一种艉部轴系自激振动预警方法技术

本发明专利技术提供一种艉部轴系自激振动预警方法，具体过程如下：步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感器；步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行信号处理；步骤三，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，计算得到振动速度的空间分布一阶模态z1；步骤四，对一阶模态z1作FFT变换，得到一阶模态z1的频谱图；步骤五，指数计算：在所述频谱图中，分析得到转动速度周向分布的空间模态频谱特性，进而得到预警指数；步骤六，将所述预警指数与预定的阈值相比较，判断得到是否会发生自激振动，从而能够提前预警艉部轴系自激振动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于船舶推动系统
，具体涉及一种艉部轴系自激振动预警方法。
技术介绍
潜艇推进轴系的艉轴大都采用板条式水润滑橡胶轴承，受螺旋桨、轴系自重以及轴系对中等因素的影响，艉部橡胶轴承成为推进轴系中负荷最大的支承。由于螺旋桨的悬臂载荷作用，使得推进轴系艉部橡胶轴承比压很大且载荷分布极不均匀。在低速重载运转工况下，过大的负荷往往会破坏轴颈与轴承间良好的水膜润滑状态，轴颈与轴承间的摩擦作用增加，再加上橡胶轴瓦上纵向沟槽比较多，轴承与轴颈间很不容易形成连续而稳定的流体润滑膜，轴颈与轴承间容易进入粘滑状态。轴系经常产生异常弯曲、扭转振动，进而引起轴系自激振动并激起壳体振动，发出异常噪声，这不仅影响艉部轴系自身运转的稳定性，还会通过基座传递给艇体，引起艇体结构振动，辐射噪声，影响声隐声性能，降低运行稳定性和使用可靠性。目前已有的思路主要是通过推进轴系结构的合理化设计与安装，或者是在自激振动发生之后进行控制。对于已经成型的设备已经不具备重新设计和安装条件，只能在已有设备上进行控制。另外通过现有的理论及实验分析结果可知，艉部轴系的自激振动为强非线性，通常为Hopf分岔，发生的时间尺度比较小，控制难度高。因此通过在线监测的轴承运行状态，预警轴系的自激振动，从而提前加以控制是一条可行之路。
技术实现思路
有鉴于此，针对艉部轴系自激振动产生异常噪声的问题，本专利技术提出了一种艉部轴系自激振动预警方法，这种方法解决了艉部轴系自激振动产生以后才进行控制，控制难度高，且易造成噪声水平较高的问题。实现本专利技术的技术方案如下：一种艉部轴系自激振动预警方法，具体过程如下：步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感器，其中所布置的振动加速度传感器为2N+1个；步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行信号处理，第i个传感器所在位置的加速度为ai，通过积分可以得到其对应的振动速度vi，i＝1，2，…2N+1；步骤三，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，基于所述振动速度vi，计算得到振动速度的空间分布一阶模态z1；步骤四，对一阶模态z1作FFT变换，得到一阶模态z1的频谱图；Z(ω)=∫-∞+∞z1(t)e-jωtdt]]>步骤五，指数计算：在所述频谱图中，找到幅值最高的前m条线谱，其对应的频率点值ω1＜ω2＜,…＜ωm，并计算每条线谱宽度bn作为第一类预警指数，1≤n≤m，且bn应满足Z(ωb)＞Zn,ωb∈(ωn-bn,ωn+bn)，Z1=1ω1∫0ω1Z(ω)dω,Zn=1ωn-ωn-1∫ωn-1ωnZ(ω)dω;]]>取k组不同(m1,m2,m3)，其中m1,m2,m3为整数，且m1ω1+m2ω2+m3ω3∈(0,2ω3)；将在频率点ωl＝m1ω1+m2ω2+m3ω3的谱线值Z(ωl)作为第二类预警指数，其中，l＝1,2…k；步骤六，根据以下两种判断自激振动的方式，如果系统参数满足下列条件之一，则认为自激振动将要发生，否则，则认为艉部轴系工作在较正常的工作范围；(a)根据正常运转状态下艉部轴系的频谱图中，各频率谱线宽度的最大值作为阈值bn0＝(bn01,bn02…bn0m)，将预警指数bn与阈值bn0相比较，bn＞bn0；(b)根据正常运转状态下艉部轴系的频谱图中，频率点ωl＝m1ω1+m2ω2+m3ω3∈(0,2ω3)处谱线幅值的最大值Z0(ωl)，预警指数Z(ωl)与阈值Z0(ωl)相比较，Z(ωl)＞Z0(ωl)。有益效果本专利技术通过奇数个传感器采集振动加速度信号，分析得到转动速度周向分布的空间模态频谱特性，进而得到预警指数，并与预定的阈值相比较，判断得到是否会发生自激振动，从而能够提前预警艉部轴系自激振动。本专利技术的预警方法简单准确，在进入自激振动之前发出预警信号，提前控制，解决了自激振动控制困难高的问题，从而避免损失。附图说明图1为本专利技术的一种艉部轴系自激振动预警方法的流程图。具体实施方式下面结合附图，通过实例对本专利技术做进一步说明。本实施例的一种艉部轴系自激振动预警方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感器，其中所布置的振动加速度传感器为2N+1个。