一種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法及裝置。所述包括：采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)；根據(jù)轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，提取轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)并分析每個(gè)特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏感度，提取出N個(gè)敏感的特征參數(shù)，作為N個(gè)不平衡特征參數(shù)；采用最佳擬合方法，對(duì)N個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)的N個(gè)擬合函數(shù)模型；將N個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的N個(gè)不平衡率；對(duì)N個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡率；將轉(zhuǎn)子不平衡率乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，生成轉(zhuǎn)子不平衡量。本發(fā)明使得轉(zhuǎn)子在不停機(jī)的情況下即可獲知轉(zhuǎn)子的不平衡量，可有效減少停機(jī)檢測(cè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)減少因維護(hù)、校正不及時(shí)帶來(lái)的安全隱患。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械的檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡故障進(jìn)行檢測(cè)的方法 及裝置，具體的講是一種在不停機(jī)的狀態(tài)下對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡故障進(jìn)行檢測(cè)的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在石油和化工企業(yè)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡故障的幾率非常高，約占旋轉(zhuǎn) 機(jī)械故障的30%以上。轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡故障時(shí)，將引起整個(gè)機(jī)器的振動(dòng)，并產(chǎn)生噪聲，加速 軸承的磨損，降低機(jī)器的壽命，甚至使機(jī)器控制失靈，發(fā)生嚴(yán)重事故。引起轉(zhuǎn)子不平衡的原 因是多方面的 :例如轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、機(jī)械加工質(zhì)量偏差、裝配誤差、材質(zhì)不均勻、動(dòng) 平衡精度差；運(yùn)行中聯(lián)軸器相對(duì)位置的改變；轉(zhuǎn)子部件缺損等等。
[0003]為了確知轉(zhuǎn)子是否存在不平衡故障，通常解決方法是將設(shè)備停機(jī)，用專(zhuān)用檢測(cè)儀 器對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行不平衡測(cè)量。如果不平衡量超標(biāo)，則需要對(duì)其進(jìn)行維修或校正。但是對(duì) 設(shè)備停機(jī)，會(huì)使生產(chǎn)中斷，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益，因此通常在不平衡故障很?chē)?yán)重時(shí)才被迫停下 來(lái)檢測(cè)，這時(shí)就往往錯(cuò)過(guò)了最佳的維修和校正時(shí)機(jī)，增加了維修費(fèi)用，也給設(shè)備安全運(yùn)行帶 來(lái)了嚴(yán)重的隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法及裝置，用以在不停機(jī)的情 況下定量評(píng)估轉(zhuǎn)子不平衡量。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，包括：采 集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)；根據(jù)所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，提取轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)并分析每個(gè)所述特征參數(shù) 對(duì)于不平衡量的敏感度，提取出N個(gè)敏感的特征參數(shù)，作為轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)；采 用最佳擬合方法，對(duì)所述N個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參 數(shù)的N個(gè)擬合函數(shù)模型；將所述N個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型， 計(jì)算對(duì)應(yīng)的N個(gè)不平衡率；對(duì)所述N個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡率；對(duì)所 述轉(zhuǎn)子不平衡率，乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，即得到轉(zhuǎn)子不平衡量。