检测在电机上轴系振动的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于检测在一个电机上轴系振动的一种方法以及一种装置。在此为了检测振动测量轴电压（Ｕ↓［ｓ］（ｔ））和／或轴电流（Ｉ↓［ｓ］（ｔ））并且关于对于振动表征的分量分析轴电压和／或轴电流。该方法，其利用通常大多数仅认为是有害的轴电压或者轴电流，一方面证明是足够准确的并且是非常适合于长时间监控此类振动，另一方面能够结构简单地并且以可靠的方式实现。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测在一个电机上、特别是在发电站设备中轴系振动的一种方法和一种装置。
技术介绍
机器、特别是涡轮发电机组的轴系振动有若干种类。在此可能涉及弯曲振动或者横向的振动，其出现在垂直于轴的方向上。此外可能出现所谓的摆动，也就是说一般轴的旋转频率围绕通常50Hz(或者60Hz)的工频准周期地衰减变化，其由于例如电网中的脉冲干扰产生。真正的扭转振动被认为轴的第三种振动，其例如可能由于在电网上突然的负载增加产生。在此扭转振动是这样的振动，其表现在沿着轴的不一致的转动频率(相移或者频率偏移)，也就是说引起轴的扭转。在扭转振动中涉及非常小的振动，通常在0.01度的相位振幅范围内，可是其还是可能导致非常高的轴负载，并且尤其是此类扭转振动的固有频率与引起该扭转振动的激励吻合可能导致此类扭转振动的危险起振，这甚至可能引起轴断裂。在此扭转振动的频率能够从几Hz直到200Hz，其中该频率自然依赖于轴的材料性质和厚度、与轴连接的物质和设备的大小。特别是在具有长的轴的大型设备中该扭转振动可能显得紧要。根据该问题的重要性多个专利已经研究了这个课题。例如US3,934,459说明了用于测量涡轮发电机系统的全部轴系扭转振动的一种测量设备和一种方法。为此通过一个或多个没有详细说明的传感器在轴的一个或多个点上记录该扭转振动。扭转信号的进一步处理是该文献的主题。通过用带通滤波器的滤波和乘法实现进一步处理，以便最终得到最大扭矩。此外提及US3,885,420、US4,148,222、US4,137,780和US4,317,371，这些文献统统说明用于测量此类电气设备的扭转振动的测量设备或者方法。为了检测扭转振动将与轴连接的齿轮用作信号发生器，这些齿轮通过传感器产生电信号。借助于带通滤波器和乘法器等进一步处理该信号。在US4,317,731中说明了一种特殊的、用于测量相移的解调方法。该方法包含较低的中频的产生和接下来的频率解调，这本身在无线电广播技术中已知。另一种方法(US3,885,420)把一个锁相环PPL(phase-locked-loop)用于解调。此外指出US4,444,064，其说明了一种方法，在该方法中首先在轴上外加一个磁格式，其然后用作脉冲发生器。测量扭转振动的另一方案基于将在与轴耦合的永磁发电机的相绕组端子上的电压用于确定此类振动。通过分析产生的电压推断出扭转振动。再度借助于频率解调(PPL技术)实现该分析。这种设置的优点与齿轮解决方案相比具有较低费用。
技术实现思路
因此本专利技术任务，一方面提供一种用于检测扭转振动的选择方法，另一方面提供一种用于检测机器轴系其他振动的装置，该装置具有足够的准确性并且在此能够结构简单、价格低廉并且可靠地被实现。特别应检测在运行中难以测量的轴系固有频率，尤其也应检测在时间过程中固有频率的变化。由此解决该任务，即为了检测振动，测量并分析在轴和发电机的地之间的轴电压和轴电流。正如在出版文献EP-A1-0 271 678和稍后的出版文献DE-A1-19742 622中所说明的，在发电机的发电机轴上由于不同的原因产生轴电压和轴电流，该发电机通常是涡轮组的一部分，轴电压和轴电流的频谱从直流直到较高频率，其与发电机的转动频率成倍数关系，可是也与发电机的静态激励系统的频率有关。在此观察在最初周期函数(周期＝转子转数)的频谱中表明的基频的谐波。尤其由于发电机轴附近的磁不对称、由于发电机轴的静电充电、由于将轴电压容性耦合在发电机轴上的外部电场、或由于在旋转的轴上的剩磁、例如由于轴的剩余磁化的原因产生轴电压或者轴电流。