基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置及方法，采集轉子旋轉時相互垂直方向上的位移信號，并對位移信號進行提純，得到轉子的提純軸心軌跡，對軸心軌跡上的點進行創新性的計算，從而得到旋轉機械的轉速信息。本發明專利技術選用了軸心軌跡來對轉子轉速進行計算，將軸心軌跡和轉速聯系起來，為旋轉機械轉速的監測提供了新的實現方法。同時本發明專利技術采用軸心軌跡來對轉速進行監測，可以在工程應用中減少轉速傳感器的安裝，也可以在不方便安裝轉速傳感器的地方根據軸心軌跡來進行轉速監測，為工程應用提供了新的測量方法，具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機械
，具體涉及一種基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置及方法的設計。
技術介紹
轉速是能源設備與動力機械性能測試中的一個重要的特性參量，因為動力機械的許多特性參數是根據它們與轉速的函數關系來確定的，例如壓縮機的排氣量、軸功率、內燃機的輸出功率等等，而且動力機械的振動、管道氣流脈動、各種工作零件的磨損狀態等都與轉速密切相關。在工業生產和科學研究領域中，轉速是影響產品質量和研究成果的因素之一，是旋轉機械的重要參數之一，對于轉速的測量監測已經成為機械設備健康管理的重要研究課題。轉速測量的方法很多，測量儀表的型式也多種多樣，其使用條件和測量精度也各不相同。根據轉速測量的工作方式可分為兩大類：接觸式轉速測量儀表與非接觸式轉速測量儀表。前者在使用時必須與被測轉軸直接接觸，如離心式轉速表、磁性轉速表與測速發電機等；后者在使用時不需要與被測轉軸接觸，如光電式轉速表、電子數字式轉速表、閃光測速儀等。轉速測量的方法從接觸式測量(機械式)，到非接觸式測量(光電式、磁感應式)，再到利用視頻技術測量轉速，各種測量方法都有優缺點，在測量轉速時需要選擇合適的測量方式才能使測得的轉速更加接近真實值。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決現有技術中缺少利用軸心軌跡來計算轉子轉速的方法的問題，提出了一種基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置及方法。本專利技術的技術方案為：基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置，包括振動臺、信號采集分析單元及計算機數字信號分析單元；振動臺、信號采集分析單元、計算機數字信號分析單元順次連接。優選地，信號采集分析單元與計算機數字信號分析單元通過1394信號線連接。優選地，信號采集分析單元包括信號采集分析儀與電渦流位移傳感器；信號采集分析儀連接于計算機數字信號分析單元，電渦流位移傳感器連接于振動臺；信號采集分析儀與電渦流位移傳感器之間通過信號線連接。優選地，計算機數字信號分析單元包括低通濾波器和數學計算分析處理軟件MATLAB。本專利技術還提供了基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算方法，包括以下步驟：S1、運行旋轉機械使其在額定工況下工作；S2、利用電渦流位移傳感器測量轉子互相垂直方向上的位移信號；S3、利用低通濾波器對位移信號進行濾波，得到信號中的主要成分；S4、利用濾波后的位移信號合成軸心軌跡，計算軸心軌跡上每個點相對于水平方向上的夾角；S5、對求得的夾角進行周期性分析，計算出轉子的轉速。進一步地，步驟S1中旋轉機械的轉速隨機變化。進一步地，步驟S3具體為：對采集到的位移信號進行傅立葉變換，分析出其中的主要的頻率成分，并利用低通濾波器濾出位移信號中的主要成分。進一步地，步驟S4中求得夾角的取值范圍為-90°～90°。進一步地，步驟S5具體為：選定步驟S4中一個角度為參考角，每出現一次參考角，夾角變化一周期，記為一個脈沖信號；每出現兩個脈沖信號轉子旋轉一周；根據所獲得的脈沖信號即可求得轉速信號。本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術選用了軸心軌跡來對轉子轉速進行計算，將軸心軌跡和轉速聯系起來，為旋轉機械轉速的監測提供了新的實現方法。(2)本專利技術采用軸心軌跡來對轉速進行監測，可以在工程應用中減少轉速傳感器的安裝，也可以在不方便安裝轉速傳感器的地方根據軸心軌跡來進行轉速監測，為工程應用提供了新的測量方法，具有廣闊的應用前景。附圖說明圖1為本專利技術提供的基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置結構框圖。圖2為本專利技術實施例的電渦流位移傳感器的實物圖。圖3為本專利技術提供的基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算方法流程圖。圖4為本專利技術實施例的旋轉機械施加的轉速設定圖。圖5為本專利技術實施例的原始轉子水平、豎直方向上的位移信號圖。圖6為本專利技術實施例的原始軸心軌跡圖。圖7為本專利技術實施例的轉子水平方向上位移信號的傅立葉變換頻譜圖。圖8為本專利技術實施例的提純后的轉子水平、豎直方向上的位移信號圖。圖9為本專利技術實施例的提純后的軸心軌跡圖。