一種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法，利用Kalman階比分析能夠處理非平穩(wěn)信號的能力和全息動平衡起車次數(shù)少、失衡位置定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)，將兩者融合對起停車信號進(jìn)行動平衡，本方法擴(kuò)展了傳統(tǒng)全息動平衡的運(yùn)用范圍，突破了傳統(tǒng)全息動平衡只能在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行動平衡的局限，該方法還能與模態(tài)平衡原理結(jié)合實(shí)現(xiàn)整個起車過程的平衡，能避免轉(zhuǎn)子長時間停留在臨界轉(zhuǎn)速附近，降低了轉(zhuǎn)子在臨界區(qū)劇烈振動而損壞的風(fēng)險。
【專利說明】—種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械動平衡領(lǐng)域，具體涉及一種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)如航空、電力、石油、化工等行業(yè)得到廣泛的運(yùn)用，它們大多為生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的各種振動故障中，不平衡引起的振動占70%左右。因此，動平衡技術(shù)對汽輪機(jī)、航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械顯得尤為重要。
[0003]在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下，利用全息動平衡技術(shù)能夠綜合利用多測點(diǎn)的幅值、頻率、相位信息，在實(shí)際生產(chǎn)中能夠比一般方法更為準(zhǔn)確地定位失衡量大小和方向，且起車次數(shù)少。以全息譜技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的全息動平衡方法在平衡前效果仿真、配重量微調(diào)以及配重方案優(yōu)化等方面取得了突破。相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在電力、石化、冶金等行業(yè)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，其有效性和可靠性在大量的實(shí)際工程應(yīng)用中得到了檢驗(yàn)和認(rèn)可。但是，全息動平衡技術(shù)也存在一些不足:主要針對固定轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)信號進(jìn)行動平衡、難以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速波動及升降速過程的非平穩(wěn)信號進(jìn)行動平衡，這就大大限制了全息動平衡技術(shù)的應(yīng)用。
[0004]全息動平衡方法在很多現(xiàn)場情況下，轉(zhuǎn)子根本無法通過一階臨界轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速，無法實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)速下的動平衡。另外，傳統(tǒng)的模態(tài)動平衡需要使機(jī)組長期停留在臨界轉(zhuǎn)速附近以獲得穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，這極易導(dǎo)致機(jī)組損毀，從而使得模態(tài)平衡法的實(shí)際運(yùn)用受到了極大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)全息動平衡方法只能利用穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行動平衡的不足，提供一種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:
[0007]I)首先對轉(zhuǎn)子進(jìn)行原始起車，對轉(zhuǎn)子原始起車過程進(jìn)行同步采樣，獲得等時間間隔的原始起車振動信號和原始起車鍵相信號；
[0008]2)使用原始起車鍵相信號對原始起車振動信號進(jìn)行鍵相處理；
