【正文】 的特征根對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響很小，因此 25 這時(shí)的二階振蕩環(huán)節(jié)可以近似為一階慣性環(huán)節(jié)。從圖上清楚地表明有兩個(gè)組成部分：一部分是高倒頻率 q2，反映源信號(hào)特征；另一部分是低倒頻率 q1，反映系統(tǒng)的特性。 30 時(shí)頻分析法 傳統(tǒng)的時(shí)頻分析方法 1 短時(shí)傅立葉變換 這是一種最基本的時(shí)頻分析方法。用它分析數(shù)據(jù)共需兩個(gè)基本步驟：首先，用一種信號(hào)分解方法把信號(hào)分解成一些基本模式分量。 然而，過多地重復(fù)該處理過程會(huì)導(dǎo)致基本模式分量變成純粹的頻率調(diào)制信號(hào)，而其幅度變成為恒定的。 在這種時(shí)頻分析方法中，主要概念性的創(chuàng)新就是基于信號(hào)局部特征的分解方法的引人，它的引人使得瞬時(shí)頻率這一概念具有了實(shí)際的 物理意義，同時(shí)也使這一方法不同于用很多諧波分量來代表復(fù)雜的非線性與非平穩(wěn)信號(hào)的傳統(tǒng)方法，如傅立葉變換，也不同于小波變換中尺度的頻率定義方法，而是與頻率的經(jīng)典定義法〔信號(hào)相位的導(dǎo) )相一致。為了進(jìn)行定量分析，需要一個(gè)指數(shù)來表明信號(hào)的平穩(wěn)性偏差到底有多大。有關(guān)邊界譜特性用于實(shí)際復(fù)雜信號(hào)與數(shù)據(jù)的物理解釋還需進(jìn)一步的研究。 實(shí)際上，該方法得到了一個(gè)用于信號(hào)分解的自適應(yīng)的廣義基，從信號(hào)分配基函數(shù)理論角度來說，上述分解方法是在基函數(shù)理論上的一種創(chuàng)新。然而，實(shí)際上對(duì)于非線性數(shù)據(jù)，包絡(luò)均值可能不同于真實(shí)的局部均值，結(jié)果，一些非對(duì)稱波仍可能存在。一旦基本小波被選定就必須用它來分析所有待分析數(shù)據(jù)。 實(shí)際上，如果齒輪缺陷嚴(yán)重或多種故障存在，以致許多機(jī)械中經(jīng)常出現(xiàn)的不對(duì)準(zhǔn)、松動(dòng)、及非線性剛度等原因，或者出現(xiàn)拍波截?cái)嗟仍驎r(shí)，則邊帶頻率將大量增加。如在噪聲測(cè)量時(shí)，所測(cè)得之信號(hào)，不僅有源信號(hào)而且又有不同方向反射回來的回聲信號(hào)的混入，要提取源信號(hào)，也必須刪除回聲的干擾信號(hào)。 圖 5— 6 二階振蕩環(huán)節(jié)頻率特性極坐標(biāo)圖 圖 5— 6 的曲線族表明，二階振蕩環(huán)節(jié)的頻率特性和阻尼比ξ有關(guān)，ξ大時(shí)，幅值 M(ω )變化??；ξ小時(shí)， M(ω )變化大。相位移φ (ω )＝ 00。 2．對(duì)數(shù)相頻特 性 該圖縱軸按均勻刻度，標(biāo)以 )(?? 值，單位為度；橫軸刻度與對(duì)數(shù)幅頻特性相同，按對(duì)數(shù)刻度，標(biāo)以頻率ω值，稱作對(duì)數(shù)相頻特性。因此更加具有工程實(shí)用意義。 ? 當(dāng)自然頻率 ω n 增加時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快但是系統(tǒng)響應(yīng)的峰值保持不變，超調(diào)量由阻尼系數(shù)唯一確定。 （二） 暫態(tài)性能分析 典型輸入信號(hào) 階躍信號(hào)、速度信號(hào)、加速度信號(hào)、脈沖信號(hào)、正弦信號(hào) 暫態(tài)性能指標(biāo) 利用系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線的特征來定義控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) ,直觀，含義清楚。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)最基本的性質(zhì)。然后對(duì)所收集的信息進(jìn)行篩選，刪除本身正確、正常、未發(fā)生變化的信息。 （ 3） 專家系統(tǒng) 診斷 專家系統(tǒng)是應(yīng)用大量人類專家的知識(shí)和推理方法求解復(fù)雜實(shí)際問題的一種人工 智能 計(jì)算機(jī)程序。 轉(zhuǎn)子與靜止件發(fā)生的徑向摩擦還可以進(jìn)一步分為兩種情況：一種是轉(zhuǎn)子在渦動(dòng)過程中與靜子發(fā)生的偶然性或周期性的局部碰磨；另一種是轉(zhuǎn)子與靜子的摩擦接觸弧度較大，甚至發(fā)生 360176。轉(zhuǎn)子彎曲有永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲兩種情況。 傅立葉變換的逆變換容易求出 ,而且形式與正變換非常類似 。大型汽輪發(fā)電機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)在當(dāng)時(shí)成為了國家‘七五’、‘八五’重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，并在‘九五’期間繼續(xù)受到支持，其重要意義是顯而易 見的。由于共振時(shí)，整個(gè)彈性體的振幅最大，動(dòng)應(yīng)力也急劇增加。 國外的資料表明：故障診斷的效果是明顯的。因此，汽輪發(fā)電機(jī)組的故障診斷一直是故障診斷技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。實(shí)際上，當(dāng)今大量的現(xiàn)場實(shí)際疑難振動(dòng)，也還是采用這種人工故障診斷方法進(jìn)行診斷分析，所不同的則是測(cè)量工具和信號(hào)分析手段不斷改進(jìn)和更新。但實(shí)際上，由于制造水平和裝備的誤差以及材質(zhì)的不均勻，所以轉(zhuǎn)子的幾何中心 不重合產(chǎn)生了質(zhì)量的偏差。無論是從重要性還是具有的經(jīng)濟(jì)效益來衡量，都將對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生重要的意義。頻率信息提取的精確性受限于窗口的長度。由于不對(duì)中，將導(dǎo)致軸向、徑向交變力，引起軸向振動(dòng)和徑向振動(dòng)。 油膜振蕩的防治措施： 提高軸的臨界轉(zhuǎn)速，使軸的轉(zhuǎn)速不超過 2 倍臨界轉(zhuǎn)速， 設(shè)計(jì)上盡量避開油膜共振區(qū)，增加軸承比壓，減小軸承間隙，調(diào)整油溫。 振動(dòng)診斷技術(shù)有很多方法可以采用，例如：振動(dòng)特征分析，振動(dòng)譜分析，振動(dòng)倒譜分析，振動(dòng)包絡(luò)分析，振動(dòng)全息譜分析，振動(dòng)三位譜圖分析，振動(dòng)超工頻或亞工頻諧波分析，振動(dòng)時(shí)域分析，振動(dòng)模態(tài)分析等。 由于儀表失靈在大機(jī)組所發(fā)生的各類故障診斷中所占的概率較大，以及因工藝系統(tǒng)波動(dòng)或操作不當(dāng)（特別是在開車或工藝負(fù)荷調(diào)整的過程中）而產(chǎn)生的故障也常有發(fā)生，因此切忌僅限于一、兩個(gè)因素就輕易判斷發(fā)生了機(jī)械設(shè)備故障，而應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)、儀表、運(yùn)行、現(xiàn)場等多方面情況進(jìn)行綜合的判 斷。 11 第三章 簡介幾種信號(hào)處理方法 時(shí)域分析法 時(shí)域分析 指控制系統(tǒng)在一定的輸入下，根據(jù)輸出量的時(shí)域表達(dá)式，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 解決辦法：用一個(gè)很小的正數(shù)（也可以是負(fù)數(shù)）然后繼續(xù)列勞斯表。 ζ 增加，將減少系統(tǒng)的振蕩，減少超調(diào)量；但上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間加大。 (1)頻域分析法是在頻域內(nèi)應(yīng)用圖解法評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的一種工程方法，頻域分析法不必求解系統(tǒng)的微分方程而可以分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)時(shí)域性能。 （ 二 ） 、對(duì)數(shù)頻率特性 (伯德圖 ) 由上面的介紹可知，幅相頻率特性是一個(gè)以ω為參變量的圖形，在定量分析時(shí)有一定的不便之處。要用頻率特性的極坐標(biāo)圖示法分析控制系統(tǒng)的性能，首先要掌握典型環(huán)節(jié)頻率特性的極坐標(biāo)圖。由式 (5— 18)及圖 56 可知，當(dāng)ω＝ 0 時(shí)， M(ω )＝ 1，φ (ω )＝ 00 ；在 0 ＜ ξ ＜ 1 的 欠 阻 尼 情 況 下 ， 當(dāng) ω ＝T1時(shí)，090)(,21)( ??? ????M ，頻率特性曲線與負(fù)虛軸相交，相交處的頻率為無阻尼自然振蕩頻率ω＝ T1 ＝ n? 。還可以解卷積 (褶積 )成分，易于對(duì)原信號(hào)的分離和識(shí)別。 假如上例中對(duì)于一個(gè)具 有四個(gè)輪幅的 100 個(gè)齒的齒輪，其軸準(zhǔn)轉(zhuǎn)數(shù)為 50轉(zhuǎn) /秒，而其嚙合頻率 5000Hz。有時(shí)，對(duì)通過小波分析得到的時(shí)頻分析的解釋也有違常規(guī)，如為了確定事件發(fā)生的具體位置，必須在高頻段來尋找〔頻率越高，其時(shí)間精度才越高〕。因此，必須把信號(hào)分解為基本模式 分量。對(duì)每一個(gè)基本模式分量進(jìn)行希爾伯特變換之后，可以把數(shù)據(jù)表示成下面的形式： ? ? ? ? ? ?1 jn i t tjjX t a t e ??? ? （ 13） 從上式可以看出，每一個(gè)基本模式分量可以是幅度或頻率調(diào)制的。 34 4 希爾伯特譜的邊界譜特性 由上述方法得到希爾伯特時(shí)頻譜之后，我們可得到它的邊界譜邊界譜表達(dá)了每個(gè)頻率在全局上的幅度 (或能量 )貢獻(xiàn)，它代表了在統(tǒng)計(jì)意義上的全部數(shù)據(jù)的累加幅度。 在得到復(fù)雜信號(hào)的基本模式分量之后，除了計(jì)算瞬時(shí)頻率和希爾伯特時(shí)頻譜之外，可以結(jié)合其它的信號(hào)分析方法來進(jìn)一步研究，如在 EMD 信號(hào)分解的基礎(chǔ)上建立非線性 、非平穩(wěn)模型等等。其 關(guān)鍵是信號(hào)分解算法，它的好壞直接影響到信號(hào)分解的精度 EMD 分解技術(shù)對(duì)于分析實(shí)際廣泛存在的非線性與非平穩(wěn)性現(xiàn)象十分有效，但也存在一些問題。 總之， 1c 中應(yīng)包含原始信號(hào)中最短的周期分量從原始信號(hào)中分離出分量。 因此，必須定義瞬時(shí)頻率。 2 WignerVille 分布 WignerVille 分布屬于二次時(shí)頻分析，是信號(hào)在時(shí)頻平面上的聯(lián)合功率譜。 如一對(duì)工作中的齒輪，在實(shí)測(cè)得到的振動(dòng)或噪聲信號(hào)中，包含著一定數(shù)量的周期分量。 倒頻譜分析法 （ 1） .倒頻譜的數(shù)學(xué)描述 倒頻譜函數(shù) CF(q)(power cepstrum)其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （ ） CF(q)又叫功率倒頻譜，或叫對(duì)數(shù)功率譜的功率譜。系統(tǒng)中每增加一個(gè)微分環(huán)節(jié)將使相位超前 900。由這條曲線形成的圖像就是頻率特性的極坐標(biāo)圖，又稱為 G(jω )的幅相頻率特性。因此，利用伯德圖來分析系統(tǒng)穩(wěn)定性及求取穩(wěn)定裕量 —— 相位裕量和幅值裕量，也比奈氏圖方便。 0 型系統(tǒng) ??????? niimiipszsKsHsG11)()()()( V 型系統(tǒng) szsKsHsGmii???? 1)()()( 頻域分析法 用時(shí)域分析法分析和研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)誤差最為直觀和準(zhǔn)確，但是，用解析方法求解高階系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)往往十分困難。 可以用上升時(shí)間或者調(diào)節(jié)時(shí)間來 作為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。因此，后面將陸續(xù)介紹各種穩(wěn)定性判據(jù)。 （ 4） 故障部位的診斷 判斷故障所發(fā)生的具 體部位，對(duì)停車后的搶修工作有著很重要的指導(dǎo)作用， 10 判斷具體、準(zhǔn)確時(shí)，可以大大縮短搶修時(shí)間，降低檢修費(fèi)用，為工廠創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。 小波分析，即小波變換，是指在信號(hào)的不同頻率段具有不同的分辨力分析方法。由于存在松動(dòng)，極小的不平衡或者不對(duì)中都會(huì)導(dǎo)致支承系統(tǒng)產(chǎn)生很大的振動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速的 2 倍以上時(shí)，半速渦動(dòng)頻 率有可能達(dá)到第一臨界轉(zhuǎn)速，此時(shí)會(huì)發(fā)生共振，造成振幅突然驟增，振動(dòng)非常劇烈。軸頸在軸承中偏斜稱為軸承不對(duì)中。K，德國的申克及日本的武田理研等，生產(chǎn)并維護(hù)著多種用于設(shè)備故障診斷的儀器及軟件系統(tǒng)。而且由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的復(fù)雜性和多樣性，如果發(fā)生故障，影響范圍一般都比較大，同時(shí)這些引起故障的原因卻非常復(fù)雜且不明顯，要準(zhǔn)確的判斷出汽輪發(fā)電機(jī)組故障類型及故障發(fā)生的部位相當(dāng)困難，檢修時(shí)間和難度都會(huì)大大提高。在 1988 年 6 月 , 在 1 個(gè)網(wǎng)局曾出現(xiàn)同時(shí)有 5 臺(tái) 200MW 以上的大型機(jī)組由于振動(dòng)原因停機(jī)處理的緊急局面。 關(guān)鍵詞：故障診斷 振動(dòng)監(jiān)測(cè) 汽輪機(jī) 快速傅里葉變換 2 ABSTRACT: KEYWORD: 目錄 3 摘要 ABSTRACT 第一章 緒論 4 汽輪機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷的概況 ................................................................... 4 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組故障診斷處理的意義 ................................................................... 4 國內(nèi)外汽輪機(jī)組故障診斷處理發(fā)展?fàn)顩r ............................................................... 5 快速傅 立葉變換（ FFT）應(yīng)用于汽輪機(jī)故障診斷的簡介 ........................................ 5 第二章 汽輪發(fā)電機(jī)組常見的故障診斷技術(shù) ................................................................... 7 汽輪機(jī)組常見的故障類型及產(chǎn)生的原因 ............................................................... 7 常見故障診斷技術(shù)與方法的介紹 .......................................................................... 8 故障診斷的步驟 ................................................................................................... 9 第三章 簡介幾種信號(hào)處理方法 .............................................................................11 ........................................................................................................11 ...........................................................................