【正文】 缺乏精確性。如圖 10(a)所示， xy的相點(diǎn)只是平面上的一個(gè)單位圓，其相位函數(shù)如圖 10(b)所示是一條直線，而瞬時(shí)頻率如圖 10(c)所示是一個(gè)常數(shù)。 2)信號(hào)上任意一點(diǎn)，由局部極大值點(diǎn)確定的包絡(luò)線和由局部極小值點(diǎn)確定的包絡(luò)線的均值均為零，即信號(hào)關(guān)于時(shí)間軸局部對稱。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 29 固有模 態(tài)函數(shù) Huang 等人在總結(jié)瞬時(shí)頻率有意義的單分量信號(hào)應(yīng)滿足的條件的基礎(chǔ)上，提出了固有模式函數(shù) (Intrinsic Mode Function， IMF)的新概念，基于這類函數(shù)的局部特性，使函數(shù)的任何一點(diǎn)瞬時(shí)頻率都有意義。 為了探索這些局部限定條件 Huang等人分析了一個(gè)簡單的例子。 這導(dǎo)致了 Cohen(1995)引入了 “單調(diào)分量函數(shù) ” 的概念，即式 (39)只能表示一個(gè) “單組分函數(shù) ”的頻率。設(shè)： ()( ) ( ) ( ) ( ) jtriZ t Z t jZ t A t e ?? ? ? (34) 如果我們能夠確定虛部，那么就可以明確地定義幅值和相位，即： 22 ()( ) ( ) ( ) ( ) ()irirZtA t Z t Z t t a r c tg Zt?? ? ? (35) 1946年 Gabor引入了解析信號(hào)，提出了實(shí)信號(hào)產(chǎn)生唯一一個(gè)復(fù)信號(hào)的方法。每個(gè) EMD 分解出的 IMF 都是單組分的 ,相當(dāng)于序列的每一點(diǎn)只有一個(gè)瞬時(shí)頻率 ,無其他頻率組分的疊加。在運(yùn)行過程中，汽缸承受較大的溫度梯度和壓力梯度，因而容易產(chǎn)生較大的變形。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 24 （ 3）負(fù)荷大幅變化時(shí)的負(fù)荷控制。 噪聲診斷法就是利用特定的生傳感器來檢測機(jī)組的噪聲信號(hào)，對噪聲信號(hào)進(jìn)行分析，提取碰摩所產(chǎn)生的碰摩噪聲信號(hào)，根據(jù)所提取的噪聲信號(hào)的頻譜特征和功率大小等定量指標(biāo)來診斷碰摩故障是否發(fā)生，故障的嚴(yán)重程度。將機(jī)組打匝至盤的狀態(tài)，或者保持在某一轉(zhuǎn)速數(shù)小時(shí)甚至更長時(shí)間，使碰摩部位自行摩損。 （ 3）汽輪機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行中嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，防止汽輪機(jī)進(jìn)水。機(jī)組運(yùn)行過程中控制碰摩振動(dòng)的措施主要有如下幾個(gè)方面： （ 1）控制機(jī)組的轉(zhuǎn)速，使機(jī)組盡量避開不穩(wěn)定碰摩轉(zhuǎn)速區(qū)。但據(jù)現(xiàn)場大量實(shí)測結(jié)果表 明，轉(zhuǎn)軸碰摩容易進(jìn)入晚期的只是啟停中轉(zhuǎn)軸碰摩，工作轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)軸碰摩很少進(jìn)入晚期。 （ 3）嚴(yán)重的碰摩可以使材料摩損后變 為輕度碰摩，甚至能完全脫離碰摩狀態(tài)。 （ 4） 接觸材料之間存在 能量的吸收和轉(zhuǎn)移。摩擦使轉(zhuǎn)子從正向渦動(dòng)轉(zhuǎn) 為 反向渦動(dòng)。 碰撞產(chǎn)生的效應(yīng)： （ 1） 改變轉(zhuǎn)子的振動(dòng)形態(tài)。 