一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及葉輪機(jī)械防喘振技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 喘振不僅降低了葉輪機(jī)械的性能，而且?guī)?lái)強(qiáng)烈的振動(dòng)，可能引起結(jié)構(gòu)的破壞而 造成重大事故的發(fā)生。喘振表現(xiàn)為流量和壓力沿軸線方向的振蕩。壓力較其它參數(shù)容易測(cè) 量而且對(duì)氣動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象反應(yīng)敏感，因此喘振檢測(cè)通常采用壓氣機(jī)出口總壓或者壁面靜壓作 為輸入信號(hào)。通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)壓力特征的提取來(lái)判斷壓氣機(jī)是否進(jìn)入喘振狀態(tài)。
[0003] 現(xiàn)有采用信號(hào)時(shí)域相關(guān)的方法，計(jì)算本轉(zhuǎn)子周期與上一轉(zhuǎn)子周期采集的動(dòng)態(tài)壓力 信號(hào)的相關(guān)系數(shù)。當(dāng)壓氣機(jī)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，相關(guān)系數(shù)接近于1，表示兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子周 期內(nèi)的壓力波形是相似的；當(dāng)壓氣機(jī)接近或處于喘振狀態(tài)是，相關(guān)系數(shù)急劇下降，表示兩個(gè) 相鄰轉(zhuǎn)子周期內(nèi)的壓力波形相似性降低。因此設(shè)置一個(gè)相關(guān)系數(shù)的闊值，當(dāng)相關(guān)系數(shù)低于 該闊值時(shí)，判定為壓氣機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此方法，可W快速檢測(cè)到壓氣機(jī)喘 振現(xiàn)象，但存在W下問(wèn)題：（1)要求很高的采樣率；(2)要求準(zhǔn)確的鍵相信號(hào)，用于相鄰轉(zhuǎn)子 周期的信號(hào)對(duì)齊和整周期采樣；（3)容易受到信號(hào)干擾的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法。該方法可W結(jié)合動(dòng)態(tài)壓力信號(hào) 功率譜分析和相關(guān)分析，無(wú)須鍵相信號(hào)，計(jì)算速度快，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。 陽(yáng)0化]本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 所述一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法，其特征在于：包括W下步驟：
[0007] 步驟1 :持續(xù)采集壓氣機(jī)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，其中動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)采樣率Fs大于壓氣機(jī) 最大轉(zhuǎn)子頻率Rmax的20倍；
[0008] 步驟2:連續(xù)計(jì)算傅里葉變換分析窗口內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)功率譜：對(duì)于當(dāng)前檢測(cè) 周期，截取最新采集的N點(diǎn)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)為當(dāng)前傅里葉變換分析窗口，傅里葉變換分析窗 口長(zhǎng)度N取2的整數(shù)幕次，且至少包含一個(gè)轉(zhuǎn)子周期的信號(hào)，當(dāng)前傅里葉變換分析窗口的動(dòng) 態(tài)壓力信號(hào)功率譜Pk通過(guò)W下公式得到：
[0009]
[0010] 其中X(η)表示當(dāng)前傅里葉變換分析窗口內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，ω為角頻率；
[0011] 步驟3 :計(jì)算當(dāng)前傅里葉變換分析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pk與前一個(gè)傅里葉變換分 析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pki的相關(guān)系數(shù)P:
[0012]
[001引其中Pk(j)表示功率譜Pk中第j個(gè)譜線幅值，PkiCi)表示功率譜Pk沖第j個(gè)譜 線幅值；
[0014] 步驟4 :若相關(guān)系數(shù)P<Pth，則判斷為喘振，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，否則，判斷為壓氣機(jī) 穩(wěn)定工作，返回步驟2,進(jìn)行下一檢測(cè)周期檢測(cè)；其中Pth為檢測(cè)口限。
[0015] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法，其特征在于：檢測(cè)口限Pth 取 0.85 ~0.95。
[0016] 有益效果
[0017] 本發(fā)明提出的一種壓氣機(jī)喘振檢測(cè)方法。具有W下特點(diǎn)：（1)融合了譜分析和相 關(guān)分析方法；(2)不需要鍵相信號(hào)；(3)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)的采樣率為轉(zhuǎn)子頻率的20倍W上即 可，不需要過(guò)高的采樣率；(4)可W準(zhǔn)確可靠地快速檢測(cè)出壓氣機(jī)喘振現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0019] 圖1 :本發(fā)明的檢測(cè)方法原理圖；
[0020] 圖2 :壓氣機(jī)出口總壓動(dòng)態(tài)信號(hào)及檢測(cè)結(jié)果；
[0021] 圖3 :壓氣機(jī)出口總壓動(dòng)態(tài)信號(hào)及檢測(cè)結(jié)果局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中通過(guò)參考 附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0023] 本實(shí)施例中的壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法，包括W下步驟：
[0024] 步驟1:持續(xù)采集壓氣機(jī)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，其中動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)采樣率Fs大于壓氣機(jī) 最大轉(zhuǎn)子頻率Rmax的20倍，典型值取30倍，本實(shí)施例中動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)采樣率Fs= 10曲Z。 [00巧]步驟2 :連續(xù)計(jì)算傅里葉變換分析窗口內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)功率譜：
