【摘要】：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障是制約旋轉(zhuǎn)機械性能發(fā)揮的重要因素。在高轉(zhuǎn)速、大功率及運行環(huán)境復雜等工況下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)極易出現(xiàn)不平衡、不對中等故障,若不及時診斷,將會引發(fā)碰摩、基礎(chǔ)松動等二次故障,加快設(shè)備失效。是以旋轉(zhuǎn)機械若發(fā)生故障,常常以多故障形式出現(xiàn)。在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中,不平衡、不對中和碰摩是最常見三種故障。本文以此三種故障為研究對象,建立多故障下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學模型;結(jié)合仿真與實驗兩方面對多故障下轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)特征進行了探究,為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷提供了一定參考依據(jù)。另外旋轉(zhuǎn)機械作為一個復雜機械系統(tǒng),整機振動是反應(yīng)其工作性能的重要指標;本文對課題組葉片轉(zhuǎn)子實驗臺進行整機振動監(jiān)測實驗,結(jié)合故障特征有關(guān)理論與機匣模態(tài)實驗對其工作狀態(tài)進行有效探究。綜合全文展開工作如下:(1)以課題組葉片轉(zhuǎn)子實驗臺為對象,考慮基礎(chǔ)、機匣等部件振動,運用集中質(zhì)量法和拉格朗日原理建立含不平衡-不對中-碰摩多故障轉(zhuǎn)子動力學模型。采用Runge-Kutaa算法求解系統(tǒng)振動響應(yīng),通過時域、頻域和階次瀑布圖分析不平衡量、不對中量變化對多故障下轉(zhuǎn)子振動響應(yīng)特征的影響。在不平衡-不對中故障模式中,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在臨界轉(zhuǎn)速一半時存在二倍頻共振現(xiàn)象;增加不對中量主要增加系統(tǒng)二倍頻分量,其軸心軌跡亦由橢圓向雙環(huán)橢圓變化。在碰摩故障中,系統(tǒng)頻域中存在高次諧波和分次諧波等分量。對兼有不平衡和碰摩故障轉(zhuǎn)子,增加不平衡量會造成碰摩轉(zhuǎn)速區(qū)間擴大、碰摩程度加劇。兼有不平衡、不對中和碰摩多故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng),增大不平衡量和不對中量會加劇系統(tǒng)碰摩程度;在分次諧波存在轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi),三倍頻分量有下降趨勢。(2)基于CUT-2轉(zhuǎn)子實驗臺進行了不平衡-不對中、不平衡-碰摩及不平衡-不對中-碰摩等多故障模擬實驗。實驗觀察到在含不平衡和不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中,增大不對中量其對應(yīng)方向上二倍頻分量增幅較大,一倍頻分量有變化;不對中較大時其軸心軌跡為雙環(huán)橢圓;在臨界轉(zhuǎn)速一半時二倍頻出現(xiàn)共振。在含有碰摩故障實驗中,系統(tǒng)發(fā)生碰摩時,存在高次諧波分量;增大不平衡量或不對中量均會加劇轉(zhuǎn)子碰摩程度。實驗結(jié)果定性地驗證了部分仿真結(jié)果的正確性,說明仿真動力學模型的有效性。(3)對運行狀態(tài)下葉片轉(zhuǎn)子實驗臺進行整機振動監(jiān)測實驗,采集轉(zhuǎn)軸、軸承座、基礎(chǔ)和機匣等部位振動數(shù)據(jù)。結(jié)合時域、頻譜及瀑布圖對測試數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)遠電機端轉(zhuǎn)子振動位移信號中存在軸承外圈故障特征頻率及高次諧波,初步判斷此端軸承存在碰摩。對機匣筒殼結(jié)構(gòu)進行模態(tài)實驗,得出其模態(tài)振型與頻率;對運行狀態(tài)下機匣振動數(shù)據(jù)采用階次分析得出其固有頻率,對比模態(tài)實驗結(jié)果有多階頻率保持一致。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH133
【圖文】：

第三章 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡-不對中-碰摩多故障數(shù)值仿真在對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡、不對中和碰摩故障機理及力學模型有充分認知基礎(chǔ)上，文章采用集中質(zhì)量法對課題組葉片轉(zhuǎn)子實驗臺進行簡化，考慮軸承座、機匣及基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)部件振動；建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多故障力學模型，運用數(shù)值積分方法求解振動響應(yīng)以研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多故障下振動規(guī)律及特征。3.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障動力學模型如圖 3.1，為實驗室葉片轉(zhuǎn)子實驗臺。該實驗臺主要包括葉片轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、聯(lián)軸器、三相電機、軸承座、機匣及基座等部分。其中葉片轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為工作機構(gòu)，軸上偏置安裝有葉盤，兩端采用7209C 角接觸滾動軸承支承。其右側(cè)采用聯(lián)軸器與三相電機進行聯(lián)接，同時軸承座通過螺栓連接到基座上；電機與機匣均安裝于基座上。在工程實踐中，旋轉(zhuǎn)機械不可避免存在不平衡量；軸系之間采用聯(lián)軸器聯(lián)接，由于安裝或基礎(chǔ)沉降等造成不對中；葉輪葉片與機匣之間存在碰摩風險；該轉(zhuǎn)子試驗臺為壓氣機模型；其結(jié)構(gòu)具有普遍意義，能夠?qū)ι鲜鋈N故障進行有效模擬仿真。

