基于瞬時(shí)頻率軸心軌跡的轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷方法
【專利摘要】基于瞬時(shí)頻率軸心軌跡的轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷方法，在振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，采集位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t)，分別位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t)進(jìn)行EEMD分解，得到的各模式分量進(jìn)行頻譜分析，分別挑選出以工頻分量為主的IMF信號(hào)分量IMFx(t)和IMFy(t)，使用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFy(t)，然后對(duì)單分量信號(hào)IMFx(t)和IMFy(t)通過歸一化分解成調(diào)幅和調(diào)頻信號(hào)，將計(jì)算得出的X、Y方向一倍轉(zhuǎn)頻分量的瞬時(shí)頻率IFx(t)和IFx(t)合成軸心軌跡，借助軸心軌跡形狀，對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，通過彎曲振動(dòng)信號(hào)提取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)波動(dòng)信息，并合成瞬時(shí)頻率軸心軌跡，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子碰磨故障的有效診斷，本發(fā)明增加了轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨等故障診斷的準(zhǔn)確性，提高了轉(zhuǎn)子的彎曲振動(dòng)監(jiān)測(cè)信號(hào)的利用率。
【專利說明】基于瞬時(shí)頻率軸心軌跡的轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子故障診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于瞬時(shí)頻率軸心軌跡的 轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)子碰磨故障引起的振動(dòng)往往表現(xiàn)出非線性，非平穩(wěn)特點(diǎn)，是一類診斷難度很大 的故障形式，現(xiàn)有的一些信號(hào)分析方法往往不能準(zhǔn)確、直觀地對(duì)轉(zhuǎn)子碰磨故障進(jìn)行診斷，特 別是早期微弱的碰磨故障的診斷。
[0003] 當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生沿圓周方向動(dòng)靜碰磨故障時(shí)，轉(zhuǎn)子的切向?qū)a(chǎn)生一個(gè)反向摩擦力，力 臂為轉(zhuǎn)子半徑，從而給轉(zhuǎn)子施加了一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的扭矩，造成了轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的的異常 瞬時(shí)波動(dòng)，即轉(zhuǎn)子異常扭振，由于碰磨故障的彎扭耦合振動(dòng)特性，轉(zhuǎn)子異常扭振信息會(huì)體現(xiàn) 在彎曲振動(dòng)信號(hào)的相位中。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)中包含了轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨等故障時(shí)的故障信息，將 扭振信息加以利用，對(duì)診斷轉(zhuǎn)子故障有很大益處，能大大提高碰磨故障診斷的準(zhǔn)確性。由于 大多現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)設(shè)備都未安裝扭振測(cè)量裝置，意味著無法直接獲取旋轉(zhuǎn)設(shè)備的扭轉(zhuǎn)振 動(dòng)信息。相比之下，大多大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備都已安裝轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如能從徑向振動(dòng)中 提取轉(zhuǎn)子瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信息（即扭振信息）并加以合理利用，將為動(dòng)靜碰磨類故障的現(xiàn)場(chǎng)診斷 提供新的思路，具有重要的工程和經(jīng)濟(jì)效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供基于瞬時(shí)頻率軸心軌跡的 轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷方法，通過彎曲振動(dòng)信號(hào)提取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的瞬時(shí)波動(dòng)信息，并合成瞬 時(shí)頻率軸心軌跡，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子碰磨故障的有效診斷。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0006] 基于瞬時(shí)頻率軸心軌跡的轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一，在振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，采集位移振動(dòng)信號(hào) X(t)和y(t)，規(guī)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中第一個(gè)經(jīng)過的測(cè)振位移傳感器為X方向傳感器，順轉(zhuǎn)向 旋轉(zhuǎn)90°后的另一個(gè)測(cè)振位移傳感器為Y方向傳感器；
