旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法
2024-01-21 07:00:15
旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法
【專利摘要】本發明公開了一種旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法，包括以下步驟：1)採集旋轉機械啟停車的原始鍵相信號和原始振動信號；2)獲取原始鍵相信號峰值點的時間數據，由鍵相信號峰值點時間間隔即振動信號時間間隔，可得原始振動信號的轉頻信息；3)對原始振動信號進行分數階傅立葉變換濾波處理，結合步驟2得到單一的原始轉頻振動信號；4)計算步驟3得到原始轉頻振動信號的奈奎斯特圖；5)由步驟1至4方法，在平衡盤上添加試重，得到試重啟停車轉頻振動信號的奈奎斯特圖；6)試重奈奎斯特圖和原始奈奎斯特圖矢量相減得到純試重奈奎斯特圖；7)由純試重奈奎斯特圖和原始奈奎斯特圖，利用動平衡方法求得旋轉機械轉子失衡量。
【專利說明】旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法 【【技術領域】】
[0001] 本發明屬於旋轉機械轉子動平衡領域，具體涉及一種旋轉機械啟停車純試重奈奎 斯特圖的單面圖解平衡方法。 【【背景技術】】
[0002] 動平衡技術作為一項旋轉機械的關鍵和基礎性的技術，一直受到工業界和學術界 的密切關注和重視。大量的統計數據表明轉子的不平衡通常是引起旋轉機械振動的主要原 因。不平衡會引起轉子的撓曲和內應力變化，是機器的振動加劇，降低機器的工作效率，嚴 重時還會引起各種事故；不平衡不僅是旋轉機械主要的激振源，而且也是許多種自激振動 的誘發因素。一旦平衡狀況得以改善，其他一些故障現象也將隨之消失。所以動平衡技術 的發展與完善，對旋轉機械設備正常運轉有著重要意義。
[0003] 據相關資料分析認為，目前常常採用的旋轉機械故障診斷方法大都是在恆轉速狀 穩態下進行的，運用快速傅立葉（FFT)變換可直接將振動信號變換到頻域，得到各個頻率 下的幅值分量和相位分量，進而得到頻譜圖、功率譜圖或軸心軌跡圖等。以上方法不能用於 非穩態過程的振動信號分析，因此，尋找針對旋轉機械啟動停車過程的非穩態振動信號的 動平衡方法具有重要意義。
[0004] 旋轉機械啟停車是機組運行過程中的事故多發階段。在這個過程中機組經歷了一 個非穩態的運行過程，這個過程包含了機組豐富的狀態信息，而這些信息是常規穩態狀態 下所無法獲得的。研究旋轉機械啟停車過程振動信息的提取和利用，對了解旋轉機械的運 行狀態和旋轉機械隱含的故障具有重要的指導作用。對旋轉機械啟停車過程振動信息的提 取和利用尋找一種好的分析方法同樣具有重要的意義。
[0005] 常用的旋轉機械非平穩過程振動信號監測診斷方法有伯德圖、奈奎斯特圖和瀑布 圖等，而伯德圖、奈奎斯特圖對旋轉機械啟停車過程的分析尤為重要。伯德圖和奈奎斯特圖 的提出最早是在自動控制領域，用來描述控制系統不同頻率下系統輸入與系統輸出之間的 關係。後來這一方法被移植和引入到旋轉機械非平穩起停車過程的監測和診斷中。如果將 旋轉機械失衡質量在轉動過程中所引起的離心力作為系統的輸入，將轉子的失衡振動響應 作為輸出，那麼轉子的振動可認為是一典型的二階質量一彈簧一阻尼系統。在旋轉機械啟 停車這一非平穩過程中，轉子的轉速經歷了有由小到大或相反的變化過程，由失衡質量產 生的離心力的頻率也同樣經歷了由小到大或相反的變化過程。與旋轉機械啟停車這一非平 穩過程相對應的振動信號，正是失衡質量產生離心力所激發的振動。因此振動信號的伯德 圖和奈奎斯特圖可以很好地描述由失衡質量產生離心力所激發的振動。旋轉機械啟停車過 程振動信號伯德圖和奈奎斯特圖是目前旋轉機械非平穩振動信號處理中重要和常用的方 法。 【
【發明內容】
】
