馬達或其它旋轉(zhuǎn)機械在其正常操作期間生成一定水平的振動。然而，由于各種原因，例如由于長期使用引起它的部件中的一個或多個其部 件的故障或磨損，會經(jīng)受增加的振動水平。用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機器的健康的傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)包括振動監(jiān)測、聲音或噪音特征分析、馬達電流特征分析、和油分析。然而，機器明可顯彼此不同地起作用，即使是那些具有相同構(gòu)造、型號和制造時間的機器。這可歸因于多種因素，例如制造、安裝或測量誤差以及操作條件上的差異。因而，用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機器的健康的傳統(tǒng)技術(shù)通常已經(jīng)是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供了一種用于旋轉(zhuǎn)機械的振動烈度分析裝置和方法。在第一個實施例中，一種方法包括獲取機器的基線振動水平，并且以規(guī)定的閾值來標準化基線振動水平以產(chǎn)生標準化的基線振動水平。該規(guī)定的閾值基于該機器的類型。該方法還包括獲取該機器在其期間的操作振動水平的測量，針對標準化的基線振動水平來標準化所測量的操作振動水平，并且基于標準化的操作振動水平來識別至少該機器的狀態(tài)的指示符。在第二個實施例中，一種裝置包括至少一個存儲單元，其被配置為存儲一個或多個閾值，每個閾值與規(guī)定的機器類型相關(guān)聯(lián)。該裝置還包括至少一個處理單元，被配置為獲取機器的基線振動水平，并且以該一個或多個閾值中的規(guī)定的一個閾值來標準化該基線振動水平以產(chǎn)生標準化的基線振動水平。該規(guī)定的閾值基于該機器的類型。該至少一個處理單元還被配置為獲取該機器在其操作期間的操作振動水平的測量，針對標準化的基線振動水平來標準化所測量的操作振動水平，并且基于標準化的操作振動水平來識別至少該機器的狀態(tài)的指示符。在第三個實施例中，一種計算機可讀介質(zhì)體現(xiàn)了計算機程序。該計算機程序包括計算機可讀程序代碼，用于獲取機器的基線振動水平，并且以規(guī)定的閾值來標準化該基線振動水平以產(chǎn)生標準化的基線振動水平。該規(guī)定的閾值基于該機器的類型。該計算機程序還包括計算機可讀程序代碼，用于獲取該機器在其操作期間的操作振動水平的測量，針對標準化的基線振動水平來標準化所測量的操作振動水平，并且基于標準化的操作振動水平來識別至少該機器的狀態(tài)的指示符。
根據(jù)隨后的附圖、說明書和權(quán)利要求，其它的技術(shù)特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可以是容易明白的。


為了更完整地理解本公開及其特征，現(xiàn)在結(jié)合附圖來對隨后的描述進行參考，其中圖I說明了根據(jù)本公開的示例振動烈度分析系統(tǒng)；圖2說明了根據(jù)本公開的由振動烈度分析器所使用來標準化振動特征的示例閾值；圖3說明了根據(jù)本公開的由振動烈度分析器所分析的風扇的示例均方根(RMS)值；
圖4說明了根據(jù)本公開的在已經(jīng)被標準化的總RMS值和尚未被標準化的總RMS值之間的不例關(guān)系；圖5A和5B說明了根據(jù)本公開的由振動烈度分析器所獲取的振動特征的示例未標準化曲線和標準化曲線；圖6說明了根據(jù)本公開的用于分析物理振動的示例方法；以及圖7A和7B說明了根據(jù)本公開的由振動烈度分析器所獲取的振動特征的示例標準化曲線和未標準化曲線。
具體實施例方式下面所討論的圖I到圖7B，以及在該專利文件中用來描述本發(fā)明的原理的各種實施例，僅作為說明，而不應(yīng)該以任何方式被解釋為限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解的是，本發(fā)明的原理可以以任何類型的合適布置的設(shè)備或系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖I說明了根據(jù)本公開的不例振動烈度分析系統(tǒng)100。如圖I中所不,系統(tǒng)100包括振動烈度分析器102，其分析由一個或多個機器104在它們的操作期間所生成的物理振動。