專利名稱：自動平衡旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，尤其涉及自動獲得平衡旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的平衡解決辦法的方法和裝置。
背景技術(shù)：
震動力會造成類似渦輪發(fā)動機的機械設(shè)備失效或不能有效地工作。在渦輪發(fā)動機環(huán)境下，許多高精度的部件在高溫下高速旋轉(zhuǎn)。因此，不平衡造成的顯著震動會嚴(yán)重地?fù)p壞發(fā)動機組件。
為了避免這種缺陷，已開發(fā)了監(jiān)視震動并指出旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備何時為不平衡的技術(shù)。可靠的發(fā)動機震動監(jiān)視通常從加速度計開始。必需利用專用電纜把通常位于發(fā)動機深處的加速度計的電輸出信號傳送給信號處理電子設(shè)備。用電子設(shè)備來調(diào)整加速度計信號，以便進(jìn)行機械存儲或用于儀表顯示。
一旦發(fā)現(xiàn)了平衡問題，就需要進(jìn)行發(fā)動機震動分析，以便診斷和校正該問題。具體來說，不得不使發(fā)動機停止工作并對其進(jìn)行分析，這種分析一般要把發(fā)動機固定在測試臺上，這樣做費時又費錢。
進(jìn)行這種分析的普通方法首先進(jìn)行震動測量。加速度計和轉(zhuǎn)速計讀出多個發(fā)動機速度下的震動數(shù)據(jù)，以便判斷是否已超過了震動極限。如果在震動測量期間極限沒有被超過，則發(fā)動機已被正確地平衡，不需要采取其它步驟。一旦超過了震動極限，通常首先假定存在平衡問題并執(zhí)行平衡步驟。但是，如果震動沒有因進(jìn)行平衡而得到減輕，就采用頻譜分析來正確地指出震動問題所在原因。
必需獲得數(shù)據(jù)來對震動的振幅進(jìn)行定量分析。在過去，為了獲得作為速度函數(shù)的震動的振幅和相位，已在發(fā)動機運行的可用范圍內(nèi)的約十個離散采集點上執(zhí)行穩(wěn)態(tài)停頓。然后安裝試驗載體，這將是如何平衡系統(tǒng)的第一次猜測或一次嘗試。接著在相同的離散采集點上執(zhí)行第二次穩(wěn)態(tài)停頓以測量因平衡載荷發(fā)生變化而造成的震動的變化。這種變化確定了利用最小二乘法計算新的平衡解法所使用的不平衡靈敏度值(系數(shù))。通常假定發(fā)動機仍不平衡，計算新的平衡解法。該平衡解法在理論上是發(fā)動機整個運行范圍的最好解法。
在另一種普通方法中，人工地逐個記錄每一穩(wěn)態(tài)停頓的數(shù)據(jù)，把記錄的數(shù)據(jù)輸入計算平衡解法的計算機。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一平衡系統(tǒng)，“機構(gòu)技術(shù)公司(MechanicalTechnology Inc.)”的MTIPBS-4100TM，發(fā)動機的技術(shù)規(guī)格可被存儲在計算機內(nèi)，以便系統(tǒng)知道在何處進(jìn)行穩(wěn)態(tài)停頓。從這些停頓獲得的數(shù)據(jù)被計算機利用最小二乘法進(jìn)行處理以獲得平衡解法。在第一次停頓之后，利用存儲在計算機內(nèi)的被測發(fā)動機型號的通用靈敏度或影響系數(shù)的PBS-4100TM系統(tǒng)進(jìn)行一次性平衡，然后執(zhí)行第二次穩(wěn)態(tài)停頓以確認(rèn)系統(tǒng)已得到平衡。在PBS-4100TM系統(tǒng)已經(jīng)計算了平衡解法之后，該系統(tǒng)就提供顯示以表示建議的解法和應(yīng)被安裝在發(fā)動機上的平衡載荷的大小。
這一方法的一個問題是難以保證在相同速度下執(zhí)行第一和第二次穩(wěn)態(tài)停頓。在第一和第二次穩(wěn)態(tài)停頓會有10-15PRM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))的不同，這會對數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。尤其在發(fā)動機速度的公差范圍內(nèi)獲得數(shù)據(jù)時更是如此。例如，可以對于3000RPM的目標(biāo)速度在2950-3050RPM范圍內(nèi)獲得數(shù)據(jù)。速度誤差造成計算發(fā)動機特有靈敏度系數(shù)的誤差和平衡計算誤差。上述方法的另一問題是它需要相當(dāng)長的時間來平衡未平衡的發(fā)動機。
發(fā)明概述本發(fā)明提供克服普通旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備平衡系統(tǒng)所具有的缺陷的方法和裝置。
例如，本發(fā)明提供了優(yōu)于普通方法的在縮短了的時間內(nèi)平衡旋轉(zhuǎn)部件的方法和裝置。傳動的數(shù)據(jù)采集提供了以分鐘為單位的快速、準(zhǔn)確的平衡解法，還消除了停頓或常速操作，節(jié)省了燃料。
此外，本發(fā)明能夠更準(zhǔn)確地估算未平衡旋轉(zhuǎn)部件的平衡解法。實現(xiàn)更準(zhǔn)確的估算的方法之一是在緩慢的發(fā)動機加速或減速期間進(jìn)行自動或瞬時數(shù)據(jù)采集，以便不需要發(fā)動機速度出現(xiàn)停頓。這樣一來，就能夠既縮短了數(shù)據(jù)采集時間，又在更多的采集點上獲得數(shù)據(jù)。利用具有實時處理能力的瞬時數(shù)據(jù)采集可以自動地獲得50至100個采集點，而根據(jù)普通的穩(wěn)態(tài)停頓方法只獲得約10個采集點。平衡解法的精度因更多采集點的采用得到提高。所以，利用瞬時數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了比普通穩(wěn)態(tài)停頓方法更精確的平衡計算。
具體來說，根據(jù)旋轉(zhuǎn)部件的被測速度進(jìn)行瞬時數(shù)據(jù)采集。于是，如果在第一次數(shù)據(jù)采集操作中，從1000RPM開始，每次遞增50RPM直到4000RPM地采集數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)采集就將在這些速度下精確地出現(xiàn)。對于隨后的數(shù)據(jù)采集操作，與普通的穩(wěn)態(tài)停頓方法相比，數(shù)據(jù)也將在這些精確的速度下被獲得。因此，根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)計算而得到的發(fā)動機特有靈敏度和平衡解法就比普通的穩(wěn)態(tài)停頓方法所得到的精確。
還有，本發(fā)明還提供了在已計算了平衡解法之后和在其實施之前對該平衡解法的估算響應(yīng)，以便允許用戶確定該解法是否是所需要的。
此外，本發(fā)明還能夠在從中已獲得數(shù)據(jù)的采集點的范圍內(nèi)提出每個采集點的平衡解法，因此，用戶能夠根據(jù)系統(tǒng)的所需特性定做平衡解法。例如，用戶能夠計算特定速度范圍或特定傳感器的平衡解法。
本發(fā)明的平衡系統(tǒng)不需要從安裝了旋轉(zhuǎn)部件的結(jié)構(gòu)，例如飛機、船等中拆卸該旋轉(zhuǎn)部件，因此不需要使發(fā)動機停止工作。所以該系統(tǒng)通過允許用戶在原位測試和平衡發(fā)動機而將昂貴的發(fā)動機拆卸降至最低程度并減少了不必要的維護(hù)。換句話說，不必在測試臺上拆卸和連接發(fā)動機。
