[發明專利]基于Kalman階比-全息譜原理的旋轉機械故障特征提取方法

有效

• 申請號: 201310471141.7
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103728123B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 溫廣瑞;廖與禾;李楊;臧廷朋;江鋮;梁正虎;張恒輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于機械設備故障診斷領域，具體涉及一種基于Kalman階比-全息譜原理的旋轉機械故障特征提取方法。

背景技術

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，比穩定轉速下的振動信號包含了更豐富的信息。充分利用起停車過程的振動信息，對起停車過程做伯德圖、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。

發明內容

本發明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，提供一種基于Kalman階比-全息譜原理的旋轉機械故障特征提取方法，該方法將Kalman階比分析與全息譜原理融合，具有分析起停車過程的非平穩信號的能力。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案包括以下步驟：

1）獲取同步采集的等時間間隔的振動信號和鍵相信號；

2）使用鍵相信號對振動信號進行鍵相處理；

3）對步驟2）中鍵相處理后的振動信號進行Kalman階比分析，得到復包絡和載波；

4）通過步驟3）中得到的復包絡求得各轉速下的幅值和相位；

5）利用步驟4）中得到的幅值和相位繪制全息瀑布圖，并進行故障判別。

所述步驟1）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。

所述步驟3）中，Kalman階比分析是將階比分量表達成復包絡和載波乘積的形式。

所述的振動信號為起停車信號，在階比分析后，對于起停車信號繪制力和力偶分解圖和全息瀑布圖。：

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明所述基于Kalman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以及全息譜能綜合可靠地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，該方法適用于起停車過程故障特征提取。

附圖說明

圖1為本發明實施例模擬起車時域波形圖；

圖2為本發明實施例鍵相漂移的示意圖；

圖3為本發明實施例對鍵相漂移校正的轉速圖，其中升速率為10000轉/分鐘；

圖4為本發明實施例對鍵相漂移校正后的轉速圖，其中升速率為10000轉/分鐘；

圖5為本發明實施例Kalman階比分析的流程圖；

圖6為本發明實施例某一通道起車振動信號Kalman階比分析后的1階分量的時域波形圖；

圖7為本發明實施例轉子左截面X通道的1階分量的伯德圖；

圖8為本發明實施例轉子左截面Y通道的1階分量的伯德圖；

圖9為本發明實施例轉子起停機故障特征提取流程圖；

圖10為本發明實施例轉子不平衡故障的起車階比全息瀑布圖；

圖11為本發明實施例轉子不對中故障的起車階比全息瀑布圖；

圖12為本發明實施例轉子碰磨故障的起車階比全息瀑布圖；

圖13為本發明實施例轉子裂紋故障的起車階比全息瀑布圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。