文档介绍：动力设备振动分析与研究项目研究报告(第二部分) 编写: 秦卫阳审核: 任兴民西北工业大学振动工程研究所 2004 年11月动力设备振动分析与研究项目理论研究部分根据中国石油塔里木油田分公司与西北工业大学关于“动力设备振动分析与研究”项目的合作协议,西北工业大学振动工程研究所对于塔里木油田分公司轮南油田发电队的 6台燃气轮机发电机组进行了实地考察分析,在此基础上,开发出一套集成了数据采集、分析、趋势预测、故障分析等方面内容的系统,采用多种方法对燃机振动信号进行了分析,并且形成了界面友好,功能强的软件,便于用户分析、使用。 1 .状态监测准则利用测量机器的振动,随时了解和掌握机器的运行状杏,发现异常、预测发展趋势、防止故障等,是机械设备现代化管理最基本的工作。机械设备状态监测准则如下: ;监测振动速度和加速度可以保怔力不致于超过极见监测温度可以防止强应丧失和过热损伤等。 。虽然振动监测手段不能制上故障发生,但能在故障还处于初期和局部范围时就发现并报告它的存在,以防止恶性事故发生和继发性损伤。校正或更换有故障的器件所花的费用和时间与为维修由故障而停机或造成大面积损伤所花的费用和时间相比要低得多. ;是决定机器小修、中修、大修的周期和内容的依据,进而避免对机器下必耍的拆卸而破坏其完整性。 l特别是报警危及人身利设备安全的恶性事故,是状态监测重耍的目的。 2. 分析方法燃气轮机发电机组是一套结构复杂的旋转机械,包括压气机、涡轮、齿轮箱、电机等主要部分,测量得到的信号,是在轴承处传感器上得到的,反映了轴承处轴的振动情况。监测轴承处的振动信号,可以了解整个机器的运行情况。由于采集的时域信号,很难分析出其中所含的频率成分,以及谐波成分,所以对于采集的时域信号,如位移信号、速度信号、加速度信号,必须进行信号处理,才能分析出信号的规律。 谱分析方法?傅立叶变换(Fourier Transform) 设)(tx 为一连续时间信号,若)(tx 属于 1L 空间,即满足??????dttx|)(| (1) 则)(tx 的 Fourier 变换存在,定义为??????dtetxX tj??)()( (2) 其反变换定义为?????????deXtx tj)(2 1)( (3) 其中 f??2?为角频率, )(?X 称为)(tx 的谱(傅立叶变换函数)。由于一般情况下, )(?X 是一个复值函数,因此存在实部与虚部,即)()()(??? IR jX XX??(4) 其中, ????? tdt txX R? cos )( ,????? tdt txX I? sin )( 或者表示成: )(|)(|)( ???? jeXX ??。|)(|?X 称为振幅谱,而)(??称为相位谱。?离散傅立叶变换对于采样得到的离散数字信号)( ~nx ,进行傅立叶变换时,需要采用离散傅立叶变换( Discrete Fourier Transform, 简称 DFT ):???? 10)( ~)( ~ Nn knNWnxkX (5) 而相应的离散傅立叶逆变换定义为: ????? 10)( ~ 1)( ~ Nk knNWkXN nx (6) 其中 N jNeW ?2???快速傅立叶变化(Fast Fourier Transform ,简称 FFT) 在进行 DFT 的计算时,可以利用复系数 N je ?2?的周期性和对称性来提高计算离散傅立叶变换的效率。 FFT 不是一种新的傅立叶变换,它是 DFT 的一种快速实现算法,在实际的信号处理中被广泛采用。进行信号的分析时,常常需要知道信号的能量分布,而信号的傅立叶变化存在实部、虚部,不方便实际的处理。?功率谱密度函数对于一个时间历程)(tx ,按时间平均计算的各态历经随机过程的自相关函数定义为????? TT xdttxtxT R 0)()( 1 lim )(??(7) 它是乘积)()(??txtx 在足够长的观测时间 T内的平均值,它描述了)(tx 与)(??tx 之间的相互关系,它是相关性的数量描述。自功率谱密度函数可以由自相关函数得到。按照傅立叶变换理论,假设自相关函数)(? xR 绝对可积,则定义为???????????deRfS fjx 2)(2 1)( (8) 功率谱密度函数描述的是振动的频率构成,它不是离散谱,而是连续谱。对于离散时间信号,采集的为离散的数据点,由此得到的是对自相关函数与自功率谱密度函数的估计。自相关函数的估计为???????????????? MMN M Ni N xmnxnxM imnx