CN109765051A - 旋转机械偏摆量的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转机械偏摆量的测量装置，包括中心固定设置在转子上的正多边形磁扰动部，固定设置在转子一侧的磁钢，以及与所述的磁钢对应设置且位于转子一侧的检磁部，所述的检磁部包括磁感线圈，以及与所述的磁感线圈连接的控制器。本发明的目监测旋转机械偏摆量的方法。无需在机器上加装其他测量装置，通过机器的转速信号按照一定的次序进行采集，根据转子上部多边形结构的磁扰动部切割磁力线产生的转速电压信号周期的时间差异，计算运行转子的偏摆量及相位。

Description

旋转机械偏摆量的测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及旋转机械控制技术领域，特别是涉及一种旋转机械偏摆量的测量装置。

背景技术

旋转机械的振动根源是转子的振动，转子的振动包括转轴和轴承的振动，现代振动监测和故障诊断系统普遍采用涡流传感器直接检测转轴的振动，这种方法使得振动监测和分析的精度水平有了质的飞跃。通常对旋转轴径向振动检测是采用涡流传感器，旋转轴径向振动检测是研究和解决动平衡问题的方法和进行故障诊断的基础。

但是，当用涡流传感器检测转轴振动时，转轴的不圆度和表面的平整程度对测量有很大影响。这种由转轴不圆度和被测表面凹凸不平引起的信号被称为偏摆，它们叠加在真实振动信号之上，使人们对振动的分析和处理产生误差，造成诊断和振动处理不成功，导致工程实践和工程研究的失败。偏摆的处理至今为止仍是本技术领域的一个难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种旋转机械偏摆量的测量装置。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种旋转机械偏摆量的测量装置，包括中心固定设置在转子上的正多边形磁扰动部，固定设置在转子一侧的磁钢，以及与所述的磁钢对应设置且位于转子一侧的检磁部，所述的检磁部包括磁感线圈，以及与所述的磁感线圈连接的控制器。

所述的磁扰动部为片状或块状。

所述的正多边形的边与边结合处被加工出圆弧倒角。

其中一个倒圆角的半径比其它要短，其余倒圆角半径相同。

所述的磁钢位于检磁部和磁扰动部之间，所述的磁钢与磁扰动部间的距离在2-10mm。

所述的磁钢为钕铁硼磁钢、铁氧体磁钢、铝镍钴磁钢或铁硼永磁材料。

所述的磁钢为圆心在所述的转子的中心轴上的圆弧形结构，所述的转旋转机械为电机。

所述的磁扰动部中心形成有通孔，所述的转子穿过所述的通孔两侧夹持定位。

所述的磁扰动部的厚度在3-5cm，所述的磁扰动部为六边形结构。

所述的检磁部还包括与所述的磁感线圈连接的电压检测机构，所述的电压检测机构与所述的控制器通讯连接。

一种所述的旋转机械偏摆量的测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)开始采样，记录一个转速周期内，磁扰动部每个角旋转相应角度对应的时间T_i(i＝1,2,3,……n)，n为对应的多边形的边数，

2)计算转子旋转速度为f及每个时间T_i对应的角度β_i，β_i＝2πfT_i，(i＝1,2,3,……n)；

3)将β_i带入采用迭代法，在满足{|x|≤k、|y|≤k}情况下，采用一定步长Δ，计算转子的偏移坐标(x,y)，其中α_i(i＝1,2,3,……n)为磁扰动部每个角对应的计算角度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的目监测旋转机械偏摆量的方法，无需在机器上加装其他测量装置，通过机器的转速信号按照一定的次序进行采集，根据转子上部多边形结构的磁扰动部切割磁力线产生的转速电压信号周期的时间差异，计算运行转子的偏摆量及相位。