[0009]3)對步驟2)中鍵相處理后的原始起車振動信號進(jìn)行Kalman階比分析提取I階分量，得到原始起車I階分量的復(fù)包絡(luò)和載波；
[0010]4)通過步驟3)中原始起車I階分量的復(fù)包絡(luò)求得各轉(zhuǎn)速下的幅值和相位，繪制出原始起車I階分量的Bode圖；
[0011]5)在轉(zhuǎn)子兩個輪盤的兩截面上添加試重后進(jìn)行試重起車，進(jìn)行同步采樣，獲得等時間間隔的試重起車振動信號和試重起車鍵相信號；
[0012]6)使用試重起車鍵相信號對試重起車振動信號進(jìn)行鍵相處理；
[0013]7)對步驟6)中鍵相處理后的試重起車振動信號進(jìn)行Kalman階比分析提取I階分量，得到試重起車I階分量的復(fù)包絡(luò)和載波；[0014]8)通過步驟7)中試重起車I階分量的復(fù)包絡(luò)求得各轉(zhuǎn)速下的幅值和相位，繪制出試重起車I階分量的Bode圖；
[0015]9)利用步驟4)和8)得到的原始起車I階分量的Bode圖和試重起車I階分量的Bode圖，通過全息動平衡原理進(jìn)行配重計(jì)算，計(jì)算出兩個截面添加配重的大小和方位；
[0016]10)去掉試重，添加配重后起車，觀察平衡效果。
[0017]對于每次起車過程，采集的都是兩個截面的振動信號，每個截面包括互相垂直的兩個方向的振動信號，即每次起車采集4個通道的振動信號。
[0018]所述Kalman階比分析是將I階分量提取出來，表達(dá)成復(fù)包絡(luò)和載波相乘的形式，通過復(fù)包絡(luò)求振動的幅值和相位。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明針對起停車非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，利用Kalman階比分析能夠提取轉(zhuǎn)速相關(guān)的階次分量的特點(diǎn)提取出I階分量，然后利用全息譜原理精確定位失衡方位，最終實(shí)現(xiàn)動平衡。該方法從轉(zhuǎn)子動平衡的本質(zhì)出發(fā)，創(chuàng)造性地將Kalman階比分析與全息動平衡原理結(jié)合，解決了目前主要依賴于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行動平衡的局限性，能夠?qū)崿F(xiàn)對稱轉(zhuǎn)子的模態(tài)平衡，達(dá)到整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)子平衡，實(shí)現(xiàn)在起車過程中任意目標(biāo)轉(zhuǎn)速的平衡。經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明簡單有效，與穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)下的平衡結(jié)果相差不多。
[0021]本發(fā)明所提出的基于Kalman階比分析的全息動平衡技術(shù)，是根據(jù)階比分析具有處理非平穩(wěn)信號的能力以及全息動平衡具有起車次數(shù)少，平衡效果好的特點(diǎn)，將階比方法和全息動平衡理論相融合，擴(kuò)展了傳統(tǒng)全息動平衡的運(yùn)用范圍，該方法適合用于起停車條件下的動平衡，尤其適合利用起停車數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)平衡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明兩個截面4個通道原始起車時域波形圖；
[0023]圖2為本發(fā)明鍵相校正原理圖；
[0024]圖3為本發(fā)明兩個截面4個通道原始起車Kalman階比分析I階時域波形圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例通道I原始起車的Bode圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例通道2原始起車的Bode圖；
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例通道3原始起車的Bode圖；
[0028]圖7為本發(fā)明實(shí)施例通道4原始起車的Bode圖；
[0029]圖8為本發(fā)明實(shí)施例兩個截面4個通道試重起車時域波形圖；
[0030]圖9為本發(fā)明實(shí)施例兩個截面4個通道試重起車Kalman階比分析I階時域波形圖；
[0031]圖10為本發(fā)明實(shí)施例通道I試重起車的Bode圖；
