CN106197853A - 抽水蓄能机组的动平衡分析方法及装置、调整方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抽水蓄能机组的动平衡分析方法及装置、调整方法及装置。方法包括：对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到振动摆度信号的时域波形和振动摆度信号的第一频域幅值谱；当抽水蓄能机组转子的不平衡质量的改变引起振动摆度信号的第一频域幅值谱的改变时，根据振动摆度信号的时域波形得到振动摆度信号的转频分量时域波形；根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位；根据键相传感器、振动摆度传感器安装位置的相位差和抽水蓄能机组的旋转方向修正转子初始不平衡质量相位，得到转子不平衡质量相位。本发明无相位延迟，避免转子不平衡质量相位存在偏差，令配重更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及机械振动技术领域，具体地，涉及一种抽水蓄能机组的动平衡分析方法及装置、调整方法及装置。
背景技术
抽水蓄能机组反应迅速、运行方式灵活，在电力系统中有调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等多种功能，为电网的安全稳定及经济运行发挥了重要作用。此外，随机性、间歇性新能源大规模的开发需要抽水蓄能电站来进行消纳和存储。这就使得抽水蓄能电站迎来了良好的发展机遇。近年来，抽水蓄能电站建设的速度加快，在研、在设、在建及运行的抽水蓄能电站总数量不断扩大。
抽水蓄能机组在达到动平衡时能安全稳定地运行。但抽水蓄能机组具有水头高，转速快的特点，很容易出现动不平衡，引发机组振动和主轴摆度过大的问题。为了降低机组振动和主轴摆度，实现动平衡，需要开展动平衡试验，它是保障抽水蓄能机组安全稳定运行的重要环节。
在动平衡试验中，需要根据机组振动产生的振动摆度信号的转频分量得到转子不平衡质量相位，通过转子不平衡质量相位在转子上加配重，以令转子达到动平衡。但机组振动产生的振动摆度信号中除转频分量外，还含有其它频率成分。现有技术方案是先用低通滤波的方式将高于转频的频率成分滤掉，再来计算转子不平衡质量相位。而低通滤波时将对转频分量产生一定的相位延迟，使得转子不平衡质量相位存在一定的偏差，从而影响配重的准确性。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种抽水蓄能机组的动平衡分析方法及装置、调整方法及装置，以解决现有技术中转子不平衡质量相位存在一定的偏差，影响配重的准确性的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种抽水蓄能机组的动平衡分析方法，包括：对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到振动摆度信号的时域波形和振动摆度信号的第一频域幅值谱；当抽水蓄能机组转子的不平衡质量的改变引起振动摆度信号的第一频域幅值谱的改变时，根据振动摆度信号的时域波形得到振动摆度信号的转频分量时域波形；根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位；根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位。
在其中一种实施例中，根据振动摆度信号的时域波形得到振动摆度信号的转频分量时域波形，包括：对振动摆度信号的时域波形进行快速傅立叶变换，得到振动摆度信号的第二频域幅值谱；保留振动摆度信号的第二频域幅值谱的转频分量幅值，置零其余分量幅值，得到振动摆度信号的转频分量频域；对振动摆度信号的转频分量频域进行快速傅立叶逆变换，得到振动摆度信号的转频分量时域波形。
在其中一种实施例中，根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：根据键相信号波形得到键相脉冲时间t1；根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间t0；按如下公式根据波谷时间t0和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：或，根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：根据键相信号波形得到键相脉冲时间t1；
根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间t2；按如下公式根据波峰时间t2和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：其中，T为抽水蓄能机组的旋转周期，T＝60/n，n为抽水蓄能机组的转速。
在其中一种实施例中，根据键相信号波形得到键相脉冲时间t1，包括：设定多个采样时间间隔为Δt的采样时间，设定键相时域波形在第i个采样时间的波形信号为jx(i)，i＝1，键相阈值为Fz，并按照如下方式进行迭代处理：分别比较jx(i)与jx(i-1)、jx(i+1)、Fz的大小；当jx(i)>jx(i-1)、jx(i)>jx(i+1)且jx(i)>Fz时，t1＝i×Δt；当jx(i)≤jx(i-1)或jx(i)≤jx(i+1)或jx(i)≤Fz时，将迭代处理中的i替代为i+1。
在其中一种实施例中，根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间t0，包括：设定多个采样时间间隔为Δt的采样时间，设定转频分量时域波形在第i个采样时间的波形信号为a(i)，i＝1；按照如下方式进行迭代处理得到波谷时间t0：分别比较a(i)与a(i-1)、a(i+1)的大小；当a(i)＜a(i-1)且a(i)＜a(i+1)时，t0＝i×Δt；当a(i)≥a(i-1)或a(i)≥a(i+1)时，将迭代处理中的i替代为i+1；或，根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间t2，包括：设定转频分量时域波形在第i个采样时间的波形信号为b(i)，i＝1；按照如下方式进行迭代处理得到波峰时间t2：分别比较b(i)与b(i-1)、b(i+1)、Fz的大小；当b(i)>b(i-1)、b(i)>b(i+1)且b(i)＜Fz时，t2＝i×Δt；当b(i)≤b(i-1)或b(i)≤b(i+1)或b(i)＞Fz时，将迭代处理中的i替代为i+1。