例如，分析器102可從物理耦合到機器104或以其它方式與機器104相關(guān)聯(lián)的一個或多個振動換能器106接收信號。分析器102分析接收到的信號以確定機器104的健康或操作狀態(tài)。分析器102可在時間上的初始點處生成機器104的基線振動特征，并且接著使用規(guī)定的閾值108來標準化所測量的基線振動水平。稍后在機器104的操作期間，分析器102可接收機器104的振動水平的附加測量，并且使用標準化的基線振動水平來標準化該振動特征。得到的信號可接著被用于機器104的分析?？梢詼y量機器104的振動水平以確定機器104的狀況或健康。然而，由機器所生成的振動水平的常規(guī)分析可能是相對復雜的。例如，機器可包括許多部件，每一個部件都貢獻了由機器在其操作期間所生成的總的振動水平的一小部分。因此，盡管特定的部件對于機器的操作是關(guān)鍵的，但是在該特定的部件中的故障可能貢獻了由機器所生成的總的振動水平的相對小的部分。作為另一個示例，機器的振動特征可根據(jù)機器自身外部的各種因素而顯著地變化，該各種因素諸如是該機器正操作的環(huán)境、由該機器所驅(qū)動的負載的類型、或者驅(qū)動該機器的電源?？赏ㄟ^為得到該機器的基線振動特征而在機器104初始啟動期間執(zhí)行振動測量來稍微減輕振動分析的復雜性。以這樣的方式，可以在機器104的使用期限期間進行隨后的振動測量。該隨后的振動測量可與基線振動特征相比較以確定是否已經(jīng)發(fā)生了任何顯著的改變。然而，該技術(shù)具有的其缺陷在于，類似機器的基線振動水平可在它們彼此之間極大地變化，甚至在那些具有相同構(gòu)造、型號以及制造時間的機器之間。這可歸因于多種因素，諸如生產(chǎn)、安裝或測量誤差以及操作條件上的差異。因而，用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機器的健康的傳統(tǒng)技術(shù)通常已經(jīng)是不夠的。因此，基于機器相關(guān)的基線振動信號的機器振動分析仍然可產(chǎn)生不一致的結(jié)果。根據(jù)本公開，分析器102針對規(guī)定的閾值108 (諸如確立的標準值)來標準化機器104的基線振動水平。稍后在機器的操作期間，這些標準化的基線振動水平可被用來標準化所測量的機器振動水平，以提供機器健康的增強分析。這可有助于減輕在相同或類似類型的不同機器104中可能遇到的振動水平上相對較大的變化。機器104表示可能期望對其進行振動分析的任何裝置。機器104的例子可以包括可在其操作期間生成物理振動的電動馬達或煤氣發(fā)動機、風扇、泵、發(fā)電機、推進器或任何其它設(shè)備。該機器104可包括多個部件，該多個部件一起起作用來提供由機器104所提供··的功能。例如，電動馬達可包括在其上安裝了電樞的軸、用于容納一個或多個勵磁繞組的外殼、以及將該軸保持在相對于外殼的相對固定位置中的軸承。這些部件中的每一個部件在操作期間生成其擁有的各自的振動特征。因此，對于由分析器102所分析的每個機器104，可以生成隸屬函數(shù)或其它函數(shù)來至少部分地隔離用于每個部件的振動能量，以便在子系統(tǒng)基礎(chǔ)上分析機器104的健康。每個振動換能器106表示將振動能量轉(zhuǎn)化為表示振動能量的信號的任何類型的設(shè)備。在某些實施例中，振動換能器106可包括一個或多個加速度計，該一個或多個加速度計沿著一個或多個正交方向測量振動能量。例如，加速度計可包括用于將振動能量轉(zhuǎn)化為電信號的電磁元件或壓電元件。分析器102包括用于接收振動信號且針對一個或多個規(guī)定的閾值108來分析所接收的振動信號的任何合適的結(jié)構(gòu)。例如，可僅使用硬件或使用硬件和軟件/固件指令的組合來實現(xiàn)分析器102。在該示例中，使用包括至少一個存儲單元112、至少一個處理單元114、以及至少一個網(wǎng)絡(luò)接口 116的計算系統(tǒng)110來實現(xiàn)分析器102。該至少一個存儲單元112包括任何合適的一個或多個易失性和/或非易失性儲存和檢索裝置，諸如硬盤、光存儲盤、RAM、ROM。該至少一個存儲單元114包括任何合適的一個或多個處理結(jié)構(gòu)，諸如微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路、或現(xiàn)場可編程門陣列。