變速激勵下葉片異步振動參數(shù)識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于葉輪機械葉片測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種葉片異步振動參數(shù)識別方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 葉片作為葉輪機械的重要部件，其可靠的運行是保障旋轉(zhuǎn)機械安全運行的關(guān)鍵， 目前測量葉片振動的方法采用非接觸測量的葉尖定時方法，葉尖定時測振技術(shù)是將葉尖定 時傳感器沿徑向安裝在旋轉(zhuǎn)機械相對靜止的殼體上，根據(jù)葉片到達傳感器的脈沖時間t與 理論到達時間的不同，獲得葉片振動的欠采樣序列，采用特殊的參數(shù)識別方法獲得葉片振 動參數(shù)。非接觸測量的葉尖定時方法測量一周僅僅測到葉片的一個振動信號，采樣頻率為 轉(zhuǎn)速，一般葉片的振動頻率在kHz以上，采樣頻率僅有幾百Hz，因此參數(shù)識別是嚴重的欠采 樣信號下的識別，有一定難度和特殊性。
[0003] 針對不同的葉片振動形式，葉片的振動可分為同步振動（葉片振動頻率與轉(zhuǎn)速成 整數(shù)倍）和異步振動（葉片振動頻率與轉(zhuǎn)速成非整數(shù)倍），常用的測量同步振動的葉尖定時 參數(shù)識別方法有：速矢端跡法、雙參數(shù)法、自回歸法等，常用測量異步振動的葉尖定時參數(shù) 識別方法有Prony譜估計方法、多傳感器均布法、差頻法、"5+2"分布法等。一般異步振動 由流場激勵產(chǎn)生，多在轉(zhuǎn)速變化的時候發(fā)生，使葉片振幅瞬間大幅提高危害葉輪機的可靠 運行，因此發(fā)展變速激勵下葉片振動的參數(shù)識別方法有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的問題是變速激勵下葉片振動的參數(shù)識別問題，為此，采用多傳感 器信號全相位FFT變換（快速傅立葉變換）獲得分析信號的混疊頻率和對應(yīng)相位，根據(jù)混 疊頻率的相位差與傳感器的物理安裝角以及轉(zhuǎn)速階次的相互關(guān)系采用有限的階次跟蹤進 行異步振動參數(shù)辨識。
[0005] 本發(fā)明公開的變速激勵下葉片異步振動參數(shù)識別方法，包括以下步驟：
[0006] 1)對相鄰兩葉片的振動信號進行插值處理提升采樣頻率；
[0007] 2)通過全相位傅里葉變換獲得葉片振動信號的混疊頻率△ U和實測相位差 A 〇%求得振動階次的非整數(shù)部分Am ;
[0008] 3)利用測量振動信號相位與傳感器安裝角的關(guān)系，通過階次跟蹤獲得振動階次 凡，Ne= (m+Am)，m是振動階次的整數(shù)部分，Am是振動階次的非整數(shù)部分；
[0009] 4)得到葉片的振動頻率《。
[0010] 作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述步驟1)振動信號的插值處理如下：
[0011] 以傳感器測量的葉片的振動數(shù)據(jù)TIP(i) = [Xil，Xi2，Xi3，…xin]T為基準將后一傳感 器測量的該葉片數(shù)據(jù)順序插入該葉片的振動數(shù)據(jù)序列中：，后一個傳感器采集的數(shù)據(jù)表示 為：TIP(i+l) = 將后傳感器采集的數(shù)據(jù)插入到前一傳感器 采集的數(shù)據(jù)中，插值完成后該傳感器采集的數(shù)據(jù)變?yōu)門IP(i) = [xn， X(i+l)l, Xi2, X(i+1)2, Xi3, X(i +m，xu+1)n]T。通過插值處理使單個葉片的采樣頻率成為f s= 2Q，采樣頻率為原來的 兩倍，保證了 A ? G (〇~Q)。
[0012] 作為上述技術(shù)方案的另一種改進，所述步驟3)通過階次跟蹤獲得振動階次包括 以下步驟：
[0013] 31)獲得跟蹤相位差A(yù)①k;
[0014] 32)求得實測相位差A(yù)①"1'和跟蹤相位差A(yù)①&的殘值e k，ek= A①k-A①％
[0015] 33)求得殘值ek的均方根值S k，
[0016]
【主權(quán)項】
1. 一種變速激勵下葉片異步振動參數(shù)識別方法，其特征在于：包括以下步驟： 1) 對相鄰兩葉片的振動信號進行插值處理； 2) 通過全相位傅里葉變換獲得葉片振動信號的混疊頻率△ ?和實測相位差△0%求 得振動階次的非整數(shù)部分Am; 3) 利用測量振動信號相位與傳感器安裝角的關(guān)系，通過階次跟蹤獲得振動階次凡，凡 =(m+Am)，m是振動階次的整數(shù)部分，Am是振動階次的非整數(shù)部分； 4) 得到葉片的振動頻率
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速激勵下葉片異步振動參數(shù)識別方法，其特征在于：所述 步驟1)振動信號的插值處理如下： 以傳感器測量的葉片的振動數(shù)據(jù)TIP(i) = [Xil，Xi2，Xi3，…xin]T為基準將后一傳感器 測量的該葉片數(shù)據(jù)順序插入該葉片的振動數(shù)據(jù)序列中：，后一個傳感器采集的數(shù)據(jù)表示 為：TIP(i+l) = [^仙~+物^郵…力洲上將后傳感器采集的數(shù)據(jù)插入到前一傳感器 采集的數(shù)據(jù)中，插值完成后該傳感器采集的數(shù)據(jù)變?yōu)門IP(i) = [xn， X(i+l)l，Xi2, X(i+1)2, Xi3, X( …1T i+l)3，??? Xin，X(i+l)n」0
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速激勵下葉片異步振動參數(shù)識別方法，其特征在于：所述 步驟3)通過階次跟蹤獲得振動階次包括以下步驟： 31) 獲得跟蹤相位差A(yù)C>k; 32) 求得實測相位差A(yù)①"1'和跟蹤相位差A(yù)①&的殘值ek，ek=A①k-A①％ 33) 求得殘值ek的均方根值Sk，
34) 分別計算Am為" + 時的Sk，比較大小，并取Sk為最小時對應(yīng)的m以及對應(yīng)的 Am前面的 " + "、"_"。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速激勵下葉片異步振動參數(shù)識別方法，其特征在于：所述 4)中得到葉片的振動頻率《的過程為：將步驟3)獲得的振動階次（m+Am)以及相應(yīng)的振 動倍頻^^代入《 = (m±Am)Dn求得振動頻率《。
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種變速激勵下葉片異步振動參數(shù)識別方法，用相鄰兩葉片測量數(shù)據(jù)插值處理提升采樣率的方法獲得混疊頻率，用全相位FFT來獲得振動混疊頻率和相位，從而獲得非整階次的小數(shù)部分。利用相位和傳感器安裝角度的關(guān)系進行階次跟蹤，辨識葉片異步振動階次的整數(shù)部分。利用4葉片仿真模型產(chǎn)生降速多倍頻異步振動數(shù)據(jù)對該算法進行了驗證，仿真數(shù)據(jù)為單傳感器測得的單葉片的振動數(shù)據(jù)，最后把辨識結(jié)果與仿真參數(shù)進行對比，驗證了此算法能正確辨識葉片異步振動參數(shù)。此識別方法正確可靠，簡單易行。
【IPC分類】G01H1-14
【公開號】CN104697623
【申請?zhí)枴緾N201410579963
【發(fā)明人】岳林, 李海洪, 王德友, 王磊, 胡偉
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年10月24日