研究与探索压气机喘振声音信号的快速傅里叶变换和小波变换分析曹昳劼,臧树升,葛冰(上海交通大学叶轮机械研究所,上海200240摘要:对压气机的喘振声音信号进行了试验,并进一步利用快速傅里叶变换对试验数据进行了频谱分析,分析结果表明压气机喘振的声音信号频率在50Hz以下。为了摆脱压气机运行噪声对喘振信号的干扰,利用Daubechies(dbN小波系中的db8系的小波对测定数据进行处理,得到了可以表征压气机进入喘振时声音的特征信号,为实际生产中使用声音信号监测压气机状态以及故障诊断提供了良好的理论基础和依据。关键词:压气机特性;喘振;声音信号处理:TK474.8文献标志码:A:10057439(201003012504AnalyzingtheAcousticSignalofCompressorSurgebyUsingFastFourierTransformandWaveletTransformCAOYijie,ZANGShusheng,GEBing(TurboMachineryResearchInstitute,Shanghai激aotongUniversity,Shanghai200240,ChinaAbstract:Wetestandgathertheacousticsignalofthecompressorsurge,thenanalyzethesignalforspectrumbyusingtheFastFourier.Itshowsthatthefrequencyoftheacousticsignalofthecompressorsurgeislessthan50Hz.Inordertoeliminatetheeffectofthenoiseofthebackground,weusethedb8waveletoftheDaubechies(dbNwaveletseriestoanalyzethesignal,finallyweobtainthecharacteristicacousticsignalofthecompressorsurgeandprovidesagoodtheoreticalbasisandfoundationforthemonitoringandfaultdiagnosisofthecompressorbyusingtheacousticsignalinactualproduction.Keywords:characteristicsofcompressor;surge;analysisoftheacousticsignal压气机发生喘振时会伴随特有的噪声,但是这种噪声很可能被压气机本身的噪声所淹没。有经验的操作人员在生产现场虽然可以根据听到的噪声中判断压气机的运行是否正常,当压气机喘振时虽然可以分辨出喘振噪声甚至声源的位置,但是这种建立个人的经验基础上的判断带有主观性,例如不同的人判断的结果往往不一致,有时很难及时做出正确的决策。随着计算机模式识别技术的提高,目前已经可以采用声学测量和信号分析等方法,根据噪声判断压气机的喘振故障。例如居太亮等人利用麦克风声音阵列的特性,建立了较为准确的麦克风阵列近场宽带三维声源定位算法[1];陈露明等人在对麦克风的采样噪声信号进行处理,提出了一种在DSP平台上的硬件和软件解决方案[2]。M.Morini等人对一个小型的六级轴流式压气机在稳定工况下以及变工况运行时的振动和声音信号进行了对比研究,指出声音信号在压气机监测上具有一定的可行性,并对声音信号在压气机具体工况的测量及信号处理的方法进行了一定的阐述[3]。所有的这些监测方法关键是噪声信号的识别和特征信号的提取,但是没有对喘振一压气机运行时的危险工况进行特别的研究和讨论。本文将在此基础上,对压气机在进入喘振时的声音进行研究和处理,通过消除噪声干扰信号来得到喘振时声音的特征信号,为实际生产中使用声音信号监测压气机状态以及故障诊断提供了良好的理论基础和依据。125第31卷第3期2010年6月能源技术ENERGYTECHNOLOGYVol.31No.3Jun.20101试验装置与数据采集系统本文的试验装置由压气机,变频电机和减速齿轮箱组成,俯视图如图1所示。图1试验装置俯视图试验装置采用三个PCB公司的130D20麦克风传感器收集压气机运行发出的声音信息,传感器的频率响应为10Hz到15kHz,布置在压气机的周围;采用库力特公司的XTL190M系列的压力传感器测量压气机出口的动态压力;采用LDSNicolet公司的Genesis系列GEN7t高速采集仪器进行声音和动态压力信号的采集,采样频率为1k/s。试验通过改变电机频率调整压气机的转速,通过阀门开度调整压气机的工况,压气机运行过程的压力、温度、流量和转速等信号则通过PLC数据采集系统进行记录。2试验数据及分析试验主要是通过改变电机频率以调节压气机转速以及改变阀门开度以调节流量的方法来控制压气机的实际运行工况。试验以压气机的特性曲线为依据,从压气机的低工况开始做起在保证阀门开度不变的情况下通过逐步提高压气机的转速来使其进入喘振区域。接着增大阀门的开度使流量增大,这时压气机的运行工况将逐渐远离喘振线,然...