一种建筑通风风机载荷振动检测与减振控制方法及系统与流程

本发明涉及建筑通风风机减振控制，具体涉及一种建筑通风风机载荷振动检测与减振控制方法及系统。

背景技术：

1、建筑通风风机广泛应用于建筑通风、空气调节及消防排烟系统中。受设备安装空间以及风管布置方式的限制，部分风机通过多根吊杆或吊架悬挂安装于楼板、梁体等承载结构下方。风机运行时，叶轮旋转、电机驱动以及气流脉动会产生振动，所产生的振动可通过风机箱体、吊装构件以及连接风管向建筑结构传递。因此，工程中通常在风机与吊装支承结构之间设置弹簧减振器、橡胶减振件或者其他隔振构件，以降低振动传递。

2、现有技术已经对吊装风机的安装及减振结构进行了相应研究。例如，中国发明专利申请cn109578343a公开了一种吊装风机抗震支架，其包括风机底座、多根斜拉杆、多根竖向拉杆及风机减震器，通过调整风机减震器以及相关支撑构件的布置方式实现风机的吊装及减振。中国实用新型专利cn208221202u公开了一种吊装风机减震装置，通过第一吊杆、第二吊杆、减震件、支撑梁等构件对风机进行吊装，并利用减震件降低风机运行过程中产生的振动。

3、除采用减振构件对吊装风机进行被动减振外，现有技术还存在对风机振动状态进行检测的方案。例如，中国实用新型专利cn208686624u公开了一种可调安装高度射流风机，在上吊架和下吊架之间设置减振器，并在风筒外设置速度振动监测装置，所述速度振动监测装置包括振动速度探头，从而能够对风机的振动状态进行检测。

4、对于采用多个吊点进行悬挂安装的风机，各吊点实际承担的载荷受风机重心位置、设备安装误差、吊杆长度、减振构件压缩状态以及风管连接作用力等因素影响。在安装误差或者长期运行等情况下，不同吊点之间可能出现实际承载状态不一致的情况，相应吊点处减振构件的受力及工作状态也会发生变化。

5、现有吊装风机减振技术主要通过预先配置减振器、弹性件或者抗震支架降低振动传递，其减振参数通常在设备安装过程中根据设备重量、安装位置或者设计参数进行确定。风机投入运行后，当不同吊点的实际受力状态发生变化时，原有减振构件的实际工作状态也可能随之发生变化，而仅依据预先设定的减振参数难以反映各吊点实际承载状态的差异。

6、现有风机状态监测技术则主要通过振动速度、振动加速度或者其他振动参数反映设备的运行状态。对于多吊点建筑通风风机，当风机振动发生变化时，仅依据整体或者局部振动参数，难以直接确定该振动变化是否与吊点载荷分配变化有关，也难以确定不同吊点承载状态对风机振动响应的影响程度。

7、因此，对于多吊点建筑通风风机，现有技术仍存在吊点载荷状态与风机振动状态相对独立的问题。当不同吊点之间发生载荷分配变化并伴随振动响应变化时，难以基于各吊点的实际受力状态和相应振动状态对风机的运行状态进行综合判断，也难以为后续减振控制提供与不同吊点实际工作状态相对应的控制依据。

技术实现思路

1、基于上述表述，本发明提供了一种建筑通风风机载荷振动检测与减振控制方法及系统，旨在解决现有建筑通风风机运行过程中，多吊点载荷分配状态与振动状态相对独立，难以区分风机整体激励变化与局部吊点支承状态异常，以及难以根据异常吊点的实际响应确定适配的减振调节方向和调节量的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种建筑通风风机载荷振动检测与减振控制方法，包括：同步获取建筑通风风机的转速信号、各吊点的载荷信号及对应的振动信号，并根据所述载荷信号确定各吊点的载荷分配状态；

3、根据所述转速信号对各吊点的载荷信号和振动信号进行阶次分析，获得同一目标阶次下各吊点的动态载荷特征、振动响应特征及二者的相位关系，并据此确定各吊点的载荷振动传递特征；

4、基于除待评价吊点以外的其余吊点的载荷振动传递特征建立空间参考状态，将所述待评价吊点的载荷振动传递特征与所述空间参考状态进行比较，并结合其载荷分配状态，确定载荷分配发生偏离且载荷振动传递特征相对于其余吊点异常的目标吊点；

5、控制所述目标吊点对应的可调减振执行单元分别沿相反方向施加试探调节量，获取不同试探调节方向下所述目标吊点的载荷分配状态和载荷振动传递特征的变化；

6、根据不同试探调节方向对应的变化结果，确定使所述目标吊点的载荷分配偏离程度和载荷振动传递异常程度共同减小的减振调节方向，并根据试探调节量与所述载荷分配状态和载荷振动传递特征的变化关系确定减振调节量；