在預(yù)先把包括部件類型的特性的部件數(shù)據(jù)存儲在存儲器內(nèi)的交互式計算機系統(tǒng)內(nèi)平衡旋轉(zhuǎn)部件的方法涉及到若干個步驟。這些步驟包括根據(jù)部件類型在預(yù)定速度范圍內(nèi)緩慢地改變該部件的轉(zhuǎn)速，在改變該部件的轉(zhuǎn)速的同時在該速度范圍內(nèi)的多個采集點處檢測瞬時震動數(shù)據(jù)，根據(jù)瞬時數(shù)據(jù)判斷該部件是否處于未平衡狀態(tài)，以及當(dāng)該部件處于未平衡狀態(tài)時根據(jù)部件數(shù)據(jù)和瞬時數(shù)據(jù)計算平衡解法。檢測瞬時數(shù)據(jù)的步驟可以包括產(chǎn)生瀑布文件(waterfall file)和顯示被稱為瀑布圖的該瀑布文件數(shù)據(jù)的三維表示的步驟。瀑布圖是數(shù)據(jù)在三個軸上的圖形表示。例如，一個軸是RPM，第二個軸是頻率，而第三個軸是震動的振幅。
具體來說，檢測瞬時信號的步驟利用實時頻譜分析儀采集和數(shù)字化震動信號和轉(zhuǎn)速計信號。在發(fā)動機加速或減速時按照遞增的RPM值采集數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)的每一個瞬態(tài)，利用“快速付里葉變換(FFT)方法”把時域數(shù)字化波形變換至頻域。所得到的震動信號的FFT表示是系統(tǒng)所測震動分量頻譜的特征的表述。
檢測瞬時數(shù)據(jù)的步驟包括對瀑布數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以便獲得部件的一個或多個位置在速度范圍內(nèi)的各個采集點處的同步的震動振幅和相位數(shù)據(jù)的步驟。進(jìn)行測量的位置可由系統(tǒng)操作者選擇。計算平衡解法所用的部件數(shù)據(jù)包括與部件類型有關(guān)的靈敏度(即影響)系數(shù)。操作者可把新的部件數(shù)據(jù)輸入存儲器。判斷步驟包括將瞬時數(shù)據(jù)與預(yù)定的震動極限進(jìn)行比較的步驟。
該方法可以包括根據(jù)平衡解法在確定的位置安裝至少一個載荷的步驟。能夠在拆下先前平衡載荷之后鑒別安裝了載荷，或能夠不拆下先前平衡載荷就鑒別安裝了平衡載荷。能夠鑒別和顯示平衡解法的部件上的至少一個位置和要被安裝在該至少一個位置處的校正載荷。另外，能夠顯示基于瞬時數(shù)據(jù)的部件的第一震動特征波形的圖形，能夠估算和顯示基于平衡解法的部件的第二震動特征波形的圖形。震動特征波形是作為部件轉(zhuǎn)速的函數(shù)的同步震動振幅的圖形，表示該旋轉(zhuǎn)部件的平衡狀態(tài)。
速度范圍包括從空閑狀態(tài)至最大功率狀態(tài)的部件速度?？梢愿鶕?jù)部件類型利用在空閑狀態(tài)速度和最大功率狀態(tài)速度之間的兩個速度來選擇和確定速度范圍。
本發(fā)明的平衡旋轉(zhuǎn)部件的裝置包括與部件連接的、在緩慢地改變部件的轉(zhuǎn)速的時候在部件的速度范圍內(nèi)的多個采集點上檢測瞬時數(shù)據(jù)的傳感裝置，與該傳感裝置連接的、執(zhí)行產(chǎn)生用于詳細(xì)震動分析的瀑布數(shù)據(jù)的頻譜分析、根據(jù)瀑布數(shù)據(jù)產(chǎn)生平衡數(shù)據(jù)和將平衡數(shù)據(jù)與震動極限作比較的數(shù)據(jù)處理器，以及與該數(shù)據(jù)處理器連接的、當(dāng)平衡數(shù)據(jù)超過震動極限就根據(jù)第一靈敏度系數(shù)和平衡數(shù)據(jù)計算平衡解法的裝置。
附圖概述現(xiàn)在參看僅作為例子給出的、在附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1表示可按照本發(fā)明被平衡的一示范性渦輪發(fā)動機；圖2(a)-2(c)表示將飛機發(fā)動機連接至本發(fā)明的發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)的示范性結(jié)構(gòu)；圖3(a)是本發(fā)明一實施例的示范性發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖3(b)是圖3(a)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖；圖4是本發(fā)明的一示范性瀑布文件顯示；圖5是本發(fā)明的一示范性單級(single plane)平衡方法的流程圖6(a)-6(m)表示本發(fā)明的直觀的交互環(huán)境的示范性屏幕；圖7(a)和7(b)表示本發(fā)明的一示范性雙級平衡方法的流程圖。
詳細(xì)描述本專利文件的一部分公開內(nèi)容包含受版權(quán)保護(hù)的內(nèi)容。版權(quán)擁有者不反對任何人對在美國專利和商標(biāo)局的專利文件或記錄中載有的任一專利公開內(nèi)容進(jìn)行傳真復(fù)制，但保留任何所有的其它版權(quán)。
雖然以下的描述是在飛機發(fā)動機系統(tǒng)的范圍內(nèi)，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道本發(fā)明可被應(yīng)用于包括燃?xì)廨啓C、壓縮機、發(fā)電機、泵、電動機和汽輪機的其它類型的旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備。
圖1表示可應(yīng)用本發(fā)明的發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)的一示范性發(fā)動機。該發(fā)動機具有包括用于低壓推進(jìn)的扇葉1和增壓器2的扇形物部分、包括高壓氣體產(chǎn)生裝置或壓縮機3和高壓渦輪4的主要部分4和低壓渦輪部分(LPT)5。發(fā)動機平衡系統(tǒng)使用震動數(shù)據(jù)和發(fā)動機速度數(shù)據(jù)。為了獲得震動數(shù)據(jù)，必需把傳感部件、例如加速度計連接至渦輪發(fā)動機來測量合適的數(shù)據(jù)。在圖1的示范性發(fā)動機中，除其它位置外還在與扇形部分的扇葉1連接的扇形物軸承(未示出)上、在與扇形物部分的扇葉1連接的扇形物罩(未示出)上、在LPT部分5的渦輪尾架(未示出)上、以及/或者在主要部分的壓縮機3的尾架上固定用于測量震動的一個或多個加速度計。各個位置處的加速度計相當(dāng)于測量發(fā)動機的震動的一個平衡和震動通路。
許多種加速度計可被用來測量發(fā)動機的震動或檢測及測量震動，例如壓縮型或剪切型加速度計。在一種典型的壓縮型加速度計中，機殼(mass)向壓電元件施加壓力。在一種典型的剪切型加速度計中，機殼向壓電元件施加剪切力。雖然本發(fā)明不受加速度計類型的限制，但靈敏度為1至100PC/g、重量在10和50克之間以及頻率范圍為0至12KHz的通用型加速度計適合于本發(fā)明。此外，靈敏度在0.05至0.3PC/g之間、重0.5至2克和頻率范圍為1至25Khz的微型加速度計也是令人滿意的。其它類型的可接受的加速度計包括以下類型的加速度計1)用于三維測量的；2)用于對工業(yè)機器進(jìn)行永久監(jiān)視測量的；3)在非常高溫下使用的；4)用于校正和其它基準(zhǔn)目的的；5)用于建筑物和其它結(jié)構(gòu)上的震動測量的；以及6)用于非常大的沖擊測量的。在某些飛機上已經(jīng)安裝有測量震動的加速度計。在飛機沒有安裝加速度計的情況下，優(yōu)選的加速度計類型是DYTRANModel3174C高溫加速度計。