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，包括： 轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)采集單元，用于采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)；不平衡特征參數(shù)提取單元，用于根據(jù)所述 轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，提取轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)并分析每個(gè)所述特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏感度，提 取出N個(gè)敏感的特征參數(shù)，作為轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)；擬合單元，用于采用最佳擬合 方法，對(duì)所述N個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)的N個(gè)擬 合函數(shù)模型；不平衡率計(jì)算單元，用于將所述N個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的 擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的N個(gè)不平衡率，并對(duì)所述N個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn) 子不平衡率；不平衡量計(jì)算單元，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子不平衡率，乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，生成轉(zhuǎn)子不平 衡量。
[0007] 本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法及裝置的有益效果是：通過(guò)轉(zhuǎn)子的不 停機(jī)檢測(cè)，確定轉(zhuǎn)子不平衡的定量估算模型，從而使得轉(zhuǎn)子在不停機(jī)的情況下即可獲知轉(zhuǎn) 子的不平衡量。該方法可以及時(shí)地獲得轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)，為轉(zhuǎn)子的維護(hù)、保養(yǎng)和校正提供依 據(jù)?？梢杂行У販p少停機(jī)檢測(cè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)減少因維護(hù)、校正不及時(shí)帶來(lái)的安全隱 患。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根 據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0009] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法的流程圖；
[0010] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的1倍頻隨配重的變化趨勢(shì)圖；
[0012] 圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例的〇. 5倍頻隨配重的變化趨勢(shì)圖；
[0013] 圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例的2倍頻與3倍頻隨配重的變化趨勢(shì)圖；
[0014] 圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例的峰峰值隨配重的變化趨勢(shì)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016] 本發(fā)明提供了一種在設(shè)備不停機(jī)情況下的對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡故障進(jìn)行檢測(cè)的方法 及裝置，在設(shè)備正常運(yùn)行中采集轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)，提取不平衡特征參數(shù)，然后用擬合方法挖 掘特征參數(shù)與不平衡嚴(yán)重程度的函數(shù)關(guān)系和規(guī)律，從而定量估算轉(zhuǎn)子的不平衡量。
[0017] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法的流程圖。如圖1所示，所述 檢測(cè)方法包括：步驟S101，采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)；步驟 S1〇2,根據(jù)所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，提取轉(zhuǎn) 子的特征參數(shù)并分析每個(gè)所述特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏感度，提取出N個(gè)敏感的特征參 數(shù)，作為轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)；步驟 S103,采用最佳擬合方法，對(duì)所述N個(gè)不平衡特 征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)的N個(gè)擬合函數(shù)模型；步驟S104,將 所述N個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的n個(gè)不平衡率； 步驟S105,對(duì)所述N個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡率；步驟 S106,計(jì)算不平 衡量，不平衡量=不平衡率X轉(zhuǎn)子質(zhì)量。
[0018] 在本實(shí)施例的步驟S101中，可以通過(guò)振動(dòng)加速度傳感器以及MDES(Machine Diagnosis Expert System，機(jī)器診斷專(zhuān)家系統(tǒng)）-5數(shù)據(jù)采集器采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)。所述提 取的轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)包括振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)，其中：所述時(shí)域特征 參數(shù)包括絕對(duì)值、峰峰值、方差值、有效值、偏斜度和方根幅值；所述頻域特征參數(shù)包括1倍 頻幅值、2倍頻幅值、3倍頻幅值以及半倍頻幅值。