附图说明

图1所示为本发明的旋转机械偏摆量的测量装置的结构示意图；

图2所示为本发明的测量方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种旋转机械偏摆量的测量装置包括中心固定设置在转子4上的多边形磁扰动部1，固定设置在转子一侧的磁钢3，以及与的检磁部对应设置且位于转子一侧的检磁部2，所述的检磁部包括磁感线圈，以及与所述的磁感线圈连接的控制器。所述的检磁部和磁钢均相对固定，不会随转子转动，而磁扰动部件会随转子转动。所述的检磁部还包括与所述的磁感线圈连接的电压检测机构，所述的电压检测机构与所述的控制器通讯连接。

采用多边形结构设计的磁扰动部，可由金属或者磁性金属制成，其余一侧的磁钢形成一个磁场，当磁扰动部随转子发生转动时，该磁场会发生变化，即被检测部感知，所述的检磁部可为涡流传感器等类似部件，将磁场的变化转换为电压变化信息以进行分析。

本发明的目监测旋转机械偏摆量的方法。无需在机器上加装其他测量装置，通过机器的转速信号按照一定的次序进行采集，根据转子上部多边形结构的磁扰动部切割磁力线产生的转速电压信号周期的时间差异，计算运行转子的偏摆量及相位。

优选地，所述的磁扰动部为片状或块状，所述的磁扰动部为正六边形结构，所述的六边形边与边结合处被加工出圆弧倒角，其中五个倒圆角半径相同，另一个倒圆角的半径比其它要短(简称短角)，其余倒圆角半径相同(简称长角)。转子旋转一个周，有一个峰明显小，这个小峰对应测速装置中的短角。

机器运行时，旋转的转子带动磁扰动部六边形转动，六个角引起检磁部周围磁场的周期性变化，变化的磁场使检磁部产生感应电压。即利用这种周期变化的感应电压来测量机器转速。装子上部的六变形结构，以及长角和短角的设计，转子旋转一个周，有一个峰明显小，这个小峰对应测速装置中的短角。这样能实现在偏摆量测量同时进行转速测量，而且同时转子振动，测速装置也会引起测速线圈周围磁场的变化，同样也会引起转速信号的变化，这种变化的转速信号与转子偏摆量相对应的。对感应电压进行分析，即可得到转速和偏摆量。

进一步地，磁钢位于检磁部和磁扰动部之间，所述的磁钢与磁扰动部间的距离在2-10mm，所述的磁钢为钕铁硼磁钢、铁氧体磁钢、铝镍钴磁钢或铁硼永磁材料。所述的为圆心在所述的转子的中心轴上的圆弧形结构。

采用优选距离设置，检测精度高，而且作为优选方案，所述的磁扰动部中心形成有通孔，所述的转子穿过所述的通孔两侧夹持定位。一般来说，所述的磁扰动部的厚度在3-5cm。采用套装夹持式定位，可便捷地将该装置装配于转子的轴上，而且，作为进一步延伸，在转子上可装配多个磁扰动部、磁钢和检磁部，利用多个不同的方位进行同类型进行偏摆量测量，增强了摆拍测量的精确度，而且在进行数据分析时，因为具有相同的转速波形，简化了处理难度。

具体的，所述的旋转机械可为电机，汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。

转子偏摆量与磁扰动部切割磁力线产生的电压信号周期的时间有关；根据磁扰动部结构及其产生的转速电压信号，按照特定的采样次序，记录测速装置每个角旋转对应时间；根据偏摆量与上述时间的关系式，计算转子的偏摆量。以正六边形磁扰动部为例，

该测量方法包括如下步骤：

步骤一：按照转速信号小峰过零点开始采样，记录一个转速周期内，磁扰动部每个角旋转相应角度对应的时间T_i(i＝1,2,3,4,5,6)；

其中，采样次序是转子旋转一周时，转速信号小峰电压为0V时，开始进行采样。T_i(i＝1,2,3,4,5,6)分别对应转速信号由零点-波峰-零点-波谷-零点所需的时间。T₁对应测速装置的短角，T_i(i＝2,3,4,5,6)依次对应测速装置的五个长角。

设转子旋转中心为O'(x,y)，则转子的偏摆量和相位角：

以转子旋转中心为O'(x,y)为顶点，转子旋转一周时，相邻角之间所夹的角度可表示为：

每个对应的角度进行计算，减小六边形磁扰动部的工件加工误差对后续计算带来的误差，提高精度。

步骤二：根据步骤一记录的T_i，计算转子旋转速度为f及每个时间T_i对应的角度β_i；β_i＝2πfT_i(i＝1,2,3,4,5,6)

