用于风机故障诊断的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于风机故障诊断的方法和系统，属于用于风机故障诊断的技术领域。所述用于风机故障诊断的方法包括：获取所述风机的轴的低频转速信号和作用于所述风机的振动信号；对所述低频转速信号进行插值升样，得到插值升样后的高频转速信号；根据所述高频转速信号对所述振动信号进行轴周期同步转换，得到轴周期同步信号；以及对所述轴周期同步信号进行希尔伯特变换和傅里叶变换，得到用于风机故障诊断的轴周期谱。通过数值升样精确获得风机传动链各处的转动轴转速，为准确监测风机状态提供保障，通过轴周期谱分析振动特征，可以很好地对机械故障进行诊断，提升在线监测系统的稳定性。

Method and System for Fault Diagnosis of Fans

【技术实现步骤摘要】
用于风机故障诊断的方法和系统
本专利技术涉及用于风机故障诊断的技术，具体地涉及用于风机故障诊断的方法和系统。
技术介绍
轴承及齿轮损伤所产生的振动一般会在频谱上留下损伤特征频率。风机传动链机械结构复杂，低速处损伤信号需要经过复杂的传递路径才能被探测到，此外风机在运行时转速变化较大，这些因素往往造成难以在频谱上找到损伤特征频率。此外，在实际的风机振动测量中，通常通过加装外置的转速传感器测量轴的转速。外置的转速传感器受环境的影响比较大，造成信号不稳定。此外，转速传感器需要额外的支架固定，其设计、安装和实施受制于其它的因素，且放置在风机上的固定支架也会受到相关的维护工作的影响，很难得到一个稳定可靠且便于测量的转速信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于风机故障诊断的方法和系统，用于解决通过风机的轴的低频转速信号得到用于风机诊断故障的轴周期谱。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于风机故障诊断的方法，该方法包括：获取所述风机的轴的低频转速信号和作用于所述风机的振动信号；对所述低频转速信号进行插值升样，得到插值升样后的高频转速信号；根据所述高频转速信号对所述振动信号进行轴周期同步转换，得到轴周期同步信号；以及对所述轴周期同步信号进行希尔伯特变换和傅里叶变换，得到用于风机故障诊断的轴周期谱。优选地，对所述低频转速信号进行插值升样包括：采用内插法和外推法对所述低频转速信号进行插值升样。优选地，在对所述振动信号进行轴周期同步转换之前，该方法还包括：在时间上对所述振动信号和所述转速信号进行同步匹配；其中所述转速信号为所述低频转速信号或所述高频转速信号。优选地，对所述振动信号进行轴周期同步转换包括：从所述转速信号中推算出所述转速信号所对应的轴的转动周期；以及根据所述转动周期对所述振动信号按照所述转速信号所对应的轴的转动角度进行离散化，以使得所述振动信号按照所述对应的轴的转动角度等距分布，从而得到所述轴周期同步信号。优选地，所述获取所述风机的轴的低频转速信号为采集所述风机的解算器或变流器的输出信号得到所述低频转速信号。相应地，本专利技术还提供了一种用于风机故障诊断的系统，该系统包括：采集单元，用于获取所述风机的轴的低频转速信号和作用于所述风机的振动信号；插值单元，用于对所述低频转速信号进行插值升样，得到插值升样后的高频转速信号；转换单元，用于根据所述高频转速信号对所述振动信号进行轴周期同步转换，得到轴周期同步信号；以及处理单元，用于对所述轴周期同步信号进行希尔伯特变换和傅里叶变换，得到用于进行风机故障诊断的轴周期谱。优选地，对所述低频转速信号进行插值升样包括：采用内插法和外推法对所述低频转速信号进行插值升样。优选地，该系统还包括：匹配单元，用于在对所述振动信号进行轴周期同步转换之前，在时间上对所述振动信号和转速信号进行同步匹配；其中所述转速信号为所述低频转速信号或所述高频转速信号。优选地，对所述振动信号进行轴周期同步转换包括：从所述转速信号中推算出所述转速信号所对应的轴的转动周期；以及根据所述转动周期对所述振动信号按照所述转速信号所对应的轴的转动角度进行离散化，以使得所述振动信号按照所述对应的轴的转动角度等距分布，从而得到所述轴周期同步信号。优选地，所述获取所述风机的轴的低频转速信号为采集所述风机的解算器或变流器的输出信号得到所述低频转速信号。通过上述技术方案，本专利技术通过对风机的轴的低频转速信号进行插值升样得到高频转速信号，然后对作用于风机的振动信号进行轴周期同步转换得到轴周期同步信号，接着通过对轴周期同步信号进行希尔伯特变换和傅里叶变换得到用于风机故障诊断的轴周期谱，其中通过数值升样精确获得风机传动链各处的转动轴转速，为准确监测风机状态提供保障，通过轴周期谱分析振动特征，可以很好地对机械故障进行诊断，提升在线监测系统的稳定性。本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术实施例，但并不构成对本专利技术实施例的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的用于风机故障诊断的方法的流程图；图2是本专利技术提供的用于风机故障诊断的具体操作过程的示意图；图3是本专利技术提供的用于风机故障诊断的系统的框图；图4是本专利技术提供的解算器或变流器输出的低频转速信号点与在线采集的高频真实转速信号的图示；图5是本专利技术提供的高速轴周期误差与高速轴转速的关系；图6是本专利技术提供的低速轴周期谱；图7是本专利技术提供的图6的同一段信号的低速轴周期包络谱；以及图8是本专利技术提供的高速轴周期包络谱。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。图1是本专利技术提供的用于风机故障诊断的方法的流程图，如图1所示，该方法包括：步骤101，获取风机的轴的低频转速信号和作用于风机的振动信号；步骤102，对低频转速信号进行插值升样，得到插值升样后的高频转速信号；步骤103，根据高频转速信号对振动信号进行轴周期同步转换，得到轴周期同步信号；步骤104，对轴周期同步信号进行希尔伯特变换和傅里叶变换，得到用于风机故障诊断的轴周期谱。技术人员可以根据轴周期谱对风机故障进行诊断分析。其中，获取风机的轴的低频信号为采集风机的解算器或变流器的输出信号得到所述低频转速信号。电机旋转时，编码器每转会输出若干脉冲信号，经过解算器或者变流器的控制单元加工处理后，以低频数字信号的形式传送到主控制器(这里应当注意的是低频的信号不是主控制器用于控制电机转动的信号，本领域技术人员应当理解，主控制器用于控制电机转动的信号是高频的信号)，进行风机相关控制。编码器原始数据精度较高，但是经变流器加工后的信号采样频率较低，一般只有20赫兹。振动信号也称为加速度信号，一般通过加速度传感器采集变速器或发电机的信号来得到。在本专利技术中，低频转速信号和震动信号一起导入状态监测采集仪(也可以是下文中所描述的采集单元)，进行在线的同步变换及其相关的其它数字信号处理。通常，为了能够对振动信号进行轴转动周期的同步分析，需要较高采样频率的转速信号作为输入，根据经验，其采样频率需要高于最大特征频率的若干倍。综合转速和机械损伤振动频谱特征，高速部分机械损伤特征频率较高，对转速信号有较高采样率的需求，但是其损伤特征信号往往比较明显，转速测量的不精确性对特征频率探测的影响可能不大。对于低速处的损伤信号，虽然加速度响应比较低，但由于旋转周期相对要长很多，因此在进行轴周期同步处理时，往往可接受精确程度相对较低的转速信号。因此，本专利技术中采用对低频转速信号进行插值升样的方法是可行的。具体来说，对低频转速信号进行插值升样包括：采用内插法和外推法对低频转速信号进行插值升样。一般来说，对低频转速信号进行数值插值升样是采用内插法，升样倍数可以根据所要实现的状态监测任务预先指定，插值升样时可以考虑输入低频信号在时间上的变化趋势并且在必要时采用外推法进行处理。对于所采用的具体的插值方法可以是现有技术中适用的一些插值方法，本领域技术人员可以根据实际情况采用合适的插值方法。为了保证转速信号与振动信号在时间上是同步的，在对振动信号进行轴周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风机故障诊断的方法，其特征在于，该方法包括：获取所述风机的轴的低频转速信号和作用于所述风机的振动信号；对所述低频转速信号进行插值升样，得到插值升样后的高频转速信号；根据所述高频转速信号对所述振动信号进行轴周期同步转换，得到轴周期同步信号；以及对所述轴周期同步信号进行希尔伯特变换和傅里叶变换，得到用于风机故障诊断的轴周期谱。