[0006] 本發明的目的在於針對現有技術中旋轉機械振動信息利用不充分的問題，提供了 一種旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法，該方法根據純試重奈奎斯特 圖和待平衡轉子啟停車過程的奈奎斯特圖，通過圖解的方法求得待平衡轉子的失衡量或配 重量。
[0007] 轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法，包括以下步驟：
[0008] 1)採集旋轉機械啟停車過程的原始鍵相信號和原始振動信號；
[0009] 2)根據鍵相信號的特點，獲取原始鍵相信號峰值對應點的時間數據；由所得到的 時間數據獲取相鄰鍵相信號峰值的時間間隔，由於原始振動數據和原始鍵相信號數據是同 時採集，周期性完全一致，因此原始鍵相信號峰值的時間間隔就是原始振動數據對應的時 間間隔，即原始振動數據對應的轉頻信息；
[0010] 3)對旋轉機械啟停車原始振動信號進行分數階傅立葉變換濾波處理，結合步驟 2)中所獲取的原始振動數據對應的轉頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉頻振動信號；
[0011] 4)計算步驟3)得到原始轉頻振動信號的奈奎斯特圖；
[0012] 5)在平衡盤上添加試重，採集旋轉機械啟停車過程的試重鍵相信號和試重振動信 號；
[0013] 6)根據鍵相信號的特點，獲取試重鍵相信號峰值對應點的時間數據；由所得到的 時間數據獲取相鄰鍵相信號峰值的時間間隔，由於試重振動數據和試重鍵相信號數據是同 時採集，周期性完全一致，因此試重鍵相信號峰值的時間間隔就是試重振動數據對應的時 間間隔，即試重振動數據對應的轉頻信息；
[0014] 7)對旋轉機械啟停車試重振動信號進行分數階傅立葉變換濾波處理，結合步驟 6)中所獲取的試重振動數據對應的轉頻信息，得到單一的啟停車過程試重轉頻振動信號；
[0015] 8)計算步驟7)得到試重轉頻振動信號的試重奈奎斯特圖；
[0016] 9)對步驟8)和步驟4)中得到的試重奈奎斯特圖和原始奈奎斯特圖進行矢量相減 得到純試重奈奎斯特圖；
[0017] 10)根據純試重奈奎斯特圖和待平衡轉子的原始奈奎斯特圖，利用動平衡方法求 得旋轉機械轉子在任一轉速下的失衡量或配重量。
[0018] 本發明進一步改進在於，具體步驟如下：
[0019] 步驟1)中，利用電渦流位移傳感器和鍵相傳感器分別採集轉子在啟車過程中原 始振動數據和鍵相數據；
[0020] 步驟3)中，對旋轉機械啟停車原始振動信號進行分數階傅立葉變換濾波處理，結 合步驟2)中所獲取的轉頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉頻振動信號z (t);
[0021] 步驟4)中，計算步驟3)得到原始轉頻振動信號的奈奎斯特圖，並構造轉頻振動向 量的解析函數Z 1 (t)，為一複數函數，滿足：
【權利要求】
1. 旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法，其特徵在於，包括以下步 驟： 1) 採集旋轉機械啟停車過程的原始鍵相信號和原始振動信號； 2) 根據鍵相信號的特點，獲取原始鍵相信號峰值對應點的時間數據；由所得到的時間 數據獲取相鄰鍵相信號峰值的時間間隔，由於原始振動數據和原始鍵相信號數據是同時採 集，周期性完全一致，因此原始鍵相信號峰值的時間間隔就是原始振動數據對應的時間間 隔，即原始振動數據對應的轉頻信息； 3) 對旋轉機械啟停車原始振動信號進行分數階傅立葉變換濾波處理，結合步驟2)中 所獲取的原始振動數據對應的轉頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉頻振動信號； 4) 計算步驟3)得到原始轉頻振動信號的奈奎斯特圖； 5) 在平衡盤上添加試重，採集旋轉機械啟停車過程的試重鍵相信號和試重振動信號； 6) 根據鍵相信號的特點，獲取試重鍵相信號峰值對應點的時間數據；由所得到的時間 數據獲取相鄰鍵相信號峰值的時間間隔，由於試重振動數據和試重鍵相信號數據是同時採 