本發明專利技術公開了一種基于階比-全息譜原理的旋轉機械故障特征提取方法，利用了階比分析處理非平穩信號的能力和全息譜綜合可靠地反映機組狀態的能力。將兩者進行融合既能夠在轉速波動時利用二維全息譜來進行故障診斷，又可以方便地對起停車信號進行力和力偶分解、全息瀑布圖分析，本發明專利技術大大地擴展了傳統全息譜的運用范圍，實現了對起停車信號進行多種特征參數提取，突破了傳統只能進行波德圖分析的局限，拓展了旋轉機械故障監測診斷的水平和范圍，為旋轉機械健康可靠地運行提供有力支持。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機械設備故障診斷領域，具體涉及。
技術介紹
旋轉機械是現代工業中廣泛運用的一類機械，在航空、電力、石油、化工等行業得到廣泛的運用，且大多為生產設備的關鍵部件，一旦發生事故，將會造成極大的經濟損失。因此，旋轉機械的狀態監測和故障診斷具有極其重要的意義。在穩定轉速下，利用全息譜技術能夠綜合可靠地反映機組的幅值、頻率、相位信息，在實際生產中能夠比一般方法更為準確地識別機組運行中存在的隱患。全息譜技術通過信息融合實現了同質故障的精確識別和分離、從轉子整體空間運行的角度更有利于把握機組整體的運行狀態，以全息譜技術為基礎發展起來的全息動平衡方法在平衡前效果仿真、配重量微調以及配重方案優化等方面取得了突破。相關技術已經在電力、石化、冶金等行業得到了廣泛的推廣和應用，其有效性和可靠性在大量的實際工程應用中得到了檢驗和認可。起停車過程的振動信號相當于一個寬頻激勵下的動態響應，比穩態轉速下的振動信號包含了更豐富的信息。充分利用起停車的振動信息，對起停車過程做波德圖、力和力偶分解、全息瀑布圖等分析，可以了解機組動態特性，為挖掘機組潛在故障和實現機組故障精確診斷提供可靠的依據，對把握機組狀態、預測機組運行趨勢和防止重大事故發生都有著重要的作用。但是，全息譜技術也存在一些不足主要分析對象為固定轉速的穩態信號，難以實現對轉速波動及升降速過程的非平穩信號進行分析，使其應用范圍大受限制。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有全息譜診斷技術只能分析穩定轉速下的平穩信號的不足，提供，該方法將階比分析與全息譜原理融合，具有分析轉速波動和起停車等非平穩信號的能力。為達到上述目的，本專利技術采用了以下技術方案I)獲取同步采集的等時間間隔的振動信號；2)使用鍵相信號對步驟I)所述振動信號進行鍵相處理；3)對鍵相處理后的振動信號進行階比分析，得到等角度間隔的振動信號；4)利用全息譜方法對等角度間隔的振動信號進行分析；5)利用全息譜故障特征對步驟4)的分析結果進行故障判別。所述步驟I)中的振動信號包括對每個測量面同步采集的兩路相互垂直的振動信號。所述階比分析采用計算階比分析方法。所述振動信號為轉速波動信號或者起停車信號，在階比分析后，對轉速波動信號繪制二維全息圖譜，對起停車信號繪制力和力偶分解圖和全息瀑布圖。本專利技術所述基于階比-全息譜原理的旋轉機械故障特征提取方法，是根據階比分析具有處理非平穩信號的能力、全息譜能可靠綜合地對反映機組的振動情況的特點，將階比方法和全息譜理論進行有效融合，擴展了傳統全息譜的運用范圍，該方法尤其適合用于轉速波動和起停車等故障特征提取等。附圖說明圖1為鍵相漂移不意圖；圖2為未對鍵相漂移校正的轉速圖(升速率10000轉/分鐘);圖3為對鍵相漂移校正后的轉速圖(升速率10000轉/分鐘)；圖4為計算階比流程圖；圖5為模擬起車的時域波形圖；圖6為角域波形圖；圖7為二維全息譜圖，橫坐標表示各倍頻、分倍頻、基頻對應的頻率；圖8為轉速波動信號頻譜圖；圖9為轉速波動信號階比圖；圖9中上面的圖是X向模擬信號的階比圖，下面是Y向模擬信號的階比圖；圖10為轉速波動信號二維全息譜圖，橫坐標表示各倍頻、分倍頻、基頻對應的頻率；圖11為平衡狀態的力和力偶分解圖；圖12為力不平衡狀態的力和力偶分解圖；圖13為力偶不平衡狀態的力和力偶分解圖；圖14為混合不平衡狀態的力和力偶分解圖；圖15為旋轉失衡的起車階比全息瀑布圖；圖16為裂紋轉子的起車階比全息瀑布圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術作進一步說明。本專利技術首先采用計算階比技術對非穩態信號進行等角度采樣，再利用全息譜原理進行分析，主要手段包括根據轉速波動信號繪制二維全息圖，針對起停車信號做力和力偶分解、全息瀑布圖等。