CN113358203A - 一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，包括，S1：构建相互垂直的X方向和Y方向；S2：控制转子从停止状态加速至转速最大状态；S3：周期性采集转子两端的位移量，并记录偏移方向与坐标轴方向的夹角；S4：将转子两端的位移量进行分解，对两端的分解量进行运算得到同向分量；S5：以振动位移量同向分量之和最大的时刻对应的转动频率作为转子的固有频率。本发明还提供了转子固有频率识别系统。本发明的优点在于：采集转子两端在转动振动下的位移量，通过计算确定位移量最大的时刻并以对应时刻转子的振动频率作为固有频率，计算中通过谐分量分解获得两个垂直方向的振动位移量，能够精确的确定转子的固有频率。
Description
技术领域
本发明涉及转子固有频率识别技术领域，尤其涉及一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法和系统。
背景技术
旋转设备的转子有自身的固有频率，设备旋转时会产生一个转动频率，转动频率与设备转速有关，转动频率接近转子的固有频率时，就会产生共振，当转动频率等于转子的固有频率时，共振最为剧烈，振动达到峰值，产生共振时的转速也被称为临界转速。设备长期在共振区间运行，会造成设备损坏，影响安全运行。为了设备的安全运行，通常要求设备的工作转速避开临界转速或在升速的过程中快速通过临界区间。传统的方法是通过测量转子两端轴振随转速的变化情况来判断出转子的临界转速，通过临界转速对应的转动频率计算转子的固有频率。由于转子两端的轴承支撑刚度可能存在偏差，测量出来的转子两端的轴振就会存在偏差，根据转子两端不同轴振值计算出来的结果显然就不够精确。
公开号为CN102012259A的发明专利申请公开了一种电机转子固有频率快速检测装置，通过在转子上的不同位置固定传感器，在转子一端敲击转子，通过观察多个传感器的频谱信号确定固有频率，该方法虽然要求在没有其他振动的环境下进行试验，但是在敲击转子时，不可避免的将引起其他振动，最终结果将存在一定误差，影响识别精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于谐分量分解实现转子固有频率精确识别的方法和系统，以克服现有技术精度不够的缺陷。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，包括，
S1：在垂直转子轴向的平面上构建相互垂直的X方向和Y方向，原点处于转轴上；
S2：控制转子从停止状态加速至转速最大状态；
S3：周期性的检测转子轴向两端相对静止状态中心位置的位移量，并记录该位移量对应时刻偏移方向与坐标轴方向的夹角；
S4：将转子两端的位移量在X方向和Y方向分别进行分解，并对两端同一方向的分解量进行运算得到振动位移量的同向分量；
S5：以振动位移量同向分量之和最大的时刻对应的转动频率作为转子的固有频率。
优选的，步骤S3中在转子两端分别设置有至少一个电涡流传感器监测转子相对静止状态的位移量，两端电涡流传感器的采样频率相同。
优选的，所述转子两端分别设置有两个作用方向垂直的电涡流传感器。
优选的，所述转子一侧沿径向固定有朝向转子键相槽位置的电涡流探头，电涡流探头能够记录每一次检测到键相槽的时间。
优选的，步骤S3中，将转子每一周的旋转运动近似为均匀转动，根据记录的位移量的时间确定所处的圈数以及转过这一圈的时间差，计算确定位移量对应的时刻旋转扫过的角度，并根据电涡流探头所在的径向位置与坐标轴的夹角确定该位移量对应的时刻键相槽与坐标轴的夹角。
优选的，所述同向分量为转子两端振动位移量在同一方向的谐分量的平均值。
优选的，步骤S5中确定同向分量之和最大的时刻后，在电涡流探头的记录中确定其前后相邻的两次检测到键相槽的时间差，基于时间差计算出转子的临界转速n，对应的转动频率为。
本发明提供了一种基于谐分量分解的转子固有频率识别系统，包括，
坐标轴构建模块：在垂直转子轴向的平面上构建相互垂直的X方向和Y方向，原点处于转轴上；
转动模块：控制转子从停止状态加速至转速最大状态；
位移量采集模块：周期性的检测转子轴向两端相对静止状态中心位置的位移量，并记录该位移量对应时刻偏移方向与坐标轴方向的夹角；
位移量计算模块：将转子两端的位移量在X方向和Y方向分别进行分解，并对两端同一方向的分解量进行运算得到振动位移量的同向分量；
输出模块：以振动位移量同向分量之和最大的时刻对应的转动频率作为转子的固有频率。
优选的，所述位移量采集模块通过在转子两端分别设置的两个作用方向垂直的电涡流传感器监测转子相对静止状态的位移量，两端电涡流传感器的采样频率相同。