在其中一种实施例中，根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，包括：设键相传感器安装位置的相位为P1，振动摆度传感器安装位置的相位为P2，则按照如下方式得到相位差ψ：ψ＝P1-P2；当旋转轴的旋转方向为顺时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：当旋转轴的旋转方向为逆时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：其中，为抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，为抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
本发明实施例还提供一种抽水蓄能机组的动平衡调整方法，包括：根据上面所说的抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，得到试加质量的方位；测量抽水蓄能机组的初始振动矢量；测量在试加质量的方位加上试加质量后，抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量；根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位。
在其中一种实施例中，按如下方式根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位，包括：M＝(Aτ-A0)/K，其中，M为配重质量及配重方位，Aτ为蠕动摆度振动矢量，A0为初始振动矢量，K为幅相影响系数，K＝(A01-A0)/P，P为试加质量，A01为加上试加质量后的振动矢量，是试加质量P和不平衡质量的合成质量引起的振动矢量。
本发明实施例还提供一种抽水蓄能机组的动平衡分析装置，包括：时频域分析单元，用于对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到转子振动摆度信号的时域波形和振动摆度信号的第一频域幅值谱；转频分量单元，用于：当抽水蓄能机组转子的不平衡质量的改变引起振动摆度信号的第一频域幅值谱的改变时，根据所述振动摆度信号的时域波形得到所述振动摆度信号的转频分量时域波形；计算单元，用于根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位；修正单元，用于根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位。
在其中一种实施例中，转频分量单元具体用于：转频分量单元具体用于：对振动摆度信号的时域波形进行快速傅立叶变换，得到振动摆度信号的第二频域幅值谱；保留振动摆度信号的第二频域幅值谱的转频分量幅值，置零其余分量幅值，得到振动摆度信号的转频分量频域；对振动摆度信号的转频分量频域进行快速傅立叶逆变换，得到振动摆度信号的转频分量时域波形。
在其中一种实施例中，计算单元具体用于：根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：根据键相信号波形得到键相脉冲时间t1；根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间t0；按如下公式根据波谷时间t0和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位： 或，根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：根据键相信号波形得到键相脉冲时间t1；根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间t2；按如下公式根据波峰时间t2和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：其中，T为抽水蓄能机组的旋转周期，T＝60/n，n为抽水蓄能机组的转速。
在其中一种实施例中，修正单元具体用于：设键相传感器安装位置的相位为P1，振动摆度传感器安装位置的相位为P2，则按照如下方式得到相位差ψ：ψ＝P1-P2；当旋转轴的旋转方向为顺时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：当旋转轴的旋转方向为逆时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：其中，为抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，为抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
本发明实施例还提供一种抽水蓄能机组的动平衡调整装置，包括：试加质量方位计算单元，用于根据上面所说的抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，得到试加质量的方位；初始振动矢量测量单元，用于测量抽水蓄能机组的初始振动矢量；振动矢量测量单元，用于测量在试加质量的方位加上试加质量后，抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量；配重质量及方位计算单元，用于根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位。
