基于阶次解调谱的滚动轴承故障诊断方法

针对变转速工况下滚动轴承的故障诊断问题,提出一种基于阶次解调谱的故障诊断方法。该方法先利用线调频小波路径追踪算法提取转速信号,并根据转速信号对轴承振动信号进行角域重采样,将时域非平稳信号转化为角域平稳信号。然后对角域平稳信号进行变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)得到若干本征模态函数分量(intrinsic mode function,IMF),并利用峭度指标筛选出敏感IMF分量,最后对敏感IMF进行Hilbert变换获得其阶次解调谱,通过提取阶次解调谱中的故障特征阶次来识别轴承故障。仿真和实验分析结果表明,该方法成功提取出故障特征阶次,可实现变转速工况下滚动轴承故障的有效诊断。     

具有弹性支承的裂纹转子的动力特性分析

推导了具有弹性支承偏置裂纹转子的运动微分方程.通过数值求解,得到了具有弹性支承偏置裂纹转子的盘心位移响应、支承处加速度响应.研究结果表明:具有弹性支承的裂纹转子系统在支承处加速度响应中也包含1X、2X、3X…频率成分,并且出现分数次共振现象;当裂纹转子以超临界转速运行时,支承处加速度响应的幅频图上2X以上各谐波分量仍明显存在.因而,转子以超临界转速或亚临界转速运行时,2倍频分量均可作为裂纹故障的重要特征.这对利用轴承座处的振动信号进行裂纹故障检测有一定的实用价值.     

应用谐波平衡法分析裂纹转子的动力特性

为了研究弹性支承对裂纹转子动力特性的影响,借助于谐波平衡法分析了具有弹性支承偏置裂纹转子的盘心位移响应、支承处加速度响应以及支承刚度对系统响应的影响。研究结果表明:具有弹性支承的裂纹转子系统在支承处加速度响应中也包含1X、2X、3X…频率成分,并且出现分数次共振现象。不但如此,当裂纹转子以超临界转速运行时,支承处加速度响应的幅频图上2X以上各谐波分量仍明显存在。因而,转子以超临界转速或亚临界转速运行时,2倍频分量作为裂纹故障的重要特征,总会在支承加速度响应中出现。这对利用轴承座处的振动信号进行裂纹故障检测有一定的实用价值。增加支承弹性不但可以减小裂纹转子过临界转速的响应,还能减小由裂纹引起的超谐波共振响应。     

转子系统模态及不平衡响应特性数值分析

为研究轴承支承刚度、温度对转子系统临界转速的影响,以及研究转子系统不平衡响应特性,采用集总参数法模化三圆盘等直径转子系统,通过Riccati传递矩阵法对转子系统模态及不平衡响应特性进行数值计算分析。结果表明:转子系统在各向同性支承条件下的临界转速与各向异性支承条件下的临界转速数值相近;当轴承支承刚度相对于转子系统处于弹性支承范围内时,转子系统的临界转速数值随支承刚度的增大增幅明显;环境温度的升高影响转子材料的物理性质,导致转子的临界转速数值有所降低,且以高阶临界转速受温度影响降幅最大;加载不平衡激励,在一定速度范围内扫频可得到转子系统的临界转速及相应振型;转子对不同位置处的激励,响应振型明显不同。     

变转速工况下基于改进奇异谱分解和1.5维包络阶次谱的风电机组轴承损伤识别

为实现变转速工况下风电机组轴承故障损伤的准确识别,提出一种基于改进奇异谱分解(ISSD)和1.5维包络阶次谱的诊断方法。针对奇异谱分解存在的端点失真和奇异谱分量数量判定问题,提出极限学习机延拓结合窗函数的端点效应抑制策略以及基于Person相关系数的分量数量判定策略。首先,通过计算阶次追踪算法对拾取的信号进行等角度重采样,继而对重采样角域信号进行ISSD处理;为便于后续分析,利用排列熵指标从ISSD处理结果中筛选出最佳主敏感奇异谱分量,对其执行对称差分能量算子解调运算,并计算所得包络信号的1.5维谱;最后通过分析1.5维包络阶次谱中的阶次成分准确判定轴承运行状态。实验台信号及实测工程信号验证表明,所提方法能有效提取变转速工况下风电机组轴承损伤特征,具有一定工程参考价值。     