【技术特征摘要】
1.一种用于风机故障诊断的方法，其特征在于，该方法包括：获取所述风机的轴的低频转速信号和作用于所述风机的振动信号；对所述低频转速信号进行插值升样，得到插值升样后的高频转速信号；根据所述高频转速信号对所述振动信号进行轴周期同步转换，得到轴周期同步信号；以及对所述轴周期同步信号进行希尔伯特变换和傅里叶变换，得到用于风机故障诊断的轴周期谱。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述低频转速信号进行插值升样包括：采用内插法和外推法对所述低频转速信号进行插值升样。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述振动信号进行轴周期同步转换之前，该方法还包括：在时间上对所述振动信号和所述转速信号进行同步匹配；其中所述转速信号为所述低频转速信号或所述高频转速信号。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述振动信号进行轴周期同步转换包括：从所述转速信号中推算出所述转速信号所对应的轴的转动周期；以及根据所述转动周期对所述振动信号按照所述转速信号所对应的轴的转动角度进行离散化，以使得所述振动信号按照所述对应的轴的转动角度等距分布，从而得到所述轴周期同步信号。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述风机的轴的低频转速信号为采集所述风机的解算器或变流器的输出信号得到所述低频转速信号。6.一种用于风机故障诊断的系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡婷，罗华耿，杨文强，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11