一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法與裝置與流程
2024-03-25 04:41:05
本發明涉及軸扭振檢測領域，尤其涉及一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法及裝置。
背景技術：
發電、冶金、石化、交通等行業存在許多大型旋轉設備，如汽輪機、燃氣輪機、發電機、風機、壓縮機、電機、泵等。在電網頻率波動、負載波動、外界衝擊、電機變頻運行等各種因素的作用下，轉軸上會產生扭轉諧振。扭振幅度較大時，會導致軸系的扭轉損壞。
扭轉振動所誘發的故障具有很強的潛伏性和隱蔽性。故障初期扭振很難被發現，故障一旦進入中晚期，往往會導致大軸和葉片斷裂等惡性事故的發生，故障危害和所造成的損失較大。扭振檢測技術和裝置對於保護設備的安全穩定運行非常重要。
目前扭振檢測主要有以下幾種方法：
1、間接測量法。在軸表面安裝應變片，採用應變法測量軸脈動扭矩，然後由實測扭矩和軸系模型，計算得到軸系扭振。這是一種基於應變的扭振間接檢測方法。
2、非接觸式(脈衝法)。在轉動軸上安裝齒輪盤或均勻布置的磁鋼片、反光條等，用電渦流式傳感器或磁阻式傳感器、光電式傳感器對準齒輪盤、磁鋼片、反光條等。轉軸旋轉過程中，傳感器感受並輸出系列脈衝信號。沒有扭振時，脈衝信號間隔均勻。轉軸出現扭振時，因為瞬時角速度不等，傳感器輸出的脈衝信號間隔不均勻。在此原理基礎上，編制算法，從非均勻間隔脈衝信號中可以提取出扭振信號。這種測量方法只需要1個傳感器，但需要在軸上布置齒輪盤或複數等間隔分布的磁鋼片、反光條等。採用齒輪法時，需要在軸上安裝特別加工的齒輪盤，有時不具備這樣的安裝條件。齒輪盤在中分結合面處的分度誤差較大，會對測量結果產生很大影響，扭振信號有可能被完全掩蓋在毛刺信號中。採用磁鋼片或反光條模式時，需要在軸上布置等分度間隔的磁鋼片或反光條，對分度的精度要求很高，現場有時難以保證。
3、非接觸式(雷射法)。該方法基於雷射都卜勒效應，利用雷射束照射 轉子端面時產生的都卜勒頻移效應來測量扭振。雷射束照射到軸表面時，軸表面的線速度使散射光產生都卜勒頻移，頻移量的瞬間值表徵了軸的瞬態角速度，除去直流分量，就可得到轉子的扭振響應。該法可以實現扭振的絕對測量，但測量精度受轉子橫向振動、轉子表面圓度誤差的影響較大，測量設備價格昂貴。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法與裝置，解決了現有技術中轉軸扭振現場檢測困難以及測量誤差大的技術問題。
本發明實施例提供的一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法與裝置，包括：
一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法，包括：
測量支架，及與測量支架為同心圓位置關係的轉軸；
基於多傳感器的轉軸扭振檢測步驟包括：
根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架內圈表面的複數個傳感器的各安裝角度；
提取複數個傳感器對預置在轉軸表面的單個脈衝標記的並行採集結果，對採集結果進行計算得到扭振結果。
優選地，根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架內圈表面的複數個傳感器的各安裝角度之前包括：
根據轉軸測量表面，確定由安裝環和底座組成的對應口徑的測量支架；
根據安裝環上複數個均勻分布的孔確定安裝於孔上的傳感器；
其中，傳感器的編號順序與測量支架中的轉軸轉動順序一致，傳感器的編號記為i＝1,2,…,n，其中n為傳感器數量。
優選地，提取複數個傳感器對預置在轉軸表面的單個脈衝標記的並行採集結果，對採集結果進行計算得到扭振結果之前還包括：
確定預置於轉軸測量表面的脈衝標記的位置，脈衝標記包括磁鋼片、鐵片或反光條。
優選地，提取複數個傳感器對單個脈衝標記的並行採集結果，對採集結果進行計算得到扭振結果包括：
提取複數個傳感器對單個脈衝標記的並行採集結果，並對並行採集結果進行轉換成標準信號後輸出；
將輸出標準信號通過數據採集卡進行多通道脈衝信號採集；
從多通道脈衝信號中提取扭振信號，進行計算得到扭振結果。
優選地，安裝角度標定方式包括：
記轉軸低速旋轉時的轉速為ω'，以編號為1的傳感器為基準，採集並記錄各個傳感器輸出脈衝信號，記為L'i,i＝1,2,...,n；
