失速顫振是風(fēng)機(jī)中常見的故障之一,同時(shí)葉片裂紋又是風(fēng)機(jī)中普遍存在的一種嚴(yán)重安全隱患,所以探明失速顫振機(jī)理及盡早檢測出裂紋現(xiàn)象的存在對于風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行具有重要意義。論文對葉片結(jié)構(gòu)與氣流脈動的關(guān)系、流固耦合互體現(xiàn)特性、以及根據(jù)以上兩點(diǎn)進(jìn)行葉片故障診斷等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化研究。詳細(xì)工作如下: 為探討風(fēng)機(jī)失速顫振產(chǎn)生的機(jī)理,論文提出從氣流脈動和葉片結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系來尋找失速顫振發(fā)生頻率的方法。通過對風(fēng)機(jī)葉片的模態(tài)分析和葉輪出口氣動信號頻譜分析發(fā)現(xiàn),一定來流速度范圍內(nèi)氣流脈動引起的顫振和某一階固有頻率有關(guān),即氣流的脈動頻率與葉片固有頻率趨于相同,遠(yuǎn)離失速攻角時(shí)氣流脈動頻率逐步擺脫固有頻率的影響,在大攻角下葉片結(jié)構(gòu)仍影響氣流脈動頻率,但已沒有一個(gè)明顯的頻率鎖定區(qū)域。這為探明葉片失速顫振的機(jī)理提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù),證明葉片結(jié)構(gòu)影響氣流脈動頻率。 為研究風(fēng)機(jī)葉輪系統(tǒng)氣固耦合振動互體現(xiàn)的特性,論文利用刻畫非線性系統(tǒng)的多特征分析方法,從相空間重構(gòu)、關(guān)聯(lián)維、近似熵、L-Z復(fù)雜度等不同角度對多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)采集的不同工況下葉輪軸向振動信號及葉輪出口氣動信號進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果證明這兩種信號在某些量化特征上具有耦合互體現(xiàn)特征。這為利用氣動信號進(jìn)行葉片故障診斷奠定基礎(chǔ)。 基于信號的能量主要集中在低頻附近,高頻信號的能量隨頻率的增加而迅速衰減的特點(diǎn)以及耦合振子距離越近,越具互體現(xiàn)特性。論文提出了對葉片不同狀態(tài)下的氣動信號進(jìn)行多帶小波分解,與基于二帶小波分解的方法互補(bǔ),檢測葉片裂紋故障的方法。首先對多次實(shí)驗(yàn)采集的氣動信號進(jìn)行小波分解;然后計(jì)算每個(gè)頻段的能量,形成多維特征向量集;最后由特征向量集訓(xùn)練分類器,利用設(shè)計(jì)好的分類器對特征向量進(jìn)行分類檢測,識別故障。多次實(shí)驗(yàn)證明,該方法能夠快速、有效的檢測出早期裂紋現(xiàn)象的存在。 最后為進(jìn)一步了解葉片裂紋擴(kuò)展時(shí)氣動信號的變化,論文對不同工作狀態(tài)下的氣動信號的小波子帶能量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分析結(jié)果表明,隨著葉片裂紋的擴(kuò)展,高頻帶相對于正常葉片的氣動信號的同子帶能量明顯降低,而低頻帶對應(yīng)的氣動信號同子帶能量大幅增強(qiáng)。由此可以說明,葉片的裂紋擴(kuò)展過程中,低頻進(jìn)一步降低,高頻進(jìn)一步升高,氣流脈動頻率范圍逐步擴(kuò)大。這為轉(zhuǎn)子葉片裂紋故障的監(jiān)測與診斷提供了依據(jù)。同時(shí)裂紋的擴(kuò)展帶來葉片結(jié)構(gòu)剛度逐步降低和氣動信號低頻部分的逐步降低,進(jìn)一步說明葉片結(jié)構(gòu)影響氣流的脈動頻率。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：TK83
【部分圖文】：