[0032]圖11為本發(fā)明實(shí)施例通道2試重起車的Bode圖；
[0033]圖12為本發(fā)明實(shí)施例通道3試重起車的Bode圖；
[0034]圖13為本發(fā)明實(shí)施例通道4試重起車的Bode圖；
[0035]圖14為本發(fā)明實(shí)施例平衡后兩個截面4個通道起車時域波形圖。
【具體實(shí)施方式】[0036]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037]本發(fā)明首先通過鍵相信號經(jīng)校正后計(jì)算出每轉(zhuǎn)的平均轉(zhuǎn)速，再在每轉(zhuǎn)內(nèi)通過線性插值計(jì)算出對應(yīng)于振動信號每個采樣點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值。利用計(jì)算的轉(zhuǎn)速信號序列來對各振動通道的原始和試重起車振動信號進(jìn)行Kalman階比分析，提取出I階分量，通過I階分量的復(fù)包絡(luò)可以求出各轉(zhuǎn)速下的振動幅值和相位，繪制出起車過程Bode圖，然后利用全息動平衡原理進(jìn)行平衡。該方法既能利用起停車等非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，又兼?zhèn)淦疖嚧螖?shù)少、平衡精度高的特點(diǎn)，將階比分析和全息動平衡巧妙融合，能夠?qū)ζ鹜＼囆盘杹磉M(jìn)行動平衡，拓展了全息動平衡的運(yùn)用范圍。
[0038]所述非穩(wěn)態(tài)動平衡方法的具體步驟為:
[0039]I)對轉(zhuǎn)子原始起車過程進(jìn)行同步采樣，獲得等時間間隔的振動信號和鍵相信號；
[0040]2)使用鍵相信號對步驟I)所述振動信號進(jìn)行鍵相處理；
[0041]3)對步驟2)鍵相處理后的振動信號進(jìn)行Kalman階比分析提取I階分量，得到原始起車I階分量的復(fù)包絡(luò)和載波；
[0042]4)通過步驟3)得到的復(fù)包絡(luò)信號求得各轉(zhuǎn)速下的幅值和相位，繪制出原始起車Bode 圖；
[0043]5)在轉(zhuǎn)子兩截面添加適當(dāng)?shù)脑囍睾筮M(jìn)行試重起車，進(jìn)行同步采樣，獲得等時間間隔的振動信號和鍵相信號；
[0044]6)用步驟5)采集到的鍵相信號對其振動信號進(jìn)行鍵相處理；
[0045]7)對步驟6)鍵相處理后的振動信號進(jìn)行Kalman階比分析提取I階分量，得到試重起車I階分量的復(fù)包絡(luò)和載波；
[0046]8)通過步驟7)得到的復(fù)包絡(luò)信號求得各轉(zhuǎn)速下的幅值和相位，繪制出試重起車Bode 圖；
[0047]9)利用步驟4)和8)得到的振動信號的原始起車I階分量的Bode圖和試重起車I階分量的Bode圖，通過全息動平衡原理進(jìn)行配重計(jì)算，計(jì)算出兩個截面添加配重的大小和方位；
[0048]10)去掉試重，添加配重后起車，觀察平衡效果。
[0049]參見圖1所示，對原始起車信號進(jìn)行采集，同步采集兩個截面4個測點(diǎn)的振動信號(同一截面兩個測點(diǎn)相互垂直)，轉(zhuǎn)速從250RPM盤車，升到8000RPM，圖1中從上到下依次為通道I到通道4的原始起車振動曲線。
[0050]參見圖2所示，對鍵相信號進(jìn)行校正的原理:對鍵相信號進(jìn)行等時間間隔采樣時，當(dāng)轉(zhuǎn)到鍵相槽處時信號幅值將發(fā)生一個明顯的跳變，預(yù)示著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了一周。希望每次都在臨界點(diǎn)A進(jìn)行采樣，這樣就有一個固定的參考點(diǎn)，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(diǎn)進(jìn)行采樣，給計(jì)算帶了較大誤差。因此需要進(jìn)行鍵相校正。(鍵相校正主要是為了獲得更準(zhǔn)確的鍵相信號，從而計(jì)算出更準(zhǔn)確的失衡相位的，具體方法與專利申請201210507537.8公開的相同。)
[0051]參見圖3所示，用鍵相校正并經(jīng)過線性插值后的轉(zhuǎn)速序列作為參照信號進(jìn)行Kalman階比分析提取出I階分量，從上到下依次為原始起車通道I到通道4的I階分量振動曲線。
[0052]Kalman階比分析提取出的I階分量是復(fù)包絡(luò)和載波乘積的形式，對復(fù)包絡(luò)直接取模和相位就可以得到各轉(zhuǎn)速下振動幅值和相位，圖4到圖7依次表示4個通道的原始起車Bode圖,通過Bode圖可以得到I階臨界轉(zhuǎn)速時各個通道的原始起車振動幅值和相位。
