旋轉機械故障診斷與壽命維護技術若干關鍵問題研究.pdf

1、旋轉機械被廣泛地應用于包括工業(yè)壓縮機,風機,燃氣輪機,航空發(fā)動機及各種電動機等機械裝置中.在化工、電力、航空、機械、紡織等國民經濟領域中起著非常重要的作用.旋轉機械轉子系統(tǒng)由于其復雜性、支承條件的特殊性和存在多種非線性因素影響,因而在工作中經常會產生各種故障,如果不能及時發(fā)現和處理,會使機械設備可靠性降低、失去生產功能,造成數百萬、千萬的經濟損失,甚至會導致機毀人亡的重大事故.對設備實施狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,不僅可以早期發(fā)現故障,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)的經濟效益.本文針對當前旋轉機械轉子故障診斷與壽命評估技術中的若干關鍵問題,在國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃,編號:2002AA412410)"關鍵生產裝置和生產設備故障監(jiān)測、診斷與維護技術",國家自然科學基金重點項目"大型復雜機電系統(tǒng)早期故障智能預示的理論與技術"(編號:50335030)以及中國博士后基金"基于損傷力學的轉予結構疲勞強度分析方法"(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子裂紋、碰摩、油膜失穩(wěn)等典型故障的方法,并對轉子裂紋、碰摩、油膜失穩(wěn)等故障以及這些故障同時共存時的轉子動力學特性進行了分析,分析表明:采用有限元法建立轉子連續(xù)統(tǒng)模型對于進行轉子的非線性動力學特性分析,可以考慮質量、轉動慣量分布等影響,分析結果更接近實際.復合故障的存在,使轉子的動力學響應變得復雜,轉子的振動響應既具有各單一故障的一些典型特征,同時也產生了一些復雜的振動成分,使轉子的振

4、動表現出很強的非線性.使對轉子故障的診斷變得困難.提出了轉子復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、裂紋與油膜渦動復合故障信號進行了盲分離,得到了良好的效果.研究結果表明:將盲分離技術應用于轉子結構的復合故障診斷是可行的.針對當前轉子壽名評估方法存在的局限性,提出了基于損傷力學的故障轉子疲勞壽命分析方法,對轉子軸承系統(tǒng)在碰摩情況下的疲勞現象和特點進行了分析,采用全耦合的損傷力學方法計算了其疲勞壽命

5、,并同解耦分析方法得到的結果進行了比較,研究表明:轉子每發(fā)生一次碰摩,轉子渦動振幅就發(fā)生一次變化,由此而產生疲勞.轉子的疲勞應力大小主要由轉子的渦動振幅變化來決定.在一定的結構和參數下,當發(fā)生碰摩后,轉子系統(tǒng)存在較短時間內疲勞破壞的可能性.碰摩發(fā)生后,轉子轉速越高,碰摩越嚴重,越容易產生疲勞裂紋:而在輕微碰摩下則不易產生裂紋萌生甚至不會發(fā)生疲勞破壞.對轉子軸承系統(tǒng)常見不平衡、碰摩、基礎松動、不對中、突加不平衡等典型故障進行了模擬、復現試