[发明专利]一种用于机械转子单截面轴振分析的幅值频谱

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于机械转子单截面轴振分析的幅值频谱。

以滑动轴承为转子支承件的大型旋转机械，如大型电机、离心式压缩机等，它们的运行状态的分析评估，所依靠的最基本工具就是转子轴振位移信号的频谱，因为转子轴振位移信号频谱能把轴振信号按频率做分解——分解为一组对应不同频率的轴振分量展现给用户。

通常，在旋转机械一个支承截面位置，安装两个互相垂直的指向转轴中心的振动位移传感器，称为X传感器和Y传感器，在定子上，以获取该截面上的转子振动位移信号，例图见附图2和附图3。所谓X传感器指，从观察转子为逆时针旋向的一端看过去，转子首先转过的那个传感器即为X传感器。不妨，将X传感器和Y传感器同时采集的一截面两方向振动位移信号序列，分别称为x信号序列和y信号序列，以下有时简称x信号和y信号。

有了同步采集的转轴一个截面上的x和y两信号序列，就可以把它们按一定的方式变换到频域，制作它们的某种频谱，进而对转子该截面及整个转子的运行状态进行分析评估。其中，幅值频谱，以下有时简称幅值谱或幅频谱，是最常用的一类频谱。

背景技术

对同步采集的转轴一个截面上的x和y两信号序列，一种最常见的幅值频谱获取形式是：对x信号和y信号序列，分别进行快速离散傅立叶变换，分别求取各自的傅立叶级数，然后绘制各自傅立叶级数的幅频谱。这种幅频谱方法的缺点是：如果两互相垂直的传感器在截面上的安装方位有变化(如由图2变为图3)时，即使转子运行状态不变，监测的x信号和y信号的幅频谱也会表现出差异，这不便于建立幅频谱特征与机器状态间的关系，也不便于比较传感器安装方位不同的两台同种机器的状态；另外，这种幅频谱，由于是单方向位移信号的频谱，如附图4、附图5、附图6、附图7所示，因此，谱图上的任一幅值不能反映其所在频率下截面轴振分量的最大值(即轴振幅值)。

对同步采集的转轴一个截面上的x和y两信号序列，另一种幅值频谱获取形式是：构造复位移信号序列z＝x+iy，对复序列z进行快速离散傅立叶变换，求取其傅立叶级数，然后绘制该傅立叶级数的幅频谱，称为复谱或者全频谱。该全频谱，对x和y两信号序列的信息有所融合，因而，其不会受两垂直传感器X和Y安装方位不同的影响，对建立幅频谱特征与机器状态间的关系提供了方便。但是，在全频谱上，每个频率分量被分解成了正反两个进动分量，它们的幅值是数学抽象的结果，不代表该频率下轴振动分量振幅的实际大小，如附图8所示。(参考文献：Don Southwick，Plus and minus spectrum，Orbit，1993，14(2)，p16-20)

发明内容

要解决的技术问题。常见幅频谱、全频谱(复谱)等这些幅值频谱，不能直观反映各频率下轴振动分量幅值的大小。常见幅频谱的谱特征还会受到两垂直传感器X和Y在安装截面上的安装方位的影响。

技术方案。

提出一种用于机械转子单截面轴振分析的幅值频谱，它的制作由下面的步骤组成：(1)读取同步采集的来自转轴一截面两垂直方向的信号序列x和y；(2)分别对两信号序列进行快速离散傅立叶变换；(3)基于两信号快速傅立叶变换结果求取各自傅立叶级数；(4)从获取的两信号傅立叶级数中，将每个频率下的来自x信号的正弦波谐波分量和来自y信号的正弦波谐波分量合成，得到一个轴心轨迹椭圆，又称为李萨育图形，如附图10所示；(5)计算各频率下所合成椭圆的长半轴的大小，即各频率下截面上的轴振幅值的大小；(6)以频率或其阶次为横轴，以轴振幅值为纵轴，绘制幅值频谱，如附图9所示。频率阶次指频率值除以某一参考频率而获得的相对频率值，无量纲。整个轴振幅值频谱的制作流程见附图1所示。

设x信号序列、y信号序列傅立叶级数分解得到的ω_i(即2πf_i)频率分量分别为：

则此两分量合成的截面内该分量轴心轨迹椭圆的长半轴计算如下：

令

则有，

此ω_it下的o_i²(t)为椭圆长半轴或短半轴的平方，再计算转过90度后的椭圆的极径的平方，即 和对应的o_i(t)的模平方，通过比较，可最终确定该椭圆的长半轴，即轴振幅值大小。