水輪機非平穩(wěn)振動信號的小波分析.pdf

《水輪機非平穩(wěn)振動信號的小波分析.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第43卷第2期人民長江Vo1．43．No．22012年1月YangtzeRiverJan．，2012文章編號：1001—4179(2012)02—0101—04水輪機非平穩(wěn)振動信號的小波分析劉洋，尹崇清(重慶交通大學(xué)西南水運工程科學(xué)研究所，重慶400016)摘要：基于水電站機組振動的現(xiàn)場試驗研究，利用小波分析方法在時域和頻域上同時具有良好局部化性質(zhì)的特點，對開停機這一典型非平穩(wěn)過程信號進行小波分析。通過將信號分解到不同頻帶內(nèi)，并對分解信號作振源分析和統(tǒng)計分析，以獲取優(yōu)勢頻率等有用信息。試驗結(jié)果表明，水流脈動壓力和尾水渦帶擺動是引起開機過程中機組強烈振動的

2、主要原因，同時也證明了小波是處理非平穩(wěn)信號的最有力的工具。關(guān)鍵詞：非平穩(wěn)信號；小波分析；振源分析；水輪機中圖法分類號：TV734．7文獻標志碼：A傳統(tǒng)意義上的頻譜分析方法是基于系統(tǒng)信號的傅對于一個有限能量的函數(shù)(t)∈L(R)，如果滿立葉變換(Frr)，它反映的是某一頻率信號在整個時足：d∞<∞，其中，(∞)是(￡)的FFT間軸上的平均信息，但并不能看出這一頻率信號在時間域上的變化特征。因此，對平穩(wěn)隨機信號分析十分變換，經(jīng)過(t)的伸縮和平移，得到函數(shù)()(t)：有效的FFT信號分析方法，是對于整個過程而言的，)=()d∞(1)缺乏對信號局部特性的分析，

3、在處理非平穩(wěn)信號時就顯得有些力不從心。而小波分析法正是針對傳統(tǒng)頻譜式中，函數(shù)(。(t)為小波母函數(shù)，a，b分別為尺度參分析方法FFT的這一缺陷，利用其在時域和頻域上同數(shù)和位置平移參數(shù)。任一函數(shù)t)的變換：(o，b)時具有的良好局部化性質(zhì)，對工程信號，尤其是對非平=(二_壘)￡)d∞被稱為廠(t)的小波變換穩(wěn)信號進行分解和重構(gòu)，在檢測信號奇異性、特征提?！炭冖蛉?、信噪分離、狀態(tài)檢測和故障診斷等多方面具有不可小波變換的結(jié)果是反映t)在尺度(頻率)a和位比擬的優(yōu)勢。置(時間)b的狀態(tài)，是一種時頻分析。若取尺度a=2，本文運用小波分析方法對水電站的開停機非平穩(wěn)_

4、『∈Z，即成為二進小波變換，通常采用Mallat提出的過程信號進行分析，旨在說明該方法在處理非平穩(wěn)過塔式算法，進行離散二進小波變換計算。設(shè)信號t)程信號中的巨大優(yōu)越性，可為今后水電站機組及廠房的離散序列為，(n)，n=1，2，?，Ⅳ，其離散二進小波結(jié)構(gòu)的振動信號處理等工作提供新的研究方法。變換為：1小波分析基本原理c?(n)=Y：h(k一2n)c，(k)(2)k——e—g小波分析法是一種新的變換分析方法，在應(yīng)用領(lǐng)D川(n)：g(k一2n)()(3)域，特別是信號處理、圖像處理、語音分析、模式識別、式中，h(k)，g(k)是由小波函數(shù)()(t)確定的正交量

5、子物理、湍流及眾多非線性科學(xué)等領(lǐng)域，它被認為是近年來在工具及方法上的重大突破。小波分析是一種共軛濾波器系數(shù)，且g(k)=(一1)卜h(I—k)；c，Di時一頻分析方法，并同時具有時域和頻域的良好局部分別稱為信號在尺度_『上的近似部分和細節(jié)部分。化性質(zhì)。若原信號的分析頻率為廠，則D，對應(yīng)的高頻帶分收稿日期：2011—07—16作者簡介：劉洋，男，助理研究員，主要從事水工水力學(xué)研究。E—mail：liuyang029@163．cornl02人民長江別為(2一if一，(2—2f～2一，?，(2-if～2l廠)；cj低機組非平穩(wěn)過程的研究，對保證設(shè)備運行的可靠性

6、和頻帶為(0～2，各頻帶互不重疊。很顯然，二進小降低對這些設(shè)備的投資，均有十分重要的意義。波變換沒有對高頻部分再進行分解，因而高頻段的頻現(xiàn)場選擇以開停機工況下廠房振動過程中的定子率分辨率較差?；A(chǔ)和下機架基礎(chǔ)兩處較為關(guān)鍵的點作為測試分析目標，因為這兩處離機組最近，其頻率變化與機組本身的2振源分析頻率變化最為相似。其中，定子基礎(chǔ)含順河向、橫河向水電站廠房結(jié)構(gòu)的振動，除建于地震區(qū)要承受地和垂直向3個方向；下機架包括順河向、垂直向2個方震荷載而引起的振動外，主要是來自水輪發(fā)電機組的向；振動傳感器為速度型，通過INV一9模擬積分器轉(zhuǎn)振動。機組振動的原因較復(fù)雜，影

7、響因素很多。引起換成振動位移。實驗前，測試系統(tǒng)在中國計量院標準機組振動的原因主要有機械、水力和電磁3個方面，其振動試驗臺上進行了率定。采用INV多功能智能采中又多以水力影響因素為主，反映在振動信號中，又主集系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行采集整理。限于篇幅，具體的試驗要為中低頻信號。各振源的具體分析計算參見參考文和分析過程在此不作詳細介紹。本文著重選取一組典型數(shù)據(jù)進行分析。獻[3]。應(yīng)指出的是，由于實驗中受采樣頻率的限制，用db6小波對特征信號進行6層分解，由于試驗表1中只列舉了25Hz以下的振源頻率及振動原因。表1某水電站廠房內(nèi)振源頻率中原始信號的采樣頻率為50Hz，則

8、信號的分析頻率為25Hz，即只適合探究25Hz以下的低頻和中頻振動。原始信號采集