7、按照所述减振调节方向和减振调节量调节所述可调减振执行单元，并根据调节后各吊点的载荷分配状态和载荷振动传递特征进行反馈判断，在所述目标吊点未满足预设减振条件时更新所述减振调节量，直至满足所述预设减振条件。

8、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

9、进一步的，所述载荷分配状态的确定包括：提取各吊点在连续采样时间窗口内载荷信号的低频分量，获得对应的准静态载荷分量，并根据各吊点的准静态载荷分量与全部吊点准静态载荷分量之和的比值，确定各吊点的载荷占比；根据各吊点的载荷占比与对应基准载荷占比的差值确定载荷占比偏差，并根据相邻采样时间窗口之间所述载荷占比偏差的变化量，确定各吊点的载荷转移方向和载荷转移量；当待评价吊点的载荷转移量沿同一方向连续变化，且至少一个其余吊点产生反向载荷转移时，确定所述待评价吊点参与吊点间载荷重新分配；根据所述待评价吊点的载荷占比偏差、载荷转移量及其与其余吊点反向载荷转移量的匹配程度，确定所述待评价吊点的载荷分配偏离程度，并以各吊点的载荷分配偏离程度表征所述载荷分配状态。

10、进一步的，所述载荷振动传递特征的确定包括：根据所述转速信号确定至少一个与风机周期激励对应的目标阶次，并对各吊点的载荷信号和对应的振动信号进行阶次跟踪，获得同一目标阶次下的动态载荷阶次幅值、振动阶次幅值及二者的相位差；根据同一吊点在同一目标阶次下的振动阶次幅值与动态载荷阶次幅值的比值确定载荷振动传递增益，并以所述载荷振动传递增益和相位差表征对应吊点的支承传递状态；根据连续采样时间窗口内所述载荷振动传递增益和相位差，确定二者的变化趋势；当存在多个目标阶次时，根据同一吊点在不同目标阶次下所述载荷振动传递增益和相位差的变化方向，确定多阶次传递变化一致性；根据所述支承传递状态、载荷振动传递增益和相位差的变化趋势及所述多阶次传递变化一致性，确定对应吊点的载荷振动传递特征。

11、进一步的，所述空间参考状态的建立包括：针对同一目标阶次，根据除待评价吊点以外的其余吊点的载荷振动传递增益和相位差，分别确定参考传递增益和参考相位状态；确定所述待评价吊点的载荷振动传递增益相对于所述参考传递增益的增益偏离量，以及其相位差相对于所述参考相位状态的相位偏离量；根据所述增益偏离量、相位偏离量及二者在连续采样时间窗口内的变化，确定所述待评价吊点的传递状态偏离程度，并以所述传递状态偏离程度表征其载荷振动传递异常程度。

12、进一步的，所述目标吊点的确定包括：根据各吊点的载荷分配偏离程度筛选候选吊点，并确定各候选吊点的传递状态偏离程度；当候选吊点的载荷分配偏离程度和传递状态偏离程度分别满足对应异常判定条件，且所述候选吊点的传递状态变化与其余吊点的共同变化趋势不一致时，将其确定为目标吊点；当多个候选吊点同时满足所述异常判定条件时，根据各候选吊点的载荷分配偏离程度、传递状态偏离程度及二者的连续变化情况确定异常优先级，并按照所述异常优先级确定待调节的目标吊点。

13、进一步的，所述沿相反方向施加试探调节量包括：记录所述可调减振执行单元处于当前控制位置时，所述目标吊点的载荷分配状态和载荷振动传递特征；控制所述可调减振执行单元由所述当前控制位置沿第一调节方向施加第一试探调节量，待风机运行状态满足预设稳定条件后获取第一试探响应；使所述可调减振执行单元恢复至所述当前控制位置，并沿与所述第一调节方向相反的第二调节方向施加第二试探调节量，获取第二试探响应；所述第一试探响应和第二试探响应分别包括对应试探调节后所述目标吊点的载荷分配状态和载荷振动传递特征。

14、进一步的，所述减振调节方向和减振调节量的确定包括：分别确定所述第一试探响应和第二试探响应相对于试探调节前状态的载荷分配偏离变化量和传递状态偏离变化量；将使所述载荷分配偏离程度和传递状态偏离程度共同减小的试探调节方向确定为减振调节方向；根据所述减振调节方向对应的试探调节量、载荷分配偏离变化量和传递状态偏离变化量确定减振控制响应程度，并根据所述减振控制响应程度以及目标吊点当前的载荷分配偏离程度和传递状态偏离程度确定减振调节量。