取脈衝信號由正轉負時刻點作為觸發基準點，記觸發時間為Ti',i＝1,2,...,n，通過預置第一公式計算得到相鄰傳感器脈衝信號L'i,L'i+1之間的時間差，預置第一公式為：
Δt′i＝T′i+1-Ti',i＝1,2,...,n。
通過預置第二公式計算圓周方向上任意兩個傳感器之間的弧長Δθi，預置第二公式為：
Δθi＝ω1·Δt′i,i＝1,2,...,n。
記編號為1的傳感器的安裝角度為0°，通過預置第三公式得到其餘傳感器的安裝角度θi，預置第三公式為：
優選地，從多通道脈衝信號中提取扭振信號，進行計算得到扭振結果包括：
以編號為1的傳感器為基準，採集並記錄轉軸旋轉一周過程中各傳感器輸出脈衝信號，記為Li，i＝1，...，n取脈衝信號由正轉負時刻點作為觸發基準點，記觸發時間為Ti，i＝1，...，n，通過預置第四公式計算得到相鄰傳感器脈衝信號Li，Li+1之間時間差Δti，i＝1，...，n，預置第四公式為：
Δti＝Ti+1-Ti,i＝1,2,...,n。
通過預置第六公式計算得旋轉一周過程中的瞬時角速度ωi，預置第六公式為：
通過採取同樣的方法，連續測試複數周期，可得所測時間段內的瞬時角速度信號ωi,i＝1,2,...,N，其中，N為總的採樣點數。通過預置第六公式計算瞬時角速度信號的平均值預置第六公式為：
通過預置第七公式計算得到扭振角速度信號預置第七公式為：
通過預置第八公式對扭振角速度信號積分，得到扭角位移信號預置第八公式為：
一種扭振檢測裝置，包括：
確定單元，用於確定安裝於測量支架內圈表面上的複數個傳感器的安裝角度；
提取單元，用於提取複數個傳感器對單個脈衝標記的並行採集結果；
計算單元，用於對採集結果進行計算得到扭振結果。
優選地，確定單元包括：
第一確定子單元，用於根據轉軸測量表面確定對應口徑的測量支架；
第二確定子單元，用於確定預置於轉軸測量表面的脈衝標記；
編號單元，用於對傳感器進行編號；
第三確定子單元，用於根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架內圈表面的複數個傳感器的各安裝角度。
優選地，提取單元包括：
第一提取子單元，用於提取傳感器的採集結果，並進行轉換後輸出；
第二提取子單元，用於從多通道脈衝信號提取扭振信號。
優選地，計算單元包括：
第一計算子單元，通過安裝角度標定方式計算複數個傳感器的安裝角度；
第二計算子單元，對扭振信號進行計算及積分得到扭振結果。
從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：
本發明實施例提供了一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法與裝置，包括：通過扭振檢測裝置根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架內圈表面的複數個傳感器的各安裝角度；通過由扭振檢測裝置提取複數個所述傳感器對預置在所述轉軸表面的單個脈衝標記的並行採集結果，對所述採集結果進行計算得到扭振結果，解決了現有技術中轉軸扭振現場檢測困難以及測量誤差大的技術問題，減小了現場測試困難，提高扭振檢測的可行性和測試精度，尤其適用於旋轉機械扭振檢測和分析，進而幫助機組開展扭振狀態評估。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施提供的一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法的一個流程示意圖；
圖2為本發明實施提供的一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法的另一個流程示意圖；
圖3為本發明實施提供的一種扭振檢測裝置的一個結構示意圖；
圖4為本發明實施提供的一種扭振檢測裝置的另一個結構示意圖；
圖5為本發明實施提供的同步採集到的傳感器輸出脈衝信號(無扭振時)；
圖6為本發明實施提供的仿真扭振信號；
圖7為本發明實施提供的轉軸扭振情況下多傳感器輸出脈衝信號(扭振模式下)；
圖8為本發明實施提供的從脈衝間隔中提取出的扭振信號；
圖9為本發明實施例提供的測量支架的實體結構示意圖。
圖示說明，A1～An傳感器，1測量支架，2脈衝標記，3轉軸。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法與裝置，用於解決現有技術中轉軸扭振現場檢測困難以及測量誤差大的技術問題，減小 現場測試困難，提高扭振檢測的可行性和測試精度。
