[发明专利]一种用于起停车过程轴振分析的幅值频谱阵列瀑布图

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于起停车过程轴振分析的幅值频谱阵列瀑布图。

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，这些设备状态的分析评估，所依靠的一个重要工具是——设备起停车过程中转轴振动位移信号的幅值频谱阵列瀑布图(Waterfall Diagram)。瀑布图是一种形象的说法，幅值频谱阵列瀑布图实际是将来自起车或停车过程中各转速下的位移信号的幅值频谱按次序排列而形成的一个阵列图。

通常，在旋转机械转轴的一个支承截面位置，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，以获取该截面上的转轴振动位移信号，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，转子表面上与附图中水平指向相交的质点，逆时针首先转过的那个传感器即为X传感器。不妨，将从该截面X传感器和Y传感器同步采集的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。

有了起停车过程中每个转速下同步采集的x和y信号序列，就可以将它们按一定的方式变换到频域、获取幅值频谱，然后按升速或降速次序将各转速下的幅值频谱排成阵列图，即为幅值频谱阵列瀑布图。这样的瀑布图信息丰富，能直观地显示起停车过程中转轴振动频率分量的幅值变化，能方便地使用户从中获得机器的临界转速和此转速下轴振各频率分量的振幅，对评价机器设备的状态有重要的作用。

背景技术

目前，瀑布图的获取方法是：只拿出起车或停车过程中某一个方向的各转速下的位移信号序列，或者全是x信号序列，或者全是y信号序列；然后，对每一转速下的信号序列做傅立叶变换，求其傅立叶级数和相应的幅值频谱；最后，按升速或降速次序排列各转速下的幅值频谱，形成一个阵列图，即称为幅值频谱阵列瀑布图。这样的瀑布图，可根据所使用的序列，分别称为x瀑布图或y瀑布图。

文献《机械故障的全息诊断原理》(屈梁生著，科学出版社，2007年7月)中介绍了一种全息瀑布图，这种瀑布图不是一般意义上的瀑布图，它不是一个幅值频谱阵列图，没有“瀑布”的形状。它与本发明不属于同一个最近的上位概念。

发明内容

要解决的技术问题。目前的起停车过程幅值频谱阵列瀑布图的制作方法的缺点是：(1)一个瀑布图，只由一个方向的信号做出，只能反映一个方向上的转轴振动随转速的变化；(2)相应地，瀑布图上的任一幅值不能反映所在转速下的轴振对应频率分量在整个支承截面的真正振幅，即径向振幅；(3)两互相垂直的传感器在截面上的安装方位有变化(如由附图2变为附图3)时，即使相同的起停车过程状态，瀑布图也会表现出差异，这不便于建立瀑布图与机器状态间的关系。

技术方案。

提出的一种用于起停车过程轴振分析的幅值频谱阵列瀑布图的制作方法，由三个步骤组成：(1)读取起车或停车过程中采集的各转速下的一对转轴振动位移信号序列——x和y信号序列；(2)对每一转速下的一对x和y信号序列求一个合成的幅值频谱；(3)将求得的不同转速下的合成的幅值频谱按升速或降速次序排列成一个阵列图，即为制作的幅值频谱阵列瀑布图。

提出的方法与现有方法的区别是：以上第(1)步读取数据时读取的是来自两个方向的x和y信号序列对，而不是来自单纯一个方向的信号序列数据；以上第(2)步的每一转速下的幅值频谱由该转速下的一对x和y信号序列共同决定，不是单方向信号的幅值频谱，是基于两方向序列合成的幅值频谱；以上第(3)步中，排列的对象是两方向序列合成的幅值频谱。

以上瀑布图制作方法中的每一转速下的合成幅值频谱，它的制作由这样的步骤组成：(1)分别对该转速下的一对x和y信号序列进行快速离散傅立叶变换；(2)基于快速傅立叶变换的结果求取各自的傅立叶级数；(3)从获取的x和y信号序列的傅立叶级数，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，得到一个椭圆，又称为李萨育图形，它的物理含义是支承截面内该频率轴振分量的轴心轨迹图形，如附图5所示；(4)计算各频率下两方向分量合成椭圆的长半轴的大小，即各频率下截面上轴振幅值的大小；(5)以频率或其阶次为横轴，以轴振幅值为纵轴，绘制幅值频谱，即为合成的幅值频谱，如附图6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。合成幅值频谱制作的流程见附图4所示。

设某一转速下一对x信号序列和y信号序列进行傅立叶级数分解得到的ω_i(即2πf_i)频率分量分别为：