一种基于Kalman阶比-全息谱原理的非稳态动平衡方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Kalman阶比-全息谱原理的非稳态动平衡方法，利用Kalman阶比分析能够处理非平稳信号的能力和全息动平衡起车次数少、失衡位置定位准确的特点，将两者融合对起停车信号进行动平衡，本方法扩展了传统全息动平衡的运用范围，突破了传统全息动平衡只能在稳定转速下进行动平衡的局限，该方法还能与模态平衡原理结合实现整个起车过程的平衡，能避免转子长时间停留在临界转速附近，降低了转子在临界区剧烈振动而损坏的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Kalman阶比-全息谱原理的非稳态动平衡方法
本专利技术属于旋转机械动平衡领域，具体涉及一种基于Kalman阶比-全息谱原理的非稳态动平衡方法。
技术介绍
旋转机械在现代工业如航空、电力、石油、化工等行业得到广泛的运用，它们大多为生产设备的关键部件。据统计，旋转机械的各种振动故障中，不平衡引起的振动占70%左右。因此，动平衡技术对汽轮机、航空发动机转子、风机转子等大型旋转机械显得尤为重要。在稳定转速下，利用全息动平衡技术能够综合利用多测点的幅值、频率、相位信息，在实际生产中能够比一般方法更为准确地定位失衡量大小和方向，且起车次数少。以全息谱技术为基础发展起来的全息动平衡方法在平衡前效果仿真、配重量微调以及配重方案优化等方面取得了突破。相关技术已经在电力、石化、冶金等行业得到了广泛的推广和应用，其有效性和可靠性在大量的实际工程应用中得到了检验和认可。但是，全息动平衡技术也存在一些不足：主要针对固定转速的稳态信号进行动平衡、难以实现对转速波动及升降速过程的非平稳信号进行动平衡，这就大大限制了全息动平衡技术的应用。全息动平衡方法在很多现场情况下，转子根本无法通过一阶临界转速上升到稳定的工作转速，无法实现工作转速下的动平衡。另外，传统的模态动平衡需要使机组长期停留在临界转速附近以获得稳态数据，这极易导致机组损毁，从而使得模态平衡法的实际运用受到了极大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统全息动平衡方法只能利用稳态数据进行动平衡的不足，提供一种基于Kalman阶比-全息谱原理的非稳态动平衡方法。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤：1）首先对转子进行原始起车，对转子原始起车过程进行同步采样，获得等时间间隔的原始起车振动信号和原始起车键相信号；2）使用原始起车键相信号对原始起车振动信号进行键相处理；3）对步骤2）中键相处理后的原始起车振动信号进行Kalman阶比分析提取1阶分量，得到原始起车1阶分量的复包络和载波；4）通过步骤3）中原始起车1阶分量的复包络求得各转速下的幅值和相位，绘制出原始起车1阶分量的Bode图；5）在转子两个轮盘的两截面上添加试重后进行试重起车，进行同步采样，获得等时间间隔的试重起车振动信号和试重起车键相信号；6）使用试重起车键相信号对试重起车振动信号进行键相处理；7）对步骤6）中键相处理后的试重起车振动信号进行Kalman阶比分析提取1阶分量，得到试重起车1阶分量的复包络和载波；8）通过步骤7）中试重起车1阶分量的复包络求得各转速下的幅值和相位，绘制出试重起车1阶分量的Bode图；9）利用步骤4）和8）得到的原始起车1阶分量的Bode图和试重起车1阶分量的Bode图，通过全息动平衡原理进行配重计算，计算出两个截面添加配重的大小和方位；10）去掉试重，添加配重后起车，观察平衡效果。对于每次起车过程，采集的都是两个截面的振动信号，每个截面包括互相垂直的两个方向的振动信号，即每次起车采集4个通道的振动信号。所述Kalman阶比分析是将1阶分量提取出来，表达成复包络和载波相乘的形式，通过复包络求振动的幅值和相位。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对起停车非稳态数据，利用Kalman阶比分析能够提取转速相关的阶次分量的特点提取出1阶分量，然后利用全息谱原理精确定位失衡方位，最终实现动平衡。该方法从转子动平衡的本质出发，创造性地将Kalman阶比分析与全息动平衡原理结合，解决了目前主要依赖于稳态数据进行动平衡的局限性，能够实现对称转子的模态平衡，达到整个转速范围内的转子平衡，实现在起车过程中任意目标转速的平衡。经过多次试验验证，本专利技术简单有效，与稳态数据下的平衡结果相差不多。本专利技术所提出的基于Kalman阶比分析的全息动平衡技术，是根据阶比分析具有处理非平稳信号的能力以及全息动平衡具有起车次数少，平衡效果好的特点，将阶比方法和全息动平衡理论相融合，扩展了传统全息动平衡的运用范围，该方法适合用于起停车条件下的动平衡，尤其适合利用起停车数据进行模态平衡。