变速激励下叶片异步振动参数识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于叶轮机械叶片测试技术领域，特别是一种叶片异步振动参数识别方 法。
【背景技术】
[0002] 叶片作为叶轮机械的重要部件，其可靠的运行是保障旋转机械安全运行的关键， 目前测量叶片振动的方法采用非接触测量的叶尖定时方法，叶尖定时测振技术是将叶尖定 时传感器沿径向安装在旋转机械相对静止的壳体上，根据叶片到达传感器的脉冲时间t与 理论到达时间的不同，获得叶片振动的欠采样序列，采用特殊的参数识别方法获得叶片振 动参数。非接触测量的叶尖定时方法测量一周仅仅测到叶片的一个振动信号，采样频率为 转速，一般叶片的振动频率在kHz以上，采样频率仅有几百Hz，因此参数识别是严重的欠采 样信号下的识别，有一定难度和特殊性。
[0003] 针对不同的叶片振动形式，叶片的振动可分为同步振动（叶片振动频率与转速成 整数倍）和异步振动（叶片振动频率与转速成非整数倍），常用的测量同步振动的叶尖定时 参数识别方法有：速矢端迹法、双参数法、自回归法等，常用测量异步振动的叶尖定时参数 识别方法有Prony谱估计方法、多传感器均布法、差频法、"5+2"分布法等。一般异步振动 由流场激励产生，多在转速变化的时候发生，使叶片振幅瞬间大幅提高危害叶轮机的可靠 运行，因此发展变速激励下叶片振动的参数识别方法有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的问题是变速激励下叶片振动的参数识别问题，为此，采用多传感 器信号全相位FFT变换（快速傅立叶变换）获得分析信号的混叠频率和对应相位，根据混 叠频率的相位差与传感器的物理安装角以及转速阶次的相互关系采用有限的阶次跟踪进 行异步振动参数辨识。
[0005] 本发明公开的变速激励下叶片异步振动参数识别方法，包括以下步骤：
[0006] 1)对相邻两叶片的振动信号进行插值处理提升采样频率；
[0007] 2)通过全相位傅里叶变换获得叶片振动信号的混叠频率△ U和实测相位差 A 〇%求得振动阶次的非整数部分Am ;
[0008] 3)利用测量振动信号相位与传感器安装角的关系，通过阶次跟踪获得振动阶次 凡，Ne= (m+Am)，m是振动阶次的整数部分，Am是振动阶次的非整数部分；
[0009] 4)得到叶片的振动频率《。
[0010] 作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1)振动信号的插值处理如下：
[0011] 以传感器测量的叶片的振动数据TIP(i) = [Xil，Xi2，Xi3，…xin]T为基准将后一传感 器测量的该叶片数据顺序插入该叶片的振动数据序列中：，后一个传感器采集的数据表示 为：TIP(i+l) = 将后传感器采集的数据插入到前一传感器 采集的数据中，插值完成后该传感器采集的数据变为TIP(i) = [xn， X(i+l)l, Xi2, X(i+1)2, Xi3, X(i +m，xu+1)n]T。通过插值处理使单个叶片的采样频率成为f s= 2Q，采样频率为原来的 两倍，保证了 A ? G (〇~Q)。
[0012] 作为上述技术方案的另一种改进，所述步骤3)通过阶次跟踪获得振动阶次包括 以下步骤：
[0013] 31)获得跟踪相位差A①k;
[0014] 32)求得实测相位差A①"1'和跟踪相位差A①&的残值e k，ek= A①k-A①％
[0015] 33)求得残值ek的均方根值S k，
[0016]
【主权项】
1. 一种变速激励下叶片异步振动参数识别方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 对相邻两叶片的振动信号进行插值处理； 2) 通过全相位傅里叶变换获得叶片振动信号的混叠频率△ ?和实测相位差△0%求 得振动阶次的非整数部分Am; 3) 利用测量振动信号相位与传感器安装角的关系，通过阶次跟踪获得振动阶次凡，凡 =(m+Am)，m是振动阶次的整数部分，Am是振动阶次的非整数部分； 4) 得到叶片的振动频率
2. 根据权利要求1所述的变速激励下叶片异步振动参数识别方法，其特征在于：所述 步骤1)振动信号的插值处理如下： 以传感器测量的叶片的振动数据TIP(i) = [Xil，Xi2，Xi3，…xin]T为基准将后一传感器 测量的该叶片数据顺序插入该叶片的振动数据序列中：，后一个传感器采集的数据表示 为：TIP(i+l) = [^仙~+物^邮…力洲上将后传感器采集的数据插入到前一传感器 采集的数据中，插值完成后该传感器采集的数据变为TIP(i) = [xn， X(i+l)l，Xi2, X(i+1)2, Xi3, X( …1T i+l)3，??? Xin，X(i+l)n」0
3. 根据权利要求1所述的变速激励下叶片异步振动参数识别方法，其特征在于：所述 步骤3)通过阶次跟踪获得振动阶次包括以下步骤： 31) 获得跟踪相位差AC>k; 32) 求得实测相位差A①"1'和跟踪相位差A①&的残值ek，ek=A①k-A①％ 33) 求得残值ek的均方根值Sk，
34) 分别计算Am为" + 时的Sk，比较大小，并取Sk为最小时对应的m以及对应的 Am前面的 " + "、"_"。
4. 根据权利要求1所述的变速激励下叶片异步振动参数识别方法，其特征在于：所述 4)中得到叶片的振动频率《的过程为：将步骤3)获得的振动阶次（m+Am)以及相应的振 动倍频^^代入《 = (m±Am)Dn求得振动频率《。
【专利摘要】本发明公开的一种变速激励下叶片异步振动参数识别方法，用相邻两叶片测量数据插值处理提升采样率的方法获得混叠频率，用全相位FFT来获得振动混叠频率和相位，从而获得非整阶次的小数部分。利用相位和传感器安装角度的关系进行阶次跟踪，辨识叶片异步振动阶次的整数部分。利用4叶片仿真模型产生降速多倍频异步振动数据对该算法进行了验证，仿真数据为单传感器测得的单叶片的振动数据，最后把辨识结果与仿真参数进行对比，验证了此算法能正确辨识叶片异步振动参数。此识别方法正确可靠，简单易行。
【IPC分类】G01H1-14
【公开号】CN104697623
【申请号】CN201410579963
【发明人】岳林, 李海洪, 王德友, 王磊, 胡伟
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年10月24日