专利名称：旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法
技术领域：
本发明涉及一种机械振动检测技术，具体地说，它涉及一种旋转机械转轴振动检测中偏摆的去除方法。
旋转机械的振动根源是转子的振动，转子的振动包括转轴和轴承的振动，现代振动监测和故障诊断系统普遍采用涡流传感器直接检测转轴的振动，这种方法使得振动监测和分析的精度水平有了质的飞跃。通常对旋转轴径向振动检测是采用涡流传感器，旋转轴径向振动检测是研究和解决动平衡问题的方法和进行故障诊断的基础。下面论述中转轴振动均是指转轴径向振动。但是，当用涡流传感器检测转轴振动时，转轴的不圆度和表面的平整程度对测量有很大影响。这种由转轴不圆度和被测表面凹凸不平引起的信号被称为偏摆，它们叠加在真实振动信号之上，使人们对振动的分析和处理产生误差，造成诊断和振动处理不成功，导致工程实践和工程研究的失败。偏摆的处理至今为止仍是本技术领域的一个难题。
目前，国内外对偏摆的处理主要是采用在一阶分量上分离并去除偏摆矢量的方法(见Bently公司ADRE3软件系统说明书)，这样可以使现场平衡变得较为精确和有效。其基本思想是在还没有激起振动的较低转速下将检测到的波形进行富利叶变换或相关滤波等处理，记录一阶分量的振幅和相位作为偏摆矢量，然后在高转速下进行振动检测时将其一阶分量矢量与偏摆矢量相减，最终得到实际振动的一阶分量。这种处理方法对信号采集的要求不苛刻，只要能正确得到一阶分量即可。此外，对于仅由于转轴椭圆度引起的偏摆，这种处理能使去偏摆后的振动较好地近似实际振动。但是，这种处理偏摆的方法存在以下缺陷首先是无法还原经过处理后的时域波形，因为偏摆波形可以分解为无穷阶分量的叠加，要还原真实振动的时域波形必须将检测的波形分解成无穷阶分量，分别减去相应偏摆分量后再通过逆变换还原成时域波形，这显然是不可能的，它最多只能对有限阶分量进行近似处理；第二，对于由于转轴表面伤痕引起的偏摆，偏摆波形的高阶分量丰富，仅处理一阶分量肯定是不够的；第三，如果二阶以上高阶分量中仍然含有偏摆的成分，则利用这种高阶信号进行故障诊断所得结果是不准确的。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法，该方法能够直接在时域去除偏摆的影响。
为完成上述任务，本发明采用的方法为①在低转速下，以键相外触发控制采集起始点，利用涡流传感器按转轴旋转角度等分采集从被测转轴的外表面到所述涡流传感器的位移信号，等分采集点数n≥64，记录各点位移信号形成波形序列作为偏摆序列；②在高转速下，按照上述步骤①同样的方法和相同的等分采集点个数进行位移信号的采集，其结果是在高转速下的采集点和低转速下的采集点各自对应所述转轴的同一个几何位置，将位移信号记录下来作为高转速下的波形序列；③用高转速下的波形序列与低转速下的波形序列一一对应相减，即得到去除偏摆影响后的振动的波形序列。
采用上述方法时，低转速可以为小于或等于400转/分，高转速可以为正常工作转速；也可以根据所述被测转轴平衡的需要，在转轴的不同位置上设置多个涡流传感器，并进行所述的其它步骤。
为便于采集和计算机进行数据处理，所述的等分采集点数可以为2m，m≥6。
采用旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法可以直接在时域去除偏摆影响。当对转速频率进行倍频处理数足够大，即对一个圆周的等分采集点足够多时，利用本发明去除偏摆后的时域波形与真实振动的时域波形之间的误差可以小到忽略不计的程度。目前，计算机技术和电子技术等在振动检测和故障诊断中的运用日益深入和完善，本发明方法的实际应用也随之变得更为便捷和有效。如对一个圆周等分采集点可以趋近无限多，对检测到的数据处理与分析速度也大大提高。因此，本发明运用于实际工程中的各种旋转机械振动检测时，能大幅度提高测量和分析精度，节省测量时间，从而提高工程质量水平，减少工程事故，产生较大的经济效益。
采用旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法得到的去除偏摆后的时域波形再进行频谱分析和轴心轨迹分析等处理，能够真正完全去除偏摆。
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1为转轴旋转角度64等分采集示意图；图2为多功能转子模拟试验台示意图；图3为在高转速为3000转/分、低转速为400转/分条件下去除偏摆后的振动时域谱图；图4为在高转速为3000转/分、低转速为400转/分条件下未去除偏摆的振动时域谱图；图5为在高转速为2000转/分、低转速为300转/分条件下去除偏摆后的振动时域谱图；图6为在高转速为2000转/分、低转速为300转/分条件下未去除偏摆的振动时域谱图。
