[发明专利]一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置

说明书

本发明涉及一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置，包括：采集转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号，并将其组成一个三元旋转信号；将三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号；将各个三元子旋转信号从时域变换到频域；将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，所得结果即为提纯后的转子三维空间轴心轨迹。本发明将转子三个方向上的振动信号组成一个三元旋转信号，并将该三元旋转信号按旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号，将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，不仅可实现三维空间轴心轨迹的提纯，还在不同的二维平面显示转子轴心轨迹以及变化情况，且自适应程度高，提纯效果好。

技术领域

本发明涉及一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置，属于旋转机械设备技术领域。

背景技术

轴心轨迹作为旋转机械的一个重要的状态特征参量，能简单、直观、形象地反映设备的运行状况，它反映了转子的实际运行状况。常规的转子轴心轨迹由转子同一截面互相垂直方向(例如X方向和Y方向)的振动信号组成，反映了转子在XOY平面上的运行状况。

传统的轴心轨迹提纯方法均采用一维数字信号处理方法分别分析处理X方向和Y方向的振动信号，然后将各个方向分析处理的结果组成转子轴心轨迹，这种方法在组合轴心轨迹时存在分解尺度不统一的问题。基于二元经验模态分解的转子轴心轨迹提纯方法将互相垂直方向的振动信号组成一个复数，并将该复数作为一个整体来分解，解决了传统方法中存在的尺度不统一问题。

然而在实际的转子运转中，转子振动信号包含连个互相垂直方向X和Y的横向振动以及Z方向的轴向振动。基于二元经验模态分解的转子轴心轨迹只能显示转子轴心轨迹在某一个平面上的运动情况，而不能显示转子三维空间的轴心轨迹。西安交大温广瑞等人提出了一种三维轨迹提纯方法，该方法分别对X、Y和Z方向的振动信号进行滤波，然后在时域内对滤波后的信号进行合成得到三维轴心轨迹。但该方法所采用的技术属于一维数字信号处理方法，而且滤波时需要预先确定截止频率，缺乏自适应性。

发明内容

本发明的目的是提供一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法及装置，用于解决现有转子三维空间轴心轨迹提纯算法缺乏自适应性的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种转子三维空间轴心轨迹提纯方法，包括以下步骤：

步骤1，采集转子同一截面上横向、纵向以及轴向的振动信号，并将其组成一个三元旋转信号；

步骤2，将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和；

步骤3，将各个三元子旋转信号从时域变换到频域，并分析各个三元子旋转信号的频谱，确定基频所对应的三元子旋转信号；

步骤4，将所有频率不大于基频的三元子旋转信号相加，所得结果即为提纯后的转子三维空间轴心轨迹。

进一步的，步骤1中组成的三元旋转信号w(t)为：

w(t)＝ix(t)+jy(t)+kz(t)

其中，x(t)为水平方向上的横向振动信号，y(t)为水平方向上的纵向振动信号，z(t)为轴向的振动信号；ijk＝i²＝j²＝k²＝-1，ij＝k，jk＝i，ki＝j。

进一步的，步骤2中运用三元经验模态分解将所述三元旋转信号按照旋转速度从高到低的顺序分解成多个三元子旋转信号与一个剩余信号之和，具体步骤包括：

步骤2-1，计算所述三元旋转信号w(t)在Z轴的投影，其投影计算表达式为：