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转子碰摩故障时频分析方法研究

刘强  
【摘要】:大型旋转机械是电力、冶金、石油化工以及军工部门的关键设备,转子系统作为旋转机械的核心部件,在旋转机械的高速运行中发挥着十分重要的作用。随着现代工业技术的发展以及工艺的提升,生产系统各设备之间的联系越来越紧密,使得转子碰摩故障出现几率不断增大,转子系统碰摩故障导致的事故严重威胁了生产安全,对转子碰摩故障的诊断对工业安全意义非凡。转子碰摩故障诊断包括碰摩发生的定性分析以及确定碰摩位置、程度等的定量分析。故障特征提取是故障诊断的重要环节之一,在碰摩故障定性分析方面应用广泛,本文将声发射检测技术应用于转子碰摩故障诊断,研究了基于时频分析的碰摩故障特征提取方法。本文研究了从非线性、非平稳的碰摩声发射信号中提取故障特征的时频分析方法,相较于时域分析或者单纯的频域分析,时频分析可以同时反映出故障的频率特性以及相应的时间。常用的时频特征提取方法有短时Fourier变换、小波变换、EMD等。根据转子碰摩故障声发射信号的特性,本文将最大相关峭度反褶积应用在转子碰摩故障特征提取,并优化了MCKD方法的参数选取方法;同时分析了不同种时频分析方法的特点,研究了时频分析在转子碰摩故障声发射信号处理方面的应用,使用MCKD、S变换等方法进行转子碰摩声发射信号时频分析,证明了时频分析方法可以有效的提取转子碰摩声发射信号的时频局部特征。本文主要对最大相关峭度反褶积、S变换等时频分析方法的基本理论进行介绍,并设计三种转速下的转子碰摩实验,并采集各种转速下碰摩故障的声发射信号,通过对仿真信号以及实验采集声发射信号进行MCKD去噪处理,并进行故障脉冲增强,同时根据包络自相关函数改进了MCKD方法的参数选取原则,使用改进的MCKD方法进行转子碰摩声发射信号分析,得出了转子碰摩的故障频率。同时对实验采集的声发射信号进行基于S变换的时频分析,得出碰摩信号时频图,从而得出碰摩故障信号的时频局部特征,同时对比了MCKD方法处理前后信号的时频图,验证了MCKD以及时频分析方法提取转子碰摩故障特征的有效性。


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