[發(fā)明專利]一種用于起停車過程軸振分析的幅值頻譜陣列瀑布圖

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910029418.4
• 申請日: 2009-04-13
• 公開（公告）號: CN101526431A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉紅星;肇瑩;鄭威;史瑞超
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01M19/00
• 分類號: G01M19/00;G01H1/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于起停車過程軸振分析的幅值頻譜陣列瀑布圖。

以滑動軸承為轉(zhuǎn)子支承件的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如大型電機(jī)、離心式壓縮機(jī)等，這些設(shè)備狀態(tài)的分析評估，所依靠的一個重要工具是——設(shè)備起停車過程中轉(zhuǎn)軸振動位移信號的幅值頻譜陣列瀑布圖(Waterfall?Diagram)。瀑布圖是一種形象的說法，幅值頻譜陣列瀑布圖實際是將來自起車或停車過程中各轉(zhuǎn)速下的位移信號的幅值頻譜按次序排列而形成的一個陣列圖。

通常，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的一個支承截面位置，安裝兩個互相垂直的指向轉(zhuǎn)軸中心的振動位移傳感器，稱為X傳感器和Y傳感器，以獲取該截面上的轉(zhuǎn)軸振動位移信號，例圖見附圖2和附圖3；所謂X傳感器指，從觀察轉(zhuǎn)子為逆時針旋向的一端看過去，轉(zhuǎn)子表面上與附圖中水平指向相交的質(zhì)點，逆時針首先轉(zhuǎn)過的那個傳感器即為X傳感器。不妨，將從該截面X傳感器和Y傳感器同步采集的兩方向振動位移信號序列，分別稱為x信號序列和y信號序列，以下有時簡稱x信號和y信號。

有了起停車過程中每個轉(zhuǎn)速下同步采集的x和y信號序列，就可以將它們按一定的方式變換到頻域、獲取幅值頻譜，然后按升速或降速次序?qū)⒏鬓D(zhuǎn)速下的幅值頻譜排成陣列圖，即為幅值頻譜陣列瀑布圖。這樣的瀑布圖信息豐富，能直觀地顯示起停車過程中轉(zhuǎn)軸振動頻率分量的幅值變化，能方便地使用戶從中獲得機(jī)器的臨界轉(zhuǎn)速和此轉(zhuǎn)速下軸振各頻率分量的振幅，對評價機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)有重要的作用。

背景技術(shù)

目前，瀑布圖的獲取方法是：只拿出起車或停車過程中某一個方向的各轉(zhuǎn)速下的位移信號序列，或者全是x信號序列，或者全是y信號序列；然后，對每一轉(zhuǎn)速下的信號序列做傅立葉變換，求其傅立葉級數(shù)和相應(yīng)的幅值頻譜；最后，按升速或降速次序排列各轉(zhuǎn)速下的幅值頻譜，形成一個陣列圖，即稱為幅值頻譜陣列瀑布圖。這樣的瀑布圖，可根據(jù)所使用的序列，分別稱為x瀑布圖或y瀑布圖。

文獻(xiàn)《機(jī)械故障的全息診斷原理》(屈梁生著，科學(xué)出版社，2007年7月)中介紹了一種全息瀑布圖，這種瀑布圖不是一般意義上的瀑布圖，它不是一個幅值頻譜陣列圖，沒有“瀑布”的形狀。它與本發(fā)明不屬于同一個最近的上位概念。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題。目前的起停車過程幅值頻譜陣列瀑布圖的制作方法的缺點是：(1)一個瀑布圖，只由一個方向的信號做出，只能反映一個方向上的轉(zhuǎn)軸振動隨轉(zhuǎn)速的變化；(2)相應(yīng)地，瀑布圖上的任一幅值不能反映所在轉(zhuǎn)速下的軸振對應(yīng)頻率分量在整個支承截面的真正振幅，即徑向振幅；(3)兩互相垂直的傳感器在截面上的安裝方位有變化(如由附圖2變?yōu)楦綀D3)時，即使相同的起停車過程狀態(tài)，瀑布圖也會表現(xiàn)出差異，這不便于建立瀑布圖與機(jī)器狀態(tài)間的關(guān)系。

技術(shù)方案。

提出的一種用于起停車過程軸振分析的幅值頻譜陣列瀑布圖的制作方法，由三個步驟組成：(1)讀取起車或停車過程中采集的各轉(zhuǎn)速下的一對轉(zhuǎn)軸振動位移信號序列——x和y信號序列；(2)對每一轉(zhuǎn)速下的一對x和y信號序列求一個合成的幅值頻譜；(3)將求得的不同轉(zhuǎn)速下的合成的幅值頻譜按升速或降速次序排列成一個陣列圖，即為制作的幅值頻譜陣列瀑布圖。

提出的方法與現(xiàn)有方法的區(qū)別是：以上第(1)步讀取數(shù)據(jù)時讀取的是來自兩個方向的x和y信號序列對，而不是來自單純一個方向的信號序列數(shù)據(jù)；以上第(2)步的每一轉(zhuǎn)速下的幅值頻譜由該轉(zhuǎn)速下的一對x和y信號序列共同決定，不是單方向信號的幅值頻譜，是基于兩方向序列合成的幅值頻譜；以上第(3)步中，排列的對象是兩方向序列合成的幅值頻譜。

以上瀑布圖制作方法中的每一轉(zhuǎn)速下的合成幅值頻譜，它的制作由這樣的步驟組成：(1)分別對該轉(zhuǎn)速下的一對x和y信號序列進(jìn)行快速離散傅立葉變換；(2)基于快速傅立葉變換的結(jié)果求取各自的傅立葉級數(shù)；(3)從獲取的x和y信號序列的傅立葉級數(shù)，將每個頻率下的來自x信號的正弦波諧波分量和來自y信號的正弦波諧波分量合成，得到一個橢圓，又稱為李薩育圖形，它的物理含義是支承截面內(nèi)該頻率軸振分量的軸心軌跡圖形，如附圖5所示；(4)計算各頻率下兩方向分量合成橢圓的長半軸的大小，即各頻率下截面上軸振幅值的大小；(5)以頻率或其階次為橫軸，以軸振幅值為縱軸，繪制幅值頻譜，即為合成的幅值頻譜，如附圖6所示，頻率階次指頻率值除以某一參考頻率而獲得的相對頻率值，無量綱。合成幅值頻譜制作的流程見附圖4所示。

設(shè)某一轉(zhuǎn)速下一對x信號序列和y信號序列進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解得到的ω_i(即2πf_i)頻率分量分別為：