CN107101834B - 基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置及预测方法 - Google Patents

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Abstract

基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置及预测方法，包括：加速度传感器，传声器，信号采集卡，单片机，喘振报警信号灯；加速度传感器、传声器连接于信号采集卡，信号采集卡与单片机相连，单片机与喘振报警信号灯相连。预先通过测定涡轮增压器在喘振发展过程中轴承处振动加速度和压气机一端辐射噪声，设置喘振预测参数阈值。再对工作状态下的涡轮增压器，测定其轴承处的振动加速度和压气机一端辐射噪声，再计算涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动，和压气机一端的辐射噪声能量比。若涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动达到上限，且压气机一端的辐射噪声能量比达到所设噪声能量比的阈值，则预测喘振将要发生，喘振报警信号灯亮起。

Description

基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置及预测方法
技术领域
本发明涉及柴油机涡轮增压技术，具体涉及基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置及预测方法。
背景技术
涡轮增压器的喘振是压气机的气流量和转速严重偏离设计指标而引发的一种严重故障。增压器的压力过低，柴油机突然进入低工况状态，排气烟度过高或者相机增压切换的过程都有可能引起喘振的发生。喘振的发生将会造成压气机气流紊乱，整个压气机的轴向低频振动加剧。这不仅影响了压气机的正常工作，严重时甚至会造成柴油机的停机甚至损坏。因此如何有效的预测喘振现象的发生，是保证涡轮增压器安全稳定运行所面临的重大问题。
在现有的增压器喘振预测方法中，美国通用公司在中国申请的发明专利“自动检测和避免发动机上涡轮增压器喘振的装置和方法”(授权专利号：CN103558003A)通过测量增压器转速来判断是否发生喘振，并且该方法只是在喘振发生时对喘振现象进行了判断，不能在喘振未发生前对喘振现象进行预测。王银燕等的发明专利“相继增压系统喘振预测控制装置及控制方法”(授权专利号为：CN104314668A)通过压气机的转速和气流量来预测喘振的发生，然而转速传感器和流量计的布置需要布置在压气机内部或在压气机外壁上开孔，这样不可避免得对压气机原有流场状态造成了影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不改变压气机原有流场状态的涡轮增压器喘振预测装置及预测方法，用于在喘振发生前对喘振进行预测。
本发明的目的是这样实现的：
基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置，包括：加速度传感器，传声器，信号采集卡，单片机，喘振报警信号灯。加速度传感器、传声器连接于信号采集卡，信号采集卡与单片机相连，单片机与喘振报警信号灯相连。
基于特征频率的涡轮增压器喘振预测方法，包括如下步骤：
步骤一.加速度传感器布置于涡轮增压器的轴承处，传声器布置于涡轮增压器中压气机一端；通过控制涡轮增压器的进气量，测定并采集喘振发展过程中涡轮增压器轴承处的振动加速度和压气机一端辐射噪声，传输至信号采集卡，并进行信号预处理和A/D转换；
步骤二.利用单片机对轴承处的振动加速度进行处理，得到喘振发展过程中轴频与叶频的波动，设定轴频与叶频波动的上限。
步骤三.观察辐射噪声并提取涡轮增压器的特征频带。
步骤四.统计辐射噪声在特征频带内的能量与测试总频带内的能量，得到特征频带的噪声能量比。
所述能量比R的计算公式为：
式中，Ec是特征频段内噪声的能量；Et测试总频段内噪声的能量。
步骤五.设定噪声能量比的阈值。
步骤六.设置涡轮增压器为工作状态，获取涡轮增压器的轴承处振动轴频和叶频的波动，以及压气机一端的辐射噪声能量比，进行喘振判断；
若涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动达到上限，且压气机一端的辐射噪声能量比达到所设噪声能量比的阈值，则预测喘振将要发生，喘振报警信号灯亮起。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明根据涡轮增压器喘振发生时进出口出现强烈的气流脉动特征变化，这种气流脉动在特定的腔室空间会产生特定频率的噪声向外辐射，并引起转子特定频率下的振动。本发明方法可以实时测定监测增压器工作过程中的振动和噪声，准确地提取到转子的低频特性，基于监测的频谱特征，能够在喘振发生前对喘振的发生进行有效的预警。
2、本发明所用传感器均布置于压气机外部，不会对原有流场状态进行影响。同时无需在压气机上开孔，安装方便。
3、本发明能够在在线监测整个喘振发展的过程，在喘振发生前对其进行预测。相较于传统转速监测能够更早地预测出喘振故障。
4、本发明仅在同时满足双重条件(即涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动达到上限，且压气机一端的辐射噪声能量比达到所设噪声能量比的阈值)时，进行喘振预警，可靠性高。
附图说明
图1是本发明的喘振预测装置结构示意图
图2是本发明的喘振预测方法流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行更加细致的阐述：
结合图1，本发明的喘振预测装置主要由振动加速度传感器1，传声器2，信号采集卡3，单片机4，喘振警报灯5组成。加速度传感器1、传声器2连接于信号采集卡3，信号采集卡3与单片机4相连，单片机4与喘振报警信号灯5相连。
加速度传感器1通过胶粘的方式固定于涡轮增压器的轴承座上采集轴承处的加速度信号。传声器2安装于涡轮增压器靠近的压气机一侧，采集压气机一侧的辐射噪声。
采集到的信号经信号线传递至信号采集卡3进行信号的预处理和A/D转换，得到的数字信号经单片机4计算处理得到喘振发展过程中轴频与叶频的波动、统计辐射噪声在特征频带内的能量与测试总频带内的能量。
本发明的基于特征频率的涡轮增压器喘振预测方法为：预先通过控制进气量对待检测增压器的喘振发展过程中轴承处振动加速度和压气机一端辐射噪声进行测试。对轴承处测得的加速度信号进行处理，得到喘振发展过程中轴频与叶频的波动，设定波动的上限。观察辐射噪声并提取涡轮增压器的特征频带。统计辐射噪声在特征频带内的能量与测试总频带内的能量作比。设定噪声能量比的阈值。再对工作状态下的涡轮增压器，测定其轴承处的振动加速度和压气机一端辐射噪声，再计算涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动，且压气机一端的辐射噪声能量比。若涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动达到上限，且压气机一端的辐射噪声能量比达到所设噪声能量比的阈值，则预测喘振将要发生，喘振报警信号灯亮起。
本发明方法包括如下步骤：
步骤一.加速度传感器1布置于涡轮增压器的轴承处，传声器2布置于涡轮增压器中压气机一端；通过控制涡轮增压器的进气量，测定并采集喘振发展过程中涡轮增压器轴承处的振动加速度和压气机一端辐射噪声，传输至信号采集卡3，并进行信号预处理和A/D转换；
步骤二.利用单片机对轴承处的振动加速度进行处理，得到喘振发展过程中轴频与叶频的波动，设定轴频与叶频波动的上限。
设定轴频波动上限的方法为轴频极大值的50％；
设定叶频波动上限的方法为叶频极大值的50％；
步骤三.观察辐射噪声并提取涡轮增压器的特征频带。
步骤四.统计辐射噪声在特征频带内的能量与测试总频带内的能量，得到特征频带的噪声能量比。
所述能量比R的计算公式为：
式中，Ec是特征频段内噪声的能量；Et测试总频段内噪声的能量。
步骤五.设定噪声能量比的阈值。
设定噪声能量比的阈值为噪声能量比极大值的50％；
步骤六.设置涡轮增压器为工作状态，获取涡轮增压器的轴承处振动轴频和叶频的波动，以及压气机一端的辐射噪声能量比，进行喘振判断；
若涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动达到上限，且压气机一端的辐射噪声能量比达到所设噪声能量比的阈值，则预测喘振将要发生，喘振报警信号灯亮起。
将计算得到的特征频带能量比与预设阈值进行比较，同时观察轴频与叶频波动是否达到阈值，判断喘振是否发生。为避免干扰，只有在噪声能量比幅值达到阈值的同时，且轴频与叶频波动也达到上限，单片机4发出指令，使喘振警报灯5亮起，预报喘振。