在其中一种实施例中，配重质量及方位计算单元具体用于：根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位，包括：按照如下方式得到配重质量及配重方位：M＝(Aτ-A0)/K，其中，M为配重质量及方位，Aτ为蠕动摆度振动矢量，A0为初始振动矢量，K为幅相影响系数，K＝(A01-A0)/P，P为试加质量，A01为加上试加质量后的振动矢量，是试加质量P和不平衡质量的合成质量引起的振动矢量。
在本发明实施例提供的技术方案中，先对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到振动摆度信号的时域波形，再仅保留振动摆度信号时域波形中的转频分量，去除其它频率成分。与现有技术中低通滤波的方式相比，本发明无相位延迟，避免了转子不平衡质量相位存在偏差，令配重更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中抽水蓄能机组的动平衡分析方法的流程图；
图2是本发明实施例中步骤102的具体流程图；
图3是本发明实施例中步骤103的具体流程图；
图4是本发明实施例中步骤301的具体流程图；
图5是本发明实施例中步骤302的具体流程图；
图6是本发明实施例中步骤303的具体流程图；
图7是本发明实施例中步骤104的具体流程图；
图8是本发明实施例中抽水蓄能机组的动平衡调整方法的流程图；
图9是本发明实施例中抽水蓄能机组的动平衡分析装置的结构示意图；
图10是本发明实施例中抽水蓄能机组的动平衡调整装置的结构示意图；
图11是本发明实施例中抽水蓄能机组的上导+x处的振动摆度信号的时域波形图；
图12是本发明实施例中抽水蓄能机组的下导+x处的振动摆度信号的时域波形图；
图13是本发明实施例中抽水蓄能机组的上导+x处的振动摆度信号的第一频域幅值谱；
图14是本发明实施例中抽水蓄能机组的下导+x处的振动摆度信号的第一频域幅值谱；
图15是本发明实施例中振动摆度信号的转频分量时域波形图；
图16是抽水蓄能机组转子上导+x处的初始不平衡质量相位的波形图；
图17是抽水蓄能机组转子下导+x处的初始不平衡质量相位的波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种抽水蓄能机组的动平衡分析方法，以解决现有技术中转子不平衡质量相位存在一定的偏差，影响配重的准确性的问题。
图1是本发明实施例中抽水蓄能机组的动平衡分析方法的流程图。如图1所示，包括：
步骤101：对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到振动摆度信号的时域波形和第一频域幅值谱。
步骤102：当抽水蓄能机组转子的不平衡质量的改变引起振动摆度信号的第一频域幅值谱的改变时，根据振动摆度信号的时域波形得到振动摆度信号的转频分量时域波形。
步骤103：根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
步骤104：根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位。
实施例中，通过分析抽水蓄能机组的振动摆度信号的文本格式数据，可以得到振动摆度信号的时域波形和频域分析。
图11是本发明实施例中抽水蓄能机组的上导+x处的振动摆度信号的时域波形图。如图11所示，振动摆度信号的强度是97％，峰-峰值是125.91um，均值是0.244um。
图12是本发明实施例中抽水蓄能机组的下导+x处的振动摆度信号的时域波形图。如图12所示，振动摆度信号的强度是97％，峰-峰值是201.28um，均值是-0.263um。
图13是本发明实施例中抽水蓄能机组的上导+x处的振动摆度信号的第一频域幅值谱。如图13所示，其在8.333Hz的信号峰值为109.932um，在16.667Hz的信号峰值为5.482um，在41.667Hz的信号峰值为3.304um。
图14是本发明实施例中抽水蓄能机组的下导+x处的振动摆度信号的第一频域幅值谱。如图14所示，其在8.333Hz的信号峰值为194.727um，在25Hz的信号峰值为5.933um，在50Hz的信号峰值为2.849um。
得到振动摆度信号中的转频分量时域波形有多种方式，比如可以按如下方式得到振动摆度信号中的转频分量时域波形：
图2是本发明实施例中步骤102的具体流程图，如图2所示，步骤102包括：
步骤201：对振动摆度信号的时域波形进行快速傅立叶变换，得到振动摆度信号的第二频域幅值谱。
步骤202：保留振动摆度信号的第二频域幅值谱的转频分量幅值，置零其余分量幅值，得到振动摆度信号的转频分量频域。
步骤203：对振动摆度信号的转频分量频域进行快速傅立叶逆变换，得到振动摆度信号的转频分量时域波形。
本发明通过快速傅立叶变换，去除了振动摆度信号中除转频分量外的其它频率成分，与现有技术相比，得到的转频分量时域波形更加精确，进而避免了求取转子不平衡质量相位存在偏差。
图15是本发明实施例中振动摆度信号的转频分量时域波形图。如图15所示，图15中的第一波形为抽水蓄能机组的上导+x处的振动摆度信号的转频分量时域波形，第二波形为抽水蓄能机组的下导+x处的振动摆度信号的转频分量时域波形。
得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位有多种方式，比如可以按如下方式得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：
图3是本发明实施例中步骤103的具体流程图。如图3所示，步骤103包括：
步骤301：根据键相信号波形得到键相脉冲时间。
步骤302：根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间。
步骤303：根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间。
步骤304：根据键相脉冲时间和波谷时间，得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
步骤305：根据键相脉冲时间和波峰时间，得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