优选的，所述转子一侧沿径向固定有朝向转子键相槽位置的电涡流探头，电涡流探头能够记录每一次检测到键相槽的时间。
所述位移量采集模块在采集时，将转子每一周的旋转运动近似为均匀转动，根据记录的位移量的时间确定所处的圈数以及转过这一圈的时间差，计算确定位移量对应的时刻旋转扫过的角度，并根据电涡流探头所在的径向位置与坐标轴的夹角确定该位移量对应的时刻键相槽与坐标轴的夹角。
本发明提供的基于谐分量分解的转子固有频率识别方法和系统的优点在于：采集转子两端在转动振动下的位移量，通过计算确定位移量最大的时刻并以对应时刻转子的振动频率作为固有频率，计算中通过谐分量分解获得两个垂直方向的振动位移量，降低运算数据量，减少数据处理过程，降低误差量，能够精确的确定转子的固有频率，避免设备损坏，为使用转子的设备的故障分析提供了更加可靠的数据。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的基于谐分量分解的转子固有频率识别方法的流程图；
图2为本发明的实施例提供的基于谐分量分解的转子固有频率识别方法的工作状态示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
如图1所示，本实施例提供了一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，包括：
S1：在垂直转子轴向的平面上构建相互垂直的X方向和Y方向，原点处于转轴上；
S2：控制转子从停止状态加速至转速最大状态；
S3：周期性的检测转子轴向两端相对静止状态中心位置的位移量，并记录该位移量对应时刻偏移方向与坐标轴方向的夹角；
S4：将转子两端的位移量在X方向和Y方向分别进行分解，并对两端同一方向的分解量进行运算得到振动位移量的同向分量；
S5：以振动位移量同向分量之和最大的时刻对应的转动频率作为转子的固有频率。
本实施例采集转子两端在转动振动下的位移量，通过计算确定位移量最大的时刻并以对应时刻转子的振动频率作为固有频率，计算中通过谐分量分解获得两个垂直方向的振动位移量，降低运算数据量，减少数据处理过程，降低误差量，能够精确的确定转子的固有频率，避免设备损坏，为使用转子的设备的故障分析提供了更加可靠的数据。
具体的，坐标方向的设置一般没有严格要求，坐标轴方向对计算结果的影响较小，步骤S2中可控制转子持续变速进行振动位移量的观测，也可以合理的选择速度间隔，基于该间隔调整转子转速并在每个转速下保持一定时间以获得该转速条件下的振动位移量，提高计算的准确度。
参考图2，步骤S3中通过在转子两端分别设置至少一个电涡流传感器用来检测转子两端相对轴心位置的位移量，优选设置两个方向不同的电涡流传感器以互相验证，确保获得最准确的结果，本实施例中，两个电涡流传感器垂直设置，并且分别设置于转子两端的X方向和Y方向。转子两端分别编号为1和2，则电涡流传感器的数值分别为1X、1Y、2X、2Y；四个电涡流传感器的采样频率相同，从而方便计算同一时刻的振动位移量。
进一步的，所述转子一侧沿径向固定有朝向转子键相槽位置的电涡流探头K，电涡流探头K能够记录每一次检测到键相槽的时间。键相槽为转子上本身具有的一个凹槽，在进行固有频率的识别之前，确定电涡流探头与坐标轴方向的夹角，在步骤S3中，将转子每一周的旋转运动近似为均匀转动，根据记录的位移量的时间确定该时间点前后检测到键相槽的时间，并确定时间差，由此能够确定在该时刻，转子旋转一圈的平均转速，并能根据检测到位移量的时间确定转子在这一圈转过的角度，由此能够根据电涡流探头所在的径向位置与坐标轴的夹角确定该位移量对应的时刻键相槽与坐标轴的夹角，该夹角就认为是位移方向与坐标轴的夹角。
基于以上计算，即可确定位移量的数值和角度，在使用多个电涡流传感器时，这一数值是相同的，然后基于角度对位移量分别向X方向和Y方向进行谐分量分解，对转子两端同一方向的分解量取平均值作为该方向的同向分量。
步骤S5中，根据同向分量之和的最大值，确定振动位移量最大值的出现时刻，并以此时刻的转动频率作为固有频率，在计算时，需要先获得转子的转速，在计算中，将转子每一周的转动看做匀速运动，因此在确定振动位移量最大值出现的时刻后，可以获得该时刻前后相邻的两次检测到键相槽的时间差，由此能够计算出其单位时间内的旋转圈数，即转速n，此时的转速n即为临界转速，对饮改的转动频率为，即为转子的固有频率。
具体的，在工作时，电涡流探头K每次检测到键相槽就会产生一个脉冲信号，最终根据脉冲信号的出现时间确定转子旋转一周所用的时间，从而确定转速。
进一步的，本实施例还提供了一种基于谐分量分解的转子固有频率识别系统，基于本实施例公开的方法，通过设置振动位移量采集器件、转速采集器件、以及要的运算处理器件，即可实现转子固有频率的在线识别，本实施例提供的识别系统包括，
