[发明专利]一种风机叶扇振动检测装置及故障检测预测方法

权利要求书

1.一种风机叶扇振动检测及故障预测系统，风机以一定转速围绕连接轴为中心呈圆周运动旋转，其特征在于：该系统包括作为硬件部分的风机叶扇振动检测装置和作为软件部分的一种风机故障预测方法，

所述风机叶扇振动检测装置包括：

振动传感器，其装在连接轴上，将连接轴的振动机械量作为输入量，由其接收部分加以接收并转换为电量脉冲输出；

信号预处理模块，其通过内置矢量处理器将振动传感器传送的电量脉冲信号进行信号储存和信号放大处理；

A/D转换模块，A/D转换模块将信号预处理模块获取的模拟信号转化为数字信号，以便进行下一步的分析和处理；

数据发送模块，其将分析和处理过的数字信号通过传输介质进行发送；

所述风机故障预测方法包括如下步骤：

步骤1)假设风机叶扇的连接轴已产生裂纹，连接轴在旋转过程中裂纹不断的张开与闭合，造成轴面的刚度随时间发生非线性变化，则其裂纹开闭函数f定义为：

进一步演算为：

其中，式I-式II中，sz₁为风机连接轴内径尺寸，sz₂为风机连接轴外径尺寸，m₁为连接轴裂纹张开质量，m₂为连接轴裂纹闭合质量，t为风机运转时间，c为外阻尼系数，k为无裂纹时转轴的弯曲刚度，Δk为裂纹完全张开时引起刚度变化量，β为初始相位角，ω为风机转速，f为裂纹开闭函数；

步骤2)裂纹开闭函数f采用方波函数进行判断，其函数为：

其中，在式IV中，τ为风机连接轴的动态位移；

步骤3)方波函数在引入无量纲参数后，得到叶扇振动模型f’：

随着风机运转时间t增加，外阻尼系数c呈下降趋势，连接轴的动态位移τ呈上升趋势，这使得连接轴产生裂纹的隐患也呈上升趋势。

2.根据权利要求1所述的风机叶扇振动检测及故障预测系统，其特征在于：当风机连接轴产生的振动频率前后不一致时，叶扇振动模型f’呈弯曲模态，弯曲模态下的叶扇振动模型f’的目标函数不连续，对叶扇振动模型f’进行拓扑优化方法进行描述，使原叶扇振动模型f’参数进行有限元离散：

s.t.:

β-ω₀²≤0

0＜Δk≤1

3.根据权利要求1所述的风机叶扇振动检测及故障预测系统，其特征在于：振动传感器的检测灵敏度随使用周期会产生衰减，此时振动传感器的检测存在误差的，对叶扇振动模型f’的衰减进行自动补偿。

4.根据权利要求3所述的风机叶扇振动检测及故障预测系统，其特征在于：当呈聚变模态下，在对振动传感器的灵敏度进行衰减补偿时，构造一个相适应的复频增量模型来解决补偿问题，

其中，叶扇振动模型f’呈聚变模态下的复频增量模型其构造如下：

s.t.:

[β-(ω₀²+Δω_j²)]≤0,j＝1,2,...t

0＜ρ≤(ρ₀+Δρ)≤1

β-ω₀²≤0

0＜Δk≤1

Δω_t²＝fΔρ

式VII中参数ρ表示频率向量，Δρ表示频率变化量。

5.根据权利要求4所述的风机叶扇振动检测及故障预测系统，其特征在于：叶扇振动模型f’呈弯曲模态，采用基于特征频率优化的迭代方法来优化叶扇振动模型f’呈聚变模态下的复频增量模型。