实施例中，设键相脉冲时间为t1，波谷时间为t0，则按如下公式根据波谷时间t0和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：
或，设键相脉冲时间为t1，波峰时间为t2，按如下公式根据波峰时间t2和键相脉冲时间t1得到初始不平衡质量相位：
其中，为初始不平衡质量相位，T为抽水蓄能机组的旋转周期，T＝60/n，n为抽水蓄能机组的转速。
得到键相脉冲时间有多种方式，比如可以按如下方式得到键相脉冲时间：
图4是本发明实施例中步骤301的具体流程图。如图4所示，步骤301包括：
步骤401：设定多个采样时间间隔为Δt的采样时间，设定转频分量时域波形在第i个采样时间的波形信号为为jx(i)，键相阈值为Fz。
步骤402：设定i＝1。
步骤403：判断jx(i)是否符合：jx(i)>jx(i-1)、jx(i)>jx(i+1)且jx(i)>Fz。
步骤404：当不符合jx(i)>jx(i-1)、jx(i)>jx(i+1)且jx(i)>Fz时，i＝i+1，返回步骤403。
步骤405：当jx(i)>jx(i-1)、jx(i)>jx(i+1)且jx(i)>Fz时，t1＝i×Δt。
得到波谷时间t0有多种方式，比如可以按如下方式得到波谷时间t0：
图5是本发明实施例中步骤302的具体流程图。如图5所示，步骤302包括：
步骤501：设定多个采样时间间隔为Δt的采样时间，设定转频分量时域波形在第i个采样时间的波形信号为a(i)。
步骤502：设定i＝1。
步骤503：判断a(i)是否符合：a(i)＜a(i-1)且a(i)＜a(i+1)。
步骤504：当不符合a(i)＜a(i-1)且a(i)＜a(i+1)时，i＝i+1，返回步骤503。
步骤505：当a(i)＜a(i-1)且a(i)＜a(i+1)时，t0＝i×Δt。
得到波峰时间t2有多种方式，比如可以按如下方式得到波峰时间t2：
图6是本发明实施例中步骤303的具体流程图。如图6所示，步骤303包括：
步骤601：设定多个采样时间间隔为Δt的采样时间，设定转频分量时域波形在第i个采样时间的波形信号为b(i)，键相阈值为Fz。
步骤602：设定i＝1。
步骤603：判断b(i)是否符合：b(i)>b(i-1)、b(i)>b(i+1)且b(i)＜Fz。
步骤604：当不符合b(i)>b(i-1)、b(i)>b(i+1)且b(i)＜Fz时，i＝i+1，返回步骤603。
步骤605：当b(i)>b(i-1)、b(i)>b(i+1)且b(i)＜Fz时，t2＝i×Δt。
通过上述步骤，可以得到波峰时间t2。
图16为抽水蓄能机组转子上导+x处的初始不平衡质量相位的波形图，图17为抽水蓄能机组转子下导+x处的初始不平衡质量相位的波形图。表1为键相脉冲时间t1的时间序列统计表，单位为秒；表二为波峰时间t2的时间序列统计表，单位为秒。
表一
表二
当抽水蓄能机组的转速为每分钟500转时，根据上述公式，得到多个转子的初始不平衡质量相位取平均值。此时，抽水蓄能机组转子上导+x处的初始不平衡质量相位为58°，抽水蓄能机组转子下导+x处的初始不平衡质量相位为276°。
实施例中，当键相传感器与振动摆度传感器的安装位置不同时，键相传感器与振动摆度传感器之间存在相位差，这时需要修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位有多种方式，比如可以按如下方式修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：
图7是本发明实施例中步骤104的具体流程图。如图7所示，步骤104包括：
步骤701：令键相传感器安装位置的相位减去振动摆度传感器安装位置的相位，得到相位差。
步骤702：当旋转轴的旋转方向为顺时针时，抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位为抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位与相位差的差。
步骤703：当旋转轴的旋转方向为逆时针时，抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位为抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位与相位差的和。
实施例中，设键相传感器安装位置的相位为P1，振动摆度传感器安装位置的相位为P2，则按照如下方式得到相位差ψ：
ψ＝P1-P2。
当旋转轴的旋转方向为顺时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：
当旋转轴的旋转方向为逆时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：
其中，为抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，为抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
图8是抽水蓄能机组的动平衡调整方法的流程图。如图8所示，包括：
步骤801：根据上述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，得到试加质量的方位；
步骤802：测量抽水蓄能机组的初始振动矢量。
步骤803：测量在试加质量的方位加上试加质量后，抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量。
步骤804：根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位。
实施例中，按如下方式根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位，包括：
M＝(Aτ-A0)/K，
其中，矢量M表示配重质量与配重方位，矢量Aτ为蠕动摆度振动矢量，矢量A0为初始振动矢量，矢量K为幅相影响系数，K＝(A01-A0)/P，P为试加质量，矢量A01为加上试加质量后的振动矢量，是试加质量P和不平衡质量的合成质量引起的振动矢量。