集，周期性完全一致，因此試重鍵相信號峰值的時間間隔就是試重振動數據對應的時間間 隔，即試重振動數據對應的轉頻信息； 7) 對旋轉機械啟停車試重振動信號進行分數階傅立葉變換濾波處理，結合步驟6)中 所獲取的試重振動數據對應的轉頻信息，得到單一的啟停車過程試重轉頻振動信號； 8) 計算步驟7)得到試重轉頻振動信號的試重奈奎斯特圖； 9) 對步驟8)和步驟4)中得到的試重奈奎斯特圖和原始奈奎斯特圖進行矢量相減得到 純試重奈奎斯特圖； 10) 根據純試重奈奎斯特圖和待平衡轉子的原始奈奎斯特圖，利用動平衡方法求得旋 轉機械轉子在任一轉速下的失衡量或配重量。
2. 根據權利要求1所述的旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法，其 特徵在於，具體步驟如下： 步驟1)中，利用電渦流位移傳感器和鍵相傳感器分別採集轉子在啟車過程中原始振 動數據和鍵相數據； 步驟3)中，對旋轉機械啟停車原始振動信號進行分數階傅立葉變換濾波處理，結合步 驟2)中所獲取的轉頻信息，得到單一的啟停車過程原始轉頻振動信號z(t); 步驟4)中，計算步驟3)得到原始轉頻振動信號的奈奎斯特圖，並構造轉頻振動向量的 解析函數Z1 (t),為一複數函數,滿足： (0 = (0 +IFi(0 =aI(f)eM0 (I) 式中：Xl(t)為原始轉頻信號的橫向振動量，yi(t)為原始轉頻信號的縱向振動量； S1 (t)為原始振動信號轉頻振動幅值大小，E1(Z) = ^Crl(〇2+>·,(/)"), @⑷為原始振動 ?/ (f\ 信號轉頻振動相位，《W=arc坎? ·*·,(0 步驟8)中，根據步驟5)至8)的方法，通過在平衡盤上添加試重，得到試重啟停車過程 轉頻振動信號的奈奎斯特圖，並構造加試重之後的轉頻振動量解析函數Z2 (t)，為一複數函 數，滿足： -2 (0 = -Y2 (0 +Jy2(〇 = ?；(〇em；r，P) 式中：x2(t)為試重轉頻信號的橫向振動量，y2(t)為試重轉頻信號的縱向振動量；a2(t)為試重振動信號轉頻振動幅值大小，a2( = +y2(tf)，朽⑴為試重振動信號 轉頻振動相位，釣w= arc?^; 步驟9)中，由公式（1)和公式（2)得到純試重啟停車振動信號的解析函數Z(l(t)，為一 複數函數： zjt) = Z3(I)-Z1 (I) = Jf2(〇- A-, (?,( - >*, (I)) =a" (i)emm (3) 式中： a0(t)為純試重振動Ih可轉頻振動幅值大小，3.,,(/) =^{χ2(?) -X1 (/))' +(}'2(〇-j-'i(〇~? ,, V1(Z) w(/)為純試重振動信號轉頻振動相位，乳(〇 =； 步驟10)中，根據公式（3)繪製啟停車轉頻振動信號的純試重奈奎斯特圖，根據純試重 奈奎斯特圖，通過圖解的方法對待平衡轉子進行動平衡操作，求得待平衡轉子的失衡量或 配重量。
3.根據權利要求2所述的旋轉機械啟停車純試重奈奎斯特圖的單面圖解平衡方法，其 特徵在於，步驟10)中，通過圖解的方法對待平衡轉子進行動平衡操作，具體步驟如下： 在已經得到的原始啟停車過程奈奎斯特圖和純試重奈奎斯特圖上，分別找到轉速為η 時所對應的原始轉頻振動向量2和純試重轉頻振動向量1，然後同時旋轉純試重轉頻振動 向量:g和純試重添加矢量:T，使得純試重轉頻振動向量石和原始轉頻振動向量：!重合，這 時純試重轉頻振動向量和純試重添加矢量Γ分別到達新的位置，得到新的純試重轉頻振 動向量和新的純試重添加矢量(^1，等比例延長振動向量和5>使得涵=J?這時振 動向量1、（;丨分別到達目標平衡位置，得到目標純試重轉頻振動向量/h和目標純試重添 加矢量（;2 ,此時矢量?:;2就是圖解得到在轉速η下的不平衡量；平衡時只需往相反方向加 同樣的配重量即可。
【文檔編號】G01M1/38GK104236798SQ201410474962
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】張西寧, 桂祈禎, 郭金良, 李兵 申請人:西安交通大學