在實際的加速度計的設(shè)計中，安排壓電元件以便當(dāng)組件震動時，該組件機殼自該壓電元件施加與震動加速度成正比的力。應(yīng)當(dāng)指出，加速度計輸出端的壓電輸出的直接加載會顯著地降低加速度計的靈敏度和限制其頻率響應(yīng)。為了把這些影響減至最小，利用前置放大器把加速度計的輸出信號饋送至遠(yuǎn)低于該加速度計阻抗的阻抗，該阻抗是適合于與一般測量和分析設(shè)備的相當(dāng)?shù)偷妮斎胱杩惯B接的阻抗。還有，還可以使用速度換能器或位移探頭來檢測和測量震動。震動傳感器可以是已有的發(fā)動機換能器或地面測試換能器。
可以用諸如磁轉(zhuǎn)速計或光傳感器轉(zhuǎn)速計這樣的轉(zhuǎn)速計來確定發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明中可以采用利用磁場來計算轉(zhuǎn)速的渦流探針式磁轉(zhuǎn)速計。在安裝有飛機震動監(jiān)視(AVM)系統(tǒng)的飛機上，典型的磁轉(zhuǎn)速計通過測出在尾部故意加工的深的齒狀物來測量發(fā)動機的RPM。典型的光傳感器轉(zhuǎn)速計利用從標(biāo)記點反射回來的光束來測量速度。例如，該標(biāo)記點是貼在扇葉的第一個葉片上的反射帶。
可把飛機發(fā)動機分為成為三種結(jié)構(gòu)中的一種1)無AVM；2)老式AVM；和3)新式AVM。在無AVM結(jié)構(gòu)中，為了測量震動，必需由技術(shù)人員來安置震動傳感器。AVM結(jié)構(gòu)包括震動傳感器。在老式AVM結(jié)構(gòu)中，利用直接連接獲取傳感器輸出，而在新式AVM系統(tǒng)中，利用座艙內(nèi)的前面板連接器獲取傳感器輸出。
具有無AVM平臺的飛機包括波音727，737-200和757，DC10以及MD80。無AVM系統(tǒng)所需的設(shè)備依賴于發(fā)動機和飛機，可以包括兩個加速度計，約250英尺的無AVM電纜組件(包括兩個電荷放大器(已連接)和一個光傳感器轉(zhuǎn)速計，特定發(fā)動機的托架工具，以及帶有BNC插頭和電纜的震動分析儀。
圖2(a)表示在飛機和本發(fā)明的震動分析和平衡系統(tǒng)之間典型的無AVM電纜連接。在無AVM系統(tǒng)中，發(fā)動機震動和平衡分析儀7直接與渦輪發(fā)動機6連接。根據(jù)這一示范性連接，三個或更多的數(shù)據(jù)通路與渦輪機上的三個或更多的傳感器連接。通路1與轉(zhuǎn)速計連接，通路2與扇葉軸承上的前震動傳感器連接，通路3與渦輪機尾架上的后震動傳感器連接。此外，利用與分析儀7連接的電源線向轉(zhuǎn)速計和加速度計供電，以便開動系統(tǒng)進(jìn)行震動和平衡分析。
采用表式AVM平臺的飛機包括波音737-300。典型的老式AVM電纜連接如圖2(b)所示。通常所需的機內(nèi)設(shè)備包括在飛機一側(cè)8的表式AVM電纜，轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器盒9，以及帶有BNC插頭和電纜的震動分析儀7。在該老式AVM連接中，通路1與轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器9連接，轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器9與前震動(例如扇形移軸承)的通路2和后震動(例如渦輪機尾架)的通路3一道都與AVM外殼11和AVM客座12連接，以便經(jīng)過AVM從飛機一側(cè)8獲得震動數(shù)據(jù)。電源線與轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器9連接。
該新的AVM平臺適合于所有新式飛機。圖2(c)表示典型的新式AVM電纜連接。通常所需的設(shè)備包括連接分析儀7和飛機一側(cè)8的新式AVM電纜，轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器盒9，以及帶有BNC插頭和電纜的震動分析儀7。在該新式AVM連接中，通路1與轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器9連接，輪速計調(diào)節(jié)器9與前震動通路2和后震動通路3一道都與位于飛機一側(cè)8的AVM外殼13連接以獲取數(shù)據(jù)。電源線與轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器9連接。
在圖2(b)和2(c)的AVM連接中，轉(zhuǎn)速計調(diào)節(jié)器盒9接收發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的一系列脈沖并對于發(fā)動機速度的每次旋轉(zhuǎn)輸出一個脈沖。震動和平衡分析儀7的處觸發(fā)輸入接收轉(zhuǎn)速計的脈沖、測量脈沖之間的時間并計算以RPM為單位的發(fā)動機速度。震動傳感器測量所有頻率的震動。為了發(fā)動機的平衡，進(jìn)行平衡計算所需的震動分量是基頻或同步震動分量。該分量的頻率就是發(fā)動機轉(zhuǎn)速的頻率。根據(jù)外部觸發(fā)信號計算的RPM值被用來確定在振幅和相位瀑布中的頻率分量，以便獲得平衡震動振幅和相位。
在發(fā)動機運行期間，飛機震動監(jiān)視器將指示或傳感器將檢測震動。為了分析震動，航線機械師將引出電纜接至AVM或安裝傳感器(例如加速度計)和轉(zhuǎn)速計。
若干個部件構(gòu)成了圖3(a)所示的說明性的發(fā)動機震動和平衡分析儀。從傳感器接收震動數(shù)據(jù)和發(fā)動機速度，并通過外部觸發(fā)輸入把它們提供給包括一模數(shù)(A/D)變換器150(例如16位A/D變換器)的瞬時數(shù)據(jù)采集電路100，以便把采集的數(shù)據(jù)變換成為數(shù)字形式。每一震動傳感器相當(dāng)于一平衡通路?？梢?)按照在選定的常速運行條件下采集震動振幅、相位和速度(RPM)信息的普通穩(wěn)態(tài)速度方法或2)在采集在線震動振幅、相位和RPM數(shù)據(jù)的緩慢瞬時發(fā)動機加速或減速期間獲得數(shù)據(jù)。預(yù)處理數(shù)字震動數(shù)據(jù)被傳送給信號處理電路200內(nèi)的數(shù)字信號處理器(DSP)存儲器250。根據(jù)一示范性實施例，DSP存儲器250是8兆字節(jié)的RAM，但根據(jù)發(fā)動機上的通路(傳感器位置)數(shù)目，該存儲器的容量可以更大一些。
在信號處理電路200內(nèi)，DSP處理部分350利用實時頻譜分析儀的功能處理震動和轉(zhuǎn)速計信號(即所獲得的瞬時數(shù)據(jù))。在一種典型的實現(xiàn)中，信號處理電路200包括在50MHz下運行的的一32位DSP微處理器。按照預(yù)定的遞增RPM變化(例如50RPM)對震動和轉(zhuǎn)速計數(shù)據(jù)進(jìn)行平均和處理，并將它們存入DSP存儲器250的瀑布元件內(nèi)。參考分析儀采集數(shù)據(jù)的能力來選擇用于信號處理的發(fā)動機速度的遞增變化。因此，為了獲得最好的分辨率，最好在分析儀允許的條件下盡可能小地選擇遞增量。
在數(shù)據(jù)采集過程結(jié)束時，瀑布文件數(shù)據(jù)從存儲器250寫入磁盤。然后對瀑布數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理來提取平衡振幅和相位特征波形。
