一种区别真假拍振的方法与流程

本发明涉及一种区别真假拍振的方法，特别是关于一种在振动或压力脉动领域中使用的区别真假拍振的方法。

背景技术：

目前，在水电站、水泵站及各类旋转机械的运行中，经常可能会遇到各种各样的振动、压力脉动等不稳定现象，拍振现象就是其中之一。

如图1、图2所示，当两个扰动频率f₁、f₂(f₁<f₂)比较接近时，且两个振动幅值也相差不大或相等时，产生如图3所示的拍振现象，并得到如图4所示的拍振波的频谱，拍振频率f_b(简称拍频，即拍振周期T_b的倒数)为两个扰动频率之差Δf＝f₂-f₁，拍频的合振动频率f_i为两个频率之和的一半，即f_i＝(f₁+f₂)÷2。当发生拍振时，拍振幅值可能为两个频率幅值的代数和，会产生幅值时大时小的振动(或脉动)现象，常伴有类似于“哮喘”的严重噪音，属于比较严重的不稳定现象之一。因此，大家对拍振现象非常重视，努力避免或减轻拍振的危害。

拍振现象比较复杂，我们对其认识还不是非常清晰和全面，也有一些似是而非的现象和拍振现象很相似，有可能被错误的当作拍振现象，影响我们对这些现象的认识和分析，有可能在制定解决措施方面产生误导，导致错误的结果。据了解，至少有两种振动或压力脉动信号有可能被当作拍振：其一是信号频率接近信号采集频率的1/2形成的波形和拍振波相似的波形，如图5、图6所示；其二是高频信号在低频信号上的载波，如图9、图10所示。这两种波形和拍振波的波形比较接近，但都不是真正的拍振波。因此，为能从各种各样的类似波形中区分出真正的拍振波，达到去伪存真之目的，有必要发明一种技术，剔除假拍振波，只保留拍振波的振动或压力脉动波形，以便于有的放矢的制定相应措施，消除或减轻拍振影响，保证设备稳定运行。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种区别真假拍振的方法，其能区分真假拍振波，制定更对症的稳定运行措施，保障设备运行的稳定安全。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种区别真假拍振的方法，其特征在于：它包括以下步骤：1)明确判别拍振波的本质特征；2)对疑似拍振波的波形信号进行频谱分析，确定该波形的频率及幅值；3)根据频谱分析结果及其时域波形，按照步骤1)中的拍振波本质特征进行比较鉴别。

优选地，所述步骤1)中，拍振波的本质特征：(1)拍振波的最本质特征是波动幅值时大时小，且周期性变化，总体呈现为糖葫芦形波形；(2)拍振波必须是两个相近频率波动的合成波；(3)对波形进行FFT分析，两个波动合成的拍振波的拍振频率f_b应为两个频率之差的绝对值，即f_b＝|f₂-f₁|。

优选地，所述步骤3)中，其具体鉴别步骤如下：(1)对类拍振波时域曲线进行测量计算，分别确定曲线左端幅值最小处时间t₁、右端幅值最小处时间t₂及t₁到t₂间葫芦状波形的个数n，计算两个时间点之间的时差Δt＝t₂-t₁，并进而确定可能的拍振波周期T_b＝Δt/n；(2)对波形进行频谱分析，判断该波形是否只有一个频率高点，如果该波形只有一个频率高点，则该波形不是拍振波，否则，进行下一步；(3)判断该波形是否有两个以上的频率高点或高点群，如果该波形有两个以上的频率高点或高点群，则进入步骤(4)，否则，该波形是假拍振波；(4)依次计算两个邻近高点频率或高点群频率的差值Δf，如其中有一个Δf≈1/T_b，则该波形是拍振波，拍振波频率f_b＝Δf；否则，该波形不是真正的拍振波。

优选地，所述步骤3)中步骤(2)中，该波形只有一个频率高点，如果该分频接近采集频率的1/2，则采集到的波形会产生类拍振波，为一种假拍振波，需通过提高采集频率来避免该波形的产生。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在拍振现象本质特征的基础上，分析了两种虚假拍振波信号特征及频谱分析特点，指出了它们与真实拍振波的本质区别，从而表明了该辨别方法的可靠性。2、本发明采用区别真假拍振的方法，其步骤简单、实用、可操作性强。3、本发明采用区别真假拍振的方法，可应用于水力机械的振动和压力脉动测量分析中虚假拍振信号的辨别和剔除，也可以在其它旋转机械的振动、摆度等类似周期性信号分析领域中广泛应用。