[0053]停車，添加試重，在左右兩盤180°各添加試重0.8g，之后進(jìn)行
[0054]試重起車數(shù)據(jù)采集。如圖8所示，從上到下依次為通道I到通道4的試重起車振動曲線。
[0055]參見圖9所示，用鍵相校正并經(jīng)過線性插值后的轉(zhuǎn)速序列作為參照信號進(jìn)行Kalman階比分析提取出I階分量，從上到下依次為試重起車通道I到通道4的I階分量振動曲線。
[0056]圖10到圖13依次表示4個通道的試重起車Bode圖，通過Bode圖可以得到I階臨界轉(zhuǎn)速時各個通道的原始起車振動幅值和相位。
[0057]利用原始和試重起車I階臨界轉(zhuǎn)速下的各個通道的幅值和相位，利用全息譜原理進(jìn)行平衡計(jì)算，計(jì)算出添加試重的大小和方位為:左盤和右盤配重均為0.77 Z 176.71°。
[0058]停車，卸掉試重，按照計(jì)算結(jié)果添加配重并起車驗(yàn)證，平衡后各通道振動見圖14，可以看出平衡后臨界轉(zhuǎn)速下振動由原來的130um左右降低到20um左右，足以滿足平衡要求，平衡效果很好。
[0059]本發(fā)明公開了一種基于Kalman階比-全息動平衡原理的旋轉(zhuǎn)機(jī)械非穩(wěn)態(tài)動平衡方法。利用了階比分析能夠處理非平穩(wěn)信號的能力和全息動平衡起車次數(shù)少、失衡位置定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)，將兩者巧妙融合能夠利用轉(zhuǎn)速波動或起停車信號來進(jìn)行動平衡，本方法大大地擴(kuò)展了傳統(tǒng)全息動平衡的運(yùn)用范圍，突破了傳統(tǒng)只能在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行動平衡的局限。該方法還能利用模態(tài)平衡方法實(shí)現(xiàn)整個起車過程任意轉(zhuǎn)速的平衡，而避免機(jī)組長時間停留在臨界轉(zhuǎn)速附近。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)首先對轉(zhuǎn)子進(jìn)行原始起車，對轉(zhuǎn)子原始起車過程進(jìn)行同步采樣，獲得等時間間隔的原始起車振動信號和原始起車鍵相信號； 2)使用原始起車鍵相信號對原始起車振動信號進(jìn)行鍵相處理； 3)對步驟2)中鍵相處理后的原始起車振動信號進(jìn)行Kalman階比分析提取I階分量，得到原始起車I階分量的復(fù)包絡(luò)和載波； 4)通過步驟3)中原始起車I階分量的復(fù)包絡(luò)求得各轉(zhuǎn)速下的幅值和相位，繪制出原始起車I階分量的Bode圖； 5)在轉(zhuǎn)子兩個輪盤的兩截面上添加試重后進(jìn)行試重起車，進(jìn)行同步采樣，獲得等時間間隔的試重起車振動信號和試重起車鍵相信號； 6)使用試重起車鍵相信號對試重起車振動信號進(jìn)行鍵相處理； 7)對步驟6)中鍵相處理后的試重起車振動信號進(jìn)行Kalman階比分析提取I階分量，得到試重起車I階分量的復(fù)包絡(luò)和載波； 8)通過步驟7)中試重起車I階分量的復(fù)包絡(luò)求得各轉(zhuǎn)速下的幅值和相位，繪制出試重起車I階分量的Bode圖； 9)利用步驟4)和8)得到的原始起車I階分量的Bode圖和試重起車I階分量的Bode圖，通過全息動平衡原理進(jìn)行配重計(jì)算，計(jì)算出兩個截面添加配重的大小和方位； 10)去掉試重，添加配重后起車，觀察平衡效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法，其特征在于:對于每次起車過程，采集的都是兩個截面的振動信號，每個截面包括互相垂直的兩個方向的振動信號，即每次起車采集4個通道的振動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于Kalman階比-全息譜原理的非穩(wěn)態(tài)動平衡方法，其特征在于:所述Kalman階比分析是將I階分量提取出來，表達(dá)成復(fù)包絡(luò)和載波相乘的形式，通過復(fù)包絡(luò)求振動的幅值和相位。
【文檔編號】G01M1/38GK103728101SQ201310471605
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】溫廣瑞, 廖與禾, 江鋮, 臧廷朋, 李楊, 張恒輝, 梁正虎 申請人:西安交通大學(xué)