专利名称：基于进动分解技术的不平衡相位估计方法
技术领域：
本 发明涉及旋转机械振动诊断与控制领域的新不平衡方位估计方法，具体是指基于进动分解技术的不平衡相位估计方法。
背景技术：
对于传统的转子轴承系统的动平衡过程，通常采用的方法是，先在各平衡面添加试重，测量各平衡面的试重响应，计算影响系数，建立平衡方程组，最后求解平衡配重。当采用一次加准法时，我们可以不再按传统平衡方法的规定步骤进行，而是直接根据测量的机组振动信号来估计不平衡的方位。传统的估计不平衡方位的机械滞后角法只利用了单方向传感器的振动相位，估计误差较大。现有技术中转子轴承系统的动平衡过程通过单方向传感器的估计不平衡量方位的机械滞后角法如
图1所示，以X方向传感器为例，机械滞后角法估计不平衡方位的步骤如下1、测量X方向振动响应表示为χ = Asin(co t+α)，其中，χ为X向振动响应，A为幅值，ω为角速度，α为相位；2、以X方向传感器顺转向标出相位α为起点，相位角α为正向零点到键相脉冲的角度，逆转向90度获得振动高点；3、由于振动落后于激振力δ。角，由振动高点顺转向δ。角为激振力方位，即不平衡方位，计算出转子键槽顺转向到不平衡方位的角度Φ ；记键相传感器顺转向到X方向传感器的角度为φχ，则不平衡方位φ可用下式计算Φ = φ χ+ α -90+ δ 0 (1)式中Φ 不平衡方位的角度φχ 键相传感器顺转向到X方向传感器的角度α :Χ向传感器测得的振动响应相位δ ^ 机械滞后角4、添加平衡配重的方位，即为转子键槽顺转向(Φ-180。)。在现场动平衡中，机械滞后角法被技术人员广泛应用于转子不平衡方位的估计， 希望在此基础上一次添加试重就能将不平衡引起的振动降低。然而，在实际应用中，我们发现传统的基于单传感器的机械滞后角法存在较大的估计误差。当技术人员采用公式(1)估计不平衡方位时，其估计精度主要受单向传感器测得的振动响应相位α和Sci机械滞后角这两个因素的影响，但上述公式(1)具有如下缺陷(1)转子的运动是一种复杂的空间运动，仅用单向传感器测量是不能客观和可靠地反映转子空间运动状态的。尤其是当转子轴承系统各向刚度存在明显差异时，X和Y两方向传感器测量的振动相位相差并非90度，因而造成利用两个不同方向传感器计算得到的不平衡方位相差较大，平衡技术人员难以取舍，从而降低了平衡的精度。(2)在许多参考文献中都给出了不同的支承方式和平衡转速下机械滞后角的选取范围，但合理的选取机械滞后角仍很大程度上依赖平衡人员的经验。对于一组相同的不平衡测试数据，不同的平衡技术人员往往会根据自己的经验得到不同的结论。 因此，要想提高不平衡方位的估计精度，必须利用多传感器融合技术以减少应用单传感器带来的估计误差，同时减少机械滞后角选取时对平衡人员经验的依赖，提高选取机械滞后角的精度。当一个测量截面上安装由两个相互垂直的传感器时，采用基于信息融合的全息谱方式描述振动响应能更加全面地反映转子的振动行为，因此首先希望将工频二维全息谱用于不平衡方位的估计。现有技术中也公开了一种估算转子轴承系统的动平衡过程的基于双传感器的机械滞后角法。首先需要说明的是基于单传感器的相位估计误差。假定在顺转向上依次布置有两个相互垂直的传感器X和Y，从X方向传感器拾取的工频振动响应可以表示为X = Asin (ω t+ α )，从Y方向传感器拾取的工频振动响应表示为y = Bsin (ω t+ β )。按照公式 (1)的推导方式，可以得到Y方向传感器估计得到的不平衡方位，为了加以区别，用Φχ表示用X方向传感器估计得到的不平衡方位，用Oy表示用Y方向传感器估计得到的不平衡方位，记键相传感器顺转向到Y方向传感器的角度为Φ, = Φχ+90, 0,表达式为Oy = φ^β-90+δ0 (2)当转子-轴承系统符合各项同性要求时，两传感器拾取的振动响应幅值相等A = B，相位存在关系β = α-90，如图2所示。用X、Y两方向传感器获得的振动高点重合，高点的相位为X方向传感器顺转向α-90°。