转子测量面形状误差对振动测量的影响

    大型回转机械作为国民经济各支柱产业中的关键设备,对其进行监测和诊断具有重要的意义.回转机械的监测中常用的电涡流型传感器可直接测量转子表面到传感器端面之间的距离,因此直接反映了转子对于轴承座的振动情况.目前,工业中常采用双传感器垂直安装的方式来获得转子的运动信息,并依此诊断存在的故障[1].

    采用位移信号对回转机械进行正确的监测诊断,是基于测量面截面形状是理想圆这一假设条件,如果测量面上存在形状误差,由该误差引起的虚假信号会叠加到转子的真实振动信号上,严重时会引起监测中的虚警或导致错误的诊断结论[2].因此,研究由误差产生虚假信号的特征和识别具有重要的意义.

    1 回转机械振动信号分析

    当不考虑转子轴向串动时,转子的测量截面一方面匀速自转,另一方面中心沿着振动轨迹运动,截面中心绕轨迹运动一周,转子截面也自转了360b.相对于某一传感器来说,测量截面上的各点依次通过感器,当测量截面是理想的圆时,传感器的输出信号就是测量截面中心点的信号.

    由相互垂直的传感器信号构成的全息谱,完整地反映了转子的运动,是回转机械监测和诊断的最重要手段[3],不同倍频分量全息谱椭圆的大小和形状等都是故障分析的依据.表1给出了各倍频分量的特征和所反映的信息[4].

    2 测量截面形状误差影响的分析

    假设转子没有振动,对测量截面形状误差引起的虚假信号进行讨论,这时由水平和垂直方向测量到的信号,反映了转子测量截面半径沿圆周的变化.本节将分椭圆和三棱形截面的情况进行讨论.

    2.1 椭圆形测量截面的分析

    当测截面形状是理想的椭圆时(如图1所示),沿转子截面一周存在着2个高点和2个低点,显然由传感器测到的信号在转子旋转一周时变化了2个周期,证明这2个周期的变化并不是按照三角函数规律而变化的.因此,椭圆形状的测量截面在传感器上会产生转频的2倍频、4倍频和6倍频等偶数倍频分量.在以上各虚假分量中,主要影响的是2倍频分量,其余的倍频分量幅值较小.

    假设传感器安装方式为0b和90b,2个传感器信号除了相互之间有时间上的延迟外,其他按照相同的规律变化.时间延迟和相位延迟分别为

    式中:X是转子的转动角速度;X表示倍频数.延迟时间相当于转子转过90b时所需的时间,显然延迟时间对所有的分量来说是相同的,但不同倍频分量的相位延迟却不同.2个传感器信号的2倍频分量间的相位相差180b,4倍频分量间的相位相差360b,高倍频相位差可依此类推.需要注意的是这里的2个传感器信号之间并不是希尔伯特信号关系.