[0026] 對(duì)于當(dāng)前檢測(cè)周期（檢測(cè)周期ΔΤ略大于檢測(cè)算法一個(gè)周期計(jì)算耗時(shí)，典型值取 0. 005s)，截取最新采集的N點(diǎn)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)為當(dāng)前傅里葉變換分析窗口，傅里葉變換分析 窗口長(zhǎng)度N取2的整數(shù)幕次，且至少包含一個(gè)轉(zhuǎn)子周期的信號(hào)，即N>Fs/Rmax，典型值取N =2048,即圖1中T= 0. 2048s。當(dāng)前傅里葉變換分析窗口的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)功率譜Pk(取 單邊譜）通過(guò)W下公式得到：
[0027]
[0028] 其中X(η)表示當(dāng)前傅里葉變換分析窗口內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，即圖1中t〇-T~t。 窗口內(nèi)的信號(hào)，t。為當(dāng)前時(shí)刻，ω為角頻率。
[0029] 步驟3:計(jì)算當(dāng)前傅里葉變換分析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pk與前一個(gè)傅里葉變換分 析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pki的相關(guān)系數(shù)P:
[0030]
陽(yáng)〇3U 其中Pk?'）表示功率譜Pk中第j個(gè)譜線幅值，Pk1 (·?)表示功率譜Pk1中第j個(gè)譜 線幅值。如圖1所不，Pk1為其中t。-ΔΤ-Τ~t。-ΔΤ窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜。 陽(yáng)03引步驟4 :若相關(guān)系數(shù)Ρ<Ρth，則判斷為喘振，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，否則，判斷為壓氣機(jī) 穩(wěn)定工作，返回步驟2,進(jìn)行下一檢測(cè)周期檢測(cè)；其中Pth為檢測(cè)口限，通過(guò)大量歷史試驗(yàn)數(shù) 據(jù)得到其典型值取0. 85~0. 95,本實(shí)施例中取0. 95。
[0033] 檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。W出口總壓急劇下降的起始時(shí)刻為開(kāi)始進(jìn)入喘振的時(shí)刻 (即圖3中9. 684s時(shí)刻），則可在其之后0. 006s發(fā)出喘振報(bào)警信號(hào)（即圖3中9. 69時(shí)刻）。
[0034] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可W理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨 的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可W對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1 :持續(xù)采集壓氣機(jī)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，其中動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)采樣率Fs大于壓氣機(jī)最大 轉(zhuǎn)子頻率Rmax的20倍； 步驟2 :連續(xù)計(jì)算傅里葉變換分析窗口內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)功率譜：對(duì)于當(dāng)前檢測(cè)周期， 截取最新采集的N點(diǎn)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)為當(dāng)前傅里葉變換分析窗口，傅里葉變換分析窗口長(zhǎng)度 N取2的整數(shù)冪次，且至少包含一個(gè)轉(zhuǎn)子周期的信號(hào)，當(dāng)前傅里葉變換分析窗口的動(dòng)態(tài)壓力 信號(hào)功率譜Pk通過(guò)以下公式得到：其中X(η)表示當(dāng)前傅里葉變換分析窗口內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，ω為角頻率； 步驟3 :計(jì)算當(dāng)前傅里葉變換分析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pk與前一個(gè)傅里葉變換分析窗 口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pk :的相關(guān)系數(shù)P:其中Pk(j)表示功率譜Pk中第j個(gè)譜線幅值，Pk i(j)表示功率譜Pki中第j個(gè)譜線幅 值； 步驟4:若相關(guān)系數(shù)p<Pth，則判斷為喘振，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，否則，判斷為壓氣機(jī)穩(wěn)定 工作，返回步驟2,進(jìn)行下一檢測(cè)周期檢測(cè)；其中Pth為檢測(cè)門限。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法，其特征在于：檢測(cè)門限Pth取 0. 85 ~0. 95。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種壓氣機(jī)喘振的檢測(cè)方法，包括持續(xù)采集壓氣機(jī)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)，連續(xù)計(jì)算傅里葉變換分析窗口內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)功率譜，計(jì)算當(dāng)前傅里葉變換分析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pk與前一個(gè)傅里葉變換分析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜Pk-1的相關(guān)系數(shù)ρ，通過(guò)相關(guān)系數(shù)與檢測(cè)閾值進(jìn)行比較，判斷壓氣機(jī)是否喘振。本發(fā)明以2個(gè)分析窗口內(nèi)信號(hào)的功率譜的相關(guān)系數(shù)為檢測(cè)特征參數(shù)，具有不需鍵相信號(hào)，計(jì)算速度快，可實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的特點(diǎn)。
【IPC分類】F04D27/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105298889
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510612447
【發(fā)明人】李長(zhǎng)征, 許思琦, 胡智琦
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月24日