[0019]在本實(shí)施例的步驟S102中，分析所述每個(gè)特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏感度，包 括：根據(jù)每一特征參數(shù)隨不平衡量變化的趨勢(shì)，分析所述每個(gè)特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏 感度。敏感度定義為：指標(biāo)變化量/不平衡變化量，比值越大，敏感度越高。它是基于實(shí)驗(yàn) 得出的結(jié)果，因?yàn)椴煌卣鲄?shù)對(duì)故障敏感度是不一樣的，選擇對(duì)故障敏感度高的參數(shù)會(huì) 提高故障診斷的準(zhǔn)確率，因此通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)?zāi)M最終獲得對(duì)故障敏感的故障特征。
[0020] 在本實(shí)施例的步驟S103中，采用最佳擬合方法對(duì)所述N個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬 合，得到所述轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)的N個(gè)擬合函數(shù)模型。所謂最佳擬合就是擬合結(jié) 果能夠在實(shí)現(xiàn)最大相關(guān)的同時(shí)還能反映因變量隨自變量改變的變化趨勢(shì)。為使估算結(jié)果更 加符合設(shè)備的實(shí)際情況，提出了"不平衡率λ "這一無(wú)量綱概念。其擬合步驟如下：
[0021] 步驟1，確定自變量和因變量：將提取出來(lái)的不平衡特征參數(shù)作為擬合函數(shù)模型的 自變量，將不平衡量質(zhì)量與轉(zhuǎn)子質(zhì)量之比Λ作為擬合函數(shù)的因變量 轉(zhuǎn)子質(zhì)?： m
[0022] 步驟2,選定擬合函數(shù)模型：一般四階函數(shù)表達(dá)式足以表達(dá)上述因變量與自變量 之間的關(guān)系，所以選定λ = a+b · x+c · x2+d · x3+e · X4為擬合結(jié)果的函數(shù)模型。式中因變 量λ為不平衡率，它與Λ同為無(wú)量綱變量。
[0023]步驟3,擬合函數(shù)模型中系數(shù)的求解：用編程軟件（lst〇pt)編寫(xiě)曲線擬合程序代 碼；選定IstOpt軟件中的共軛梯度法作為求取待定系數(shù)的方法；將Δ作為因變量、第i個(gè) 特征參量為自變量代入程序代碼中，獲得系數(shù) &1、1^、Cl、屯、ei，再代入擬合函數(shù)模型中，得 到λ i =叫+匕· x+Cl · f+di · χ3+θι · X4 ;同理，將Δ作為因變量、第i個(gè)特征參量為自變量 代入到程序代碼中，得到λ i = ai+bi · X+Ci · χ2+φ · x3+ei · X4。最終獲得全部的擬合公式。 本步驟用均方差、相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)3個(gè)指標(biāo)判斷擬合效果，均方差越小，相關(guān)系數(shù)和決 定系數(shù)越大，表示擬合結(jié)果越好。
[0024] 在本實(shí)施例的步驟S104和S105中，在額定轉(zhuǎn)速（本實(shí)施例為8610rpm)下 進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集，提取的特征參數(shù)分別代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，即N個(gè)λ = a+b · x+c · x2+d · x3+e · X4類(lèi)型的多項(xiàng)式，其中Ν的個(gè)數(shù)取決于不平衡特征參數(shù)選取的個(gè) 數(shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的λ λ 2,……，λ Ν。并對(duì)所述Ν個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不 平衡率λ = (λ1+λ2……λΝ)/Ν。
[0025] 根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡故障的定量研究，確定了轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)和不平衡量之間的一一 對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，將理論公式和實(shí)際設(shè)備檢測(cè)的特征參數(shù)結(jié)合，可得到實(shí)際設(shè)備轉(zhuǎn)子不平衡 量與特征參數(shù)之間的關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)計(jì)算出轉(zhuǎn)子的不平衡量。同時(shí)，考慮到現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備功率、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速等因素也會(huì)對(duì)不平衡率λ的造成影響，因此，需要進(jìn)一步驗(yàn)證并增 添修正系數(shù)k，最終得到完整的不平衡率估算公式：
[0026] λ = k〇 i+As......λΝ)/Ν。
[0027] 在本實(shí)施例的步驟S106中，計(jì)算不平衡量：不平衡量=λ X轉(zhuǎn)子質(zhì)量。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本 發(fā)明的檢測(cè)裝置包括：
