故障旋轉機械動力學及診斷技術中若干問題的研究.pdf

1、隨著科學技術的進步和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，旋轉機械在電力、能源、交通、國防和化工等領域中得到廣泛應用并發(fā)揮著越來越重要的作用，對旋轉機械動力特性的研究也逐漸得到了人們的重視。對于復雜的旋轉機械系統(tǒng)，由于各種非線性因素及各種故障的影響，在振動劇烈時會發(fā)生機毀人亡的重大事故。因此，研究轉子系統(tǒng)故障機理和診斷技術有著十分重要的意義，目前國內(nèi)外研究學者在這些方面進行了大量的研究，已取得了豐碩的成果。 深入分析某一型號旋轉機械力學模型的動力學特

2、性，有助于該種旋轉機械的設計和使用，但是許多情況下，力學模型的建立要考慮參數(shù)的隨機特性。實際的轉子系統(tǒng)結構參數(shù)的隨機性是由于工程材料特性、加工制造的原因以及使用環(huán)境的影響造成的，因此，即使是同一批生產(chǎn)的同一型號的轉子系統(tǒng)，其實際結構參數(shù)仍具有一定的差異。分析各隨機參數(shù)對旋轉機械運行的靈敏度問題，可以得知哪些參數(shù)在設計、制造時需要嚴格控制，避免設計的盲目性；分析各隨機參數(shù)對旋轉機械故障特征的影響，可以得知在故障發(fā)生時，需要首先修改哪些參數(shù)

3、，從而可以減小或根治該類故障。分析旋轉機械運行的可靠性，可得知旋轉機械各部件的安全程度，而對設計進行修正，避免意外故障的發(fā)生，此外還可以通過可靠性指標來評價整機的設計水平。因此，轉子系統(tǒng)的靈敏度和可靠性分析在旋轉機械的設計、生產(chǎn)、使用、故障維修處理等方面均有重要的應用價值。 旋轉機械的故障診斷對于旋轉機械的安全運行和維護保養(yǎng)具有重要的意義，國內(nèi)外的許多科技工作者致力于故障診斷的研究，在故障機理的分析、故障特征的提取、故障預測及推

4、理、故障診斷等多個方面取得了顯著的成果，并取得了重大的經(jīng)濟效益和社會效益。目前工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展要求故障診斷技術能夠迅速地定量診斷出故障的具體位置以及故障的嚴重程度，因此國際上已興起了旋轉機械定量診斷技術的研究，并在單一故障的診斷中取得了成功。 本論文的工作主要集中對旋轉機械故障機理和定量故障診斷的研究，具體內(nèi)容如下： (1)結合一般概率攝動有限元法和求解非線性周期問題的打靶法，提出了適合于求解隨機動力系統(tǒng)周期響應的邊值求解

5、方法。 (2)采用一般概率攝動有限元法和打靶法相結合的邊值求解方法，分析具有隨機參數(shù)的滑動軸承—轉子系統(tǒng)的周期響應以及系統(tǒng)在正常運行和在單一故障、耦合故障的情況下的靈敏度、可靠性和可靠性靈敏度問題，并詳細分析了各參數(shù)的影響。 (3)提出了隨機參數(shù)非線性動力系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性問題的求解方法，在Kronecker代數(shù)、矩陣微分理論、矩陣攝動理論和概率統(tǒng)計方法的基礎上，推導了多隨機參數(shù)系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性的靈敏度和可靠性計算公式，并

6、分析隨機參數(shù)滑動軸承—轉子系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性問題，以及各隨機參數(shù)對穩(wěn)定性的靈敏度問題。以正常運行和情況下的小型壓縮機為例，證明該方法可以有效地分析非線性轉子系統(tǒng)周期解穩(wěn)定性的概率分析問題。 (4)分析了復雜質(zhì)量慢變轉子系統(tǒng)在單一故障如裂紋、碰摩、支撐松動和耦合故障如裂紋碰摩、裂紋松動下的動力學特性，并將EMD方法引入復雜轉子系統(tǒng)的故障診斷中，實現(xiàn)質(zhì)量慢變轉子系統(tǒng)的診斷。 (5)將小波時頻方法應用于旋轉機械耦合故障的診斷之中

7、，采用小波等高圖來診斷轉子系統(tǒng)裂紋、碰摩和裂紋碰摩耦合故障，并通過實驗來驗證理論結果。 (6)采用基于模型的診斷方法診斷轉子系統(tǒng)的單一故障和耦合故障，將卡爾曼濾波方法引入轉子系統(tǒng)的定量診斷，實現(xiàn)采集信號的濾波和未知參數(shù)的估計。提出了通過曲率比較的方法，判定故障發(fā)生的具體位置，提出了用能量方法判斷周期性單一故障中故障力的具體大小。提出了利用故障力引起的等效力分量特性將耦合故障分解為單一故障，實現(xiàn)定量診斷。對故障轉子系統(tǒng)進行了大量的