在图1中，通过对转速频率进行64倍频处理，即将一个圆周64等分(也就是n＝64)，以键相信号1作为采集的起始点，不同转速下的采集以键相记号1为起始点，按图示的转轴旋转角度ω进行采集，键相涡流传感器2记录下不同转速下各采集点的位移信号。
图2所示的多功能转子模拟试验台示意图中，试验台底座3上安装有四个轴承5，四个轴承5由转轴4连接起来，在转轴4中部有一个联轴节6，五个平衡盘7分处在转轴4上，每个轴承5上安装有一个用于测量轴承振动用的速度传感器8，在转轴的不同位置共安装有测量转轴用的五个涡流传感器9。涡流传感器的数量根据被测转轴平衡的需要而定。
实施例1本实施例采用图2所示的多功能转子模拟试验台进行。首先，在低转速为400转/分时，涡流传感器9以键相信号作为起始点等分采集从被测转轴的外表面到涡流传感器9的位移信号，采集频率为转轴转动频率的64倍频，即等分采集点数n＝64。其次，在高转速为3000转/分下，按照上述同样的方法和等分采集点数采集各点的位移信号。采集到的位移信号均分别送到信号预处理装置(该信号预处理装置需具有电平转换、比例放大、滤波、键相整形隔离功能)，信号预处理装置将信号调理成计算机能接受的信号，再分别送进工业控制机(ADVANTECH台湾研华，内含All-in-one控制主板和Pentium 200 CPU)，进行动平衡试验，未去除偏摆的试验结果如图4所示；利用上述方法去除偏摆后所得到的试验结果如图3所示。因该系统的输出装置最多可供8个涡流传感器同时使用，而本实施例中只用了五个涡流传感器，故其中通道1、5和6是空的，其它5个通道显示的数据对应着5个涡流传感器采集的位移信号形成的波形序列在去除偏摆后得到的振动时域谱图。将图3中去除偏摆后的振动时域谱图与图4中未去除偏摆的振动时域谱图进行比较表明，依据本发明的方法去偏摆后的振动数据进行平衡的效果比不去偏摆进行平衡的效果好，特别是反映在通道7和通道8的振动情况。未去除偏摆时，通道7幅值为71μm，通道8幅值为79μm；而去除偏摆后，通道7幅值为20μm，通道8幅值为37μm。幅值越小说明偏摆去除效果越好，平衡的效果也越好。
实施例2图5中的振动时域谱图是采用与实施例1同样的设备和方法，在倍频数n为64、低转速v1为300转/分、高转速v2为2000转/分时所得的，与同等条件下未去偏摆的振动时域谱图6相比，通道7和通道8的数据同样效果明显。
一般而言，旋转轴径向振动的偏摆越大，采用本发明去除偏摆的效果越好。
权利要求
1.一种旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法，其特征在于①在低转速下，以键相外触发控制采集起始点，利用涡流传感器按转轴旋转角度等分采集从被测转轴的外表面到所述涡流传感器的位移信号，等分采集点数n≥64，记录各点位移信号形成波形序列作为偏摆序列；②在高转速下，按照上述步骤①同样的方法和相同的等分采集点个数进行位移信号的采集，其结果是在高转速下的采集点和低转速下的采集点各自对应所述转轴的同一个几何位置，将位移信号记录下来作为高转速下的波形序列；③用高转速下的波形序列与低转速下的波形序列一一对应相减，即得到去除偏摆影响后的振动的波形序列。
2.根据权利要求1所述的旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法，其特征在于所述的低转速为小于或等于400转/分，采集该低转速下的波形序列作为偏摆序列；所述的高转速为正常工作转速，采集该高转速下的波形序列，并进行所述的其它步骤。
3.根据权利要求1或2所述的旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法，其特征在于所述的等分采集点个数为2m，m≥6。
4.根据权利要求1或2所述的旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法，其特征在于根据所述被测转轴平衡的需要，在转轴的不同位置上设置多个涡流传感器。
5.根据权利要求3所述的旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法，其特征在于根据所述被测转轴平衡的需要，在转轴的不同位置上设置多个涡流传感器。
全文摘要
本发明公开了一种旋转轴径向振动检测中的偏摆去除方法。以键相外触发控制采集起始点,在低转速和高转速下分别利用涡流传感器按转轴旋转角度按相同等分数采集位移信号,等分采集点数n≥64,使在高转速下和低转速下的采集点各自对应转轴的同一个几何位置,记录下来作为波形序列;将二个波形序列一一对应相减,即得到去除偏摆影响后的振动的波形序列。
文档编号G01M1/00GK1257196SQ9912012
公开日2000年6月21日 申请日期1999年12月14日 优先权日1999年12月14日
发明者黄树红, 余小平, 徐煜兵, 贺国强 申请人:华中理工大学