用于测量气体冷却段带钢振动情况的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及冷轧金属板带加工技术领域，更具体地说，涉及一种用于测量气体冷却段带钢振动情况的系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着各产业对高质量产品的需求不断增加，对冷轧薄板产品的表面质量和产量要求越来越高，生产线上的带钢运行的速度也不断提高。由于机械振动以及工艺设备的振动或对带钢冲击(例如酸洗中的水流冲击，退火冷却段的气流或水雾冲击等等)，会引发运动中带钢的振动，而这种振动可能会危及生产线安全。例如当带钢振动频率与机组某个传动设备的频率一致时，会诱发共振，共振能量较大时对带钢或传动设备会造成损伤；当带钢振动幅度超过带钢中心线与旁边设备的间隙时，钢板会刮到该设备上，造成钢板和设备的双重损伤，严重时甚至会引发带钢断裂。
[0003]上述原因使得钢铁企业和设备提供商越来越重视冷轧薄板带机组中的带钢振动问题，特别是在高速气体喷吹冷却段，喷口气流速度高达150m/s，带钢表面气体冲击力会高达1.4bar，两侧的瞬时气压差可达到2kPa，此时气体冲击力的不稳定性会引起带钢的抖动和扭摆。如果这种振动得不到抑制，会给生产带来严重的影响，当振动后带钢偏离机组中心线，通常会恶化冷却效果，更为严重的是振动可能导致带钢与喷嘴碰撞。因此冷却装置设计时，需要兼顾快速冷却和减小振动两方面的要求。在气体喷吹设备的开发和调试过程中，都需要对气体冲击引起带钢的振动行为进行测量和评估，将振幅和频率控制在安全范围。
[0004]气体射流冲击下带钢的振动是气体射流的端流流动诱发的带钢运动的不稳定性现象，属于气弹性力学问题。气体冲击射流引起带钢的不规则弹性形变振动，这种弹性变形反过来又使空气动力随之改变，从而又导致进一步的弹性变形，这样就构成了一种结构变形与空气动力交互作用的所谓气动弹性现象，而冷轧薄钢带在气体冷却段的振动正是这种类型。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，提供一种简易可靠的用于测量气体冷却段带钢振动情况的系统和方法，可以对正在研宄开发中的气体喷箱引起的带钢振动危害性进行测试评估，也可以对正在调试或生产的冷轧金属薄板机组的板带安全性进行监测。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种用于测量气体冷却段带钢振动情况的系统，包括气体喷吹装置、带钢固定装置和位移测量装置；
[0007]所述气体喷吹装置包括依次连接的风机、风机出口调节阀和风道总管流量计，还包括设置在带钢两侧的左风箱和右风箱，所述风道总管流量计与左风箱之间设有左风箱入口调节阀，所述风道总管流量计与右风箱之间设有右风箱入口调节阀；所述左风箱和右风箱上分别设有左取压孔和右取压孔，所述左取压孔通过软管连接左压差计，所述右取压孔通过软管连接右压差计；
[0008]所述位移测量装置包括多个平行布置在所述带钢一侧的位移探头，所述位移探头通过线缆依次与位移信号变送器和信号采集电脑连接。
[0009]上述方案中，所述带钢固定装置包括上支承辊、张力计辊、纠偏辊和下支承辊，所述带钢的上端通过固定在上固定点，带钢水平穿过上支承辊，经张力计辊转向后，变为垂直向下，从左风箱和右风箱之间穿过后，再经转向纠偏辊变为水平方向，经下支承辊后于下固定点处固定带钢的下部端点。
[0010]本发明还提供了一种用于测量气体冷却段带钢振动情况的方法，包括以下步骤:
[0011]S1、标定位移测量系统，测定相邻探头的最小间距，以及探头到带钢边缘的最小距离；
[0012]S2、进行气体喷吹系统的P-V实验，建立从左取压孔和右取压孔中取得的静压与气体流量之间的数量关系；
[0013]S3、在带钢的一侧安装位移探头；
[0014]S4、组装前述的测量气体冷却段带钢振动情况的系统，并启动系统；当带钢在气流冲击下发生振动时，位移探头将检测到的带钢与探头端部的距离值转化为电信号，通过金属位移探头信号线缆传输至位移信号变送器，将信号放大转换，供信号采集电脑读取，信号采集电脑通过数据采集卡和转化软件，将信号转为实际的距离值并按照时间顺序和信号通道来储存；
[0015]S5、进行带钢在气体冲击下的振动实验；实验遵循从低流量到高流量的原则，逐渐增大流量，记录数据，直至带钢振幅过大即将触碰到探头的工况；
[0016]S6、对振动测量数据进行频谱分析。
[0017]上述方案中，所述步骤SI中标定位移测量系统的方法具体为:取带钢的一小块作为标定面，用等厚度的一组玻璃片作为测量标尺，将位移探头放置在η块同等厚度d的玻璃片上，探头与标定面的标准高度H = n*d，以此值去校准电脑上的读数。
[0018]上述方案中，所述步骤SI中测定相邻探头的最小间距，以及探头到带钢边缘的最小距离的方法为:放置两个探头，保证两个探头之间的间距足够大，并且探头与带钢边缘的距离足够大，此时的位移的读数为标准读数；将其中一个探头向金属板边缘处缓慢移动，直到读数发生明显变化，记下此时探头中心到带钢边缘的距离El ;将两个探头逐渐向钢板中部逐渐靠近，当读数明显发生变化时，记下此时两个探头的中心距离E2。
[0019]实施本发明的用于测量气体冷却段带钢振动情况的系统和方法，具有以下有益效果:
[0020]本发明在沿带钢宽度方向在带钢两个邻近的支点中间，于同一侧水平布置多个位移探头，由于带钢与位移探头的距离差，产生的磁感电流的不同，获得带钢振动时与探头基准面的位移数据，通过对多个不同位置探头的数据分析，得到带钢的振动形态、振幅信息，并通过进一步的傅里叶频谱分析，得到带钢的高能谱频率段。获取了振动形态、振幅、高能谱频率段后，对于研宄制定抑制带钢振动的措施，具有十分重要的意义。本发明的系统和方法可测量的振幅和频率范围广，测量值稳定可靠，且不影响带钢运行，装置简单，易维护，经济性好。
【附图说明】
[0021]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0022]图1是用于测量气体冷却段带钢振动情况的系统的示意图；
[0023]图2是风箱P-V曲线测量实验系统图；
[0024]图3是带钢位移探测系统图；
[0025]图4是探头量程与带钢极限位置距离关系图；
[0026]图5是带钢的三种典型振动形态图；
[0027]图6是两个相邻位移探头的安装位置示意图；
[0028]图7是电涡流位移探测器的标定方法示意图；
[0029]图8是典型的带钢振动频谱分析图。
【具体实施方式】
[0030]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0031]下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
[0032]本发明用于测量气体冷却段带钢振动情况的系统包括气体喷吹系统、金属薄带固定系统与位移测量系统，如图1所示。
[0033]气体喷吹系统包括风机1、风机出口调节阀2、风道总管流量计3、左风箱入口调节阀4a、右风箱入口调节阀4b、左风箱5a和右风箱5b。左风箱5a和右风箱5b在两侧的中心线处各开了一个6mm直径的左取压孔6a和右取压孔6b，左取压孔6a通