一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法技術

本發明專利技術公開了一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法。包括以下步驟：將被測設備的四個機腳安裝在安裝基座上；用激振錘依次敲擊安裝基座上的五個響應測點，得到設備機腳到安裝基座響應測點間頻域上的傳遞函數；被測設備工作，記錄安裝基座上每個響應測點處加速度傳感器的加速度響應信號，得到加速度響應b(ω)；對傳遞函數H(ω)進行奇異值分解，得到作用在安裝基座上的激勵力的奇異分解式；基于截斷奇異值方法推出設備對基座的激勵力。本發明專利技術可在不拆卸設備的情況下進行間接測量，操作方便，可控性高。

【技術實現步驟摘要】
一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法
本專利技術屬于工程上一種測量方法，尤其涉及針對旋轉設備的，一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法。
技術介紹
工程上，往往需要設備作用在基座上的激勵源作為結構振動噪聲仿真預報的輸入，但由于實際設備及其安裝環境的復雜性，在不拆裝設備的情況下設備對基座的作用力難以直接測量得到。傳統的方式是采用力環傳感器直接測量，但力環傳感器的安裝會改變設備的安裝方式，涉及對測量力數值修正量的確定，導致測量誤差較大，并且考慮到實際設備安裝環境的復雜性，考慮到大型復雜結構拆裝困難，直接測量方法不易實現。實際工程上往往采用間接方法進行測量，卻極少考慮到安裝設備對隔振器及安裝基座原點及傳遞阻抗的影響。采用測量基座響應間接估算設備作用在安裝基座上的激勵力十分重要。根據激勵力的不同形式，可分別在時域、頻域、模態域開展力源識別，對于旋轉機械，導致設備對基座的激勵具有明顯的周期性，比較適合在頻域開展力源識別。而奇異分解后的直接求逆法會由于小奇異值對解的影響導致解在低頻振蕩嚴重，所以本專利技術采用截斷奇異值方法對解進行優化處理。雖然有一些與本文章的相關的公開報告，但有關基于截斷奇異值法計算設備作用在基座上激勵力的間接方法的公開報告非常少。這些相關報告主要有，1.機械設備振動特性測量方法研究。2.不同安裝環境下機械設備振動激勵特性的轉換關系研究。其中文獻1提出的間接力估算技術的傳遞函數是在設備未安裝的情況下測量基座上隔振器安裝點到基座響應點間的傳遞函數，未考慮安裝設備對基座導納測量的影響，導致傳遞函數與實際偏差較大。文獻2中引用有效導納和自由速度的概念，建立設備激勵力的轉換關系，但需要測量設備的自由速度后將設備安裝在不同安裝環境下進行轉換，操作復雜。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種操作簡單、可控性高的，設備對安裝基座激勵力的間接測量方法。本專利技術是通過以下技術方案實現的：一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法，包括以下幾個步驟，步驟一：將被測設備的四個機腳安裝在安裝基座上；步驟二：用激振錘依次敲擊安裝基座上的五個響應測點，加速度傳感器采集四個機腳上的加速度響應信號，對加速度響應信號進行加窗及傅里葉變換處理，得到設備機腳到安裝基座響應測點間頻域上的傳遞函數：H(ω)＝SXY(ω)/SXX(ω)其中SXY(ω)為激勵與響應間的互譜，SXX(ω)為激勵的自譜；步驟三：被測設備工作，記錄安裝基座上每個響應測點處加速度傳感器的加速度響應信號，對加速度響應信號進行加窗及傅里葉變換得到頻域上的加速度響應b(ω)；步驟四：根據頻域中激勵與響應的關系：H(ω)F(ω)＝b(ω)，對每個頻率ω對應下傳遞函數H(ω)進行奇異值分解，H(ω)＝U×S×VT，