圖 2-1 模態(tài)測試系統(tǒng)示意圖Fig. 2-1 Model Testing System主要模態(tài)或內(nèi)部各結(jié)構(gòu)動態(tài)[53]比較理想（如圖 2-1）。依據(jù)測試精度的要就是激振點(diǎn)和響應(yīng)測試點(diǎn)。采用脈沖力，用帶沖，若力作用時(shí)間極短，其頻譜在所有頻段內(nèi)易激起結(jié)構(gòu)的多階固有模態(tài)。實(shí)驗(yàn)時(shí)垂直敲擊移，并控制好錘擊力的大小和時(shí)間長短，避免 中混入噪聲和虛假模態(tài)。選用加速度傳感器，數(shù)影響很小能滿足模態(tài)分析所需要的高頻振動用有激振力jF 時(shí)，在 i 點(diǎn)產(chǎn)生的加速度為iX ，iX=

圖 2-2 葉輪的三維模型 圖 2-3 葉片模態(tài)網(wǎng)格 圖 2-4 一階振型ure 2-2.Three-Dimensional Wheel Model Figure 2-3. Grid of the Modal Figure 2-4 One Order VibMode圖 2-5 二階振型 圖 2-6 三階振型 圖 2-7 四階振型Figure 2-5 Two Order Vibration Mode Figure 2-6 Three Order Vibration ModeFigure 2-7 Four OrdVibration Mode

進(jìn)而在 UTEKMA 模態(tài)分析軟件中運(yùn)用人工建模的方法建立了葉片模態(tài)工程的模型網(wǎng)格（如圖2-3），圖中各標(biāo)號點(diǎn)為將要測試的葉片模型的節(jié)點(diǎn)。葉根處為 43-49 點(diǎn)，葉頂處為 36-42點(diǎn)。在靠近葉根處的中部 3、4、11、10 點(diǎn)之間放了信號接受傳感器。2.2.2.2 模態(tài)實(shí)驗(yàn)過程及分析（1）動態(tài)數(shù)據(jù)的采集及分析激勵(lì)方法及設(shè)備：實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人為的對結(jié)構(gòu)物施加一定動態(tài)激勵(lì)，采集各點(diǎn)的振動響應(yīng)信號及激振力信號，根據(jù)力及響應(yīng)信號用各種參數(shù)識別方法獲取模態(tài)參數(shù)。目前主要由單輸入單輸出（SISO）、單輸入多輸出（SIMO）、多輸入多輸出（MIMO）三種方法。以輸入力的信號特征還可分為正弦慢掃描、正弦快掃描、穩(wěn)態(tài)隨機(jī)、瞬態(tài)激勵(lì)等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要采用了 SISO 的激勵(lì)方法；輸入的力信號特征為瞬態(tài)激勵(lì)，采用了揚(yáng)州泰司電子有限公司的 TS5000 力錘，該力錘與其他力錘相比較小巧，錐擊時(shí)可盡量的避免連激非線性信號的產(chǎn)生，符合實(shí)驗(yàn)的具體需要，其主要技術(shù)參數(shù)為：測力范圍：0～1000N 參考靈敏度：4.00pC/N過載能力：120％ 線性度：±1.0％F·S數(shù)據(jù)采集及設(shè)備：SISO 方法要求同時(shí)高速采集輸入與輸出兩個(gè)點(diǎn)的信號，用不斷移動激勵(lì)點(diǎn)位置或響應(yīng)點(diǎn)位置的辦法取得振型精確數(shù)據(jù)。SIMO 及 MIMO 的方法則要求大量通道數(shù)據(jù)的高速并行采集，因此要求大量傳感器或激振器，實(shí)驗(yàn)成本極高。由于本實(shí)驗(yàn)
【引證文獻(xiàn)】

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1 盧秀泉;調(diào)速型液力偶合器流固耦合與振動特性研究[D];吉林大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張瑞琴;基于流固耦合的葉片氣動彈性分析[D];南京航空航天大學(xué);2009年

2 王海娟;考慮葉輪前側(cè)蓋板流固耦合的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性研究[D];鄭州大學(xué);2012年

本文編號：2860908