為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖一，本發明實施例提供的一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法，包括：
101、根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架內圈表面的複數個傳感器的各安裝角度；
在實際應用中，將測量支架1固定於轉軸3外側，測量支架1為中空結構，測量支架1的口徑與轉軸3的直徑相對應，兩者為同心圓位置關係。在將複數個傳感器A1～An安裝於測量支架1內圈表面之前，先根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架1內圈表面的複數個傳感器A1～An的各安裝角度。其中，安裝角度標定方式如下：
記轉軸3低速旋轉時的轉速為ω'，以編號為1的傳感器A1為基準，採集並記錄各個傳感器輸出脈衝信號，記為L'i,i＝1,2,...,n；
取脈衝信號由正轉負時刻點作為觸發基準點，記觸發時間為Ti',i＝1,2,...,n，通過預置第一公式計算得到相鄰傳感器脈衝信號L'i,L'i+1之間的時間差，預置第一公式為：
Δt′i＝T′i+1-Ti',i＝1,2,...,n。
通過預置第二公式計算圓周方向上任意兩個傳感器之間的弧長Δθi，預置第二公式為：
Δθi＝ω1·Δt′i,i＝1,2,...,n。
記編號為1的傳感器A1的安裝角度為0°，通過預置第三公式得到其餘傳感器的安裝角度θi，預置第三公式為：
102、提取複數個傳感器對預置在轉軸表面的單個脈衝標記的並行採集結 果，對採集結果進行計算得到扭振結果。
在根據安裝角度標定方式將複數個傳感器A1～An安裝於測量支架1內圈表面後，提取複數個傳感器A1～An對轉軸3上單個脈衝標記1的並行採集結果，對採集結果進行計算得到扭振結果。
以上為對一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法的詳細描述，以下將對一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法的過程進行詳細的描述。請參閱圖2，本發明實施例提供的一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法的另一個實施例，包括：
201、根據轉軸測量表面，確定由安裝環和底座組成的對應口徑的測量支架；
首先，需要根據轉軸3測量表面，確定對應口徑的測量支架1，其中，測量支架1由設有複數個均勻分布的安裝環和底座組成。
202、根據安裝環上複數個均勻分布的孔確定安裝於孔上的傳感器；
在確定對應口徑的測量支架1後，根據需要安裝於測量支架1安裝環上複數均勻分布的孔上的複數個傳感器A1～An，將傳感器A1～An順著與測量支架1中的轉軸3轉動順序一致的轉動方向編號，記為i＝1,2,…,n，其中n為傳感器數量。
203、根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架內圈表面的複數個傳感器的各安裝角度；
在給傳感器進行編號後，根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架1內圈表面的複數個傳感器A1～An的各安裝角度，以便於傳感器的精準安裝，減少測量的誤差。其中，安裝角度標定方式包括：
記轉軸3低速旋轉時的轉速為ω'，以編號為1的傳感器A1為基準，採集並記錄各個傳感器輸出脈衝信號，記為L'i,i＝1,2,...,n；
取脈衝信號由正轉負時刻點作為觸發基準點，記觸發時間為Ti',i＝1,2,...,n，通過預置第一公式計算得到相鄰傳感器脈衝信號L'i,L'i+1之間的時間差，預置第一公式為：
Δt′i＝T′i+1-Ti',i＝1,2,...,n。
通過預置第二公式計算圓周方向上任意兩個傳感器之間的弧長Δθi，預置 第二公式為：
Δθi＝ω1·Δt′i,i＝1,2,...,n。
記編號為1的傳感器A1的安裝角度為0°，通過預置第三公式得到其餘傳感器的安裝角度θi，預置第三公式為：
