[发明专利]一种基于匹配解调变换的转子碰摩故障检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械故障诊断领域，具体涉及一种基于匹配解调变换的转子碰摩故障检测方法及系统。

背景技术

动静件碰摩是一类常见的旋转机械故障，轻者可引起动静件的摩擦损伤，重者可造成严重的摩擦与碰撞故障。碰摩发生时，一般先是局部碰摩，随着碰摩加剧最终导致整周碰摩。因此，采取有效的信号处理方法及时准确检测碰摩故障对于防止重大碰摩事故的发生，具有重要的实际意义。

传统的碰摩故障信号处理方法通过频谱分析判断是否存在转子系统转频、倍频及其分数频谱的方法判断是否存在碰摩故障。然而，这些特征与转子系统的不平衡、不对中等故障的特征相同或者类似。当发现某个特征存在时，很难定位到转子系统存在碰摩故障。因此，寻找碰摩故障唯一性的振动信号碰摩特征，是有效诊断碰摩故障的关键。

发明内容

针对上述部分问题，本发明提供一种基于匹配解调变换的转子碰摩故障的检测方法及相关系统，用于检测旋转机械中转子系统碰摩故障。

一种基于匹配解调变换的转子碰摩故障检测方法，所述方法使用匹配解调算法来获得所述瞬时频率估计值；计算瞬时频率估计值的震荡部分的频谱，若f_r为转子系统的转频，如果所述频谱的最大谱峰位于0.99f_r～1.01f_r范围内且幅值超出所述转频的2％，则可判定所述转子系统存在碰摩故障；否则，判定所述转子系统不存在碰摩故障；

所述匹配解调算法利用转子系统的振动信号的瞬时频率的参数化模型，逼近所述转子系统的转频的脊线，进而辨识所述参数化模型的参数，从而得到所述瞬时频率估计值；

所述瞬时频率的参数化模型为：

式中，α₀为瞬时频率平均值参数，K为瞬时频率震荡部分级数，α_k、β_k与ω_k分别为第k级震荡部分的余弦系数、正弦系数与频率。

一种基于匹配解调变换的转子碰摩故障检测系统，所述系统包括匹配解调算法模块、频谱分析模块、故障判断模块；

所述匹配解调算法模块利用转子系统的振动信号的瞬时频率的参数化模型，逼近所述转子系统的转频的脊线，进而辨识所述参数化模型的参数，从而得到瞬时频率估计值，并将所述瞬时频率估计值传送给频谱分析模块；

所述瞬时频率的参数化模型为：

式中，α₀为瞬时频率平均值参数，K为瞬时频率震荡部分级数，α_k、β_k与ω_k分别为第k级震荡部分的余弦系数、正弦系数与频率；

所述频谱分析模块接收和分析所述瞬时频率估计值，获取所述瞬时频率估计值的震荡部分的最大谱峰，并将所述瞬时频率估计值的最大谱峰传给所述故障判断模块；

所述故障判断模块利用所述瞬时频率估计值的最大谱峰进行判断，若f_r为所述转子系统的转频，如果所述频谱的最大谱峰位于0.99f_r～1.01f_r范围内且幅值超出所述转频的2％，则可判定所述转子系统存在碰摩故障；否则，判定所述转子系统不存在碰摩故障。

本发明通过匹配解调变换提取转子系统碰摩故障时高精度的瞬时频率，通过分析其震荡特征判断故障是否存在。所述方法通过提取与转子系统不平衡、不对中等故障不同的震荡瞬时频率特征，判定碰摩故障是否存在，结果快速可靠，简单易行；所述系统适用转子的在线健康监测。

附图说明

图1为本发明实施例中Bentlｙ转子实验台布置示意图；

图2(a)～图2(c)为本发明实施例中转子碰摩故障时振动信号匹配解调变换时频表示结果与瞬时频率提取示意图；

图3为本发明实施例中转子碰摩故障时振动信号匹配解调变换5次迭代过程的MSE变化情况；

图4(a)～图4(b)为本发明实施例中转子碰摩故障时提取的瞬时频率及其震荡部分的频谱示意图；

图5为本发明实施例中烟气轮机结构示意图；

图6(a)～图6(c)为本发明实施例中烟气轮机存在碰摩故障时振动信号匹配解调变换时频表示结果与瞬时频率提取示意图；

图7为本发明实施例中烟气轮机存在碰摩故障时振动信号匹配解调变换9次迭代过程的MSE变化情况；

图8(a)～图8(b)为本发明实施例中烟气轮机转子碰摩故障时提取的瞬时频率及其震荡部分的频谱示意图。

具体实施方式