CN105203286B - 一种大幅摆动下转轴振动测量误差的补偿算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大幅摆动下转轴振动测量误差的补偿算法，通过将采集到的振动信号和转轴的直径带入到迭代计算模型中，经过迭代计算得到误差补偿后的振动信号，即对转轴振动量的测量值和真实值之间的误差进行迭代补偿。该算法只需要非常少的迭代计算次数即可得到和转轴真实振动信号非常接近甚至相等的计算结果，可以有效消除转轴振动的测量误差。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对转轴在大幅摆动下振动测量误差的补偿算法，尤其涉及小直径、大摆动转轴的振动测量，该补偿算法可以消除因转轴的大幅摆动后偏离正对轴心的测量位置而带来振动量的测量误差。主要应用领域包括：电力、能源、化工、国防等领域内大型旋转机械。
背景技术
转轴作为旋转机械的核心部件，在电力、石化、能源以及国防领域中有着无可替代的作用。旋转机械经常因为各种原因造成不能正常工作，降低生产效率。随着生产的发展，人们对转轴的稳定性有了越来越高的要求。转轴的振动量大小是评价转轴在旋转过程中稳定性的一个非常重要的参数。在生产试验中，通常是在转轴的同一截面处布置相互垂直的位移传感器来监测转轴的振动量。
在对小直径、大摆动转轴进行振动测量时，位移传感器所采集的振动信号往往不是转轴的真实振动信号，这是因为小直径转轴在旋转过程中转轴轴心会偏离静止状态下转轴的轴心位置，使得位移传感器的探头不是正对转轴的轴心位置，造成测量误差。对于小直径转轴，这种测量误差往往是不能忽略的。如图1所示为测量误差示意图，转轴在X方向有振动，在Y方向无振动，即转轴在X方向有位移，在Y方向无位移。但在测量过程中，由于传感器的位置是固定不变的，所以Y方向的位移传感器会测出转轴在Y方向上存在位移，这样就产生了测量误差，从而错误地认为转轴在Y方向上有振动。因为转轴在运动过程中的摆动是无法避免的，而位移传感器的位置是固定不变的，所以这种振动测量误差的存在是不可避免的。所以必须对位移传感器所采集的振动信号进行后处理，使处理后的振动信号更接近转轴的真实振动信号。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中所存在的振动测量误差，本发明提出了一种误差补偿算法。该方法设计了一种迭代计算模型，根据采集的振动信号对测量误差进行迭代补偿，最终消除测量误差，得到真实的振动信号。该方法操作简单，无需对现有的振动测量系统进行改造，只需对振动信号进行简单的后处理即可消除测量误差。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的大幅摆动下转轴振动测量误差的补偿算法，包括以下步骤：
步骤1，基于转轴在偏摆状态下转轴的实际振动量、振动测量值和转轴尺寸的数量关系构造迭代计算式；
步骤2，根据位移传感器采集的振动量进行迭代计算，得到转轴实际振动量的近似值；
具体地，所述步骤1中，根据摆动状态下转轴的实际振动量、振动测量值和转轴尺寸的数量关系得到如下关系式：
式中：x为转轴在X轴方向的真实振动位移；y为转轴在Y轴方向的真实振动位移；x′为转轴在X轴方向振动量的测量值；y′为转轴在Y轴方向振动量的测量值；x′、y′和r是已知量；
整理后得到以下迭代计算式：
所述步骤2中，采用迭代法求解x和y值的具体迭代格式如下：
其中，k的取值为0、1、2、3、……。
步骤3，通过对x0和y0赋一初值，进行n次迭代，当迭代误差足够小时，即可结束迭代过程，得出转轴的实际振动量xn和yn。
作为优选，为了方便收敛，提高计算效率，将X方向和Y方向振动量的测量值作为初值赋给x0和y0进行迭代计算。
有益效果：本发明首先基于转轴在偏摆状态下转轴的实际振动量、振动测量值和转轴尺寸的数量关系来进行迭代计算式的构造，然后对转轴振动量的测量值和真实值之间的误差进行迭代补偿，具有如下显著的进步：
1.通过该迭代算法可消除小直径、大摆动转轴振动量的测量误差，有助于提高故障诊断的准确性和有效性；
2.本方法操作简单，只需要在振动信号采集系统中嵌入该迭代程序即可；
3.该迭代算法简单快捷，运算步骤少，时间短，迭代后输出结果和真实值相等，可完全消除测量误差。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的大幅摆动下转轴振动测量误差的补偿算法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
附图说明
图1为测量误差示意图；
图2为误差补偿算法示意图；
图3为本发明实施例中误差补偿算法的实施流程图；
图4是转轴X方向真实振动信号和虚假振动信号；
图5是转轴Y方向真实振动信号和虚假振动信号；
图6是转轴X方向上虚假振动信号、真实振动信号和5次迭代修正后振动信号的比较；
图7是转轴X方向上虚假振动信号、真实振动信号和11次迭代修正后振动信号的比较；
图8是转轴Y方向上虚假振动信号、真实振动信号和5次迭代修正后振动信号的比较；
图9是转轴Y方向上虚假振动信号、真实振动信号和11次迭代修正后振动信号的比较；
图10是转轴Y方向上虚假振动信号、修正后振动信号和真实振动信号的比较；
具体实施方式
实施例：
误差补偿算法的原理如图2所示，图中x为转轴在X轴方向的真实振动位移；y为转轴在Y轴方向的真实振动位移；x′为转轴在X轴方向振动量的测量值；y′为转轴在Y轴方向振动量的测量值；O为转轴在静止状态下的轴心；O′为转轴在摆动状态下的轴心。
以某转轴的振动测量为例，进行本方法实施过程的说明，实施流程图如图3所示。
(1)构造迭代计算式。综合考虑转轴的直径和振动测量值，得到迭代计算式：