該至少一個網(wǎng)絡(luò)接口116包括用于在一個或多個網(wǎng)絡(luò)上通信的任何合適的一個或多個結(jié)構(gòu)，諸如有線以太網(wǎng)接口或無線接口。這表示了可以實現(xiàn)分析器102的一個特定方式，并且還可使用分析器102的其它實現(xiàn)方式。當通過使用軟件和/或固件來實現(xiàn)時，分析器102可包括任何合適的程序指令，該程序指令分析一個或多個機器104的振動。用戶接口 118可用來與分析器102交互，諸如用來發(fā)起分析和查看分析結(jié)果或報警。用戶接口 118包括用于向用戶提供信息或從用戶接收信息的任何合適的結(jié)構(gòu)。例如，用戶接口 118可以表示顯示設(shè)備。雖然圖I說明了振動烈度分析系統(tǒng)100的一個示例，但是還可對圖I進行各種改變。例如，系統(tǒng)100可以包括任何數(shù)量的分析器102、機器104、振動換能器106、閾值108、計算系統(tǒng)110和用戶接口 118。而且，圖I中所示的功能劃分僅僅是為了說明。圖I中的各種部件可以根據(jù)特定需要來被組合、進一步地再分、或省略，以及可增加附加的部件。例如，計算系統(tǒng)110可以被集成到用戶接口 118。此外，機器104可具有帶有任何數(shù)量和布置的其它機器的任何合適的結(jié)構(gòu)。圖2說明了根據(jù)本公開的由振動烈度分析器所使用來標準化振動特征的示例閾值。特別是，圖2說明了圖表200，其示出了可由圖I的分析器102所使用來標準化振動特征的若干規(guī)定的閾值。圖表200指示了根據(jù)國際標準化組織(ISO) 10816規(guī)范所確定的規(guī)定的閾值。該規(guī)范確立了用于通過使用對機器的非移動(靜態(tài))零件作出的測量來測量和評估振動的一般條件和過程。該規(guī)范還提供了與操作監(jiān)測和接受測試兩者有關(guān)的一般評估準則，操作監(jiān)測和接受測試主要關(guān)于保證機器可靠長期操作而確立。盡管在此描述了根據(jù)IS010816規(guī)范所確定的規(guī)定的閾值，但也可使用如以任何合適方式所確定的任何規(guī)定的閾值。IS010816規(guī)范的規(guī)定的閾值根據(jù)正被分析的機器的類型來分類。特別是，IS010816規(guī)范規(guī)定了 4種不同類型的機器，S卩小型機器(類別I)、中型機器(類別II)、以 及包括那些具有剛性的支撐(類別III)和具有欠剛性的支撐(類別IV)的大型機器。在每種類型內(nèi)，有表示振動能量的最小水平的若干閾值，該振動能量的最小水平可以由其各自類型的機器來展示，以保持某種操作狀態(tài)水平。如圖2中所示，操作狀態(tài)水平可包括良好的、令人滿意的、不令人滿意的、以及不可接受的操作狀態(tài)水平。例如，如果中等大小的機器生成小于2. 80毫米/秒的均方根(RMS)振動能量或小于O. 16英寸/秒的峰值振動能量，則其可以令人滿意地操作。作為另一個示例，如果中等大小的機器生成大于7. 10毫米/秒的RMS振動能量或大于O. 40英寸/秒的峰值振動能量，則其可能不可接受地操作。出于本公開的目的，與在令人滿意和不令人滿意的水平之間的界限相關(guān)的規(guī)定的閾值被認為是由分析器102所使用的規(guī)定的閾值。盡管圖2說明了由振動烈度分析器102所使用來標準化振動特征的閾值的示例，但是可對圖2進行各種改變。例如可使用來自任何合適的源的任何期望的閾值。圖3說明了根據(jù)本公開的由振動烈度分析器所分析的風扇的示例均方根(RMS)值。特別是，圖3說明了示例圖表300，其示出了可由圖I的系統(tǒng)100所計算的所測量的風扇的總RMS值。如此處所示的，該風扇在最早的記錄日期處展示了相對高的振動(基線振動)。生成總RMS振動能量值的特定風扇是50馬力(HP)的風扇，其根據(jù)IS010816規(guī)范是中等大小的機器。同樣地，圖表300包括指示了用于風扇的估計的操作狀態(tài)水平的區(qū)域。例如，區(qū)域I指示了該風扇的令人滿意的操作狀態(tài)，其中振動能量水平小于如圖2的IS010816圖表中所示的O. IlRMS英寸/秒(對應(yīng)于2. 80毫米/秒)。區(qū)域2指示了該風扇的不令人滿意的操作狀態(tài)，其中振動能量水平大于區(qū)域I且小于如IS010816圖表中所示的O. 28RMS英寸/秒(對應(yīng)于7. 10毫米/秒)。區(qū)域3指示了該風扇的不可接受的操作狀態(tài)，其中振動能量水平大于區(qū)域2的振動能量水平。圖3中的測量的總RMS值跨過9個月的時間段。如此處所示的,初始記錄的總RMS值近似地為O. 13英寸/秒，根據(jù)由IS010816規(guī)范所確立的規(guī)定的閾值位于不令人滿意的區(qū)域2內(nèi)的值。因此，盡管風扇正處于良好的已知操作狀態(tài)，但是為該風扇所初始獲取的風扇基線RMS值指示了該風扇正在不正確地操作。