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡-不對中-碰摩多故障數(shù)值仿真與實驗研究(10)碰摩力參數(shù)碰摩剛度58.8 10rk N/m， 0.15， 0.24mm3.4.2 系統(tǒng)仿真參數(shù)校驗為進一步驗證文章 3.4.1 節(jié)仿真參數(shù)合理性，針對葉片轉(zhuǎn)子實驗臺采集相關(guān)振動數(shù)據(jù)，具體實驗方案等詳見 5.1 節(jié)。如圖 3.4 為轉(zhuǎn)速為 1302RPM 時，右端軸承處轉(zhuǎn)軸在水平和豎直方向振動位移時域圖。CH0 為轉(zhuǎn)速脈沖信號，CH1 代表水平振動位移，CH2 為豎直振動位移。如圖可見，兩方向振動位移時域波形大體為正弦波，頻率與轉(zhuǎn)頻同步，同時混有少量高頻分量。

r3.4.2 系統(tǒng)仿真參數(shù)校驗為進一步驗證文章 3.4.1 節(jié)仿真參數(shù)合理性，針對葉片轉(zhuǎn)子實驗臺采集相關(guān)振動數(shù)據(jù)，具體實驗方案等詳見 5.1 節(jié)。如圖 3.4 為轉(zhuǎn)速為 1302RPM 時，右端軸承處轉(zhuǎn)軸在水平和豎直方向振動位移時域圖。CH0 為轉(zhuǎn)速脈沖信號，CH1 代表水平振動位移，CH2 為豎直振動位移。如圖可見，兩方向振動位移時域波形大體為正弦波，頻率與轉(zhuǎn)頻同步，同時混有少量高頻分量。圖 3.4 右端軸承實測振動位移時域圖對圖 3.4 中 CH1、CH2 信號運用階次分析方法，得轉(zhuǎn)速 1302RPM 振動階次譜圖，如圖 3.5。水平和豎直方向振動位移信號以基頻分量為主，雜以少量 2 倍頻、3 倍頻等高次諧波分量。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 魏江;;大型汽輪機動靜碰摩的診斷與分析[J];機械工程師;2015年12期

2 何立東;王锎;黃秀金;;磁流變阻尼器抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動試驗[J];振動.測試與診斷;2015年05期

3 鄧旺群;聶衛(wèi)健;何萍;郭天才;楊海;;高速柔性轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速隨支承剛度的變化規(guī)律[J];噪聲與振動控制;2015年03期

4 徐朝蓉;徐自力;邱恒斌;趙宇;;離心壓縮機轉(zhuǎn)子密封碰磨故障的振動特征及診斷[J];噪聲與振動控制;2015年03期

5 喻麗華;謝慶生;李少波;黃海松;;高速氣浮電主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應(yīng)分析[J];重慶大學學報;2014年09期

6 蔣洪德;任靜;李雪英;譚勤學;;重型燃氣輪機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];中國電機工程學報;2014年29期

7 肖漢;周建中;肖劍;夏鑫;張煒博;付文龍;;滑動軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡-不對中-碰摩耦合故障動力學建模及響應(yīng)信號分解[J];振動與沖擊;2013年23期

8 陳浩;傅行軍;;基于Ansys的汽輪發(fā)電機組不平衡故障研究[J];汽輪機技術(shù);2013年02期

9 劉楊;太興宇;趙倩;聞邦椿;;轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中-碰摩耦合故障的動力學特性[J];東北大學學報(自然科學版);2013年04期

10 李濤;任興民;岳聰;夏冶寶;王元生;鄧旺群;;單盤轉(zhuǎn)子突加不平衡瞬態(tài)響應(yīng)特征研究[J];機械科學與技術(shù);2012年06期

相關(guān)會議論文 前1條

1 董超;王德友;;航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障振動測試分析[A];2015航空試驗測試技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2015年

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 王美令;不對中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學機理及其振動特性研究[D];東北大學;2013年

2 施俊俠;工作轉(zhuǎn)速下大型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩二次故障耦合振動特性的研究[D];太原理工大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前6條

1 戎玲;轉(zhuǎn)子—膜片聯(lián)軸器—軸承系統(tǒng)動力學特性研究[D];哈爾濱工程大學;2012年

2 金艷;某型航空發(fā)動機整機振動故障診斷技術(shù)研究[D];沈陽航空航天大學;2012年

3 李興陽;轉(zhuǎn)子不對中—碰摩耦合故障的動力學分析與辨識[D];南京航空航天大學;2009年

4 高斌;基于希爾伯特-黃變換的航空發(fā)動機整機振動故障診斷[D];南京航空航天大學;2009年

5 杜小錦;非線性故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學建模與故障診斷方法的研究[D];湖南大學;2008年

6 龍鑫;齒式聯(lián)軸器不對中動力學特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

本文編號：2775588