信號處理部分200由用戶接口400進(jìn)行控制，該用戶接口400包括把DSP軟件下載至DSP處理部分350的主機接口450。DSP存儲器250把包括時間和瀑布文件以及振幅、相位和速度信息的可顯示記錄、例如圖形可顯示信息傳送給主機接口450?？娠@示記錄除表示數(shù)據(jù)外還表示在由用戶輸入的或預(yù)先存儲在硬盤驅(qū)動器500內(nèi)的數(shù)據(jù)繪圖的震動極限。
在一示范性實施例中，用戶接口包括在整個平衡過程中引導(dǎo)用戶的MICROSOFT兼容圖形用戶接口。典型的主機接口可以是具有在33MHz下運行的伴隨協(xié)處理器的標(biāo)準(zhǔn)80386或任選的80486。
主機接口450與數(shù)字輸入/輸出(I/O)卡550連接，并把用于數(shù)字信號處理操作的頻譜分析軟件(即FFT算法32)下載至該數(shù)字I/O卡550。數(shù)字I/O卡550可以與在鍵盤、鼠標(biāo)、打印機等上的功能鍵連接。用戶接口400與磁盤驅(qū)動控制器600連接，并存儲和接收來自內(nèi)部硬盤驅(qū)動器500(即50兆字節(jié)的硬盤驅(qū)動器，120兆字節(jié)任選)和軟盤700(例如1.44兆字節(jié)的3.5英寸軟盤)的數(shù)據(jù)。按步驟地引導(dǎo)用戶平衡發(fā)動機的平衡軟件650存儲在硬盤驅(qū)動器500內(nèi)。通常存儲在硬盤驅(qū)動器500內(nèi)的其它信息包括頻譜分析儀的軟件、數(shù)據(jù)采集程序、各種發(fā)動機類型的數(shù)據(jù)、在數(shù)據(jù)采集結(jié)束之后的發(fā)動機運行數(shù)據(jù)和瀑布數(shù)據(jù)、以及平衡解法數(shù)據(jù)。各種發(fā)動機類型的數(shù)據(jù)包括如何采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備信息和特定發(fā)動機的平衡特性。從硬盤驅(qū)動器500輸出給軟盤700的信息通常包括發(fā)動機運行及瀑布數(shù)據(jù)和平衡文件。平衡文件包含在前一次運行中采集的震動數(shù)據(jù)，當(dāng)在任何時刻與采用了該平衡文件的發(fā)動機的發(fā)動機靈敏度文件相結(jié)合時，該平衡文件可用來計算平衡解法。用戶接口400還與視頻圖形適配器(MT)750連接，后者能夠把視頻數(shù)據(jù)傳送給顯示平衡解法、瀑布文件等的氣態(tài)等離子顯示器800和/或外部MT顯示器850。示范性的瀑布文件顯示如圖4所示。
圖3(a)所描述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖3(b)所示。旋轉(zhuǎn)部件20的震動數(shù)據(jù)和發(fā)動機速度數(shù)據(jù)分別由多個震動傳感器22和速度傳感器25進(jìn)行檢測。傳感器相當(dāng)于平衡通路。來自在震動傳感器22和速度傳感器25的數(shù)據(jù)信息輸入給平衡分析儀的頻譜分析部分。特別是震動傳感器22的震動數(shù)據(jù)被利用FFT32從時域變換至頻域。進(jìn)行這一變換所需的參數(shù)可由用戶利用如下設(shè)置的典型值進(jìn)行修改F最大＝500MHz，N＝200行，重疊＝最大。FFT32的結(jié)果在振幅瀑布部分34中被變換成為振幅頻譜?；ハ嚓P(guān)頻譜部分36還計算被輸入給相位瀑布部分38的互相關(guān)頻譜，相位瀑布部分38確定震動傳感器22對于速度傳感器25(即轉(zhuǎn)速計)的相位響應(yīng)。每一振幅和相位頻譜的采集由轉(zhuǎn)速計進(jìn)行觸發(fā)。振幅瀑布部分34的平衡振幅可被用來在診斷部分40中進(jìn)行頻譜分析診斷。分別來自振幅瀑布部分34和相位瀑布部分38的平衡振幅和相位特征波形數(shù)據(jù)被保存在平衡震動數(shù)據(jù)文件42內(nèi)。平衡數(shù)據(jù)文件42內(nèi)的數(shù)據(jù)被用來與靈敏度文件46一道計算平衡解法44，靈敏度文件46包括與正在被平衡的發(fā)動機有關(guān)的靈敏度系數(shù)。
被設(shè)計成用于診斷至少包括與平衡有關(guān)的問題的震動問題的高性能實時頻譜分析儀可被作為數(shù)字信號處理設(shè)備。實施本發(fā)明的一典型的分析儀是由“科學(xué)亞特蘭大公司(Scientific-Atlanta，Inc.)”制造的型號為SA390的“動態(tài)信號分析儀”。還可以采用能夠區(qū)分包括聲學(xué)問題的關(guān)于平衡和非平衡問題的分析儀。頻譜分析儀必需能夠在整個發(fā)動機速度范圍內(nèi)進(jìn)行發(fā)動機震動測量，最好包括多用途的時域(示波器)和頻譜顯示以利用識別震動源。這種設(shè)備消除了不必要的發(fā)動機拆卸并在顯著地縮短時間和降低成本的情況下解決了震動問題。
通過采用能夠?qū)崟r地處理數(shù)據(jù)頻譜或瀑布數(shù)據(jù)的頻譜分析儀，發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)就可以執(zhí)行瞬時數(shù)據(jù)采集以便進(jìn)行多速多級的平衡，該瞬時數(shù)據(jù)采集期間，發(fā)動機從空閑狀態(tài)被加速至滿功率。該頻譜分析儀在發(fā)動機的功率范圍內(nèi)采集包括振幅、相位和頻率的多個震動數(shù)據(jù)。更多的數(shù)據(jù)提高了精度并產(chǎn)生更好的預(yù)測平衡解法。實時瞬時數(shù)據(jù)采集在提供了更多的數(shù)據(jù)采集點的同時還避免了普通平衡系統(tǒng)所具有的停頓。此外，發(fā)動機只需要運行約2至5分鐘來獲得數(shù)據(jù)，這不僅比普通方法的時間短，而且節(jié)省了燃料并縮短了獲得平衡解法的時間。
本發(fā)明的發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)還合于從飛行發(fā)動機振動監(jiān)視系統(tǒng)、例如ENDEVCOMICROTRAC IITM接收震動數(shù)據(jù)。因此，可把飛行數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)運行輸入到發(fā)動機震動和平衡分析儀并能夠計算平衡解法。
上述發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)所執(zhí)行的典型的單級平衡解法的平衡操作所包括的步驟如圖5流程圖所示。
在步驟ST1，安裝連接發(fā)動機和分析儀的設(shè)備?？刂频竭_(dá)收集關(guān)于發(fā)動機速度和震動程度的發(fā)動機運行信息。在收集了數(shù)據(jù)之后，在步驟ST3判斷發(fā)動機震動是否超過預(yù)定的震動極限。如果沒有超過震動極限，則在ST3就沒有發(fā)現(xiàn)平衡問題。然后控制到達(dá)拆除設(shè)備的步驟ST4并在ST5結(jié)束操作。否則，如果超過了震動極限，就發(fā)現(xiàn)了平衡問題，控制到達(dá)步驟ST6，計算利用通用靈敏度系數(shù)對該問題的第一次嘗試平衡解法或一次性平衡解法。然后，控制到達(dá)根據(jù)在步驟ST6中計算的一次性平衡解法安裝校正載荷的步驟ST7。