[0008] 步驟二，分別對(duì)測(cè)得的X、Y方向的位移振動(dòng)信號(hào)X(t)和y(t)進(jìn)行EEMD分解，調(diào) 整EEMD分解參數(shù)，避免模式混疊現(xiàn)象的產(chǎn)生；
[0009] 步驟三，對(duì)X、Y方向位移振動(dòng)信號(hào)EEMD分解得到的各模式分量進(jìn)行頻譜分析，分 別挑選出以工頻分量為主的頂F信號(hào)分量頂匕⑴和MFy(t);
[0010] 由EEMD可知，各MF必須滿足以下兩個(gè)條件：
[0011]a.整個(gè)信號(hào)上的極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過零點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或至多相差一個(gè)；
[0012] b.在任意點(diǎn)處，由所有局部極大值點(diǎn)確定的上包絡(luò)和由所有局部極小值點(diǎn)所確定 的下包絡(luò)的均值為零；
[0013] 上述條件，保證了信號(hào)MFx(t)*MF^分別只包含一個(gè)單模式的振動(dòng)，從而求出 有明確物理意義的瞬時(shí)頻率；
[0014] 步驟四，分別對(duì)單模式分量信號(hào)頂Fx(t)和頂Fy(t)使用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻 率IFx(t)和IFy(t);
[0015] 對(duì)單分量信號(hào)IMFx(tdPIMFy(t)通過歸一化分解成調(diào)幅和調(diào)頻信號(hào)，即，
[0016]

【權(quán)利要求】
1.基于瞬時(shí)頻率軸心軌跡的轉(zhuǎn)子動(dòng)靜碰磨故障診斷方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一，在振動(dòng)測(cè)試截面安裝兩個(gè)夾角為90°的位移傳感器，采集位移振動(dòng)信號(hào)x(t) 和y(t)，規(guī)定轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中第一個(gè)經(jīng)過的測(cè)振位移傳感器為X方向傳感器，順轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn) 90°后的另一個(gè)測(cè)振位移傳感器為Y方向傳感器； 步驟二，分別對(duì)測(cè)得的X、Y方向的位移振動(dòng)信號(hào)x(t)和y(t)進(jìn)行EEMD分解，調(diào)整EEMD分解參數(shù)，避免模式混疊現(xiàn)象的產(chǎn)生； 步驟三，對(duì)X、Y方向位移振動(dòng)信號(hào)EEMD分解得到的各模式分量進(jìn)行頻譜分析，分別挑 選出以工頻分量為主的MF信號(hào)分量頂匕⑴和MFy(t); 由EEMD可知，各MF必須滿足以下兩個(gè)條件： a. 整個(gè)信號(hào)上的極值點(diǎn)個(gè)數(shù)和過零點(diǎn)個(gè)數(shù)相等或至多相差一個(gè)； b. 在任意點(diǎn)處，由所有局部極大值點(diǎn)確定的上包絡(luò)和由所有局部極小值點(diǎn)所確定的下 包絡(luò)的均值為零； 上述條件，保證了信號(hào)MFxW和頂FyW*別只包含一個(gè)單模式的振動(dòng)，從而求出有明 確物理意義的瞬時(shí)頻率； 步驟四，分別對(duì)單模式分量信號(hào)頂FxW和MFyW使用直接正交法計(jì)算得出瞬時(shí)頻率IFx(t)^PIFy(t)；
步驟五，將計(jì)算得出的X、Y方向一倍轉(zhuǎn)頻分量的瞬時(shí)頻率IFXw和IFxw合成軸心軌跡， 借助軸心軌跡形狀，對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別， 當(dāng)轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行時(shí)，一倍轉(zhuǎn)頻分量的瞬時(shí)頻率合成軸心軌跡圖在一個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)呈無 規(guī)則分布；當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)靜碰磨時(shí)，工頻分量瞬時(shí)頻率合成軸心軌跡圖呈現(xiàn)"8"字形特性， 同時(shí)瞬時(shí)頻率呈現(xiàn)反進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象D
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104483118SQ201410750907
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】王琇峰, 楊斌, 和丹, 林京, 趙明 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)