其中VT為V的共軛轉置，U為5×4階正交矩陣，V為4×4階正交矩陣，滿足UTU＝VTV＝I，S是對角矩陣S＝diag(σ1,σ2,σ3,σ4)，σi為H的奇異值且σ1≥σ2≥σ3≥σ4≥0，對傳遞函數H(ω)求廣義逆H+(ω)＝[V][S]+[U]H，從而得到作用在安裝基座上的激勵力的奇異分解式為；其中n＝4為激勵力的數目；步驟五：采用L曲線法確定一個閾值α，當某一個奇異值小于閾值α時，將激勵力的奇異分解式中1/σi置為零，但是當全部的奇異值都小于閾值時，最大的奇異值用閾值代替，得到設備機對安裝基座的激勵力：式中k為奇異值的截斷點,F(ω)為4×1的矩陣，分別對應4個作用在安裝基座上的激勵力。本專利技術一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法，還可以包括：1、將被測設備的四個機腳彈性安裝在安裝基座上，被測設備的四個機腳通過四個阻抗特性已知的隔振器彈性安裝在安裝基座上，設備機腳通過隔振器對安裝基座的激勵力為：其中Y12(ω)為隔振器的傳遞導納，Y22(ω)為隔振器下端原點導納，Y33(ω)為基座上隔振器安裝點處的原點導納。2、將被測設備的四個機腳剛性安裝在安裝基座上，設備機腳對安裝基座的激勵力為：有益效果：本專利技術在不拆裝設備的情況下，僅通過測量傳遞函數及基座上測點響應結合隔振器的阻抗特性即可間接估算出設備作用在基座上的激勵力，操作方便，可控性高。附圖說明圖1為設備彈性安裝示意圖；圖2為設備各測點布置俯視圖；圖3為本專利技術方法的流程圖。具體實施方式下面將結合附圖對本專利技術做進一步詳細說明。一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法，將被測設備的四個機腳剛性或通過阻抗特性已知的隔振器彈性安裝在安裝基座上。采用互易法測量機腳到基座上五個測點間的傳遞函數，例如當機腳不易敲擊時，用激振錘依次敲擊基座上的五個響應測點,用加速度傳感器采集四個機腳上的加速度響應信號，對信號進行加窗及傅里葉變換處理，得到機腳到安裝基座響應測點間頻域上的傳遞函數。開啟被測設備待設備運轉平穩后，記錄安裝基座上每個測點處傳感器的加速度響應信號，對信號進行加窗及傅里葉變換，得到頻域上的加速度響應。將某一個頻率ω下傳遞函數記為H(ω)，機腳對安裝基座的激勵力記為F(ω),安裝基座上測點的響應記為b(ω)。根據頻域中激勵與響應的關系：對傳遞函數求廣義逆可得：F(ω)＝H(ω)+×b(ω)，式中其中hij(i＝1…5,j＝1…4)為第j個機腳到第i個基座響應測點間的傳遞函數。對傳遞函數矩陣進行奇異值分解，H(ω)＝U×S×VT，VT為V的共軛轉置，U為5×4階正交矩陣，V為4×4階正交矩陣，滿足UTU＝VTV＝I，S是對角矩陣S＝diag(σ1,σ2,σ3,σ4)，σi為H(ω)奇異值，且σ1≥σ2≥σ3≥σ4≥0。其中H+(ω)＝[V][S]+[U]H為傳遞函數的廣義逆矩陣。上式轉化為：式中n＝4為激勵力的數目。由上式可以看出，當奇異值較小時，對的振蕩有較大的放大作用，實際中b(ω)都含有噪聲成分導致b(ω)中非常小的擾動引起解相當大的振蕩，使解嚴重偏離實際值。此時可以采用截斷奇異值方法來減少小奇異值對解振蕩的影響，通過L曲線法選取一個閾值α，將4個奇異值中小于閾值α的1/σi置于為零。L曲線的選取原理：定義解范數殘差范數其中的濾波因子L曲線的曲率K計算公式：曲率K最大時對應的α為閾值。從而設備機腳處的激勵力為：式中k為奇異值的截斷點,F(ω)為4×1的矩陣，分別對應4個激勵力。當設備機腳通過隔振器彈性安裝在安裝基座上時，測量基座上隔振器安裝點附近處的原點導納，則設備機腳通過隔振器對安裝基座的激勵力為：其中Y12(ω)為隔振器的傳遞導納，Y22(ω)為隔振器下端原點導納，Y33(ω)為基座上隔振器安裝點處的原點導納；當設備剛性安裝時，設備機腳對安裝基座的激勵力為：利用互易法測量設備機腳到基座間的傳遞函數。