[发明专利]恒速下叶片异步振动频率非调和傅里叶分析方法

摘要

本发明属于叶轮机械叶片测试技术领域，为最终得到正确的振动频率值，本发明恒速下叶片异步振动频率非调和傅里叶分析方法，步骤如下：步骤1：求取折叠频率和相位值；步骤2：计算相位差；步骤3：倍频整数遍历；步骤4：通过误差分析得出叶片异步振动频率ω；步骤5：重复步骤2至步骤4，得出基于相位φ_i′计算的叶片异步振动频率ω′；进一步：对叶片异步振动频率辨识的可能值ω和ω′计算，得到ω_n、ω_n′和相应的H_j，i值；若对于i＝0,1…N，R_i(ω_n)>R_i(ω_n′)成立，则叶片异步振动频率值为ω，否则叶片异步振动频率值为ω′。本发明主要应用于叶轮机械叶片测试场合。

主权项

1.一种恒速下叶片异步振动频率非调和傅里叶分析方法，其特征是，步骤如下：转子转速为Ω，采用编号依次为0,1,2…N支叶尖定时传感器对叶片异步振动进行监测：步骤1：求取折叠频率和相位值对每支叶尖定时传感器监测的振动信号截取相同时间段的2n‑1个数据进行全相位傅里叶分析得到谱分析结果，在[‑Ω/2,0]和[0,Ω/2]范围内找出峰值谱线对应的频率点|Δf|，再找出此峰值对应的相位值和其中i＝0,1,2…N，表示相应的传感器序号；步骤2：计算相位差依据上一步得出的相位值和这里以相位为例，根据计算各传感器相对0号传感器的实测相位差并规整到[0,360°)，相应相位差应写为：m—振动倍频整数部分ai—叶尖定时传感器安装角度假设正确的m值为m^*，实测相位差大小为用向量表示为：步骤3：倍频整数遍历遍历选取的m值为m_k，按照(1)式计算相位差并规整到[0,360°)，用向量表示为：步骤4：，通过误差分析得出叶片异步振动频率ω实测相位ΔФ*与遍历相位ΔФk相比较，求得误差Ek，以误差Ek的均方根值SE表示相位差遍历估计值偏离实际测量值的大小：考虑误差的存在，取遍历范围内明显最小的SE对应的倍频mk即为实际的m*，从而辨识出叶片异步振动的频率：ω＝mkΩ+△f或ω＝mkΩ‑△f              (6)由于式(1)中存在“±”符号，对mk进行遍历，需分别按“+”和“‑”计算，共同比较SE的大小，从而确定一个mk值以及式(1)中对应的“+”或“‑”运算符号；步骤5：重复步骤2至步骤4，得出基于相位计算的叶片异步振动频率ω′；进一步：对叶片异步振动频率辨识的可能值ω和ω′按照式(7)进行计算，得到ωn和ωn′，其中[x]表示对x取整数部分，Ω为转速频率：进一步：非调和傅里叶分析具体表达式如式(8)所示，其中Hj,i(ω)表示被分析信号yj,i中频率为ω编号为i的传感器监测的幅值，将上一步得到的ωn和ωn′分别带入式(8)，得到相应的Hj，i值；Hj,i(ω)＝a(ω)Cj,i(ω)+b(ω)Sj,i(ω)Cj,i(ω)＝cos(2π(j‑(np+1)/2)ω/F)Sj,i(ω)＝sin(2π(j‑(np+1)/2)ω/F)其中，ω—分析频率；j—数据点序列；np—数据点总数；F—采样频率；yj,i—被分析信号。对于每支叶尖定时传感器分别按照式(8)计算，依次得到Hj，0(ωn)，Hj,0(ωn′)，Hj,1(ωn)，Hj,1(ωn′)…，Hj,N(ωn)，Hj,N(ωn′)；进一步：按照式(9)计算每支叶尖定时传感器对应的Ri(ωn)和Ri(ωn′)其中i代表传感器编号；进一步：比较Ri(ωn)和Ri(ωn′)值的大小；若对于i＝0,1…N，Ri(ωn)>Ri(ωn′)成立，则叶片异步振动频率值为ω，否则叶片异步振动频率值为ω′。