式中：r为转轴半径；x′为转轴在X轴方向振动量的测量值；y′为转轴在Y轴方向振动量的测量值；k的取值为0、1、2、3、……。
(2)采用涡流传感器对转轴的振动信号进行采集。采用两个相互垂直布置的涡流传感器对某一截面处的振动信号进行采集；为了避免支架振动，支架的固有频率必须避开转轴的工作转速，否则会产生支架共振，导致振动读数误差很大；
(3)经过n次迭代后，当前后两次计算值的误差足够小时，可以取最后一次的计算值xn和yn作为转轴的真实振动位移值。
下面通过建立转子的二维运动模型来对本算法的实施和效果进行介绍和说明。
模型一：设半径r＝60mm的转轴的在X方向和Y方向的的振动方程分别为：x＝30sin(500πt+π/6)，y＝40sin(100πt+π/9)，则位移传感器所采集的振动信号分别为：图4所示为转轴在X方向上实际振动信号和传感器所采集的振动信号；图5所示为转轴在Y方向上实际振动信号和传感器所采集的振动信号。在实际的试验过程中，是以位移传感器所采集到的振动信号为已知条件进行迭代补偿得到修正后的振动信号，图6和图7所示为转轴X方向上虚假振动信号、真实振动信号和修正后的振动信号的比较；图8和图9所示为转轴Y方向上虚假振动信号、真实振动信号和修正后的振动信号的比较。由图6至图9可以发现经过5次迭代计算后得到修正后的振动信号和真实的振动信号之间只存在少量的残余误差，经过11次迭代计算后得到修正后的振动信号和真实的振动信号几乎完全重合，说明测量误差全部被消除。
下面再以一个特例来对本算法的功用和效果进行更为直观的介绍。
模型二：设半径r＝60mm的转轴仅在X方向上振动，振动方程为x＝30sin(500πt+π/6)；在Y方向上无振动，振动方程为：y＝0。由于存在测量误差，所以位移传感器所采集到的振动信号分别为：x′＝x，X方向上的振动测量信号是准确的，Y方向上的振动测量信号是假的。通过本算法的误差补偿后，转轴Y方向上虚假振动信号、真实振动信号和修正后的振动信号的比较如图10所示。由图10可见经过迭代补偿后得到的振动信号和真实振动信号一致，全部归零。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种大幅摆动下转轴振动测量误差的补偿算法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，基于转轴在偏摆状态下转轴的实际振动量、振动测量值和转轴尺寸的数量关系得到如下关系式：
y’-y = r- (1)
x’- x= r- (2)
式中：x为转轴在X轴方向的真实振动位移；y为转轴在Y轴方向的真实振动位移；x’为转轴在X轴方向振动量的测量值；y’为转轴在Y轴方向振动量的测量值，r为转轴半径；x’、 y’和r是已知量；
整理后得到以下迭代计算式：
y =- r + y’ (3)
x= - r +x’ (4)
步骤2，根据位移传感器采集的振动量进行迭代计算，得到转轴实际振动量的近似值；采用迭代法求解x和y值的具体迭代格式如下：
(5)
(6)
其中，k为迭代计算次数，其取值为0、1、2、3、……；
步骤3，将X方向和Y方向振动量的测量值作为初值赋给x 0 和y 0 进行迭代计算，进行n次迭代，当迭代误差足够小时，即可结束迭代过程，得出转轴的实际振动量x n 和y n 。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4457165A (en) * | 1982-09-01 | 1984-07-03 | Fmc Corporation | Apparatus and method for drive shaft signature analysis |
| CN1946997A (zh) * | 2004-07-02 | 2007-04-11 | 振动技术公司 | 用于同时控制随机振动的频谱和峰度的系统和方法 |
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Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4283957A (en) * | 1979-06-25 | 1981-08-18 | Zonic Corporation | Torsional exciter for a rotating structure |
| CN101038159A (zh) * | 2007-02-28 | 2007-09-19 | 华北电力大学 | 一种测量偏心圆盘径向振动位移的方法 |
| CN101586997A (zh) * | 2009-06-26 | 2009-11-25 | 贵州师范大学 | 一种拉索振动基频的计算方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US4457165A (en) * | 1982-09-01 | 1984-07-03 | Fmc Corporation | Apparatus and method for drive shaft signature analysis |
| CN1946997A (zh) * | 2004-07-02 | 2007-04-11 | 振动技术公司 | 用于同时控制随机振动的频谱和峰度的系统和方法 |
| CN101762371A (zh) * | 2010-01-29 | 2010-06-30 | 重庆建设摩托车股份有限公司 | 旋叶式小型压缩机转子扭转振动测试装置及测试方法 |
| CN104251764A (zh) * | 2014-09-30 | 2014-12-31 | 清华大学 | 滚动轴承振动检测装置及分析方法 |
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