其中，矢量Aτ还可以为抽水蓄能机组的蠕动摆度以及水力不平衡引起的振动矢量。这时，通过测量抽水蓄能机组停止运行时的振动矢量，可以得到矢量Aτ。
实施例中，通过抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，可以判定不平衡力的方向，从而准确得到试重方位，避免试重造成较大的振动，引起抽水蓄能机组的不稳定。在抽水蓄能机组转子的配重方位上加上配重质量，可以令机组达到动平衡。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种抽水蓄能机组动平衡分析装置，由于该装置解决问题的原理与抽水蓄能机组动平衡分析方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
图9是本发明实施例中抽水蓄能机组动平衡分析装置的结构示意图。如图9所示，可以包括：
时频域分析单元11，用于对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到振动摆度信号的时域波形和振动摆度信号的第一频域幅值谱；
转频分量单元12，用于：当抽水蓄能机组转子的不平衡质量的改变引起振动摆度信号的第一频域幅值谱的改变时，根据振动摆度信号的时域波形得到振动摆度信号的转频分量时域波形；
计算单元13，用于根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位；
修正单元14，用于根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位。
在本发明的一个具体实施例中，转频分量单元12具体用于：对振动摆度信号的时域波形进行快速傅立叶变换，得到振动摆度信号的第二频域幅值谱；保留振动摆度信号的第二频域幅值谱的转频分量幅值，置零其余分量幅值，得到振动摆度信号的转频分量频域；对振动摆度信号的转频分量频域进行快速傅立叶逆变换，得到振动摆度信号的转频分量时域波形。
在本发明的一个具体实施例中，计算单元13具体用于：根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：根据键相信号波形得到键相脉冲时间t1；根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间t0；按如下公式根据波谷时间t0和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：或，根据振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：根据键相信号波形得到键相脉冲时间t1；根据振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间t2；按如下公式根据波峰时间t2和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：其中，T为抽水蓄能机组的旋转周期，T＝60/n，n为抽水蓄能机组的转速。
在本发明的一个具体实施例中，修正单元14具体用于：令键相传感器安装位置的相位减去振动摆度传感器安装位置的相位，得到相位差ψ；当旋转轴的旋转方向为顺时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：当旋转轴的旋转方向为逆时针时，按照如下方式得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：其中，为抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，为抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种抽水蓄能机组动平衡调整装置，由于该装置解决问题的原理与抽水蓄能机组动平衡调整方法相似，因此该装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
图10是本发明实施例中抽水蓄能机组的动平衡调整装置的结构示意图。如图10所示，可以包括：
试加质量方位计算单元21，用于根据上述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，得到试加质量的方位。
初始振动矢量测量单元22，用于测量抽水蓄能机组的初始振动矢量。
振动矢量测量单元23，用于测量在试加质量的方位加上试加质量后，抽水蓄能机组的振动矢量。
配重质量及方位计算单元24，用于根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位。
在本发明的一个具体实施例中，配重质量及方位计算单元24具体用于：
根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位，包括：
按照如下方式得到配重质量及配重方位：
M＝(Aτ-A0)/K，
其中，M为配重质量及配重方位，Aτ为蠕动摆度振动矢量，A0为初始振动矢量，K为幅相影响系数，K＝(A01-A0)/P，P为试加质量，A01为加上试加质量后的振动矢量，为试加质量P和不平衡质量的合成质量引起的振动矢量。