基于全谱分析的转子裂纹-碰摩复合故障特征实验研究

在转子实验台上模拟了不同转速下的碰摩故障、裂纹故障及相应的裂纹-碰摩复合故障,并采用全谱分析方法对其故障特征进行了分析。结果表明:相对于传统傅里叶频谱分析,全谱分析方法能准确识别3类故障,利用全谱图中-2 X、-3 X和-4 X倍频分量表征了碰摩-裂纹复合故障的耦合特性,为转子复合故障诊断提供了参考。     

基于API617的双级盘式TRT转子优化设计

为了提高高炉煤气余压回收透平发电装置的能量回收率和运转效率,根据API617标准,设计了15种盘式双级可调静叶TRT转子-轴承系统,并且采用数值模拟的方法详细分析、计算了这15种方案的临界转速、动力响应及转子不平衡的稳态响应等重要的转子动力特性。研究结果表明:轴承跨距的增大有利于提高转子的临界转速;单纯增加轴的直径只能增加轴刚性支承下的临界转速,转子-轴承系统有阻尼的临界转速反而降低;通过合理分布转子的质量可以成功实现双级悬臂TRT的开发设计。此项研究可为进一步提高国内TRT转子设计水平提供经验依据。     

基于EMD与Duffing振子的风机轴承早期故障诊断研究

针对风电机组滚动轴承早期故障诊断,文章提出了一种以改进的Duffing振子与经验模态分解(EMD)相结合的混沌检测系统对早期微弱的故障信号进行有效识别的方法。首先利用EMD将采集到的振动信号分解成几个内蕴模式函数分量IMF,将包含故障特征的IMF作为外加策动力输入混沌系统,通过正逆向检测过程观察相轨迹的变化情况来确定是否捕捉到轴承早期的微弱故障特征信号。Duffing振子不仅能很好地抑制噪声,而且对内部策动力同频的微弱周期信号非常敏感,信噪比可达-45 d B。EMD分解法对信号进行初步筛选进一步提高了检测门限。通过轴承实验数据验证了该方法的有效性。     

基于HHT算法的波浪频率提取

海浪加速度信号属于非平稳非线性信号,且在测量时易受到各种方向上的噪音污染,为了实时获取海浪的频率信息,以海浪识别仪所测得的三轴加速度为数据分析对象,通过EMD分解将原始信号分解为多个IMF分量,然后利用设定阈值筛选出这些分量中的有效成分,并对有效IMF分量进行HHT变换,最后在试验平台以stm32作为控制器直接对数据进行处理,从而获得海浪的瞬时频率。结果表明,HHT算法可以准确地计算出瞬时频率。     

高压压气机转子结构设计及改进方法

为提高设计效率并快速得到适于工程应用的高压压气机转子结构,以改型设计方法为基础对某高压压气机转子结构进行了详细设计,同时对结构改进方法进行了一定的探索。采用叶—盘耦合系统循环对称结构算法及整体转子系统二维轴对称结构算法进行强度设计及改进,前轴颈最大应力下降最多达26%;其次进行支承结构设计,计算校核母型机轴承承载能力。结果表明：轴向力安全裕度最小为28%,轴承寿命大于100 000 h;给出2种调整鼠笼厚度的估算方法用以指导三维有限元计算,同时计算得到前支承刚度;通过二维有限元分析模型计算转子的临界转速,仅将后轴承支承位置沿压气机轴线向后移动7.5 mm,全运行工况转速与第2阶临界转速的安全裕度由18.5%提高到21.2%。