專利名稱：一種立式旋轉軸局部碰磨檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及旋轉機械性能檢測領域，特別涉及一種立式旋轉軸局部碰磨檢測方法，用于對立式旋轉機械局部碰磨周向位置進行檢測和分析。
背景技術：
隨著對旋轉機械高轉速高效率的要求，轉子與靜子的間隙越來越小，導致轉子和靜子間的碰磨事故經(jīng)常發(fā)生。旋轉機械運行過程中，由于轉子的質量不平衡、熱彎曲或不對中等原因，都會引發(fā)碰磨故障。碰磨發(fā)生時，先是局部碰磨，這時在一個周期內轉子與靜子發(fā)生一次或數(shù)次碰磨，在某些條件下會產(chǎn)生復雜的非線性運動，而且局部碰磨的不斷加劇最后會導致整周碰磨，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，會使機器在運轉過程中產(chǎn)生過度振動和噪聲，加速軸承等零件的磨損，降低機器的壽命和效率，嚴重的會迅速導致機器的損壞，甚至會直接危及人身安全。
立式結構的旋轉機械，其軸承不承受旋轉軸重量，在一般情況下由于旋轉軸存在質量偏心，使徑向載荷的方向不斷變化，旋轉軸處于一個圍繞軸承內徑圓心渦動的狀態(tài)。因此，軸承周向各處發(fā)生碰磨的可能性都相等，為判定碰磨發(fā)生的位置帶來了很大困難。同時，實際的測量信號中往往存在著多種非線性和非平穩(wěn)的雜波和噪聲成分，而且碰磨產(chǎn)生的振動信號也為典型的非線性和非平穩(wěn)信號，傳統(tǒng)的時域和頻域檢測方法很難準確地對碰磨故障進行診斷，更無法確定碰磨發(fā)生的準確位置。最新的小波分解技術雖然可以對非線性和非平穩(wěn)信號進行處理，但是由 于振動信號中的碰磨特征信號成分往往被淹沒在信號背景噪聲之中，而小波 分解技術無法有效地將碰磨特征信號從高頻背景噪聲中分離出來，從而無法 準確地判斷發(fā)生碰磨的位置和程度。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于為克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種立式旋轉軸局部碰磨 檢測方法，簡單實用，能夠有效判斷旋轉機械的旋轉軸與定子發(fā)生碰撞的定 子周向位置，為旋轉機械碰磨故障的診斷和維修提供依據(jù)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)。 一種立式旋轉軸局部碰磨檢測方法，其特征在于，包括以下步驟-首先，將位移傳感器安裝在立式旋轉軸一側的相應定子上，保證位移傳 感器的探頭和立式旋轉軸表面之間的距離保持在量程范圍內，在立式旋轉軸 以旋轉頻率f轉動過程中，采集立式旋轉軸的振動信號，得到原始的振動曲 線X(t);
然后，將原始的振動曲線x(t)進行經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，得到第一基波分 量和第一 IMF分量；將第一基波分量進行經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，得到第二基波 分量和第二 IMF分量；將第二基波分量進行經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，得到第三基 波分量和第三IMF分量；依次類推，直到得到第n基波分量和第n IMF分量， 所述第n IMF分量的頻率等于旋轉頻率f ， n為自然數(shù)；
所述經(jīng)驗模態(tài)EMD分解是先將待分解曲線的所有局部極大值點連接起 來形成上包絡線，將所有局部極小值點連接起來形成下包絡線，上、下包絡 線的平均值為基波分量，待分解曲線減去基波分量的差值為IMF分量；最后，在第一到第n-l IMF分量中尋找具有碰磨特征的IMF分量作為碰 磨信號分量，將所述碰磨信號分量與所述第n IMF分量進行比對，確定立式 旋轉軸局部碰磨的定子位置。
本發(fā)明的進一步特點在在于
所述待分解曲線的所有局部極大值點通過三次樣條線連接起來形成上包 絡線，將所有局部極小值點通過三次樣條線連接起來形成下包絡線。 所述位移傳感器為電渦流位移傳感器。
由于本發(fā)明采用了經(jīng)驗模態(tài)EMD信號分解技術，將旋轉軸原始的振動曲 線x(t)進行多次經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，能夠有效地從振動曲線x(t)中提取碰磨 特征，相應的IMF分量作為碰磨信號分量，減少了其他雜波、噪聲信號的干 擾；立式旋轉軸局部碰磨的定子位置確定簡單、實用。
圖1為立式旋轉軸的振動信號的采集示意圖。 圖2為振動曲線的一次經(jīng)驗模態(tài)EMD分解示意圖，其中
(a) 為立式旋轉軸的振動曲線示意(b) 為含有上包絡線的振動曲線示意(c) 為含有上、下包絡線的振動曲線示意(d) 為含有上、下包絡線和基波分量的振動曲線示意(e) 為振動曲線的IMF分量示意圖。
圖3為一個立式旋轉軸以旋轉頻率f轉動的原始的振動信號及其四次經(jīng) 驗模態(tài)EMD分解示意圖。
圖4為圖3的立式旋轉軸局部碰磨的定子位置確定示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。
參照圖1，將位移傳感器安裝在立式旋轉軸一側的相應定子上，保證位移
傳感器的探頭1和立式旋轉軸2表面之間的距離保持在位移傳感器的探頭1 的量程范圍內，在立式旋轉軸以旋轉頻率f轉動過程中，探頭1采集得到立 式旋轉軸的振動信號3，通過A/D轉換器4輸入到計算機5中，得到原始的振 動曲線x(t)。 一般情況下，位移傳感器釆樣頻率應大于或等于1000Hz。