對轉速波動信號，可對一整段數據進行階比分析，然后進行全息譜分析，繪制二維全息譜，即可根據二維全息圖進行故障診斷。對于起停車信號，可對一小段信號進行階比分析，根據最后得到的力和力偶分解、全息瀑布圖等可直觀的觀察到起停車過程中各種特征參數的變化情況。具體步驟如下(I)按照全息譜方法對數據采集和信號處理的要求，對每個測量面同步采集兩個相互垂直的振動信號；(2)為了彌補鍵相漂移引起的誤差，需要對轉速曲線先進行平滑處理(如基于三次多項式最小二乘擬合的轉速平滑)，由平滑后的曲線計算每個鍵相點的值；或者利用數采卡轉速計通道提供的計數器功能編程對鍵相進行校正；(3)為了使各路信號起始時刻相同，且起始時刻為轉子上鍵相槽與鍵相傳感器正對的時刻，需要利用鍵相信號對振動信號進行預處理；(4)對一段數據進行階比跟蹤(轉速波動則對整段數據，起停車則對一小段數據如5個鍵相點之間的數據)，將時域的非平穩信號轉換為角域的平穩信號；(5)對角域的平穩信號進行全息譜分析，對轉速波動信號可以直接得到二維全息譜。對起停車信號可以根據全息譜原理繪制力和力偶分解圖、全息瀑布圖等；(6)參照傳統平穩信號故障判別方法，由二維全息譜圖對轉速波動的旋轉機械進行故障判別；由起停車的力和力偶分解圖、全息瀑布圖可以方便地得到在任意轉速下力和力偶失衡量和全息橢圓的變化情況，從而對整個起停車過程有一個詳細的了解。參見圖1所示，對鍵相信號進行等時間間隔采樣時，當轉到鍵相槽處時信號幅值 將發生一個明顯的跳變，預示著轉子旋轉了一周。理想的做法是每次都在臨界點A進行采樣，這樣就有一個固定的參考點，能保證兩個鍵相信號之間恰好是一整周。但由于是等時間間隔采樣，不可能每次都恰好在A點進行采樣，給計算帶了較大誤差。利用DT9837B專用的轉速計通道采集鍵相信號。對鍵相信號進行等時間間隔采樣時，當轉到鍵相槽處時信號幅值將發生一個明顯的跳變，預示著轉子旋轉了一周。如圖1所示，希望每次都在A點恰好進行采樣，這樣就有一個固定的參考點，能保證兩個鍵相信號之間恰好是一整周。但由于是等時間間隔采樣，常常在B點才進行采樣，給計算帶來了較大誤差。因此在編寫采集程序時，可以通過編程實現從A點到B點的計數，然后計算從A點到B點的時間。其原理如下當轉速傳感器對準A點時，傳感器產生的脈沖電壓大于2. 5V，計數器開始計數，到B點時進行采樣時計數器停止計時。因此A點的時間可以用B點的時間和N計數個數來修正，G其中f。為采集卡的最高采集頻率48MHz，N表示計數個數)L參見圖2、圖3所示，當升速率固定時(10000轉/分鐘)，不對鍵相信號進行校正將會產生很大的誤差，不能保證階比分析和全息譜分析的精度。例如當轉子SOOOrpm時，由鍵相漂移產生的誤差上下 A/ =-=0.0005s，一轉的時間為O. 0075s,因此其轉速誤差τ達到 500rpm。階比分析方法一般包括三種硬件階比、計算階比和現代階比。本專利技術采用計算階t匕，算法簡單且精度高，但需要鍵相信號。鍵相信號一方面用來作為刻畫振動信號等角度的基準，另一方面用來設置跟蹤濾波器的截止頻率，圖4為計算階比的流程圖。經過階比分析后，將轉子測量面上水平和垂直兩方向的振動信號分別進行FFT (傅立葉變換)，得到主要頻率分量的頻率幅值相位，然后按照各主要頻率進行合成并排列在一張譜圖上，即得到二維全息譜圖。若轉子截面兩個方向振動信號的第i個主要頻率分量的參數方程為Xi (t) =AiSin (2 π fj+α )Yi (t) =BiSin本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于階比?全息譜原理的旋轉機械故障特征提取方法，其特征在于，包括以下步驟：1）獲取同步采集的等時間間隔的振動信號；2）使用鍵相信號對步驟1）所述振動信號進行鍵相處理；3）對鍵相處理后的振動信號進行階比分析，得到等角度間隔的振動信號；4）利用全息譜方法對等角度間隔的振動信號進行分析；5）利用全息譜故障特征對步驟4）的分析結果進行故障判別。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：溫廣瑞，廖與禾，林京，臧廷朋，梁正虎，李楊，郎根峰，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。