[發明專利]基于振動信號譜線特征的冶金回轉設備轉速確定方法

在審

• 申請號: 202211319764.8
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115541916A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 劉晗
• 申請（專利權）人: 寶武裝備智能科技有限公司
• 主分類號: G01P3/02
• 分類號: G01P3/02;G01M13/045
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 沈國良

本發明公開了一種基于振動信號譜線特征的冶金回轉設備轉速確定方法，本方法對冶金回轉設備軸承座測點的振動信號進行低頻干擾消除，計算其頻譜，通過計算頻譜能量均值提取峰值，在峰值序列中搜索具有諧波的分量，從中選擇出回轉設備轉頻。本方法利用轉頻具有諧波分量的特征，并考慮到冶金回轉設備的振動頻譜特征、低頻干擾及噪聲成分的振動表現，實現轉速的自動識別，克服傳統大多回轉設備依靠人工經驗確定轉速的缺陷，從振動信號的形成機理出發，結合現場干擾成分的特點，確定適應于現場實際工況條件的回轉設備轉速，為設備監測診斷提供基礎信息。

技術領域

本發明涉及設備健康管理與運行維護技術領域，尤其涉及一種基于振動信號譜線特征的冶金回轉設備轉速確定方法。

背景技術

回轉設備作為冶金企業中最主要的設備類型，承擔著動力供給、物料輸送、材料成型以及成品包裝等重要生產任務，健康的回轉設備運行狀態是冶金生產全流程安全高效工作必不可少的前提條件。因此，對回轉設備進行振動監測是冶金行業設備維護與管理的核心業務。由于生產的產品規格不同，冶金回轉設備需要根據工藝任務(如軋制線材直徑)運行在不同的轉速下，導致監測振動信號的表現與特征隨轉速發生變化，給振動信號的自動分析處理帶來困難，因此確定回轉設備的轉速成為冶金流程智能監測診斷必需的預處理工作。

冶金企業中典型的回轉設備包括：風機、水泵和軋機等，轉速作為這些設備最重要的運行參數之一，與轉子軸承及齒輪的故障特征直接相關，是判斷回轉設備振動表現和運行狀態的主要因素。由于冶金回轉設備具有數量多、分布廣、經濟耐用的特點，工業現場中大多不會安裝轉速計、編碼器等轉速測量儀器，僅少量需閉環控制的精密設備本身附帶測速裝置，但僅限于控制系統內部使用，無法為設備狀態監測提供轉速信息。

目前對于大多回轉設備轉速的確定，主要依靠測試人員通過人工經驗來確定轉速。振動信號作為冶金企業回轉設備應用最普遍的狀態監測量，本身就包含了轉速及其諧波信息，為利用振動信號的轉速辨識提供了條件。但由于工業現場中各種干擾因素的存在，振動信號中普遍存在著波形異常(如低頻干擾)、譜線復雜(多成分分量)等問題，難以從中可靠地提取出轉速分量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于振動信號譜線特征的冶金回轉設備轉速確定方法，本方法克服傳統大多回轉設備依靠人工經驗確定轉速的缺陷，從振動信號的形成機理出發，結合現場干擾成分的特點，確定適應于現場實際工況條件的回轉設備轉速，為設備監測診斷提供基礎信息。

為解決上述技術問題，本發明基于振動信號譜線特征的冶金回轉設備轉速確定方法包括如下步驟：

步驟一、在回轉設備軸承座上采集振動信號，設振動信號為x(n),其中采樣頻率為f_s，數據長度為N,則頻率分辨率△f＝f_s/N；

步驟二、對振動信號x(n)進行數據清洗，消除振動信號中的低頻干擾成分；

步驟三、對清洗后的振動信號x(n)計算頻譜Fre_i，其中i＝1,2,3,...,N；

步驟四、根據冶金設備的振動特性，振動信號諧波的存在范圍在0Hz～110Hz之間，計算0Hz～110Hz的頻譜能量均值E，

其中，k＝110/△f；

步驟五、根據頻譜能量均值E，判斷在5Hz～110Hz頻譜中的峰值，每次在頻譜序列中順序取出5個點，構成分析片段L＝{Fre_i-2,Fre_i-1,Fre_i,Fre_i+1,Fre_i+2}，其中i＝3,4,5,...,k-2；滿足條件max(L)(max(L)-min(L))αE的所有頻譜幅值構成幅值峰值集合A，集合A對應的頻率構成峰值頻率集合F，其中α為降噪參數，一般取0.5；