基于虚拟仪器的风机动平衡测试系统的开发

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1、基于虚拟仪器的风机动平衡测试系统的开发贺世正应秉斌/浙江大学化工机械研究所4摘要：根据相关原理准确得到转子叶片不平衡量大小和相位，结合虚拟仪器技术在LabVIEW下开发的测试程序，实现风机的动平衡，并在塑料离心通风机上进行了试验研究和验证。关键词：通风机动平衡虚拟仪器中图分类号：TP206+.1文献标识码:B文章编号：1006-8155（2006）04-0033-04DevelopmentonTestSystemofDynamicBalanceforFanBasedonVirtualInstrumentAbstract:Accordingtorelative

2、theorytoidentifythemagnitudesandphasevaluesofunbalanceforblade,basedonvirtualinstrumenttechnology,thetestprogramisdevelopedwithLabVIEWtorealizedynamicbalanceoffan,thetestresearchandverificationiscarriedoutonplasticcentrifugalfan.Keywords:FanDynamicbalanceVirtualinstrument1引言机械设备在运行

3、中都会产生振动，当设备处于异常状态时，就会产生异常振动，对于风机，如不能及时发现并检修，轻者其各处零件松动，叶片由于振动而疲劳；重者其叶片出现裂纹，如不及时检修就会发生叶片断裂、飞出等事故，造成严重后果。风机振动最主要的原因是转子的不平衡。对不平衡的诊断和校正已有了较成熟的理论基础。现场动平衡作为一种新兴的动平衡方法，正逐渐地应用于机器的转子动平衡校正中。本文通过相关原理准确地提取了转子不平衡矢量，结合虚拟仪器技术通过Labview软件开发了测试程序，并在悬臂式离心通风机上进行了试验研究和验证。2虚拟仪器技术[1-2]Labview是美国国家仪器公司(Nat

4、ionalInstruments)研制的虚拟仪器图形编程语言，它是一个高效快速的图形化开发环境，编程简单，特别适合于数据采集、控制、分析以及数据表达等。从测控软件系统的角度出发，虚拟仪器就是在硬件功能单元（包括PC机、数据采集卡等）提供基本测控功能的基础上，通过对测控对象的需求分析及测控资源功能的重新组织和优化而开发的计算机软件，系统基本框图如图1所示。图像处理信号处理数据采集卡GPIB接口仪器VXI仪器串行口仪器/PLC现场总线设备PC机或工作站和应用软件GPIB接口卡测控对象图1虚拟仪器系统构成框图3测试系统的设计[3]测试系统引进虚拟仪器的思想，采用图

5、1虚拟仪器系统构成框图中的一种方案，如图2所示。测控对象PC机或工作站和应用软件数据采集卡信号处理图2测试系统的结构框图该结构框图在风机中具体实现情况，如图3所示。1.风机2.加重校正位置3.叶片4.拾振器5.电动机6.测速传感器（基准）7.数据采集卡图3测试系统示意图4根据图3的机器结构,可以把风机简化为单转子单平面的系统。单转子单平面动平衡理论已经非常的成熟，这里采用了影响系数法进行动平衡。图3中：4用来测转子的振动信号，6用于转子的相位监测和转速的测量。传感器所测得的信号通过数据采集卡传到计算机中，再通过LabVIEW编写的测试程序进行分析计算，得出不

6、平衡量，并在图6中的位置2进行加重，从而达到动平衡目的。4相关原理及信号分离[4]风机叶片不平衡量引起的振动可用传感器由电动机上测得。振动信号除了由不平衡量引起的工频振动谐波信号外，还有一些倍频成分，甚至一些随机振动成分。其信号表达式为式中为振动信号中的直流分量；A为工频振动信号的振幅；为选定采样频率下工频对应的数字频率；为工频振动信号的振幅；为其它频率振动信号的振幅；为选定采样频率下其它频率对应的数字频率；为其它频率振动信号的相位；为干扰信号。为了分离原始振动信号中工频信号的振幅和相位，利用相关理论对信号进行了处理。相关函数定义为（2）把上式中的X(t)用

7、式（1）代入，Y(t)分别为z[n],v[n]：（3）（4）x[n]以及z[n]和v[n]都是能量信号，根据式(1)分别让z[n]和v[n]与x[n]作互相关。根据傅立叶级数的正交性，相关函数具有抑制噪声、异频分量的作用，即z[n]、v[n]与振动信号直流分量和倍频分量的互相关函数理论值为0，随机噪声分量s2[n]与z[n]、v[n]的互相关函数也趋于0，即直流分量：（5）（6）工频分量：（7）（8）其它谐波分量：（9）（10）噪声分量：（11）（12）对噪声分量进行互相关抑制，取的数字序列愈多，愈接近0。振动信号与模拟产生的正弦、余弦进行互相关计算中体现了

8、工频下的有关信息，如下式：（13）4（14）进而可以