附图说明图1为本专利技术两个截面4个通道原始起车时域波形图；图2为本专利技术键相校正原理图；图3为本专利技术两个截面4个通道原始起车Kalman阶比分析1阶时域波形图；图4为本专利技术实施例通道1原始起车的Bode图；图5为本专利技术实施例通道2原始起车的Bode图；图6为本专利技术实施例通道3原始起车的Bode图；图7为本专利技术实施例通道4原始起车的Bode图；图8为本专利技术实施例两个截面4个通道试重起车时域波形图；图9为本专利技术实施例两个截面4个通道试重起车Kalman阶比分析1阶时域波形图；图10为本专利技术实施例通道1试重起车的Bode图；图11为本专利技术实施例通道2试重起车的Bode图；图12为本专利技术实施例通道3试重起车的Bode图；图13为本专利技术实施例通道4试重起车的Bode图；图14为本专利技术实施例平衡后两个截面4个通道起车时域波形图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术首先通过键相信号经校正后计算出每转的平均转速，再在每转内通过线性插值计算出对应于振动信号每个采样点的转速值。利用计算的转速信号序列来对各振动通道的原始和试重起车振动信号进行Kalman阶比分析，提取出1阶分量，通过1阶分量的复包络可以求出各转速下的振动幅值和相位，绘制出起车过程Bode图，然后利用全息动平衡原理进行平衡。该方法既能利用起停车等非稳态数据，又兼备起车次数少、平衡精度高的特点，将阶比分析和全息动平衡巧妙融合，能够对起停车信号来进行动平衡，拓展了全息动平衡的运用范围。所述非稳态动平衡方法的具体步骤为：1）对转子原始起车过程进行同步采样，获得等时间间隔的振动信号和键相信号；2）使用键相信号对步骤1）所述振动信号进行键相处理；3）对步骤2）键相处理后的振动信号进行Kalman阶比分析提取1阶分量，得到原始起车1阶分量的复包络和载波；4）通过步骤3）得到的复包络信号求得各转速下的幅值和相位,绘制出原始起车Bode图；5）在转子两截面添加适当的试重后进行试重起车，进行同步采样，获得等时间间隔的振动信号和键相信号；6）用步骤5）采集到的键相信号对其振动信号进行键相处理；7）对步骤6）键相处理后的振动信号进行Kalman阶比分析提取1阶分量，得到试重起车1阶分量的复包络和载波；8）通过步骤7）得到的复包络信号求得各转速下的幅值和相位,绘制出试重起车Bode图；9）利用步骤4）和8）得到的振动信号的原始起车1阶分量的Bode图和试重起车1阶分量的Bode图，通过全息动平衡原理进行配重计算，计算出两个截面添加配重的大小和方位；10）去掉试重，添加配重后起车，观察平衡效果。参见图1所示，对原始起车信号进行采集，同步采集两个截面4个测点的振动信号(同一截面两个测点相互垂直)，转速从250RPM盘车，升到8000RPM，图1中从上到下依次为通道1到通道4的原始起车振动曲线。参见图2所示，对键相信号进行校正的原理：对键相信号进行等时间间隔采样时，当转到键相槽处时信号幅值将发生一个明显的跳变，预示着转子旋转了一周。希望每次都在临界点A进行采样，这样就有一个固定的参考点，能保证两个键相信号之间恰好是一整周。但由于是等时间间隔采样，不可能每次都恰好在A点进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Kalman阶比‑全息谱原理的非稳态动平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：1）首先对转子进行原始起车，对转子原始起车过程进行同步采样，获得等时间间隔的原始起车振动信号和原始起车键相信号；2）使用原始起车键相信号对原始起车振动信号进行键相处理；3）对步骤2）中键相处理后的原始起车振动信号进行Kalman阶比分析提取1阶分量，得到原始起车1阶分量的复包络和载波；4）通过步骤3）中原始起车1阶分量的复包络求得各转速下的幅值和相位，绘制出原始起车1阶分量的Bode图；5）在转子两个轮盘的两截面上添加试重后进行试重起车，进行同步采样，获得等时间间隔的试重起车振动信号和试重起车键相信号；6）使用试重起车键相信号对试重起车振动信号进行键相处理；7）对步骤6）中键相处理后的试重起车振动信号进行Kalman阶比分析提取1阶分量，得到试重起车1阶分量的复包络和载波；8）通过步骤7）中试重起车1阶分量的复包络求得各转速下的幅值和相位，绘制出试重起车1阶分量的Bode图；9）利用步骤4）和8）得到的原始起车1阶分量的Bode图和试重起车1阶分量的Bode图，通过全息动平衡原理进行配重计算，计算出两个截面添加配重的大小和方位；10）去掉试重，添加配重后起车，观察平衡效果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Kalman阶比-全息谱原理的非稳态动平衡方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先对转子进行原始起车，对转子原始起车过程进行同步采样，获得等时间间隔的原始起车振动信号和原始起车键相信号；对于每次起车过程，采集的都是两个截面的振动信号，每个截面包括互相垂直的两个方向的振动信号，即每次起车采集4个通道的振动信号；2)使用原始起车键相信号对原始起车振动信号进行键相处理；3)对步骤2)中键相处理后的原始起车振动信号进行Kalman阶比分析提取1阶分量，得到原始起车1阶分量的复包络和载波；4)通过步骤3)中原始起车1阶分量的复包络求得各转速下的幅值和相位，绘制出原始起车1阶分量的Bode图；5)在转子两个轮盘的两截面上添加试重后进行试重起车，...

【专利技术属性】
技术研发人员：温广瑞，廖与禾，江铖，臧廷朋，李杨，张恒辉，梁正虎，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61