[0029] 轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)采集單元101，用于采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)；不平衡特征參數(shù)提取單元 102,用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，提取轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)并分析每個(gè)所述特征參數(shù)對(duì)于不平 衡量的敏感度，提取出Ν個(gè)敏感的特征參數(shù)，作為轉(zhuǎn)子的Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)；擬合單元 103，用于采用最佳擬合方法，對(duì)所述Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的Ν個(gè)不 平衡特征參數(shù)的N個(gè)擬合函數(shù)模型；不平衡率計(jì)算單元104,用于將所述N個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特 征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的N個(gè)不平衡率，并對(duì)所述N個(gè)不平衡率 取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡率；不平衡量計(jì)算單元105,用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子不平衡率， 乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，生成轉(zhuǎn)子不平衡量。
[0030] 在本實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)采集單元101通過(guò)振動(dòng)加速度傳感器以及 MDES-5數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集。
[0031] 在本實(shí)施例中，所述不平衡特征參數(shù)提取單元102提取的轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)包括振 動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)，其中：所述時(shí)域特征參數(shù)包括絕對(duì)值、峰峰值、方 差值、有效值、偏斜度和方根幅值；所述頻域特征參數(shù)包括1倍頻幅值、2倍頻幅值、3倍頻幅 值以及半倍頻幅值。
[0032] 在本實(shí)施例中，所述不平衡特征參數(shù)提取單元102分析所述每個(gè)特征參數(shù)對(duì)于不 平衡量的敏感度，包括：根據(jù)每一特征參數(shù)隨不平衡量變化的趨勢(shì)，分析所述每個(gè)特征參數(shù) 對(duì)于不平衡量的敏感度。
[0033] 在本實(shí)施例中，所述擬合單元103采用最佳擬合方法，對(duì)所述N個(gè)不平衡特征參數(shù) 進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的N個(gè)不平衡特征參數(shù)的N個(gè)擬合函數(shù)模型，包括 ：
[0034] 步驟1，確定自變量和因變量：將所述不平衡特征參數(shù)作為所述擬合函數(shù)模型的 不翻1質(zhì)舊* Q 自變量，將不平衡量質(zhì)量與轉(zhuǎn)子質(zhì)量之比Λ作為擬合函數(shù)的因變量
[0035] 步驟2,選定擬合函數(shù)模型：一般四階函數(shù)表達(dá)式足以表達(dá)所述因變量與自變量 之間的關(guān)系，所以選定λ = a+b · x+c · x2+d · x3+e · X4為擬合結(jié)果的函數(shù)模型，式中因變 量λ為所述不平衡率，它與Δ同為無(wú)量綱變量；
[0036] 步驟3,擬合函數(shù)模型中系數(shù)的求解：用編程軟件IstOpt編寫(xiě)曲線擬合程序代碼； 選定IstOpt軟件中的共軛梯度法作為求取待定系數(shù)的方法；將Δ作為因變量、將第1個(gè)特 征參數(shù)作為自變量代入程序代碼中，獲得系數(shù)^、^、^、^、(^，再代入擬合函數(shù)模型中^導(dǎo)到 λ i = ai+bi · x+q · χ2+(^ · x&i · X4 ;同理，將Δ作為因變量、將第i個(gè)特征參數(shù)作為自變 量代入到程序代碼中，得到λ i = h+bi · X+C; · x2+di · x3+ei · X4 ;最終獲得全部的擬合函數(shù) 模型。
[0037] 在本實(shí)施例中，所述不平衡率計(jì)算單元104將所述N個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù) 值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的N個(gè)不平衡率，包括：將提取的特征參數(shù)分別代入 相應(yīng)的擬合函數(shù)式，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的λ 2,……，λ Ν，并對(duì)所述Ν個(gè)不平衡率取平均值，生成 最終的轉(zhuǎn)子不平衡率λ = (λ1+λ2……λΝ)/Ν。
[0038] 在本實(shí)施例中，所述不平衡量計(jì)算單元1〇5對(duì)所述轉(zhuǎn)子不平衡率，乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量， 生成轉(zhuǎn)子不平衡量：不平衡量= λ χ轉(zhuǎn)子質(zhì)量。
[0039] 具體實(shí)施例：
[0040] 首先建立轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡程度進(jìn)行定量的模擬和測(cè)算，實(shí)驗(yàn)采用本特 利RK4轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)。轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件系統(tǒng)包括加速度傳感器、MDES-5數(shù)據(jù)采集器、便攜式 計(jì)算機(jī)及連接電纜，轉(zhuǎn)子質(zhì)量為5〇〇g。
[0041] (1)數(shù)據(jù)采集 _