采用截斷奇異值方法結合L曲線法求解作用在安裝基座上的激勵力。設備剛性安裝時設備機腳1直接固定在安裝基座4上。彈性安裝時將圖1中的設備1的機腳2通過阻抗特性已知的隔振器3安裝在基座4上。保證設備平穩的安裝在隔振器或安裝基座上。安裝基座上測點位置如圖2所示，具體流程結合圖3采用互易法測量四個機腳到基座上五個響應測點間的傳遞函數，依次用激振錘5敲擊基座上的五個測點，同型號加速度傳感器6同時采集四個機腳的時域信號，對信號進行加窗及傅里葉變換，根據H(ω)＝SXY(ω)/SXX(ω)，其中SXY(ω)為激勵與響應間的互譜，SXX(ω)為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法，其特征在于：包括以下幾個步驟，步驟一：將被測設備的四個機腳安裝在安裝基座上；步驟二：用激振錘依次敲擊安裝基座上的五個響應測點，加速度傳感器采集四個機腳上的加速度響應信號，對加速度響應信號進行加窗及傅里葉變換處理，得到設備機腳到安裝基座響應測點間頻域上的傳遞函數：H(ω)＝SXY(ω)/SXX(ω)其中SXY(ω)為激勵與響應間的互譜，SXX(ω)為激勵的自譜；步驟三：被測設備工作，記錄安裝基座上每個響應測點處加速度傳感器的加速度響應信號，對加速度響應信號進行加窗及傅里葉變換得到頻域上的加速度響應b(ω)；步驟四：根據頻域中激勵與響應的關系：H(ω)F(ω)＝b(ω)，對每個頻率ω對應下傳遞函數H(ω)進行奇異值分解，H(ω)＝U×S×VT，其中VT為V的共軛轉置，U為5×4階正交矩陣，V為4×4階正交矩陣，滿足UTU＝VTV＝I，S是對角矩陣S＝diag(σ1,σ2,σ3,σ4)，σi為H的奇異值且σ1≥σ2≥σ3≥σ4≥0，對傳遞函數H(ω)求廣義逆H+(ω)＝[V][S]+[U]H，從而得到作用在安裝基座上的激勵力的奇異分解式為；F(ω)=[V][S]+[U]Hb(ω)=Σi=1nuiTb(ω)σivi]]>其中n＝4為激勵力的數目；步驟五：采用L曲線法確定一個閾值α，當某一個奇異值小于閾值α時，將激勵力的奇異分解式中1/σi置為零，但是當全部的奇異值都小于閾值時，最大的奇異值用閾值代替，得到設備機對安裝基座的激勵力：F(ω)==Σi=1kuiTb(ω)σivi]]>式中k為奇異值的截斷點,F(ω)為4×1的矩陣，分別對應4個作用在安裝基座上的激勵力。...

【技術特征摘要】
1.一種設備對安裝基座激勵力的間接測量方法，其特征在于：包括以下幾個步驟，步驟一：將被測設備的四個機腳安裝在安裝基座上；步驟二：用激振錘依次敲擊安裝基座上的五個響應測點，加速度傳感器采集四個機腳上的加速度響應信號，對加速度響應信號進行加窗及傅里葉變換處理，得到設備機腳到安裝基座響應測點間頻域上的傳遞函數：H(ω)＝SXY(ω)/SXX(ω)其中SXY(ω)為激勵與響應間的互譜，SXX(ω)為激勵的自譜；步驟三：被測設備工作，記錄安裝基座上每個響應測點處加速度傳感器的加速度響應信號，對加速度響應信號進行加窗及傅里葉變換得到頻域上的加速度響應b(ω)；步驟四：根據頻域中激勵與響應的關系：H(ω)F(ω)＝b(ω)，對每個頻率ω對應下傳遞函數H(ω)進行奇異值分解，H(ω)＝U×S×VT，其中VT為V的共軛轉置，U為5×4階正交矩陣，V為4×4階正交矩陣，滿足UTU＝VTV＝I，S是對角矩陣S＝diag(σ1,σ2,σ3,σ4)，σi為H(ω)的奇異值且σ1≥σ2≥σ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：靳國永，葉新茂，馬相龍，石雙霞，許瑋健，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23