在步驟ST7中安裝完校正載荷之后，在步驟ST8中再次運行發(fā)動機來采集震動數(shù)據(jù)。然后在步驟ST9判斷是否仍有震動問題存在。就是說，在步驟ST9中再把采集的數(shù)據(jù)與震動極限作比較以判斷是否仍存在平衡問題。如果在步驟ST9沒有發(fā)現(xiàn)平衡問題，控制就到達(dá)步驟ST10，拆除設(shè)備，在ST11結(jié)束操作。如果在步驟ST9仍有問題存在，就在步驟ST12根據(jù)前兩次的運行計算新的發(fā)動機特有靈敏度?？刂频竭_(dá)步驟ST13，根據(jù)該新的發(fā)動機特有靈敏度和在前一次發(fā)動機運行期間采集的數(shù)據(jù)計算新的平衡解法。再次執(zhí)行步驟ST7、ST8、ST9。如果仍有平衡問題，就執(zhí)行步驟ST12、ST13、ST7、ST8和ST9，直到問題被解決為止。一旦獲得了所需的解法，就在步驟ST10拆除與發(fā)動機連接的各種電纜和設(shè)備，在步驟ST11結(jié)束操作，發(fā)動機能夠正常地運行。
圖7(a)和7(b)表示獲得雙級平衡解法所需的平衡操作的流程。與圖5所示步驟相同的步驟在圖7(a)和7(b)中用相同的標(biāo)號來表示。如果用戶希望計算雙級解法，則在步驟ST9發(fā)現(xiàn)了平衡問題之后，在步驟ST14利用通用靈敏度計算第二次嘗試解法。然后分別在步驟ST15和ST16安裝平衡載荷和再次運行發(fā)動機。在步驟ST17把獲得的數(shù)據(jù)與震動極限作比較以判斷是否有平衡問題存在。如果沒有，就執(zhí)行步驟ST10和ST11。否則控制就到達(dá)步驟ST18，根據(jù)在前三次發(fā)動機運行期間(ST2，ST8，ST16)采集的數(shù)據(jù)計算新的靈敏度。在步驟ST19利用該新的靈敏度和最后一次運行的數(shù)據(jù)計算平衡解法。然后分別在步驟ST15和ST16安裝載荷和再次運行發(fā)動機。在步驟ST17再進(jìn)行比較以判斷是否還需要進(jìn)行平衡。如果還有問題，就執(zhí)行步驟ST18、ST19、ST15、ST16和ST17，直到問題被解決為止。一旦確認(rèn)不再有平衡問題存在，就執(zhí)行步驟ST10和ST11，結(jié)束操作。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到該系統(tǒng)能夠根據(jù)所需的級數(shù)通過修改上述處理進(jìn)行雙級以上的平衡。
可以采用具有全部內(nèi)部頻譜分析功能的開發(fā)體系結(jié)構(gòu)的MICROSOFTWINDOWSTM操作系統(tǒng)進(jìn)行交互式的用戶/系統(tǒng)通信。把系統(tǒng)設(shè)計成PC兼容的。本技術(shù)領(lǐng)域公知的其它操作系統(tǒng)、例如DOS、OS/2TM等也適用于本發(fā)明，但WINDOWSTM是最佳的。
在本發(fā)明的一例示性實現(xiàn)中，各種操作模式都可由用戶在用戶輸入數(shù)據(jù)和選擇要被執(zhí)行的操作的WINDOWSTM環(huán)境下進(jìn)行訪問。
系統(tǒng)用戶在如參看圖2(a)-2(c)所描述的那樣恰當(dāng)?shù)夭季€并連接了必要的設(shè)備之后進(jìn)入WINDOWSTM環(huán)境，如圖6(a)所示地在發(fā)動機震動和平衡分析儀的屏幕上出現(xiàn)選項的主菜單。如果用戶通過例如利用跟蹤球把指針放在SETUP(設(shè)置)按鈕上并按動跟蹤球來選擇SETUP按鈕，就如圖6(b)所示地出現(xiàn)Select Engine Type(選擇發(fā)動機類型)屏幕。Select Engine Type屏幕包括一列表字段300，該表字段300列出包含了與多個發(fā)動機類型有關(guān)的技術(shù)規(guī)格的各種預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)文件。這些文件最好存儲在圖3(a)的硬盤驅(qū)動器500內(nèi)。用戶然后選擇相應(yīng)于要被平衡的發(fā)動機的合適的發(fā)動機類型?；蛘哂脩艨梢源_定沒有存儲在存儲器內(nèi)的發(fā)動機類型，在這種情況下，發(fā)動機震動和平衡分析儀將提示用戶輸入與要被平衡的發(fā)動機的技術(shù)規(guī)格有關(guān)的數(shù)據(jù)。Select Engine Type屏幕還包括按照本領(lǐng)域熟知的方法分別改變驅(qū)動器和目錄以及改變在表字段300內(nèi)出現(xiàn)的文件的列表的表字段310以及下拉字段320和330。
在選擇了相應(yīng)于所需發(fā)動機的文件之后，出現(xiàn)圖6(c)的MainMenu(主菜單)屏幕。這一屏幕提供了發(fā)動機類型的指示，關(guān)于該發(fā)動機的評述，以及震動傳感器與分析儀連接的指示。其它發(fā)動機信息可被顯示，本發(fā)明在這方面不受限制。在證實已選擇了正確的發(fā)動機類型之后，用戶就按動ACQUIRE DATA(采集數(shù)據(jù))按鈕，出現(xiàn)圖6(d)的Engine Run Setup(發(fā)動機運行設(shè)備)屏幕。此時用戶可以在發(fā)動機序號字段內(nèi)輸入具體發(fā)動機的序號。如果用戶輸入了序號，該序號就被保存，以便在運行結(jié)束時自動地保存與這一發(fā)動機有關(guān)的被采集的瞬時數(shù)據(jù)供將來作參考。Engine Run Setup屏幕上的Weight(載荷)和Angle(角度)字段允許用戶輸入在front plane(前級)或在rear plane(后級)的已有載荷的載荷信息。ACQUISITION(采集按鈕允許用戶選擇所需的操作類型、即手動或自動。在手動操作模式中，如普通的穩(wěn)態(tài)停頓方法所做的那樣，對于特定的轉(zhuǎn)速采集數(shù)據(jù)。在自動操作模式中，數(shù)據(jù)在發(fā)動機被逐漸加速時被自動地采集。數(shù)據(jù)將按照被編程的轉(zhuǎn)速間隔被采集。例如，本發(fā)明的一示范性的數(shù)據(jù)采集周期可以是約2至5分鐘，在該段時間內(nèi)的50至100個采集點上采集數(shù)據(jù)。
選擇CANCEL(取消)按鈕將使系統(tǒng)返回到圖6(c)的屏幕，不初始化所選的項目。選擇OK按鈕將把系統(tǒng)置成采集數(shù)據(jù)。如果這時沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)速計信號，就出現(xiàn)告訴用戶已檢測到不合適的RPM并提示用戶檢查與平衡系統(tǒng)連接的轉(zhuǎn)速計的屏幕。用戶還被詢問是否需要繼續(xù)數(shù)據(jù)采集。用戶可以異常中止測試以對這一詢問作出響應(yīng)。如果檢測到轉(zhuǎn)速計信號，用戶就可以肯定地對詢問作出響應(yīng)，繼續(xù)進(jìn)行測試。
如果繼續(xù)進(jìn)行測試，就出現(xiàn)圖6(d)這樣的屏幕。在采集與發(fā)動機速度和震動程度有關(guān)的發(fā)動機運行信息的時候出現(xiàn)圖6(e)的屏幕。在一個實施例中，可以采用通常在數(shù)據(jù)采集之后以瀑布顯示分式(例如圖4)顯示數(shù)據(jù)信息的頻譜分析儀，當(dāng)然也可以在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時顯示瀑布數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)動機運行在低于最小發(fā)動機RPM時，用戶就可以選擇START(啟動)按鈕。一旦按動START按鈕，發(fā)動機速度就逐漸增大到最大速度。一旦達(dá)到發(fā)動機的最大速度，發(fā)動機就完成了其沖程。此時應(yīng)按動STOP(停止)按鈕來停止數(shù)據(jù)采集。一旦按動了STOP按鈕，就出現(xiàn)圖6(c)的Main Menu(主菜單)，用戶現(xiàn)在可以計算平衡解法。