如果轴电压和轴电流或者不降低到可容忍的程度，或者轴系的接地方案不合适，则轴电压和轴电流对于发电机的不同元件基本上是一个潜在危险，并且可能导致损害发电机。为此在过去在发电机轴上采取特殊的预防措施，例如在发电机的非驱动端上安装绝缘线路，并且在驱动端上发电机轴经过电刷与地电位连接。为了减小电压峰值，常常将发电机轴在非驱动端借助于滑动接触通过电容以交流电压的方式耦合到地电位上。可是轴电压和轴电流也可以考虑用于监控轴接地的功能可靠性和功能高效性。开始提到的出版文献EP-A1-0 271 678为此给出一个监控电路和分析电路，其在发电机的非运行端上通过电阻同旁路电容的并联电路建立一个电流路径，分析在流经这个RC组合的电流中的机器典型的频率分量。RC组合表明在轴和地电位之间的可靠连接，该连接不仅减少静态充电而且也把高频电压降低到对于轴承没有危险的值。另一个建议(DE-A1-197 42 622)如下，在驱动端测量流经发电机轴的接地线路的轴电流并确定轴电流的频率，然后从中推导出轴电流的起因。现在本专利技术的核心在于这个绝对意外的认识，即轴电流或者轴电压不仅仅包含上述的、根据EP-A1-0 271 678关于轴接地的功能高效性和功能可靠性的信息，或也包含根据此外要列举的EP-A2-0 391-181关于转子线圈短接的信息，而且在该信号中此外还包含大量关于轴的所有形式振动的信息。相应能够放弃通常专门设置用于测量此类振动的装置，并且能够用也许已经存在的、用于监控功能高效性或转子线圈短接的设备测量轴电压或者轴电流并从在这种情况下所获得的数据中逆向推断出轴的振动。在此轴电流和/或轴电压的测量是一个足够准确的并且特别对于长期观察非常适合的、用于确定轴的此类振动的方法。根据第一个优选的、根据本专利技术方法的实施形式在检测的振动中涉及扭转振动和/或横向弯曲振动和/或涉及轴的摆动。在此不仅可以确定特殊类型的单独振动的存在，而且也可以确定其时间顺序和强度。根据另一个优选的实施形式如此实现轴电压和/或轴电流的测量，即在轴的第一位置、在发电机的前面、设置一个低阻的接地，并且在轴的第二位置、在发电机的后面、通过一个单元、例如在轴和地之间一个高阻的RC单元量取轴电压、也就是说在轴和地之间的电压、和/或轴电流、也就是说流向地的电流，并且在一个分析单元中分析该轴电压和/或轴电流。在此特别优选地为了分析轴电压和/或轴电流将该信号作为时间函数测量并记录，并且作为时间函数分析。在此以一个这样的取样速率实现采样，该采样速率与工频一致或为工频的整数倍除以发电机的极对数。优选关于在信号中包含的、轴电压/电流频谱的谐波的调频和/或调幅，检查产生的信号(电压或电流)。在此在以载频、特别是以工频或其谐波、解调或者下混频信号之后将优选部分进行傅立叶变换，并且在调频的情况下根据谐波的谱线展宽或者在调幅的情况下根据边带或基带内的频带来分析产生的频谱。这种形式的分析允许相应的、对于特殊振动表征的信号的简单可视化。在应用傅立叶变换的情况下这证明是适用的，即以1-10kHz的采样速率数字化该信号，特别是在5kHz范围内进行采样，接下来为了确定精细结构，比如在摆动和/或扭转的情况下出现精细结构，从信号中分别对在50k至100k数据点范围内、特别是在64k数据点范围内的数据段分别进行傅立叶变换(FFT)。对于表明为在1至180Hz、或甚至直到300Hz范围内调幅的弯曲振动分别可以对在0.5k至1.5k数据点范围内、特别是在1k数据点范围内的数据段进行傅立叶变换(FFT)。基本上表明，当存在短暂的、横向弯曲振动的情况下在频谱中在1至300hz范围内的频率中观察到短暂的谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测电机的轴（２）的振动的方法，其特征在于，为了检测该振动测量并分析轴电压（Ｕ↓［ｓ］（ｔ））和／或轴电流（Ｉ↓［ｓ］（ｔ））。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M霍贝尔斯伯格，I柯希霍夫，Z波塞德尔，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]