圖 6 某小型 轉(zhuǎn)子 實(shí)驗(yàn) 臺(tái)模擬 碰摩振動(dòng)信號(hào) 的 頻譜 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 振動(dòng)信號(hào)的時(shí)變特征 所謂轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)的 時(shí)變 特征，是指振動(dòng) 的 幅值及相位與時(shí)間的關(guān)系。碰摩 故障越嚴(yán)重，削波 現(xiàn)象 越明顯，有時(shí)甚至 會(huì) 出現(xiàn) “波峰 ”與 “波谷 ”同時(shí)被削去的現(xiàn)象，這時(shí)， 碰摩 已經(jīng) 非常 嚴(yán)重了。 此處 振動(dòng)參量是指振動(dòng) 的 位移、速度和加速度。對于輕微的 摩擦，這種諧波分量 并 不重要。 1）對于輕微碰摩，振幅通常不發(fā)生變化或有所增加。 (3)正向全周碰摩大振幅的振動(dòng)頻率是工頻，即 1X。 （ 3）汽輪機(jī)隔板設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠或焊接隔板質(zhì)量差， 會(huì) 使 隔板 在 機(jī)組運(yùn)行過程 中撓度過大，也會(huì)造成隔板與葉輪 的 碰摩。因此，間隙量的控制在一定程度上和設(shè)計(jì)、 安裝以及 檢修人員的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。大型汽輪機(jī)低壓缸的剛度小，抽真空后易變形。 按轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)與靜止部件的接觸情況分為整周碰摩和部分碰摩?，F(xiàn)在的 HHT就 如 同 80年代早期的小波分析，產(chǎn)生了眾多有用的結(jié)果卻在等待 建立 數(shù)學(xué) 理論 來證明我們的例子，其理論框架的建立 將是一個(gè)漫長的艱苦過程。沈國際 [24]給出了 EMD分解中多頻信號(hào)分離的一個(gè)必要條件，并用于齒輪箱故障振動(dòng)信號(hào)的分離。 Flandrin和 Wu Zhao hua分別利用高斯噪聲、白噪聲驗(yàn)證了 EMD本質(zhì)上是類似小波分解的、恒品質(zhì)因數(shù)的帶通濾波器。其 本質(zhì) 是，將原始信號(hào)經(jīng) EMD分解成一系列稱為 固有模態(tài) 函數(shù)（ Intrinsic mode function， IMF）的組合，然后對每個(gè) IMF利用解析信號(hào)相位求導(dǎo)定義計(jì)算出有意義的瞬 時(shí)頻率及瞬時(shí)幅值， 從而 獲得信號(hào)的時(shí)頻譜。 為了能 夠 反映出頻 率 隨時(shí)間變化的規(guī)律，人們提出了時(shí)頻聯(lián)合分析法，即將一維時(shí)間信號(hào)以二維時(shí)頻密度函數(shù)表示出來，旨在揭示信號(hào)中包含多少頻率分量，以及每一分量是如何隨時(shí)間變化的。 故障診斷領(lǐng)域的重點(diǎn)一直 都 是 診斷方法的研究。目前，正在研究的信號(hào)分析與處理方法有變時(shí)基 FFT、短時(shí)基 FFT、 小波分析 、 Winger 變換、 時(shí) 頻分析、全息譜分析、延時(shí)嵌 陷分析、信號(hào)的分維數(shù)計(jì)算等。 通過監(jiān)測得到大量 的設(shè)備 狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以更充分地了解 設(shè)備 的性能，為改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)、制造水平及產(chǎn)品質(zhì)量提供有力的 保障 。每個(gè) EMD 分解出的 固有 模態(tài)函數(shù) (Intrinsic Mode Function， IMF)都是單組分的，相當(dāng)于序列的每一點(diǎn)只有一個(gè)瞬時(shí)頻率，無其他頻率成分的疊加 。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中的多發(fā)故障，將導(dǎo)致 非平穩(wěn)性 動(dòng)態(tài)信號(hào)的出現(xiàn)， 所以 ，非平穩(wěn)性可 用來 表征某些故障的存在。