當(dāng)圖6(c)中的BALANCE SOLUTION(平衡解法)按鈕被按動時，就出現(xiàn)顯示與運行有關(guān)的信息并指出發(fā)動機震動是否超過存儲在圖3(a)的硬盤驅(qū)動器500內(nèi)的預(yù)定極限的Balance Menu(平衡菜單)屏幕。于是采集的數(shù)據(jù)被與存儲在用戶接口400的存儲器250內(nèi)的震動極限作比較，以判斷是否有平衡問題存在。一示范性Balance Menu屏幕如圖6(f)所示。一旦發(fā)現(xiàn)平衡問題，就可以按動CALCULATEBALANCE SOLUTION(計算平衡解法)按鈕來計算對該問題的第一次嘗試平衡解法或一次性平衡解法。
稱為通用靈敏度或影響系數(shù)的復(fù)數(shù)值是對于每一種型號的發(fā)動機預(yù)先存儲在發(fā)動機震動和平衡分析儀存儲器250內(nèi)的一部分?jǐn)?shù)據(jù)。每一存儲的通用靈敏度系數(shù)表示與某一型號發(fā)動機的發(fā)動機震動因平衡載荷的變化而通常如何變化有關(guān)的數(shù)值。通過組合采集的震動數(shù)據(jù)和通用靈敏度數(shù)據(jù)，分析儀就能夠計算一次性平衡解法。
一旦用戶按動Balance Menu屏幕上的CALCULATE BALANCESOLUTION按鈕，就出現(xiàn)圖6(g)所示這樣的BALANCE SOLUTION屏幕。當(dāng)一次性平衡解法被計算時，就顯示表示發(fā)動機平衡凸緣的圖形，示出要被安裝的載荷的建議重量、部件號和孔位。最好整個發(fā)動機速度范圍內(nèi)對于所有有效的震動和平衡通路利用最小二乘法來計算平衡解法。Thomas P.Goodman在發(fā)表于1965年8月的“Journal ofEngineering for Industry”的第273-279頁上的“計算平衡校正的最小二乘法”(“A Least Squares Method for Computing BalanceCorrections”)論文中描述了這種算法。
計算規(guī)定的一次性平衡解法的預(yù)測震動數(shù)據(jù)并將其與最后一次運行的震動數(shù)據(jù)一道進(jìn)行顯示。在每一次運行之后，不首先計算平衡解法，用戶可以觀察數(shù)據(jù)，并可以通過分析凝譜震動特征波形就確定了震動問題不是平衡問題。于是，對于所計算的每一平衡解法，在相應(yīng)于所計算的平衡解法的平衡載荷被安裝之后，當(dāng)前(即與前一次運行相關(guān)的)震動特征波形的圖形可以與估算的作為結(jié)果的震動特征波形一道被顯示。因為數(shù)據(jù)量幾乎(如果不是總是)不適合于按照作出這種結(jié)論所需的方式對震動數(shù)據(jù)特征波形進(jìn)行分析，所以普通系統(tǒng)沒有尋找故障的能力。
為了在計算平衡解法之前分析震動問題，用戶啟動圖6(f)的Balance Menu屏幕的菜單條的Vibration Data(震動數(shù)據(jù))。在VibrationData不出現(xiàn)子菜單，該子菜單包括Select new Data File(選擇新的數(shù)據(jù)文件)和Plot Vibration Data(畫出震動數(shù)據(jù)的圖形)的選項。SelectNew Data File選項應(yīng)首先被選擇，這樣就允許用戶確定要進(jìn)行分析的所需文件。此后，用戶啟動Plot Vibration Data選項，系統(tǒng)對于選定的文件顯示震動特征波形的圖形。
能夠在拆下以前的平衡載荷之后鑒別安裝了平衡載荷，或能夠不拆下以前的平衡載荷就鑒別安裝了平衡載荷。在安裝了校正載荷之后，用戶可以再次運行發(fā)動機并如上所述地采集數(shù)據(jù)，以便判斷是否有震動問題存在。于是再把采集的數(shù)據(jù)與震動極限作比較以判斷是否有平衡問題存在。如果存在問題或為了保證實現(xiàn)正確的平衡，用戶應(yīng)當(dāng)在載荷發(fā)生了變化之后計算新的發(fā)動機特有靈敏度。于是，根據(jù)載荷變化采集了新的運行的數(shù)據(jù)之后，與新的平衡解法不同，應(yīng)當(dāng)計算新的發(fā)動機特有靈敏度。發(fā)動機特有靈敏度與通用靈敏度的不同之處在于與對被確定類型的發(fā)動機操作的估算不同，它們是所測試發(fā)動機所特有的。為了再次計算靈敏度，用戶啟動Balance Menu屏幕的菜單條上的Sensitivity Data(靈敏度數(shù)據(jù)，出現(xiàn)圖6(h))的屏幕。
為了計算新的靈敏度，用戶選擇Calculate New Sensitivities(計算新靈敏度)選項，出現(xiàn)圖6(i)的Sensitivity Menu(靈敏度菜單)屏幕。用戶現(xiàn)在能夠選擇所需的平衡類型，即單級還是多級(在發(fā)動機上的平衡位置)。例如，如圖6(i)所示，可以選擇Front plane(前級)、rear plane(后級)或dual plane(雙級)。如果要進(jìn)行前級或后級平衡，則只需要兩個數(shù)據(jù)采集文件來計算新的發(fā)動機特有靈敏度。但是，如果要進(jìn)行雙級平衡，就需要雙級的載荷變化的三個數(shù)據(jù)文件。
如果用戶按動了CALCULATE FRONT PLANE(計算前級)按鈕，就出現(xiàn)第一數(shù)據(jù)文件屏幕(未示出)，屏幕上列出存儲在系統(tǒng)存儲器內(nèi)的采集數(shù)據(jù)文件，用戶可據(jù)此選擇第一數(shù)據(jù)文件。然后，具有相同表格的第二數(shù)據(jù)文件屏幕(未示出)出現(xiàn)，以便用戶選擇第二數(shù)據(jù)文件。在選擇了這兩個數(shù)據(jù)文件之后，就出現(xiàn)圖6(j)所示的Sensitivity Menu(靈敏度菜單)屏幕，顯示選擇的概要。此時用戶應(yīng)選擇菜單條上的SaveSensitivities(保存靈敏度)選項，以保存剛選擇的信息。
在保存了靈敏度之后，它們就被自動地裝入以供下一平衡解法所用。如果用戶選擇任意的靈敏度用于計算，用戶就可以利用圖6(h)所示屏幕的Select New Sensitivity File(選擇新靈敏度文件)選項存取文件。在屏幕上出現(xiàn)一系列文件，用戶從這些文件中選擇解法所需的新的靈敏度文件(未示出)。用戶然后應(yīng)再選擇菜單條的Sensitivity Data(靈敏度數(shù)據(jù))選項(即出現(xiàn)類似圖6(h)屏幕的屏幕)，在這個時候選擇Plot Sensitivity Data(畫出靈敏度數(shù)據(jù)的圖形)選項來畫出所選級的數(shù)據(jù)的圖形。出現(xiàn)圖6(k)這樣的Plot Sensitivity(畫出靈敏度圖形)屏幕，示出所選文件的當(dāng)前靈敏度。
然后，用戶應(yīng)當(dāng)請求發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)計算新的調(diào)整平衡解法。該被計算的新的調(diào)整平衡解法將以新采集的數(shù)據(jù)和所計算的發(fā)動機特有靈敏度為基礎(chǔ)而不是以通用靈敏度為基礎(chǔ)。用戶再小心地對選擇的調(diào)整平衡解法進(jìn)行測試以保證已消除了震動問題。如果這種問題仍然存在，用戶就應(yīng)當(dāng)命令發(fā)動機震動和平衡分析系統(tǒng)根據(jù)在發(fā)動機運行時采集的所有數(shù)據(jù)計算新的發(fā)動機特有靈敏度，如上所述地繼續(xù)下去，直到獲得了可接受的調(diào)整平衡解法為止。每一調(diào)整平衡還允許用戶精細(xì)地修正平衡解法。