15、进一步的，当沿第一调节方向和第二调节方向进行试探调节均不能使所述载荷分配偏离程度和传递状态偏离程度共同减小时，比较两种试探调节方向下所述载荷分配偏离程度和传递状态偏离程度的变化；确定其中一个偏离程度减小且另一偏离程度增大的调节方向对应的状态改善程度，并根据所述状态改善程度确定限制后的减振调节量；按照所述限制后的减振调节量进行调节，重新获取各吊点的载荷分配状态和载荷振动传递特征，并根据重新获取的结果确定后续减振调节方向。

16、进一步的，所述预设减振条件包括所述目标吊点的载荷分配偏离程度位于预设载荷允许范围内，且传递状态偏离程度位于预设传递允许范围内；当连续多个采样时间窗口均满足所述预设载荷允许范围和预设传递允许范围时，停止对所述目标吊点的减振调节；当减振调节过程中所述目标吊点的任一偏离程度连续增大，或者其余吊点出现新的载荷分配异常和载荷振动传递异常时，中止当前减振调节，并根据重新获取的载荷分配状态和载荷振动传递特征重新确定目标吊点及其减振调节参数。

17、进一步的，一种建筑通风风机载荷振动检测与减振控制系统，采用上述的方法，包括：信号采集模块，用于同步获取建筑通风风机的转速信号、各吊点的载荷信号及与各吊点对应的振动信号；载荷状态确定模块，用于根据各吊点的载荷信号确定各吊点的载荷分配状态；传递特征确定模块，用于根据所述转速信号对各吊点的载荷信号和振动信号进行阶次分析，获得同一目标阶次下的动态载荷特征、振动响应特征及相位关系，并据此确定各吊点的载荷振动传递特征；异常吊点确定模块，用于基于除待评价吊点以外的其余吊点的载荷振动传递特征建立空间参考状态，并结合各吊点的载荷分配状态确定目标吊点；试探调节模块，用于控制所述目标吊点对应的可调减振执行单元分别沿相反方向施加试探调节量，并获取不同试探调节方向下所述目标吊点的载荷分配状态和载荷振动传递特征的变化；控制参数确定模块，用于根据不同试探调节方向对应的变化结果确定使所述目标吊点的载荷分配偏离程度和载荷振动传递异常程度共同减小的减振调节方向和减振调节量；反馈控制模块，用于按照所述减振调节方向和减振调节量控制所述可调减振执行单元，并根据调节后的载荷分配状态和载荷振动传递特征进行反馈调节，直至满足预设减振条件。

18、与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：

19、1、通过同步获取建筑通风风机的转速信号、各吊点载荷信号及振动信号，并在同一目标阶次下关联分析动态载荷特征和振动响应特征，使载荷状态与振动状态在相同周期激励条件下进行表征，避免仅依据单一载荷或振动参数进行判断，提高吊点支承状态检测的准确性；

20、2、通过分析各吊点载荷占比在连续采样时间窗口内的变化，并结合待评价吊点与其余吊点之间的反向载荷转移关系识别载荷重新分配，可降低风机整体载荷共同变化对局部异常判断的影响，提高吊杆、减振构件或支承状态变化所引起的局部载荷分配异常识别准确性；

21、3、通过处理同一目标阶次下的动态载荷阶次幅值、振动阶次幅值及二者相位差，获得载荷振动传递增益，并结合其时间变化趋势及多个目标阶次间的传递变化一致性表征吊点载荷振动传递特征，可降低瞬态扰动、测量波动及单一阶次异常造成的误判，提高局部支承传递状态识别的可靠性；

22、4、通过利用除待评价吊点外的其余吊点建立载荷振动传递特征的空间参考状态，并将待评价吊点与该空间参考状态进行比较，使各吊点在同一运行工况下相互参照，可减小转速变化、叶轮激励变化等共同因素的影响，有利于区分整体激励变化与局部吊点支承传递异常；

23、5、在确定目标吊点后，通过控制对应的可调减振执行单元沿相反方向进行试探调节，并依据不同调节方向下实际产生的载荷分配状态及载荷振动传递特征变化确定减振调节方向和调节量，使减振参数能够适应目标吊点当前支承响应，减少固定减振参数因支承状态变化导致的适配性不足；

24、6、通过同时以载荷分配偏离程度和载荷振动传递异常程度作为减振控制依据，使减振调节兼顾载荷分配状态和振动传递状态；当两者不能同时改善时，根据不同试探调节方向下的状态变化限制减振调节量，降低改善单一指标而导致另一支承状态指标恶化的可能性；

25、7、通过在减振调节后重新获取各吊点的载荷分配状态和载荷振动传递特征，并在未满足预设减振条件时更新减振调节参数，在出现新的异常吊点或原异常持续增大时重新进行异常判定，实现检测、异常定位、试探调节、减振控制及反馈校正的闭环处理，提高建筑通风风机在运行状态变化条件下的减振控制适应性和稳定性。