Claims (2)

1.基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置的预测方法，其特征在于，基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置，包括：加速度传感器，传声器，信号采集卡，单片机，喘振报警信号灯；加速度传感器、传声器连接于信号采集卡，信号采集卡与单片机相连，单片机与喘振报警信号灯相连；加速度传感器布置于涡轮增压器的轴承处，传声器布置于涡轮增压器中压气机一端；
包括如下步骤：
步骤一.加速度传感器布置于涡轮增压器的轴承处，传声器布置于涡轮增压器中压气机一端；通过控制涡轮增压器的进气量，测定并采集喘振发展过程中涡轮增压器轴承处的振动加速度和压气机一端辐射噪声，传输至信号采集卡，并进行信号预处理和A/D转换；
步骤二.利用单片机对轴承处的振动加速度进行处理，得到喘振发展过程中轴频与叶频的波动，设定轴频与叶频波动的上限；
步骤三.观察辐射噪声并提取涡轮增压器的特征频带；
步骤四.统计辐射噪声在特征频带内的能量与测试总频带内的能量，得到特征频带的噪声能量比；
步骤五.设定噪声能量比的阈值；
步骤六.设置涡轮增压器为工作状态，获取涡轮增压器的轴承处振动轴频和叶频的波动，以及压气机一端的辐射噪声能量比，进行喘振判断；
若涡轮增压器轴承处的轴频与叶频波动达到上限，且压气机一端的辐射噪声能量比达到所设噪声能量比的阈值，则预测喘振将要发生，喘振报警信号灯亮起。
2.如权利要求1所述基于特征频率的涡轮增压器喘振预测装置的预测方法，其特征在于，所述辐射噪声能量比R的计算公式为：
式中，Ec是特征频段内噪声的能量；Et测试总频段内噪声的能量。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109580231B (zh) * 2018-12-12 2020-11-06 中国北方发动机研究所(天津) 一种识别柴油机匹配涡轮增压器的压壳旋转故障测试方法
CN110672198B (zh) * 2019-08-26 2021-08-17 华电电力科学研究院有限公司 一种锅炉烟风系统振动故障诊断方法
CN110925233A (zh) * 2019-12-05 2020-03-27 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种基于声学信号的压气机喘振故障诊断方法
CN113266461B (zh) * 2021-06-08 2022-06-07 湖南道依茨动力有限公司 故障检测方法、控制装置、涡轮增压器和发动机系统
CN113266460B (zh) * 2021-06-08 2022-06-07 湖南道依茨动力有限公司 异常监控方法、控制装置、涡轮增压器和发动机系统
CN113464272B (zh) * 2021-06-30 2022-04-15 湖南道依茨动力有限公司 待测部件的状态监测方法、系统、车辆和计算机储存介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101629572A (zh) * 2008-07-18 2010-01-20 通用电气公司 失速和喘振检测系统及方法
CN102297120A (zh) * 2011-08-04 2011-12-28 长春工业大学 一种空压机防喘振广义预测控制系统及方法
CN103821749A (zh) * 2014-03-05 2014-05-28 北京工业大学 一种轴流式通风机失速和喘振的在线诊断方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8955372B2 (en) * 2012-08-14 2015-02-17 General Electric Company Systems and methods for continuous pressure change monitoring in turbine compressors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101629572A (zh) * 2008-07-18 2010-01-20 通用电气公司 失速和喘振检测系统及方法
CN102297120A (zh) * 2011-08-04 2011-12-28 长春工业大学 一种空压机防喘振广义预测控制系统及方法
CN103821749A (zh) * 2014-03-05 2014-05-28 北京工业大学 一种轴流式通风机失速和喘振的在线诊断方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
风机特性线现场实测系统;雷剑宇 等;《测控技术》;20051231;第24卷(第9期);1.风机特性线现场实测系统设计、2.喘振边界的预测以及3.实际应用，图1-3

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