在計算了一次性的或調(diào)整平衡解法之后，就出現(xiàn)具有圖6(g)的平衡菜單條的屏幕(未示出)，向用戶提供包括在圖6(g)的平衡菜單條上未示出的Select Plane(選擇級)選項的若干個選項。Return(返回)選項使用戶返回到以前的屏幕或窗口。假定發(fā)動機震動和平衡分析儀與兼容的打印機連接，則Print(打印)選項允許用戶向打印機傳送數(shù)據(jù)拷貝。此外，Save(保存)選項把平衡解法和建議保存在軟盤的文件內(nèi)。全部平衡震動數(shù)據(jù)都在每一次的發(fā)動朵運行之后被自動保存。
用戶還可以利用Adjust Weights(調(diào)整載荷)選項減去、增加或合并載荷。還有，用戶可以設(shè)定平衡解法所允許的最大數(shù)目的載荷。根據(jù)用戶的意愿可以拆除或不拆除最后一次運行的載荷而進(jìn)行新的運行。還有，如果在安裝載體之前已經(jīng)有載荷，系統(tǒng)能夠補償通過根據(jù)已有載荷的拆除計算新的解法而確定的載荷。
Select Plane(選擇級)選項允許用戶選擇平衡解法所需的級。Select Plane下的子菜單提供級選項。于是用戶例如可以要求分析儀顯示前級或后級平衡解法，或者當(dāng)在前后級模式中采集數(shù)據(jù)時重新計算前級解法或后級解法。
Customige(定制)選項允許用戶在確定平衡解法時規(guī)定要被考慮的某一平衡和震動通路。例如，用戶可以對于特定的傳感器或RPM范圍定制平衡載荷。如果所需解法在選擇Customige選項時被修改，系統(tǒng)就將對于定制數(shù)據(jù)重新計算載荷建議(即平衡解法)。
數(shù)據(jù)壓縮、載荷通用性以及在外部存儲數(shù)據(jù)的能力都可以是非常重要的。Main Menu(圖6(c))中的Data Management(數(shù)據(jù)管理)按鈕提供這些能力。一旦按動Data Management按鈕。就出現(xiàn)圖6(e)的屏幕。按動Sum Weights(載荷求和)按鈕使用戶能夠手動地輸入載荷類型及位置和計算所輸入載荷的凈重和矢量和。按動Plot Data(畫出數(shù)據(jù)的圖形)按鈕使用戶能夠比較不同運行的兩個震動特征波形或兩個不同序號發(fā)動機之間的震動(例如運行)。一旦按動了Plot Data按鈕，用戶就被提示選擇第一和第二序號的發(fā)動機作比較。然后可以如圖6(m)所示地一起畫出各次發(fā)動機運行的數(shù)據(jù)。按動Export data toFloppy(輸出數(shù)據(jù)給軟盤)按鈕使用戶能夠把與所選的當(dāng)前序號發(fā)動機有關(guān)的全部信息以外部方式存儲在軟盤上。
瀑布數(shù)據(jù)用來確定平衡計算的震動振幅和相位，還用來尋找與不平衡有關(guān)的震動問題的原因和對該震動問題進(jìn)行診斷。例如，可以利用頻譜分析儀的功能來分析瀑布數(shù)據(jù)以便尋找不平衡問題的原因。瀑布文件內(nèi)的各個記錄可被進(jìn)行后處理以確定震動頻率和趨向。這種文件還指出震動信號的正確性以利于正確地指出設(shè)備的問題所在。
平衡數(shù)據(jù)的普通方法利用模擬跟蹤濾波器獲取穩(wěn)態(tài)速度狀態(tài)下的同步(1/轉(zhuǎn))震動水平。有時出于診斷目的，在發(fā)動機加速或減速期間采集瞬時數(shù)據(jù)，但出于與非實時頻譜分析儀有關(guān)的采集限制，現(xiàn)有技術(shù)沒有試圖平衡這一數(shù)據(jù)。
雖然已描述了本發(fā)明的具體實施例，但由于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以作出改進(jìn)，所以應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明不受此限制。本申請設(shè)想在此所公開和要求保護(hù)的基礎(chǔ)發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的任何以及所有的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.在交互式計算機系統(tǒng)中平衡旋轉(zhuǎn)部件的方法，包括部件類型的特性的部件數(shù)據(jù)預(yù)先存儲在存儲器內(nèi)，所述方法包括以下步驟按照部件類型在預(yù)定速度范圍內(nèi)改變部件的旋轉(zhuǎn)速度；在改變部件的旋轉(zhuǎn)速度的同時在速度范圍內(nèi)的多個采集點上檢測瞬時數(shù)據(jù)；按照瞬時數(shù)據(jù)判斷部件是否處于不平衡狀態(tài)；當(dāng)部件處于不平衡狀態(tài)時，根據(jù)部件數(shù)據(jù)和瞬時數(shù)據(jù)計算平衡解法。
2.權(quán)利要求1的方法，其中的檢測步驟還包括根據(jù)瞬時數(shù)據(jù)產(chǎn)生瀑布數(shù)據(jù)的步驟。
3.權(quán)利要求2的方法，其中的檢測步驟還包括對瀑布數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以便獲得部件在速度范圍內(nèi)的采集點處的震動的振幅和相位數(shù)據(jù)的步驟。
4.權(quán)利要求3的方法，還包括以下步驟顯示被處理的瀑布數(shù)據(jù)；和當(dāng)部件處于不平衡狀態(tài)時，分析被處理的瀑布數(shù)據(jù)以判斷是否存在平衡問題。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述判斷步驟包括把瞬時數(shù)據(jù)與預(yù)定震動極限作比較的步驟。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述檢測數(shù)據(jù)步驟包括在部件的一個或多個位置處測量部件在速度范圍內(nèi)的采集點處的震動的振幅和相位的步驟。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述測量步驟包括選擇部件上的一個或多個位置的步驟。
8.權(quán)利要求6的方法，還包括以下步驟根據(jù)瞬時數(shù)據(jù)產(chǎn)生瀑布數(shù)據(jù)；和對瀑布數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲得部件在速度范圍內(nèi)的采集點處的震動的振動和相位數(shù)據(jù)。
9.權(quán)利要求1的方法，其中在所述計算步驟中使用的部件數(shù)據(jù)包括與部件類型相關(guān)的靈敏度系數(shù)。
10.權(quán)利要求1的方法，還包括把新的部件數(shù)據(jù)輸入到存儲器的步驟。
11.權(quán)利要求1的方法，還包括根據(jù)平衡解法在被確定的位置上安裝至少一個載荷的步驟。
12.權(quán)利要求1的方法，還包括鑒別平衡解法的將要被安裝在部件的一個位置上的載荷的步驟。
13.權(quán)利要求12的方法，還包括以下步驟根據(jù)瞬時數(shù)據(jù)顯示部件的第一震動特征波形；根據(jù)平衡解法估算部件的第二震動特征波形；以及顯示部件的第二震動特征波形。
14.權(quán)利要求1的方法，其中的速度范圍包括從空閑狀態(tài)至最大功率狀態(tài)的部件速度。
15.權(quán)利要求1的方法，還包括根據(jù)部件類型選擇將由空閑狀態(tài)速度和最大功率狀態(tài)速度之間的兩個速度確定的速度范圍的步驟。