在本发明实施例提供的技术方案中，先对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到振动摆度信号的时域波形和振动摆度信号的第一频域幅值谱，再仅保留振动摆度信号时域波形的转频分量，去除其它频率成分，然后根据转频分量时域波形与键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，最后根据键相传感器、振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组转子的旋转方向对抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位进行修正，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位。本发明还可分析得出，令抽水蓄能机组转动部件达到动平衡应加的配重质量、配重方位。当一块配重块无法达到动平衡时，还可继续在转动部件上添加多个配重块，并计算分析得出多个配重块的合成质量，以令机组达到动平衡，进而更有效地保证抽水蓄能机组运行的安全与稳定。同时，本发明还可以将动平衡分析中的实验数据上传，从而令技术人员提供远程技术支持，增强技术支持的时效性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种抽水蓄能机组的动平衡分析方法，其特征在于，包括：
对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到所述振动摆度信号的时域波形和振动摆度信号的第一频域幅值谱；
当抽水蓄能机组转子的不平衡质量的改变引起振动摆度信号的第一频域幅值谱的改变时，根据所述振动摆度信号的时域波形得到所述振动摆度信号的转频分量时域波形；
根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位；
根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正所述抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位。
2.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组的动平衡分析方法，其特征在于，根据所述振动摆度信号的时域波形得到所述振动摆度信号的转频分量时域波形，包括：
对所述振动摆度信号的时域波形进行快速傅立叶变换，得到所述振动摆度信号的第二频域幅值谱；
保留所述振动摆度信号的第二频域幅值谱的转频分量幅值，置零其余分量幅值，得到所述振动摆度信号的转频分量频域；
对所述振动摆度信号的转频分量频域进行快速傅立叶逆变换，得到所述振动摆度信号的转频分量时域波形。
3.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组的动平衡分析方法，其特征在于，根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：
根据所述键相信号波形得到键相脉冲时间t1；
根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间t0；
按如下公式根据波谷时间t0和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：
或，根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：
根据所述键相信号时域波形得到键相脉冲时间t1；
根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间t2；
按如下公式根据波峰时间t2和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：
其中，T为抽水蓄能机组的旋转周期，T＝60/n，n为抽水蓄能机组的转速。
4.根据权利要求3所述的抽水蓄能机组的动平衡分析方法，其特征在于，根据所述键相信号波形得到键相脉冲时间t1，包括：
设定多个采样时间间隔为Δt的采样时间，设定键相时域波形在第i个采样时间的波形信号为jx(i)，i＝1，键相阈值为Fz，并按照如下方式进行迭代处理：
分别比较jx(i)与jx(i-1)、jx(i+1)、Fz的大小；
当jx(i)>jx(i-1)、jx(i)>jx(i+1)且jx(i)>Fz时，t1＝i×Δt；
当jx(i)≤jx(i-1)或jx(i)≤jx(i+1)或jx(i)≤Fz时，将迭代处理中的i替代为i+1。
5.根据权利要求4所述的抽水蓄能机组的动平衡分析方法，其特征在于，根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间t0，包括：
设定多个采样时间间隔为Δt的采样时间，设定转频分量时域波形在第i个采样时间的波形信号为a(i)，i＝1；按照如下方式进行迭代处理得到波谷时间t0：分别比较a(i)与a(i-1)、a(i+1)的大小；当a(i)＜a(i-1)且a(i)＜a(i+1)时，t0＝i×Δt；当a(i)≥a(i-1)或a(i)≥a(i+1)时，将迭代处理中的i替代为i+1；
或，根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间t2，包括：
设定转频分量时域波形在第i个采样时间的波形信号为b(i)，i＝1；按照如下方式进行迭代处理得到波峰时间t2：分别比较b(i)与b(i-1)、b(i+1)、Fz的大小；当b(i)>b(i-1)、b(i)>b(i+1)且b(i)＜Fz时，t2＝i×Δt；当b(i)≤b(i-1)或b(i)≤b(i+1)或b(i)＞Fz时，将迭代处理中的i替代为i+1。
6.根据权利要求1所述的抽水蓄能机组的动平衡分析方法，其特征在于，根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正所述抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，包括：
设键相传感器安装位置的相位为P1，振动摆度传感器安装位置的相位为P2，则按照如下方式得到相位差ψ：
ψ＝P1-P2；
当旋转轴的旋转方向为顺时针时，按照如下方式得到所述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：
当旋转轴的旋转方向为逆时针时，按照如下方式得到所述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：
其中，为所述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，为所述抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