坐标轴构建模块：在垂直转子轴向的平面上构建相互垂直的X方向和Y方向，原点处于转轴上；
转动模块：控制转子从停止状态加速至转速最大状态；
位移量采集模块：周期性的检测转子轴向两端相对静止状态中心位置的位移量，并记录该位移量对应时刻偏移方向与坐标轴方向的夹角；
位移量计算模块：将转子两端的位移量在X方向和Y方向分别进行分解，并对两端同一方向的分解量进行运算得到振动位移量的同向分量；
输出模块：以振动位移量同向分量之和最大的时刻对应的转动频率作为转子的固有频率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，其特征在于：包括，
S1：在垂直转子轴向的平面上构建相互垂直的X方向和Y方向，原点处于转轴上；
S2：控制转子从停止状态加速至转速最大状态；
S3：周期性的检测转子轴向两端相对静止状态中心位置的位移量，并记录该位移量对应时刻偏移方向与坐标轴方向的夹角；
S4：将转子两端的位移量在X方向和Y方向分别进行分解，并对两端同一方向的分解量进行运算得到振动位移量的同向分量；
S5：以振动位移量同向分量之和最大的时刻对应的转动频率作为转子的固有频率。
2.根据权利要求1所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，其特征在于：步骤S3中在转子两端分别设置有至少一个电涡流传感器监测转子相对静止状态的位移量，两端电涡流传感器的采样频率相同。
3.根据权利要求2所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，其特征在于：所述转子两端分别设置有两个作用方向垂直的电涡流传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，其特征在于：所述转子一侧沿径向固定有朝向转子键相槽位置的电涡流探头，电涡流探头能够记录每一次检测到键相槽的时间。
5.根据权利要求4所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，其特征在于：步骤S3中，将转子每一周的旋转运动近似为均匀转动，根据记录的位移量的时间确定所处的圈数以及转过这一圈的时间差，计算确定位移量对应的时刻旋转扫过的角度，并根据电涡流探头所在的径向位置与坐标轴的夹角确定该位移量对应的时刻键相槽与坐标轴的夹角。
6.根据权利要求1所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，其特征在于：所述同向分量为转子两端振动位移量在同一方向的谐分量的平均值。
7.根据权利要求4所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别方法，其特征在于：步骤S5中确定同向分量之和最大的时刻后，在电涡流探头的记录中确定其前后相邻的两次检测到键相槽的时间差，基于时间差计算出转子的临界转速n，对应的转动频率为
8.一种基于谐分量分解的转子固有频率识别系统，其特征在于：包括，
坐标轴构建模块：在垂直转子轴向的平面上构建相互垂直的X方向和Y方向，原点处于转轴上；
转动模块：控制转子从停止状态加速至转速最大状态；
位移量采集模块：周期性的检测转子轴向两端相对静止状态中心位置的位移量，并记录该位移量对应时刻偏移方向与坐标轴方向的夹角；
位移量计算模块：将转子两端的位移量在X方向和Y方向分别进行分解，并对两端同一方向的分解量进行运算得到振动位移量的同向分量；
输出模块：以振动位移量同向分量之和最大的时刻对应的转动频率作为转子的固有频率。
9.根据权利要求8所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别系统，其特征在于：所述位移量采集模块通过在转子两端分别设置的两个作用方向垂直的电涡流传感器监测转子相对静止状态的位移量，两端电涡流传感器的采样频率相同。
10.根据权利要求8所述的一种基于谐分量分解的转子固有频率识别系统，其特征在于：所述转子一侧沿径向固定有朝向转子键相槽位置的电涡流探头，电涡流探头能够记录每一次检测到键相槽的时间。
所述位移量采集模块在采集时，将转子每一周的旋转运动近似为均匀转动，根据记录的位移量的时间确定所处的圈数以及转过这一圈的时间差，计算确定位移量对应的时刻旋转扫过的角度，并根据电涡流探头所在的径向位置与坐标轴的夹角确定该位移量对应的时刻键相槽与坐标轴的夹角。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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