将两个传感器的信号合成转子的工频进动轨迹，即二维全息谱上的工频椭圆， 当转子上键槽对准键相传感器即t = O时，转子在进动轨迹上的坐标X(I = Asina , y0 =-Acosa，坐标原点到该点的矢量表示为Α。(α_9°)πΛ8°，这其实是一个特殊的初相点，其所在的工频进动轨迹是一个圆，如图3所示。从X方向传感器顺转向到该初相点的角度为初相角θ = a-90°，由图3不难看出初相角与振动高点相位一致，因此式(2)可以改写为如下等式Φ = φ χ+ θ + δ 0 (3)由于此时。，与。，相等，所以公式(3)略去了下标，θ即为高点相位。显然，上述推导是在假设系统各向同性时得到的，在系统各向同性时，通过X、Y单向传感器获得的振动高点和初相点重合。由于现场机组转子-轴承系统往往存在各向异性，采用不同方向传感器获得的振动高点不一致，甚至出现用不同传感器估计的不平衡方位相互矛盾的情况。如果转子顺时针方向旋转，从X方向传感器拾取的工频振动响应为40μ m Z 40°，从Y方向传感器拾取的工频振动响应为60μπιΖ-20°，则用X方向传感器计算的高点相位为-50°，用Y方向传感器计算的高点相位为-20°，二者相差30°，用于不平衡相位估计误差较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于进动分解技术的不平衡相位估计方法，该方法采用进动分解之后的正进动圆初相点代替传统单传感器估计方法中的振动高点，能有效提高不平衡相位的估计精度。
本发明的这一目的通过如下技术方案来实现的基于进动分解技术的不平衡相位估计方法，该方法包括如下步骤(1)在转子轴承系统的测量截面上顺转向上依次布置两个相互垂直的X传感器和 Y传感器，将X传感器和Y传感器的测量信号合成转子的工频进动轨迹，即二维全息谱上的工频椭圆；(2)将工频椭圆分解为正进动圆和反进动圆，正进动圆方向和工频进动轨迹方向相同，反进动圆方向和工频进动轨迹方向相反，同时将工频椭圆上的初相点IPP也进行正进动圆和反进 动圆分解，得到正进动圆上初相点为IPPp，用正进动圆代表失衡引起的振动响应，在正进动圆上估计振动高点；工频振动信号表示为
权利要求
1.基于进动分解技术的不平衡相位估计方法，该方法包括如下步骤(1)在转子轴承系统的测量截面上顺转向上依次布置两个相互垂直的X传感器和Y传感器，将X传感器和Y传感器的测量信号合成转子的工频进动轨迹，即二维全息谱上的工频椭圆；(2)将工频椭圆分解为正进动圆和反进动圆，正进动圆方向和工频进动轨迹方向相同， 反进动圆方向和工频进动轨迹方向相反，同时将工频椭圆上的初相点IPP也进行正进动圆和反进动圆分解，得到正进动圆上初相点为IPPp,用正进动圆代表失衡引起的振动响应，在正进动圆上估计振动高点；工频振动信号表示为
全文摘要
本发明公开了基于进动分解技术的不平衡相位估计方法，包括在转子轴承系统的测量截面上顺转向上依次布置两个相互垂直的X传感器和Y传感器，将X传感器和Y传感器的测量信号合成转子的工频进动轨迹，即二维全息谱上的工频椭圆；将工频椭圆分解为正进动圆和反进动圆，正进动圆方向和工频进动轨迹方向相同，反进动圆方向和工频进动轨迹方向相反，同时将工频椭圆上的初相点IPP也进行正进动圆和反进动圆分解，得到正进动圆上初相点为IPPp；将正进动圆作为排除各向异性干扰后的不平衡振动响应；计算转子键槽顺转向到不平衡方位的角度。本发明采用进动分解之后的正进动圆初相点代替传统估计方法中的振动高点，有效提高不平衡相位的估计精度。
文档编号G01M1/16GK102175393SQ201110000670
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月4日 优先权日2011年1月4日
发明者刘石, 廖与禾, 张征平, 沈玉娣 申请人:广东电网公司电力科学研究院