參照圖2，說明振動曲線的一次經(jīng)驗模態(tài)EMD分解方法。以立式旋轉軸的 原始的振動曲線x(t)為例，如圖2 (a)所示，分別確定振動曲線x(t)的所有
的局部極大值點和極小值點極值點；然后用三次樣條線將所有的局部極大值 點連接起來形成上包絡線f ±(t)，如圖2 (b)所示。
對于一個時間序列x(t)二[x(t》、x(t2)、…、x(ti).....x(U]，采用
三次樣條線就是對于x(t)內的每個子區(qū)間[ti，t』，都采用三次多項式曲線 fi(x)將x(ti)和x(tw)兩點連接起來，這樣會產(chǎn)生n個三次多項式，艮卩
,(t)，
f(x)=-
設每個三次多項式曲線為-
fi(ti) -atj+btj+cti+d 為了使三次樣條曲線具有唯一性，三次多項式曲線滿足如下連續(xù)條件和邊界
條件
① fi(ti)二fw(ti)
② f/ (ti)=fi+I， (ti)③ f/' (ti)=fi+1，， (ti)
④ f ， ， (Xl) 二f ， ， (Xn) 這樣就可以求得每個子區(qū)間[ti，tw]上的三次多項式曲線。
如圖2 (C)所示，再用三次樣條線將所有的局部極小值點連接起來形成 下包絡線fT(t)，上、下包絡線包絡所有的數(shù)據(jù)點。如圖2 (d)所示，上、 下包絡線的平均值為基波分量，記為nu (t)，mi(t) = [f上(t)+f T(t)]/2;如圖 2 (e)所示，待分解振動曲線x(t)減去基波分量nu (t)的差值為IMF分量， 記為h!(t)， h,(t)二x(t)-nu(t)。
參照圖3，本實施例采用電渦流位移傳感器，其采樣頻率為1000Hz。立 式旋轉軸以旋轉頻率f為25Hz的轉速進行轉動，電渦流位移傳感器采集其原 始的振動信號，振動信號輸入計算機后，計算機分別計算和繪制出原始的振 動曲線、第一 IMF分量、第二 IMF分量、第三IMF分量、第四IMF分量。第 四IMF分量的頻率為旋轉頻率f ，即25Hz。然后，在第一到第三IMF分量中 尋找具有碰磨特征的IMF分量；根據(jù)實驗證明，碰磨特征為明顯的調幅特征， 第二 IMF分量具有明顯的調幅特征，即為碰磨信號分量。
參照圖4，將第二 IMF分量與第四IMF分量進行比較，第二 IMF分量的 碰磨特征部分相對于第四IMF分量波谷極值點的滯后相位角為^可以確定立 式旋轉軸局部碰磨的定子位置距離位移傳感器的探頭滯后相位角為e，即立式 旋轉軸從位移傳感器的探頭處沿轉動方向旋轉相位角e后對應的定子位置，為 立式旋轉軸的碰磨位置。
權利要求
1、一種立式旋轉軸局部碰磨檢測方法，其特征在于，包括以下步驟首先，將位移傳感器安裝在立式旋轉軸一側的相應定子上，保證位移傳感器的探頭和立式旋轉軸表面之間的距離保持在量程范圍內，在立式旋轉軸以旋轉頻率f轉動過程中，采集立式旋轉軸的振動信號，得到原始的振動曲線x(t)；然后，將原始的振動曲線x(t)進行經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，得到第一基波分量和第一IMF分量；將第一基波分量進行經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，得到第二基波分量和第二IMF分量；將第二基波分量進行經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，得到第三基波分量和第三IMF分量；依次類推，直到得到第n基波分量和第n IMF分量，所述第n IMF分量的頻率等于旋轉頻率f，n為自然數(shù)；所述經(jīng)驗模態(tài)EMD分解是先將待分解曲線的所有局部極大值點連接起來形成上包絡線，將所有局部極小值點連接起來形成下包絡線，上、下包絡線的平均值為基波分量，待分解曲線減去基波分量的差值為IMF分量；最后，在第一到第n-1IMF分量中尋找具有碰磨特征的IMF分量作為碰磨信號分量，將所述碰磨信號分量與所述第n IMF分量進行比對，確定立式旋轉軸局部碰磨的定子位置。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種立式旋轉軸局部碰磨檢測方法，其特征在 于，所述待分解曲線的所有局部極大值點通過三次樣條線連接起來形成上包 絡線，將所有局部極小值點通過三次樣條線連接起來形成下包絡線。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種立式旋轉軸局部碰磨檢測方法，所述位移 傳感器為電渦流位移傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及旋轉機械性能檢測領域，公開了一種立式旋轉軸局部碰磨檢測方法，用于對立式旋轉機械局部碰磨周向位置進行檢測和分析。它包括以下步驟首先，在立式旋轉軸以旋轉頻率f轉動過程中，采集立式旋轉軸的振動信號，得到原始的振動曲線x(t)；然后，將原始的振動曲線x(t)進行多次經(jīng)驗模態(tài)EMD分解，直到得到第n基波分量和第n IMF分量，所述第n IMF分量的頻率等于旋轉頻率f，n為自然數(shù)；最后，在第一到第n-1 IMF分量中尋找具有碰磨特征的IMF分量作為碰磨信號分量，將所述碰磨信號分量與所述第n IMF分量進行比對，確定立式旋轉軸局部碰磨的定子位置。
文檔編號G01B7/00GK101464125SQ20091002098
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權日2009年1月20日
發(fā)明者張優(yōu)云, 張其東, 張征凱, 朱永生, 王金彪 申請人:西安交通大學