根據(jù)本公開的教導，初始基線測量可以用規(guī)定的閾值來標準化，使得可在初始基線特征測量中對偏差進行補償。在某些實施例中，可從由標準化組織頒布的規(guī)范(諸如IS010816規(guī)范)中獲取規(guī)定的閾值。例如，可根據(jù)以下公式來標準化基線特征測量
權(quán)利要求
1.一種方法，包括 獲取(602)機器(104)的基線振動水平； 以規(guī)定的閾值(108)來標準化(604)該基線振動水平，以生成標準化的基線振動水平，該規(guī)定的閾值基于該機器的類型； 獲取該機器在其操作期間的操作振動水平的測量； 針對標準化的基線振動水平來標準化(616)所測量的操作振動水平；以及 基于標準化的操作振動水平來識別(624)至少該機器的狀態(tài)的指示符。
2.權(quán)利要求I的方法，進一步包括 從國際標準化組織(ISO) 10816規(guī)范中獲取該規(guī)定的閾值。
3.權(quán)利要求I的方法，進一步包括 從平均基線振動水平獲取該規(guī)定的閾值，該平均基線振動水平從相同類型的多個機器獲取。
4.權(quán)利要求I的方法，其中，標準化該基線振動水平包括只有在基線振動水平超過該規(guī)定的閾值規(guī)定的量時，才以該規(guī)定的閾值來標準化該基線振動水平。
5.權(quán)利要求I的方法，其中，識別至少指示符包括通過使用根據(jù)基線振動水平的相對大小和規(guī)定的閾值所選擇的規(guī)定的量的隸屬函數(shù)來識別至少一個指示符。
6.一種裝置，包括: 至少一個存儲單元(112)，其被配置為存儲一個或多個閾值(108)，每個閾值與規(guī)定的機器類型相關(guān)聯(lián)；以及 至少一個處理單元(114)，其被配置為 獲取機器(104)的基線振動水平； 以該一個或多個閾值中的規(guī)定的一個閾值來標準化該基線振動水平，以生成標準化的基線振動水平，該規(guī)定的閾值基于該機器的機器類型； 獲取該機器在其操作期間的操作振動水平的測量； 針對標準化的基線振動水平來標準化所測量的操作振動水平；以及 基于標準化的操作振動水平來識別至少該機器的狀態(tài)的指示符。
7.權(quán)利要求6的裝置，其中該至少一個處理單元被配置為只有在基線振動水平超過該規(guī)定的閾值規(guī)定的量時，才以該規(guī)定的閾值來標準化該基線振動水平。
8.權(quán)利要求6的裝置，其中該至少一個處理單元可操作來過使多個初始基線振動水平彼此平均來獲取該基線振動水平。
9.權(quán)利要求6的裝置，其中該至少一個處理單元可操作來在機器處于已知的良好狀態(tài)時，測量該基線振動水平。
10.權(quán)利要求6的裝置，其中，該至少一個處理單元可操作來在對機器執(zhí)行維護過程后，測量該基線振動水平。
11.一種體現(xiàn)計算機程序的計算機可讀介質(zhì)，該計算機程序包括計算機可讀程序代碼，用于 獲取(602)機器(104)的基線振動水平； 以規(guī)定的閾值(108)來標準化(604)該基線振動水平，以生成標準化的基線振動水平，該規(guī)定的閾值基于該機器的類型；獲取該機器在其操作期間的操作振動水平的測量；針對標準化的基線振動水平來標準化(616)所測量的操作振動水平；并且 基于標準化的操作振動水平來識別(624)至少該機器的狀態(tài)的指示符。
全文摘要
一種方法包括獲取(602)機器(104)的基線振動水平，并且以規(guī)定的閾值(108)來標準化(604)該基線振動水平以生成標準化的基線振動水平。該規(guī)定的閾值基于該機器的類型。該方法還包括獲取該機器在其操作期間的操作振動水平的測量，針對標準化的基線振動水平來標準化(616)所測量的操作振動水平，以及基于標準化的操作振動水平來識別(624)至少該機器的狀態(tài)的指示符。
文檔編號G01H17/00GK102840911SQ20121027868
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者C·卡 申請人:霍尼韋爾國際公司