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基于叶端定时转子扭振和碰摩故障监测方法研究

陈子文  
【摘要】:旋转动力机械作为工业生产中不可或缺的关键设备,发挥着极其重要的作用,而轴系扭转振动和碰摩是动力机械常见的故障,严重时会出现灾难性的事故,影响机组平稳安全运行。对动力机械进行扭振振动和碰摩监测,能很好预防故障向更严重的方向发展,提前实施预警,以避免造成更严重的事故。本文主要研究内容如下:(1)基于MATLAB语言开发了 Complex_Rotor动力学计算软件疲劳寿命分析模块,该模块能够对扭转瞬态计算结果进行评价,实现轴系启车次数估计。结合现有实验台,建立了考虑联轴器和电机轴在内的三盘转子轴系扭转动力学模型,通过瞬态计算分析总结了在变频驱动激励下轴系扭转动力学响应规律。(2)建立了非线性定点碰摩转子动力学模型,采用Newmark-β数值积分并结合Newton-Raphson迭代法计算碰摩动力学响应,通过时域和频域的分析方法,研究总结了两种工况(持续碰摩和短时碰摩)碰摩产生的扭转动力学响应规律。结果表明,转速较低时定点碰摩使扭振信号一倍频幅值增大,在特定情况下会激起轴系扭转固有频率成分;高转速时定点碰摩产生的扭振信号包含分数谐波频率成分。(3)提出了考虑电磁刚度影响在内的轴系扭转动力学仿真模型修正方法,该方法能够减小仿真与实验结果的误差。研究还发现电磁刚度作用会导致轴系扭振刚体模态不为零,且一阶扭转固有频率发生偏移,该结论可为今后准确分析预测电驱动机组轴系扭转动力学性能提供参考。(4)提出了考虑叶片加工装配误差和叶片振动引起间距不均匀误差的改进叶端定时法修正算法,能够解决原始BTT法测扭振结果不准确的问题。通过仿真验证了高精度扭振测量软件算法的可行性,理论上可将扭振采样率提升32倍。随后开展了实验研究,采用改进叶端定时法对碰摩故障进行监测,实验结果表明修正算法分析处理的结果与编码器结果近乎一致,处理精度较高,能准确监测出碰摩导致的转速波动。最后在扭叶片实验台上进行了碰摩故障识别应用,结果显示在叶片振动监测的同时也可进行碰摩故障的监测。


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