16.權(quán)利要求1的方法，其中的部件數(shù)據(jù)包括多種部件類型的特性，該方法還包括從多種存儲器類型中選擇部件類型的初始步驟。
17.平衡旋轉(zhuǎn)部件的方法，包括以下步驟按照部件類型在部件速度范圍內(nèi)改變部件的旋轉(zhuǎn)速度；在第一次運行期間改變部件的旋轉(zhuǎn)速度的同時在速度范圍內(nèi)的多個采集點上檢測瞬時數(shù)據(jù)；根據(jù)在第一次運行期間檢測的瞬時數(shù)據(jù)判斷部件是否處于不平衡狀態(tài)；當(dāng)部件處于不平衡狀態(tài)時，根據(jù)部件類型的第一靈敏度系數(shù)和瞬時數(shù)據(jù)計算第一平衡解法；根據(jù)第一平衡解法或根據(jù)用戶輸入的載荷變化改變部件的第一載荷量；在速度范圍內(nèi)改變包括變化了的算一載荷量的部件的旋轉(zhuǎn)速度；在第二次運行期間改變部件的旋轉(zhuǎn)速度的同時在速度范圍內(nèi)的多個采集點上檢測瞬時數(shù)據(jù)；根據(jù)第二次運行期間的瞬時數(shù)據(jù)判斷部件是否處于不平衡狀態(tài)。
18.權(quán)利要求17的方法，還包括以下步驟根據(jù)在第一和第二次運行期間檢測的瞬時數(shù)據(jù)計算第二靈敏度系數(shù)；和根據(jù)在第二次運行期間檢測的瞬時數(shù)據(jù)和第二靈敏度系數(shù)計算第二平衡解法。
19.權(quán)利要求17的方法，還包括根據(jù)部件類型選擇將由空閑狀態(tài)程度和最大功率狀態(tài)速度之間的兩個速度確定的速度范圍的步驟。
20.權(quán)利要求17的方法，其中所述改變第一載荷量步驟還包括根據(jù)第一平衡解法安裝載荷的步驟。
21.權(quán)利要求17的方法，其中所述改變第一載荷量步驟還包括輸入用戶希望的載荷變化和根據(jù)用戶希望的載荷變化安裝和/或拆除載荷的步驟。
22.權(quán)利要求17的方法，其中所述檢測瞬時數(shù)據(jù)步驟包括在部件的一個或多個位置處測量部件在速度范圍內(nèi)的采集點處的震動的振幅和相位的步驟。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述測量步驟包括選擇部件上的一個或多個位置的步驟。
24.權(quán)利要求17的方法，還包括選擇第一平衡解法所需的機翼和顯示被選級的第一平衡解法的步驟。
25.權(quán)利要求24的方法，其中的被選級包括單級和多級的情形之一。
26.權(quán)利要求17的方法，還包括從多種部件類型中選擇與部件相關(guān)的部件類型的步驟。
27.權(quán)利要求17的方法，還包括以下步驟當(dāng)部件處于不平衡狀態(tài)時，根據(jù)部件類型的第二靈敏度系數(shù)和在第二次運行期間檢測的瞬時數(shù)據(jù)計算第二平衡解法；根據(jù)第二平衡解法或根據(jù)用戶輸入的載荷變化改變部件的第二載荷量；在速度范圍內(nèi)連續(xù)地改變包括變化了的第二載荷量的部件的旋轉(zhuǎn)速度；在第二次運行期間連續(xù)地改變部件的旋轉(zhuǎn)速度的同時在速度范圍內(nèi)的多個采集點上檢測瞬時數(shù)據(jù)；根據(jù)在第三次運行期間的瞬時數(shù)據(jù)判斷部件是否處于不平衡狀態(tài)；根據(jù)在第一、第二和第三次運行期間檢測的瞬時數(shù)據(jù)計算第三靈敏度系數(shù)；以及根據(jù)在第三次運行期間檢測的瞬時數(shù)據(jù)和第三靈敏度系數(shù)計算第三平衡解法。
28.平衡旋轉(zhuǎn)部件的裝置，包括測量裝置，與部件連接，在連續(xù)地改變部件的旋轉(zhuǎn)速度的同時在部件速度范圍內(nèi)的多個采集點處檢測瞬時數(shù)據(jù)；數(shù)字處理器，與所述測量裝置連接，對瞬時數(shù)據(jù)執(zhí)行頻譜分析以產(chǎn)生瀑布數(shù)據(jù)、根據(jù)瀑布數(shù)據(jù)產(chǎn)生平衡數(shù)據(jù)以及把平衡數(shù)據(jù)與震動極限進(jìn)行比較；以及與所述數(shù)字處理器連接的、在平衡數(shù)據(jù)超過震動極限時根據(jù)第一靈敏度系數(shù)和平衡數(shù)據(jù)計算第一平衡解法的裝置；其中的部件載荷分布根據(jù)第一平衡平衡解法來調(diào)整。
29.權(quán)利要求28的裝置，還包括顯示瀑布數(shù)據(jù)的裝置。
30.權(quán)利要求28的裝置，還包括顯示平衡解法的裝置。
31.權(quán)利要求28的裝置，其中所述測量裝置包括在部件上的一個或多個位置處測量部件在速度范圍內(nèi)的采集點處的震動的振幅和相位的裝置。
32.權(quán)利要求31的裝置，還包括與所述測量裝置連接的、用于輸入部件上的一個或多個位置的輸入裝置。
33.權(quán)利要求28的裝置，其中所述測量裝置在兩次獨立的運行期間檢測瞬時數(shù)據(jù)，所述計算裝置根據(jù)至少兩次瞬時數(shù)據(jù)檢測操作計算第二靈敏度系數(shù)，所述計算裝置還根據(jù)在最近一次瞬時數(shù)據(jù)檢測操作中檢測的瞬時數(shù)據(jù)和第二靈敏度系數(shù)計算第二平衡解法。
34.權(quán)利要求28的裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)部件是固定在飛機上的發(fā)動機。
35.權(quán)利要求28的裝置，還包括存儲包括與多種部件類型的每一種相關(guān)的靈敏度系數(shù)的部件數(shù)據(jù)以及存儲瞬時數(shù)據(jù)的存儲器；輸入裝置，與所述存儲器連接，用于接收選擇部件類型的選擇信號，部件類型確定了將要被平衡的部件的第一靈敏度系數(shù)。
36.權(quán)利要求35的裝置，其中所述輸入裝置還包括輸入包括規(guī)定的速度或速度范圍的數(shù)據(jù)檢測操作數(shù)據(jù)的裝置，將對于該規(guī)定的速度或速度范圍計算平衡解法，所述測量裝置根據(jù)該操作數(shù)據(jù)檢測瞬時數(shù)據(jù)。
37.權(quán)利要求35的裝置，其中所述輸入裝置還包括輸入規(guī)定的速度或速度范圍的裝置，將對于該規(guī)定的速度或速度范圍計算平衡解法。
全文摘要
平衡旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備(20)的方法和裝置涉及到在待分析發(fā)動機的運行速度范圍內(nèi)對瞬時數(shù)據(jù)進(jìn)行瞬時采集(100)。瞬時數(shù)據(jù)的頻譜利用捕獲RPM觸發(fā)的瀑布數(shù)據(jù)(34，38)的實時頻譜分析儀(7)來獲得。此外，計算機計算一次性平衡解法。平衡解法(44)被顯示在視頻顯示屏幕(850)上。它包括基于被采集的數(shù)據(jù)和通用靈敏度系數(shù)(46)的對平衡問題的建議解法和該建議解法的預(yù)測震動狀態(tài)。通過采集第二組數(shù)據(jù)，就能夠證實該一次性平衡解法是否解決了該平衡問題。如果問題仍存在，操作者可以根據(jù)至少兩次以前的數(shù)據(jù)采集操作計算發(fā)動機特有靈敏度系數(shù)。然后根據(jù)最近的一次運行和所計算的發(fā)動機特有靈敏度系數(shù)計算新的調(diào)整平衡算法。
文檔編號F01D25/00GK1158173SQ95194517
公開日1997年8月27日 申請日期1995年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月14日
發(fā)明者P·J·格拉比爾 申請人:環(huán)球合伙人有限公司