[0042] 采用MDES-5數(shù)據(jù)采集器在轉(zhuǎn)子不停機(jī)情況下進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的采集和處理。測(cè) 點(diǎn)統(tǒng)一為靠近聯(lián)軸器端軸承座的垂直方向，在每種不平衡量情況由591rpm到 8610rpm,轉(zhuǎn)速間隔約為500rpm，共計(jì)18種轉(zhuǎn)速。在每一種轉(zhuǎn)速下，不千衡里從〇·丨8到丨· 每〇· lg采集一組數(shù)據(jù)，共計(jì)11組。因此總共采集了 18X 11 = I98組數(shù)據(jù)，如表1所示。
[0043] 表1轉(zhuǎn)子不平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集
[0044]

【權(quán)利要求】
1. 一種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，其特征在于，所述檢測(cè)方法包括： 采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)； 根據(jù)所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，提取轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)并分析每個(gè)所述特征參數(shù)對(duì)于不平衡量 的敏感度，提取出Ν個(gè)敏感的特征參數(shù)，作為轉(zhuǎn)子的Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)； 采用最佳擬合方法，對(duì)所述Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的ν個(gè)不平衡 特征參數(shù)的Ν個(gè)擬合函數(shù)模型； 將所述Ν個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的ν個(gè)不 平衡率； 對(duì)所述Ν個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡率； 對(duì)所述轉(zhuǎn)子不平衡率，乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，生成轉(zhuǎn)子不平衡量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，其特征在于，所述采集轉(zhuǎn)子振 動(dòng)信號(hào)通過(guò)振動(dòng)加速度傳感器以及MDES-5數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，其特征在于，所述提取的轉(zhuǎn)子 的特征參數(shù)包括振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)，其中： 所述時(shí)域特征參數(shù)包括絕對(duì)值、峰峰值、方差值、有效值、偏斜度和方根幅值； 所述頻域特征參數(shù)包括1倍頻幅值、2倍頻幅值、3倍頻幅值以及半倍頻幅值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，其特征在于，分析所述每個(gè)特 征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏感度，包括： 根據(jù)每一特征參數(shù)隨不平衡量變化的趨勢(shì)，分析所述每個(gè)特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏 感度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，其特征在于，采用最佳擬合方 法，對(duì)所述Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)的Ν個(gè)擬合 函數(shù)模型，包括： 步驟1，確定自變量和因變量：將所述不平衡特征參數(shù)作為所述擬合函數(shù)模型的自變 小 '卜衡質(zhì)量 g 量，將不平衡量質(zhì)量與轉(zhuǎn)子質(zhì)量之比Λ作為擬合函數(shù)的因變量一 轉(zhuǎn)質(zhì)惠 m 步驟2,選定擬合函數(shù)模型：一般四階函數(shù)表達(dá)式足以表達(dá)所述因變量與自變量之間 的關(guān)系，所以選定λ = a+b · x+c · x2+d · x3+e · X4為擬合結(jié)果的函數(shù)模型，式中因變量入 為所述不平衡率，它與Δ同為無(wú)量綱變量； 步驟3,擬合函數(shù)模型中系數(shù)的求解：用編程軟件IstOpt編寫(xiě)曲線擬合程序代碼；選定 IstOpt軟件中的共軛梯度法作為求取待定系數(shù)的方法；將Δ作為因變量、將第1個(gè)特征參 數(shù)作為自變量代入程序代碼中，獲得系數(shù) Cl、屯、ei，再代入擬合函數(shù)模型中，得到入： =afbi · x+Cl · xid! · x3+ei · χ4 ;同理，將Δ作為因變量、將第i個(gè)特征參數(shù)作為自變量 代入到程序代碼中，得到λ i二％+bi · x+Ci · #+屯· x3+ei · X4 ;最終獲得全部的擬合函數(shù)模 型。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，其特征在于，將所述N個(gè)轉(zhuǎn)子不 平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的N個(gè)不平衡率，包括 ： 將提取的特征參數(shù)分別代入相應(yīng)的擬合函數(shù)式，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的λ η λ 2,……，λΝ，并對(duì) 所述Ν個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡率λ = (λ 1+λ 2……λΝ)/Ν。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)所述轉(zhuǎn)子不平 衡率，乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，生成轉(zhuǎn)子不平衡量：不平衡量=λ X轉(zhuǎn)子質(zhì)量。