其他民辦企業(yè)，如三菱重工、 東芝電器、日立制作所 、 川崎重工 等也以企業(yè)內(nèi)部工作為中心，開展了一些應(yīng)用水平較高的實(shí)用項(xiàng)目。 1971年 ， MFPG劃歸美國國家標(biāo)準(zhǔn)局 (NSB)領(lǐng)導(dǎo)， 正式 成為一個(gè)官方組織。 EMD從本質(zhì)上講 就 是把一個(gè) 非平穩(wěn) 信號(hào)進(jìn)行平穩(wěn)化處理，其結(jié)果是將信號(hào)中不同尺度的波動(dòng)或趨勢逐級(jí)分解，產(chǎn)生一系列具有不同特征尺度的數(shù)據(jù)序列 —— 固有 模態(tài)函數(shù)，再 通過 Hilbert變換 得到 瞬時(shí)頻率及幅值。轉(zhuǎn)子碰摩分為局部碰摩和全周碰摩。 然而 在高轉(zhuǎn)速 和 高應(yīng)力狀態(tài)下，部件承受 很 大 的 載荷， 而 且常承受各種交變應(yīng)力的作用。 1956 年 ， 哈爾濱汽輪機(jī)廠建廠，先后設(shè)計(jì)制造了中國第一臺(tái)25MW、 50MW、 100MW 和 200MW 汽輪機(jī) ， 80 年代從 西屋公司引進(jìn)了 300MW和 600MW 汽輪機(jī)的全套設(shè)計(jì)和制造技術(shù)， 1986 年 ， 成功 制造 出 中國第一臺(tái)600MW 汽輪機(jī)， 其 自主研制的三缸 600MW 汽輪機(jī) 也 已經(jīng)投入生產(chǎn)。 2）反動(dòng)式汽輪機(jī)：主要由反動(dòng)級(jí)組成，蒸汽在噴管葉柵 (或靜葉柵 )和動(dòng)葉柵中都進(jìn)行膨脹，且膨脹程度大致相同。如 800MW 機(jī)組比 500MW 機(jī)組 的千瓦造價(jià)低17%； 1200MW 機(jī)組比 800MW 機(jī)組的千瓦造價(jià)低 15%20%。汽輪機(jī)不僅是現(xiàn)代火電廠和核電站中普遍采用的 原 動(dòng)機(jī)，還廣泛用于 船運(yùn) 、化工、 冶金 等部門用來直接驅(qū)動(dòng)各種從動(dòng)機(jī)，如各種泵、 風(fēng)機(jī) 和 壓縮機(jī) 等。 EMD方法基于信 號(hào)的局部特征時(shí)間尺度，能把復(fù)雜的信號(hào)函數(shù)分解 成 有限 個(gè) 固有模態(tài)函數(shù)（ intrinsic mode function， IMF)之和， 而 每個(gè) IMF所包含的頻率成分不僅與分析頻率有關(guān)， 還 隨信號(hào)本身 的 變化而變化，因此 ， EMD方法是自適應(yīng)的信號(hào)處理方法。由于汽輪機(jī)組結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的復(fù)雜性、運(yùn)行環(huán)境的特殊性， 導(dǎo)致 汽輪機(jī)組的故障率較高，而且故 障的危害性 很大。 2. 20 世紀(jì) 60 年代， 工業(yè)發(fā)達(dá)的國家生產(chǎn)的汽輪機(jī)已經(jīng)達(dá)到 500600MW等級(jí)水平。h， 每年可節(jié)約燃煤 4 萬噸。 目前世界上汽輪機(jī)的主要制造企業(yè)有：美國的 西屋 (WH)、 通用 (GE)電氣公司 ， 瑞士 的 ABB 公司， 日本的三菱、東芝和日立公司，俄羅斯的 烏拉爾透平 發(fā)動(dòng)機(jī)廠 (TM3)、 哈爾科夫透平發(fā)動(dòng)機(jī)廠 (XTT3)和 列寧格勒金屬工廠 (JIM3)，英國的通用公司 (GEC)，法國的阿爾斯通 大西洋公司 (AA)，德國的電站設(shè)備聯(lián)合制造公司 (KWU)等 [1]。汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)的不斷提高，促進(jìn)了汽輪機(jī)的發(fā)展 ， 汽 機(jī) 、 鍋爐效率 、 熱降的增大 和 熱循環(huán)效率的改善，都 減小了 熱耗。 因此， 汽輪機(jī)組的故障診斷問題 一直 受到有關(guān)研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和管理部門的高度重視，是現(xiàn) 代故障診斷技術(shù)的主要研究對象之一 [2]。碰摩會(huì)引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一系列不良的后果，甚至引發(fā)嚴(yán)重的機(jī)器損傷事故， 所以 ，探索有效的方法 ， 提取故障特征，及時(shí)做出診斷， 尤其 是早期診斷，對于防止重大事故 的 發(fā)生，具有十分重要的意義。 通過對 幾種時(shí)頻分析方法 [12]的 比 較， 發(fā)現(xiàn)HHT的時(shí)頻方法 能 更清楚 地 呈現(xiàn)時(shí)頻分布情況，準(zhǔn)確反映系統(tǒng)特征。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械 (特別是汽輪發(fā)電機(jī)組 )故障診斷方面， 首推美國的西屋 電氣 公司 (Westhouse)，從 1976年到 1990年已發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)化汽輪發(fā)電機(jī)組智能化故 障診斷專家系統(tǒng)，其 3套人工智能診斷軟件 (汽輪機(jī) TurbinAID、發(fā)電機(jī) GenAAID、化學(xué)水處理 ChemAID)共有診斷規(guī)則近 1000條，對西屋公司所生產(chǎn)機(jī)組的安全運(yùn)行發(fā)揮了巨大作用，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。 20 世紀(jì) 80 年代初，國內(nèi)一些重點(diǎn)大學(xué)如 清華大學(xué)、 西安交通大學(xué)、南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 7 浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京科技大學(xué) 和華中理工大學(xué)等相繼開展了這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)研究和開發(fā)研究，取得了大批可喜的成果。非平穩(wěn)信號(hào)的頻率成分是隨時(shí)間發(fā)生變化的，聯(lián)合時(shí)頻方法是比較有力的分析工具，常用的時(shí)頻分析方法有：短時(shí)傅里葉變換、 WignerVill 分布和 小波分析 等。 故障診斷的目的在于通過各種監(jiān)測手段，判斷機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。目前，對傳感技術(shù)的研究，主要是提高傳感器性能的可靠性、開發(fā)新型傳感器，以及研究如何診斷傳感器故障以減少誤診率和漏診率等方面的問題，提高對故障的分辨率。汽輪機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)是其主要 同時(shí) 也是非常重要的特征信號(hào)， 故而 汽輪機(jī)故障診斷的研究 總 是從振動(dòng)信號(hào)入手，并從振動(dòng)信號(hào)中提取故障征兆，從而建立 故障征兆集合和故障集合之間的映射關(guān)系。在線診斷系統(tǒng)在現(xiàn)場投入使用后，可 在線診斷與分析 汽輪機(jī)組的狀態(tài)和故障。與頻譜分析 法 (FFT)相比， HHT 得到的每個(gè) IMF 的振幅和頻率是隨時(shí)間變化的，消除了為反映非線性、非平穩(wěn)過程而引 入 的多余 的 無 物理意義的簡諧波；與 小波分析 相比， HHT 具有 小波分析 的全部優(yōu)點(diǎn)，在分辨率上消除了 小波分析 的模糊和不清晰，具有更準(zhǔn)確的譜結(jié)構(gòu)，由此 得到的分析結(jié)果能 更 準(zhǔn)確地反映出系統(tǒng)原有的物理特性。 區(qū)別于 以往的分析方法 ，不再認(rèn)為組成信號(hào)的基本信號(hào)是正弦信號(hào)，而是 固有 模態(tài)函數(shù)。