步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行信号处理，第i个传感器所在位置的加速度为ai，通过积分可以得到当前位置的振动速度vi，i为自然数，且1≤i≤2N+1；步骤三，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，计算得到振动速度的空间分布一阶模态z1为z1=12N+1WV,]]>其中，W为傅里叶矩阵，其第i行j列(1≤i,j≤2N+1)元素表达式为：Wij=wn(i-1)(j-1),wn=e-12N+1i2π,V=[v1,v2,......v2N,v2N+1]T]]>步骤四，对一阶模态z1做FFT变换，得到一阶模态z1的频谱图，Z(ω)=∫-∞+∞z1(t)e-jωtdt]]>步骤五，指数计算：在所述频谱图中，找到幅值最高的前m条(m根据具体频谱特性给出，此处作为示例，取前3条)线谱，其对应的频率点值ω1＜ω2＜,…＜ωm，在ωn处参数满足如下条件：且且并计算每条线谱宽度bn(1≤n≤m)作为第一类预警指数，具体来说线谱宽度bn应满足Z(ωb)＞Zn,ωb∈(ωn-bn,ωn+bn)。这里Z1=1ω1∫0ω1Z(ω)dω,Zn=1ωn-ωn-1∫ωn-1ωnZ(ω)dω.]]>取k组不同(m1,m2,m3)，其中m1,m2,m3为整数，且m1ω1+m2ω2+m3ω3∈(0,2ω3)；将在频率点ωl＝m1ω1+m2ω2+m3ω3的谱线值Z(ωl)作为第二类预警指数，其中l＝1,2…k。步骤六，根据周期扰动下Hopf分岔周期解响应的不同分岔类型，其输出谱线特性不同，有两种判断自激振动的方式，即如果系统参数满足下列条件之一，则认为自激振动将要发生，否则，则认为艉部轴系工作在较正常的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种艉部轴系自激振动预警方法，其特征在于，具体过程如下：步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加速度传感器，其中所布置的振动加速度传感器为2N+1个；步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信号进行信号处理，第i个传感器所在位置的加速度为ai，通过积分可以得到其对应的振动速度vi，i＝1，2，…2N+1；步骤三，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，基于所述振动速度vi，计算得到振动速度的空间分布一阶模态z1；步骤四，对一阶模态z1作FFT变换，得到一阶模态z1的频谱图；Z(ω)=∫-∞+∞z1(t)e-jωtdt]]>步骤五，指数计算：在所述频谱图中，找到幅值最高的前m条线谱，其对应的频率点值ω1＜ω2＜,…＜ωm，并计算每条线谱宽度bn作为第一类预警指数，1≤n≤m，且bn应满足Z(ωb)＞Zn,ωb∈(ωn‑bn,ωn+bn)，Z1=1ω1∫0ω1Z(ω)dω,Zn=1ωn-ωn-1∫ωn-1ωnZ(ω)dω;]]>取k组不同(m1,m2,m3)，其中m1,m2,m3为整数，且m1ω1+m2ω2+m3ω3∈(0,2ω3)；将在频率点ωl＝m1ω1+m2ω2+m3ω3的谱线幅值值Z(ωl)作为第二类预警指数，其中，l＝1,2…k；步骤六，根据以下两种判断自激振动的方式，如果系统参数满足下列条件之一，则认为自激振动将要发生，否则，则认为艉部轴系工作在较正常的工作范围；(a)根据正常运转状态下艉部轴系的频谱图中，各频率谱线宽度的最大值作为阈值bn0＝(bn01,bn02…bn0m)，将预警指数bn与阈值bn0相比较，bn＞bn0；(b)根据正常运转状态下艉部轴系的频谱图中，频率点ωl＝m1ω1+m2ω2+m3ω3∈(0,2ω3)处谱线幅值的最大值Z0(ωl)，预警指数Z(ωl)与阈值Z0(ωl)相比较，Z(ωl)＞Z0(ωl)。...

【技术特征摘要】
1.一种艉部轴系自激振动预警方法，其特征在于，具体过程如下：
步骤一，信号采集：在轴系轴承表面周向，沿壁面均匀地布置一周振动加
速度传感器，其中所布置的振动加速度传感器为2N+1个；
步骤二，信号处理：数据处理系统将加速度传感器采集到的振动加速度信
号进行信号处理，第i个传感器所在位置的加速度为ai，通过积分可以得到其对
应的振动速度vi，i＝1，2，…2N+1；
步骤三，信号分析：利用空间离散傅里叶变换，基于所述振动速度vi，计算
得到振动速度的空间分布一阶模态z1；
步骤四，对一阶模态z1作FFT变换，得到一阶模态z1的频谱图；
Z(ω)=∫-∞+∞z1(t)e-jωtdt]]>步骤五，指数计算：在所述频谱图中，找到幅值最高的前m条线谱，其对应
的频率点值ω1＜ω2＜,…＜ωm，并计算每条线谱宽度bn作为第一类预警指数，1≤n≤m，
且bn应满足Z(ωb)＞Zn,ωb∈(ωn-bn,ωn+bn)，Z1=1ω1∫0&omeg...

【专利技术属性】
技术研发人员：董万静，张俊杰，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42