8. -種轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)裝置包括： 轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)采集單元，用于采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)； 不平衡特征參數(shù)提取單元，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，提取轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)并分析 每個(gè)所述特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏感度，提取出Ν個(gè)敏感的特征參數(shù)，作為轉(zhuǎn)子的Ν個(gè)不 平衡特征參數(shù)； 擬合單元，用于采用最佳擬合方法，對(duì)所述Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn) 子的Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)的Ν個(gè)擬合函數(shù)模型； 不平衡率計(jì)算單元，用于將所述Ν個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù) 模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的Ν個(gè)不平衡率，并對(duì)所述Ν個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡 率； 不平衡量計(jì)算單元，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子不平衡率，乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，生成轉(zhuǎn)子不平衡量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子振動(dòng)信 號(hào)采集單元通過(guò)振動(dòng)加速度傳感器以及MDES-5數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述不平衡特 征參數(shù)提取單元提取的轉(zhuǎn)子的特征參數(shù)包括振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)，其 中： 所述時(shí)域特征參數(shù)包括絕對(duì)值、峰峰值、方差值、有效值、偏斜度和方根幅值； 所述頻域特征參數(shù)包括1倍頻幅值、2倍頻幅值、3倍頻幅值以及半倍頻幅值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述不平衡特征 參數(shù)提取單元分析所述每個(gè)特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏感度，包括： 根據(jù)每一特征參數(shù)隨不平衡量變化的趨勢(shì)，分析所述每個(gè)特征參數(shù)對(duì)于不平衡量的敏 感度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述擬合單元采 用最佳擬合方法，對(duì)所述Ν個(gè)不平衡特征參數(shù)進(jìn)行擬合，得到所述轉(zhuǎn)子的ν個(gè)不平衡特征參 數(shù)的Ν個(gè)擬合函數(shù)模型，包括 ： 步驟1，確定自變量和因變量：將所述不平衡特征參數(shù)作為所沭擬合函數(shù)樽型的自變 量，將不平衡量質(zhì)量與轉(zhuǎn)子質(zhì)量之比Δ作為擬合函數(shù)的因變量
步驟2,選定擬合函數(shù)模型：一般四階函數(shù)表達(dá)式足以表達(dá)所述因變量與自變量之間 的關(guān)系，所以選定λ = a+b · x+c · x2+d · x3+e · X4為擬合結(jié)果的函數(shù)模型，式中因變量λ 為所述不平衡率，它與Δ同為無(wú)量綱變量； 步驟3,擬合函數(shù)模型中系數(shù)的求解：用編程軟件lst0pt編寫(xiě)曲線擬合程序代碼；選定 IstOpt軟件中的共軛梯度法作為求取待定系數(shù)的方法;將λ作為因變量、將第1個(gè)特征參 數(shù)作為自變量代入程序代碼中，獲得系數(shù) ai、bp Cl、屯、θι，再代入擬合函數(shù)模型中，得到λ i =adh · x+Cl ·義2+山· χ3+θι · x4 ;同理，將Δ作為因變量、將第i個(gè)特征參數(shù)作為自變量 代入到程序代碼中，得到λ i = a# · X+Ci · x2+di · · X4 ;最終獲得全部的擬合函數(shù)模 型。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述不平衡率計(jì) 算單元將所述N個(gè)轉(zhuǎn)子不平衡特征參數(shù)的數(shù)值代入相應(yīng)的擬合函數(shù)模型，計(jì)算對(duì)應(yīng)的N個(gè) 不平衡率，包括： 將提取的特征參數(shù)分別代入相應(yīng)的擬合函數(shù)式，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的λ ρ λ 2,……，λΝ，并對(duì) 所述Ν個(gè)不平衡率取平均值，生成最終的轉(zhuǎn)子不平衡率λ = (λ彳λ2……λ ν) ΖΝ。 一 _
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子不平衡故障的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述不平衡量 計(jì)算單元對(duì)所述轉(zhuǎn)子不平衡率，乘以轉(zhuǎn)子質(zhì)量，生成轉(zhuǎn)子不平衡量：不平衡量 =λ Χ轉(zhuǎn)子 質(zhì)量。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104215395SQ201410455745
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】段禮祥 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)