一种故障诊断新方法及其应用

旋转机械的振动具有其复杂性和特殊性,在各个响应频率下,转子的轴心运动轨迹是一个椭圆.结合全矢谱分析技术,提出一种旋转机械故障诊断新方法--用轴心轨迹椭圆的面积描述转子振动状态,同时提出矢振比和全矢瞬时幅速图两个概念.在此基础之上提取出有效的故障信息特征值,最后将新方法应用于故障诊断实践中.结果表明,这种方法具有可识别转子的振动状态、能清晰判断转子的正反进动、提高分析判断速度、灵敏度高等优点,是一种实用的旋转机械故障诊断分析新方法.     

分形理论及其在旋转机械故障诊断中的应用

对分形理论在旋转机械故障诊断中的应用做了初步研究,提出用分数维来定量描述转子轴心轨迹的特征,分析结果表明轴心轨迹的分数维直接反映转子的稳定程度,可用轴心轨迹的分数维来帮助判别旋转机械的故障。     

基于轴心轨迹形态的转子裂纹故障分析与诊断

基于转子系统轴心轨迹的形态分析,提出一种对多故障中的裂纹故障进行初步诊断的简便方法。通过对转子系统1/2临界转速附近的轴心轨迹形态分析,表明在1/2临界转速附近,裂纹-碰摩双故障转子系统轴心轨迹的内环形状随着转速的变化而改变,内环的偏置方向也随转速旋转一定角度。在碰摩转子系统中,其1/2临界转速附近的轴心轨迹形态与裂纹-碰摩双故障转子有明显区别。多故障系统轴心轨迹的形态分析为对其中的裂纹故障进行初步诊断提供了新方法,使转子故障诊断效率得到提高。同时结合分岔图及频谱图对不同转子系统的动力学响应进行了分析,利用Bently转子实验台对裂纹转子系统的轴心轨迹进行了实验验证。     

二维全息谱在旋转机械故障诊断中的应用

通过对振动信号的处理、分析发现,旋转机械转子系统的振动信号经幅值谱、功率谱等传统的谱分析方法后,往往除了1倍频外还包括各次谐波及高倍频成份;引起转子系统振动信号中2倍频分量的因素很多,包括不对中、裂纹和电磁干扰等。直接从幅值谱等传统的谱分析方法很难判断2倍频振动分量的性质和原因。研究基于对中性良好的转子试验台,模拟了多种转子系统的故障,研究了二维全息谱以及轴心轨迹在旋转机械轴裂纹故障和碰磨故障诊断中的应用,结果证明所实现算法的有效性。     

旋转机械轴心轨迹特征提取技术研究

轴心轨迹是表征旋转机械运转状态的重要特征，目前轴心轨迹识别局限于人机对话模式，并且只对轴系故障进行初步识别，不能实现对故障细节的描述。针对这个问题，研究了轴心轨迹的自动识别方法，主要研究了轴心轨迹与转子故障严重程度的关系，提出通过特征定量化对同类故障的不同图形进行分类，引人交叉点和圆环数作为特征指标，并通过仿真分析，取得了良好效果。     

航空发动机双转子系统碰摩故障振动特性研究

航空发动机转子系统的振动对飞机的飞行安全具有重要影响。文中针对某型航空发动机无中介轴承的双转子系统的结构特征,采用集中质量法建立了双转子-轴承-机匣耦合的动力学模型,分别对内外转子碰摩故障进行了仿真,通过轴心轨迹图、时域波形图、频谱图、庞加莱图分析了双转子系统耦合振动响应特性,提取了内外转子碰摩故障特征。研究成果可以为航空发动机振动状态监测和故障诊断系统提供理论支持。     

混流泵起动过程转子轴心轨迹的试验研究*

混流泵起动过程中的振动失稳严重威胁着泵机组的安全,研究起动过程中的轴心轨迹,可以全面、直观地反映瞬态效应对机组运行稳定性的影响,掌握非调节工况下转子的振动状态。基于本特利408数据采集系统,测量获得了起动加速过程中不同转速下转子的轴心轨迹图和时域图,分解提纯一倍频和二倍频轴心轨迹图及其时域图,解析起动过程不同转速下的频谱图。研究结果表明,加速过程中,一倍频轴心轨迹由长短轴相差不大的椭圆逐渐变为圆形,可以判断转子存在弓状回转涡动且涡动不断加剧;二倍频轴心轨迹由近似水平线段逐渐变化为水平方向扁平的椭圆,可以判断转子存在不对中现象且水平方向的振动不断加剧。结合瞬态外特性曲线,研究发现随着转速的逐渐增大,转子系统的瞬时水力冲击逐渐增大,转子不平衡量和径向偏移量逐渐增大,振动情况逐渐加重,当转速达到最大值时,轴系振动出现一个峰值并随转速稳定有所降低并逐渐趋于稳定。加速是引起轴系振动的主要原因,瞬态效应是影响振动故障恶化的重要因素。研究成果对于实时评估混流泵起动过程中的轴系运行状态、有效降低或防止振动故障的恶化具有重要的工程应用价值和理论指导作用。     

旋转机械轴心轨迹信号的复数小波分析

提出了一种利用复数小波变换分析转子振动轴心轨迹信号的方法,通过分析小波尺度与振动倍频间的关系,使得观察某一尺度上的小波幅值就相当于考察一定频率范围的周期谱图,对典型非线性故障轴心轨迹信号的分析揭示出,摩擦故障时高频振动地时－频域上呈现出非均匀间歇现象,而轴裂纹时的高频振动是均匀间歇地出现,且周期与旋转基频相同,因此该方法可以直观地识别故障的细节性特征,有望形成一种新的、有效地监测诊断技术。     

谐波小波包方法及其对转子亚频轴心轨迹的提取

转子轴心轨迹,特别是亚频轴心轨迹的提取,在转子故障识别中是十分重要的。分析了谐波小波的优势,在研究了谐波小波的频段分解基础上,提出了谐波小波包变换的频段分析表达式,并给出了实现方法,实现了谐波小波的任意频段“任意细化”能力。对转子振动信号进行了频域细化分析,并用谐波小波包变换对实际的高速转子振动信号进行了分析,在得到细化频谱的同时,直接实现了常规方法难以实现的转子亚频信号的轴心轨迹提取,得到了满意结果,为转子故障信号的分析创造了条件。     

转子动静碰摩故障仿真与试验研究

针对转子碰摩的特点，建立了以刚度为分段线性的Jeffcott转子模型，并对此模型进行了仿真计算，结果表明：转速低于临界转速时系统存在高阶倍频成分；转速超过一阶临界转速后系统中出现分频振动成分；当转速接近临界转速的整数倍时，该转速频率的幅值显著增大。按照转子碰摩模型，建立了转子碰摩故障试验系统，进行了转子碰摩故障模拟试验，采集了比较有代表性的碰摩样本数据，并得到每个状态下的频谱图和轴心轨迹图。试验分析与基于碰摩力模型的仿真分析结果一致，此研究对及时准确地诊断和预报旋转机械转子早期动静碰摩故障具有非常重要的意义。