附图说明

图1是现有技术中频率为30Hz、振幅为1的正弦波波形图；

图2是现有技术中频率为34Hz、振幅为1的正弦波波形图；

图3是图1和图2两个正弦波合成的拍振波波形图；

图4是图3的频谱分析结果；

图5是现有技术中频率为126Hz标准正弦波，当采集频率为256Hz时采集记录的波形图；

图6是图5的频谱分析结果；

图7是现有技术中频率为126Hz标准正弦波，当采集频率为512Hz时采集记录的波形图；

图8是现有技术中频率为126Hz标准正弦波，当采集频率为1024Hz时采集记录的波形图；

图9是现有技术中某混流式水轮机压力脉动时域曲线；

图10是图9压力脉动测试结果分析的频谱曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明基于对拍振现象本质特征的认识，根据拍振波和两种假拍振波的不同特点，确定真实存在的拍振波，提出了波形和频谱分析相结合的分析方法来区别真假拍振，其依据在于：

1)在压力脉动(或振动)信号中，其波形和真实拍振波形相似，实质上是高频压力脉动和低频压力脉动叠加合成的载波现象；例如，图9、图10所示的压力脉动信号，其波形和图1所示的真实拍振波非常相似，用FFT分析频谱曲线，发现了两个高频分量f₁＝78.7Hz和f₂＝87.4Hz，如果该波形是两个高频分量合成的拍振波，其拍振频率应为Δf＝f₂-f₁＝8.7Hz，但是在8s时间内，该波形有近55个类拍振波，其频率f_L≈6.85Hz，与低频压力脉动f_L＝6.8Hz(即涡带频率)非常接近，即高频分量在低频分量上的载波，而非真正的拍振波。

2)在采集振动或压力脉动的周期性波动信号时，如果信号频率接近采集频率的1/2时，即使信号是单一频率的调谐波，其采集到的信号波形如图5、图6所示，呈现出与拍振波比较相似的类拍振波。

因此，在对压力脉动或振动信号进行采集和分析时，当在时域曲线中和图3比较相似的类拍振波(即整体呈糖葫芦形，幅值周期性变化)时，应加以区别辨识。

本发明提供一种区别真假拍振的方法，其具体步骤如下：

1)判别拍振波的本质特征：

(1)拍振波的最本质特征是波动幅值时大时小，且周期性变化，总体呈现为糖葫芦形波形；

(2)拍振波必须是两个相近频率(即f₁、f₂)波动的合成波；

(3)对波形进行FFT分析，两个波动合成的拍振波的拍振频率f_b应为两个频率之差的绝对值，即f_b＝|f₂-f₁|；

2)对疑似拍振波的波形信号进行频谱分析，确定该波形的频率及幅值；

3)根据频谱分析结果及其时域波形，按照步骤1)中的拍振波本质特征进行比较鉴别，其具体鉴别步骤如下：

(1)对类拍振波时域曲线进行测量计算，分别确定曲线左端幅值最小处时间t₁、右端幅值最小处时间t₂及t₁到t₂间葫芦状波形的个数n，计算两个时间点的时间差Δt＝t₂-t₁，进而确定拍振波周期T_b＝Δt/n；

(2)对波形进行频谱分析，判断该波形是否只有一个频率高点，如果该波形只有一个频率高点，则该波形不是拍振波，否则，进行下一步；

(3)判断该波形是否有两个以上的频率高点或高点群，如果该波形有两个以上的频率高点或高点群，则进入步骤(4)，否则，该波形是假拍振波；其中，如果是高点群，则以该群中最高频率作为该高点群的高点频率；

(4)依次计算两个邻近高点频率或高点群频率的差值Δf，如其中有一个Δf≈1/T_b，则该波形是拍振波，拍振波频率f_b＝Δf；否则，该波形不是真正的拍振波。

上述步骤3)中的步骤(2)中，该波形只有一个频率高点，如果该分频接近采集频率的1/2，即使是标准的调谐波，其采集到的波形也会产生类拍振波，这是一种假拍振波，需通过提高采集频率来避免该波形的产生；例如，假拍振波如图5、图6所示，调谐波频率为126Hz，采集频率为256Hz，提高采集频率，频率同样为126Hz的调谐波；如果采集频率为512Hz，其波形如图7所示，拍振波特征已不明显；如果采集频率为1024Hz，其波形如图8所示，根本不可能将其视为拍振波。因此，提高采集频率可避免类似假拍振波的发生。

上述步骤3)中的步骤(4)中，在水轮机的压力脉动测试中，遇到图9、图10所示的波形，属真实发生的所谓“类拍振波”，其Δf≠1/T_b，不是真正的拍振波，如果取尾水管涡带频率为f_L，则f_L≈1/T_b，这说明该波形是在尾水管涡带频率基础上的高频载波，需采取不同于拍振波的减振措施去预防。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。