需要說明的是，在確定好傳感器安裝角度進行安裝後，按照傳感器技術要求，調整傳感器A1～An頭部到轉軸3表面的距離以及安裝角度，保證傳感器A1～An能準確接收到脈衝信號。其中，傳感器A1～An用螺栓鎖緊在支架上。
204、確定預置於轉軸測量表面的脈衝標記的位置；
在要測量的轉軸3測量表面上確定好脈衝標記1的預置，脈衝標記1隻需標記一個，其中，脈衝標記1可為反光條、鐵片或磁鋼片等。脈衝標記1及傳感器A1～An的選取包括電渦流式傳感器+鐵片、磁阻式傳感器+磁鋼片、光電式傳感器+反光條的組合模式，但不僅僅限於此。
205、提取複數個傳感器對單個脈衝標記的並行採集結果，並對並行採集結果進行轉換成標準信號後輸出；
在多個傳感器A1～An對單個脈衝標記1進行同步、並行採集後，根據傳感器A1～An的類型、原理及其技術要求，提取傳感器A1～An對單個脈衝標記1的並行採集結果，並對並行採集結果進行轉換成0-10V標準信號後輸出至數據採集卡。
206、將輸出標準信號通過數據採集卡進行多通道脈衝信號採集；
將傳感器A1～An輸出信號接至多通道、高採樣率同步數據採集卡，並通過數據採集卡進行多通道脈衝信號採集。為了保證測量精度，採集卡的採樣頻率建議大於250KHz，採集卡的通道數建議大於8。
207、從多通道脈衝信號中提取扭振信號，進行計算得到扭振結果。
從數據採集卡同步檢測到的多通道脈衝信號中提取扭振信號，算法如下：
以編號為1的傳感器A1為基準，採集並記錄轉軸3旋轉一周過程中各傳感器A1～An輸出脈衝信號，記為Li，i＝1，...，n取脈衝信號由正轉負時刻 點作為觸發基準點，記觸發時間為Ti，i＝1，...，n，通過預置第四公式計算得到相鄰傳感器脈衝信號Li，Li+1之間時間差Δti，i＝1，...，n，預置第四公式為：
Δti＝Ti+1-Ti,i＝1,2,...,n。
通過預置第五公式計算得旋轉一周過程中的瞬時角速度ωi，預置第五公式為：
通過採取同樣的方法，連續測試複數周期，可得所測時間段內的瞬時角速度信號ωi,i＝1,2,...,N，其中，N為總的採樣點數。通過預置第六公式計算瞬時角速度信號的平均值預置第六公式為：
通過預置第七公式計算得到扭振角速度信號預置第七公式為：
通過預置第八公式對扭振角速度信號積分，得到扭角位移信號預置第八公式為：
以上為對本發明實施例提供的一種基於多傳感器的轉軸扭振檢測方法的過程所進行的詳細的描述，以下將對一種扭振檢測裝置的結構進行描述。本發明實施例提供的一種扭振檢測裝置包括：
確定單元301，用於確定安裝於測量支架內圈表面上的複數個傳感器的安裝角度；
提取單元302，用於提取複數個傳感器對單個脈衝標記的並行採集結果；
計算單元303，用於對採集結果進行計算得到扭振結果。
以上為對本發明實施例提供的一種扭振檢測裝置的結構進行的描述，以下將對扭振檢測裝置的結構進行更為詳細的描述。本發明實施例提供的一種 扭振檢測裝置，包括：
確定單元401，用於確定安裝於測量支架內圈表面上的複數個傳感器的安裝角度，具體包括：
第一確定子單元4011，用於根據轉軸3測量表面確定對應口徑的測量支架1；
第二確定子單元4012，用於確定預置於轉軸3測量表面的脈衝標記1；
編號單元4013，用於對傳感器進行編號；
第三確定子單元4014，用於根據安裝角度標定方式確定安裝於測量支架1內圈表面的複數個傳感器A1～An的各安裝角度。
提取單元402，用於提取複數個傳感器對單個脈衝標記的並行採集結果，具體包括：
第一提取子單元4021，用於提取傳感器A1～An的採集結果，並進行轉換後輸出；
第二提取子單元4022，用於從多通道脈衝信號提取扭振信號。
計算單元403，用於對採集結果進行計算得到扭振結果，具體包括：
第一計算子單元4031，用於通過安裝角度標定方式計算複數個傳感器A1～An的安裝角度；
第二計算子單元4032，用於對扭振信號進行計算及積分得到扭振結果。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統，裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作 為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能單元的形式實現。
所述集成的單元如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括複數指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。