7.一种抽水蓄能机组的动平衡调整方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1-6任一项所述的抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，得到试加质量的方位；
测量抽水蓄能机组的初始振动矢量；
测量在所述试加质量的方位加上试加质量后，抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量；
根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位。
8.根据权利要求7所述的动平衡调整方法，其特征在于，按如下方式根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位，包括：
M＝(Aτ-A0)/K，
其中，M为配重质量及配重方位，Aτ为蠕动摆度振动矢量，A0为初始振动矢量，K为幅相影响系数，K＝(A01-A0)/P，P为试加质量，A01为加上试加质量后的振动矢量，是试加质量P和不平衡质量的合成质量引起的振动矢量。
9.一种抽水蓄能机组的动平衡分析装置，其特征在于，包括：
时频域分析单元，用于对抽水蓄能机组的振动摆度信号进行时频域分析，得到转子振动摆度信号的时域波形和振动摆度信号的第一频域幅值谱；
转频分量单元，用于：当抽水蓄能机组转子的不平衡质量的改变引起振动摆度信号的第一频域幅值谱的改变时，根据所述振动摆度信号的时域波形得到所述振动摆度信号的转频分量时域波形；
计算单元，用于根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位；
修正单元，用于根据键相传感器与振动摆度传感器安装位置的相位差，以及抽水蓄能机组的旋转方向修正所述抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，得到抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位。
10.根据权利要求9所述的抽水蓄能机组的动平衡分析装置，其特征在于，转频分量单元具体用于：
对所述振动摆度信号的时域波形进行快速傅立叶变换，得到所述振动摆度信号的第二频域幅值谱；
保留所述振动摆度信号的第二频域幅值谱的转频分量幅值，置零其余分量幅值，得到所述振动摆度信号的转频分量频域；
对所述振动摆度信号的转频分量频域进行快速傅立叶逆变换，得到所述振动摆度信号的转频分量时域波形。
11.根据权利要求9所述的抽水蓄能机组的动平衡分析装置，其特征在于，计算单元具体用于：根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：
根据所述键相信号波形得到键相脉冲时间t1；
根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形得到波谷时间t0；
按如下公式根据波谷时间t0和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：
或，根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形和键相信号波形得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位，包括：
根据所述键相信号波形得到键相脉冲时间t1；
根据所述振动摆度信号的转频分量时域波形得到波峰时间t2；
按如下公式根据波峰时间t2和键相脉冲时间t1得到抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位：
其中，T为抽水蓄能机组的旋转周期，T＝60/n，n为抽水蓄能机组的转速。
12.根据权利要求9所述的抽水蓄能机组的动平衡分析装置，其特征在于，修正单元具体用于：
设键相传感器安装位置的相位为P1，振动摆度传感器安装位置的相位为P2，则按照如下方式得到相位差ψ：
ψ＝P1-P2；
当旋转轴的旋转方向为顺时针时，按照如下方式得到所述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：
当旋转轴的旋转方向为逆时针时，按照如下方式得到所述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位：
其中，为所述抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，为所述抽水蓄能机组转子的初始不平衡质量相位。
13.一种抽水蓄能机组的动平衡调整装置，其特征在于，包括：
试加质量方位计算单元，用于根据权利要求9-12任一项所述的抽水蓄能机组转子的不平衡质量相位，得到试加质量的方位；
初始振动矢量测量单元，用于测量抽水蓄能机组的初始振动矢量；
振动矢量测量单元，用于测量在所述试加质量的方位加上试加质量后，抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量；
配重质量及方位计算单元，用于根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位。
14.根据权利要求13所述的抽水蓄能机组的动平衡调整装置，其特征在于，配重质量及方位计算单元具体用于：
根据抽水蓄能机组的初始振动矢量、抽水蓄能机组加上试加质量后的振动矢量和抽水蓄能机组的蠕动摆度振动矢量，得到配重质量及方位，包括：
按照如下方式得到配重质量及方位：
M＝(Aτ-A0)/K，
其中，M为配重质量及配重方位，Aτ为蠕动摆度振动矢量，A0为初始振动矢量，K为幅相影响系数，K＝(A01-A0)/P，P为试加质量，A01为加上试加质量后的振动矢量，是试加质量P和不平衡质量的合成质量引起的振动矢量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |