[发明专利]一种基于燃机外机匣振动信号的高频叶片通过频率提取方法

说明书

本发明公开了一种基于燃机外机匣振动信号的燃机高频叶片通过频率提取方法，涉及燃机变转速工况下信号转换和特征提取技术领域，该方法能在无键相条件下更为准确、有效地提取并分离出燃机各级高频叶片通过频率分量，实现了单分量的信号振动波形重构，可用于振动特征的准确提取。该方法包括：利用振动加速度传感器采集待评估的燃机外机匣的振动加速度信号。通过短时傅里叶变换得到振动信号的时频分布，再通过局部最大同步挤压变换(LMSST)得到时频聚集性良好的时频曲线，从中提取转子的一倍频转频曲线，用转子的一倍频曲线乘上各级叶片的叶片数可以得到各级叶片通过频率的理论计算值，再依靠各级叶片通过频率的理论计算值缩小时频分布的搜索范围。

技术领域

本发明涉及燃机变转速工况下信号转换和特征提取技术领域，具体涉及一种基于燃机外机匣振动信号的高频叶片通过频率提取方法。

背景技术

燃气轮机目前已在我国航天、船舶及石油化工等行业得到了广泛应用。燃气轮机工作环境恶劣，运行环境长期处于高温、高压、高转速条件，易发生故障。叶片是燃气轮机这类旋转机械的关键部件之一，据国外媒体报道，燃气轮机叶片故障占燃气轮机总故障的42％。例如叶片的断裂和叶片上附着物的脱离等故障会直接影响设备的运行状态。因此叶片损伤故障的早期智能监测诊断研究成果相对薄弱，急需加强。

目前，实现燃气轮机的叶片故障监测预警的主要技术方案有两种：(1)基于叶尖定时原理的方法，(2)基于机匣振动信号的方法。目前国内外研究的叶片监测技术大量集中于技术方案(1)，但由于叶尖定时法需要通过机匣孔探孔或加工孔安装传感器，且由于工业现场环境下叶尖定时测量系统的长期耐高温性、光纤传感器的抗污染能力、可靠性等存在一些缺陷，导致叶尖定时测量系统在工业生产现场的长期连续在线监测尚难以实施；方案(2)通过机匣表面安装振动传感器，感知叶片振动响应经复杂路径传递后到达机匣的信号，该方法在现场实施简单且成本低，但是该方法测试得到的机匣振动信号中不仅包含叶片振动信息，还包括转子系统、轴承等部件的振动响应信息，带来振动耦合的问题，缺少叶尖定时法的直接监测优势，且燃气轮机的叶片振动信息常包含在高频部分，因此需深入研究并提出适用于机匣振动信号分析的数字信号处理方法，从包含多振动响应信息的机匣振动信号中提取出仅包含叶片振动信息的信号分量，以实现叶片振动信号的特征提取与分析。

时频分析是一种适用于燃气轮机工作状态监测的方法。早期的时频分析方法例如小波变换、短时傅里叶变换主要适用于分析线性、平稳的振动信号，由于其受到海森堡不确定性的影响，在面对燃气轮机变转速情形时，燃机的高频叶片振动信号变化迅速，其时频提取的结果中存在时频分辨率低且能量发散的缺点，无法准确实现燃机振动信号中各单分量的分离与提取。因此目前对于燃气轮机的高频叶片通过频率提取的研究仍存在一定不足，时频聚集性的提高以及高频叶片通过频率提取的准确性等问题有待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于燃机外机匣振动信号的高频叶片通过频率提取方法，能够在无键相条件下利用机匣振动信号，采用LMSST的时频分析方法，成功提取出高频叶片的通过频率，并实现分量的分离、提取与重构，相较于传统时频分析方法能有效提高时频分布的聚集性，从而更精确地完成叶片通过频率地的提取与重构。

为达到上述目的，本发明的技术方案为提供的一种基于燃机外机匣振动信号的高频叶片通过频率提取方法，包括如下步骤：

S1、利用振动加速度传感器采集待分析的外机匣振动加速度信号；

S2、降采样至所需分析叶片通过频率分析范围后，用LMSST对振动加速度信号进行时频分布的提取；

S3、提取时频分布中低压一倍频的脊线，计算各级叶片通过频率的理论值；

S4、再提取各级叶片通过频率的脊线；

S5、分离各级叶片通过频率，并对各级叶片通过频率实现单分量振动波形的重构；