重慶大學(xué)秦樹人、 大連理工大學(xué)馬孝江、湖南大學(xué)于德介等帶領(lǐng)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)及眾多科研人員都開展了關(guān)于 HHT理論 算法及應(yīng)用的研究，并取得了一定成果。 鄧擁軍 [27]、柳亦兵[28] 、 黃大吉 [29]、 趙進(jìn)平 [30]、 程軍圣 [31]、鐘佑明 [32]等針對 HHT中存在的端點(diǎn)處理、包絡(luò)插值方法、模態(tài)混疊等問題，各自提出了相應(yīng)的改進(jìn)算法 [33]。以上所述對 HHT的改進(jìn)性研究或多或少地改善了其存在弊端，但仍然沒有徹底 的 解決方 法。 汽輪機(jī)組動(dòng)靜碰摩產(chǎn)生的原因 隨著汽輪發(fā)電機(jī)組向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙 愈來愈小 ，軸封、 軸瓦、隔板汽封、 油擋、密封瓦發(fā)生動(dòng)靜碰摩的機(jī)會(huì)越來越多。 （ 4）動(dòng)靜間隙不足。 影響轉(zhuǎn)軸發(fā)生軸向碰摩的原因 引起轉(zhuǎn)子軸向碰摩的主要原因有以下幾方面： （ 1）汽輪機(jī)相對脹差過大，使隔 板與轉(zhuǎn)子葉輪軸向通流 間隙減小而發(fā)生碰摩。非轉(zhuǎn)動(dòng)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15 部件的不對中或翹曲也會(huì)導(dǎo)致碰摩 的發(fā)生 [25]。軸承軸頸中心也 應(yīng)該 向軸承間隙圓中心偏移。 1）碰摩在共振區(qū)發(fā)生時(shí)，相位變化不規(guī)則。 2） 對于發(fā)生在轉(zhuǎn)速變化過程中的瞬態(tài)碰摩，次同步 超同步振動(dòng)分量、邊頻及諧波分量，都是由碰摩的混沌本質(zhì)所產(chǎn)生?；?此 ，可 以 利用振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形來分析振動(dòng)故障。對某發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行碰摩實(shí)驗(yàn) ， 得 到碰摩振動(dòng)信號(hào)的頻譜 (見圖 5)，從圖中可以看出，旋轉(zhuǎn)機(jī)械 的 碰摩振動(dòng)信號(hào)的頻譜成分非常豐富，且在較寬范圍內(nèi)連續(xù)分布 。 （ 2） 振動(dòng)爬升或下降特征 振動(dòng)的爬升或下降特征，是指振動(dòng) 的 幅值 (包括通頻幅值和振幅有效值 )隨時(shí)間以較慢的速度爬升或下降，這種變化從表面上具有明 顯的宏觀趨勢。 （ 2） 碰摩點(diǎn)限制了轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子的振動(dòng)波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生削波現(xiàn)象。 碰摩轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性 碰摩發(fā)生時(shí)作用在轉(zhuǎn)軸上有兩種力： 1. 沖擊力。摩擦力是作用 于 接觸點(diǎn)的切向力，轉(zhuǎn)軸上的摩擦力與旋轉(zhuǎn)方向相反。 碰摩故障的控制 大型汽輪機(jī)組的動(dòng)靜間隙小，冷、熱態(tài)的溫度變化大，無論是在軸向方向還是徑向方向都存在較大的溫度梯度。只有及時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜碰摩，才能將它控制在早、中期以前，不至于進(jìn)入晚期階段而產(chǎn)生劇烈的碰摩振動(dòng)。 （ 4）減小摩擦區(qū)的摩擦系數(shù)。 （ 5）汽輪機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行中，通流部分若發(fā)現(xiàn)有明顯摩擦聲或金屬撞擊聲，應(yīng)立即打閘停機(jī)，以防止事故擴(kuò)大，