圖10為本專利技術實施例的軸心軌跡上每點相對于水平方向上的夾角示意圖。圖11為本專利技術實施例的由軸心軌跡計算得到的轉子轉速示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施例作進一步的說明。本專利技術提供了一種基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置，如圖1所示，包括振動臺、信號采集分析單元及計算機數字信號分析單元。振動臺、信號采集分析單元、計算機數字信號分析單元順次連接。其中，信號采集分析單元與計算機數字信號分析單元通過1394信號線連接。信號采集分析單元包括信號采集分析儀與電渦流位移傳感器，用于采集轉子位移信號。信號采集分析儀連接于計算機數字信號分析單元，電渦流位移傳感器連接于振動臺；信號采集分析儀與電渦流位移傳感器之間通過信號線連接。電渦流位移傳感器的實物如圖2所示。計算機數字信號采集分析單元包括低通濾波器和數學計算分析處理軟件MATLAB，用于對軸心軌跡進行提純。本專利技術還提供了一種基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算方法，如圖3所示，包括以下步驟：S1、運行旋轉機械使其在在額定工況下工作。其中，額定工況包括不同的轉速和加速度，并且隨時間變化。本專利技術實施例中，如圖4所示，為了使案例更加接近實際工程應用，設定轉速在10s內由0r/s勻加速到30r/s，保持5s，再經過10s勻減速至0r/s。S2、利用電渦流位移傳感器測量轉子互相垂直方向上的位移。軸心軌跡需要相互垂直的兩個電渦流位移傳感器來測量。本專利技術實施例中，為了便于安裝，將傳感器安裝在水平和豎直方向上。采集到的位移信號如圖5所示，水平和豎直方向的位移信號是正余弦信號。由采集到的位移信號合成的軸心軌跡如圖6所示，可以看出軸心軌跡上有很多尖峰，不能直接用來進行轉速計算。S3、利用低通濾波器對位移信號進行濾波，得到信號中的主要成分。本專利技術實施例中，通過傅立葉變換，分析出采集到的信號的主要頻率成分，然后利用低通濾波器對其進行提純，得到位移信號的主要成分。通過傅立葉變換得到信號的頻譜圖如圖7所示，可以分析出信號中的主要的頻率成分為0Hz—30Hz，然后利用低通濾波器濾出30Hz以下的頻率成分的信號，如圖8所示。S4、利用濾波后的位移信號合成軸心軌跡，計算軸心軌跡上每個點相對于水平方向上的夾角。通過提純后的軸心軌跡圖可以看出軸心軌跡是準周期的振動，類似于圓周循環。軸心軌跡上的點繞軸心軌跡一周，軸心軌跡上的點和水平方向上的夾角將會由0°變化到360°。圖9為提純后的軸心軌跡圖，比較圖9和圖6可以看出，提純后的軸心軌跡已經平滑了，可以進行角度計算。圖10為軸心軌跡上的點和水平方向上的夾角，由圖10可以看出，夾角在-90°～90°之間循環。S5、對求得夾角進行周期性分析并計算出轉子的轉速。由于求得的夾角變化范圍為-90°～90°，因此求得的夾角經過兩個周期轉子軸心軌跡循環一周。選定步驟S4中一個角度為參考角，例如30°，則每出現一次30°，夾角變化一周期，記為一個脈沖信號。假定轉子在一圈內的轉速為一定的，則每出現兩個脈沖信號轉子旋轉一周。根據脈沖信號每兩個周期的起始時間可以計算得到在此時間段內轉子的轉速。將每個周期內的轉速進行平滑連接就得到的轉子在整個運行時間內的轉速。圖11為通過軸心軌跡計算出來的轉子轉速，比較圖11和圖4可以看出，計算出來的轉速和實際的轉速基本一致，說明通過軸心軌跡來計算轉速是可行的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置，其特征在于，包括振動臺、信號采集分析單元及計算機數字信號分析單元；所述振動臺、信號采集分析單元、計算機數字信號分析單元順次連接。

【技術特征摘要】
1.基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算裝置，其特征在于，包括振動臺、信號采集分析單元及計算機數字信號分析單元；所述振動臺、信號采集分析單元、計算機數字信號分析單元順次連接。2.根據權利要求1所述的旋轉機械轉速計算裝置，其特征在于，所述信號采集分析單元與計算機數字信號分析單元通過1394信號線連接。3.根據權利要求1所述的旋轉機械轉速計算裝置，其特征在于，所述信號采集分析單元包括信號采集分析儀與電渦流位移傳感器；所述信號采集分析儀連接于計算機數字信號分析單元，電渦流位移傳感器連接于振動臺；所述信號采集分析儀與電渦流位移傳感器之間通過信號線連接。4.根據權利要求1所述的旋轉機械轉速計算裝置，其特征在于，所述計算機數字信號分析單元包括低通濾波器和數學計算分析處理軟件MATLAB。5.基于軸心軌跡的旋轉機械轉速計算方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、運行旋轉機械使其在額定工況下工作；S2、利用電渦流位移傳感器測量轉子互相垂直方向...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王科盛，馮珂，王況，韋冬東，陳鵬，宋理偉，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51