步骤三：将步骤二计算的 (3)

T_i——实测旋转相应角度所需时间。

根据转子旋转相应角度所需时间T_i，采用迭代法，采用一定步长，根据(4)式，

可以计算出转子的偏移坐标(x,y)。

所述步骤三中采用迭代法，可采用不同的步长，提高计算精度。所述步骤三中转子的偏移坐标必须满足|x|≤k、|y|≤k，k为磁扰动部与机器定子的距离。

采用本发明所述旋转机械偏摆量的测量方法，通过旋转机械的转速信号进行一定次序的采样及计算，即可快速的得到其偏摆及相位情况，无需安装额外的测量装置，为在线监测旋转机械的运行状态提供一种手段。

种旋转机械偏摆量测量方法包括如下步骤：

以转子偏摆量为(0.050mm，-0.036mm)，测速装置长角对应转速电压信号幅值为3V(单峰值)，测速装置短角对应转速电压信号幅值为2.4V(单峰值)，以转速为155周/分钟为例详细说明本发明：

步骤一：按照转速信号小峰过零点开始采样，记录一个转速周期内，磁扰动部每个角旋转相应角度对应的时间分别为T₁＝1.07503ms，T₂＝1.07956ms，T₃＝1.08108ms，T₄＝1.07725ms，T₅＝1.07211ms，T₆＝1.06670ms；

步骤二：根据步骤一记录的T_i，计算转子旋转速度为155周/分钟及每个时间T_i对应的角度β₁＝60.011°，β₂＝60.114°，β₃＝60.102°，β₄＝60.053°，β₅＝59.954°，β₆＝59.766°；

步骤三：将步骤二计算的β_i和式(2)带入采用迭代法，步长取0.001mm，在{|x|≤k、|y|≤k}范围内，计算所有Δ，直至Δ_min，计算Δ_min时对应的偏移坐标(x,y)为(0.050mm，-0.036mm)。证明该方法稳定可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，包括中心固定设置在转子上的正多边形磁扰动部，固定设置在转子一侧的磁钢，以及与所述的磁钢对应设置且位于转子一侧的检磁部，所述的检磁部包括磁感线圈，以及与所述的磁感线圈连接的控制器。

2.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的磁扰动部为片状或块状。

3.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的正多边形的边与边结合处被加工出圆弧倒角。

4.如权利要求3所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，其中一个倒圆角的半径比其它要短，其余倒圆角半径相同。

5.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的磁钢位于检磁部和磁扰动部之间，所述的磁钢与磁扰动部间的距离在2-10mm。

6.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的磁钢为钕铁硼磁钢、铁氧体磁钢、铝镍钴磁钢或铁硼永磁材料。

7.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的磁钢为圆心在所述的转子的中心轴上的圆弧形结构，所述的转旋转机械为电机。

8.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的磁扰动部中心形成有通孔，所述的转子穿过所述的通孔两侧夹持定位。

9.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的磁扰动部的厚度在3-5cm，所述的磁扰动部为六边形结构。

10.如权利要求1所述的旋转机械偏摆量的测量装置，其特征在于，所述的检磁部还包括与所述的磁感线圈连接的电压检测机构，所述的电压检测机构与所述的控制器通讯连接。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的旋转机械偏摆量的测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)开始采样，记录一个转速周期内，磁扰动部每个角旋转相应角度对应的时间T_i(i＝1,2,3,……n)，n为对应的多边形的边数，

2)计算转子旋转速度为f及每个时间T_i对应的角度β_i，β_i＝2πfT_i，(i＝1,2,3,……n)；

3)将β_i带入采用迭代法，在满足{|x|≤k、|y|≤k}情况下，采用一定步长Δ，计算转子的偏移坐标(x,y)，其中α_i(i＝1,2,3,……n)为磁扰动部每个角对应的计算角度。