旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷與壽命維護(hù)技術(shù)若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械被廣泛地應(yīng)用于包括工業(yè)壓縮機(jī),風(fēng)機(jī),燃?xì)廨啓C(jī),航空發(fā)動機(jī)及各種電動機(jī)等機(jī)械裝置中.在化工、電力、航空、機(jī)械、紡織等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中起著非常重要的作用.旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由于其復(fù)雜性、支承條件的特殊性和存在多種非線性因素影響,因而在工作中經(jīng)常會產(chǎn)生各種故障,如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理,會使機(jī)械設(shè)備可靠性降低、失去生產(chǎn)功能,造成數(shù)百萬、千萬的經(jīng)濟(jì)損失,甚至?xí)?dǎo)致機(jī)毀人亡的重大事故.對設(shè)備實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,不僅可以早期發(fā)現(xiàn)故障,避免惡性

2、事故,還可以根本上避免過剩維修和失修,極大提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.本文針對當(dāng)前旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子故障診斷與壽命評估技術(shù)中的若干關(guān)鍵問題,在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃,編號:2002AA412410)"關(guān)鍵生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測、診斷與維護(hù)技術(shù)",國家自然科學(xué)基金重點項目"大型復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)早期故障智能預(yù)示的理論與技術(shù)"(編號:50335030)以及中國博士后基金"基于損傷力學(xué)的轉(zhuǎn)予結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度分析方法"(編號:2003033299)的

3、資助下,完成了以下研究工作:提出了采用有限元方法模擬轉(zhuǎn)子裂紋、碰摩、油膜失穩(wěn)等典型故障的方法,并對轉(zhuǎn)子裂紋、碰摩、油膜失穩(wěn)等故障以及這些故障同時共存時的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性進(jìn)行了分析,分析表明:采用有限元法建立轉(zhuǎn)子連續(xù)統(tǒng)模型對于進(jìn)行轉(zhuǎn)子的非線性動力學(xué)特性分析,可以考慮質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量分布等影響,分析結(jié)果更接近實際.復(fù)合故障的存在,使轉(zhuǎn)子的動力學(xué)響應(yīng)變得復(fù)雜,轉(zhuǎn)子的振動響應(yīng)既具有各單一故障的一些典型特征,同時也產(chǎn)生了一些復(fù)雜的振動成分,使轉(zhuǎn)子的振

4、動表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性.使對轉(zhuǎn)子故障的診斷變得困難.提出了轉(zhuǎn)子復(fù)合故障診斷的盲源分離方法,采用獨立分量盲分離算法對仿真和試驗得到的裂紋與碰磨、裂紋與油膜渦動復(fù)合故障信號進(jìn)行了盲分離,得到了良好的效果.研究結(jié)果表明:將盲分離技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的復(fù)合故障診斷是可行的.針對當(dāng)前轉(zhuǎn)子壽名評估方法存在的局限性,提出了基于損傷力學(xué)的故障轉(zhuǎn)子疲勞壽命分析方法,對轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)在碰摩情況下的疲勞現(xiàn)象和特點進(jìn)行了分析,采用全耦合的損傷力學(xué)方法計算了其疲勞壽命

5、,并同解耦分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比較,研究表明:轉(zhuǎn)子每發(fā)生一次碰摩,轉(zhuǎn)子渦動振幅就發(fā)生一次變化,由此而產(chǎn)生疲勞.轉(zhuǎn)子的疲勞應(yīng)力大小主要由轉(zhuǎn)子的渦動振幅變化來決定.在一定的結(jié)構(gòu)和參數(shù)下,當(dāng)發(fā)生碰摩后,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在較短時間內(nèi)疲勞破壞的可能性.碰摩發(fā)生后,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高,碰摩越嚴(yán)重,越容易產(chǎn)生疲勞裂紋:而在輕微碰摩下則不易產(chǎn)生裂紋萌生甚至不會發(fā)生疲勞破壞.對轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)常見不平衡、碰摩、基礎(chǔ)松動、不對中、突加不平衡等典型故障進(jìn)行了模擬、復(fù)現(xiàn)試