机械密封端面接触状态的声发射监测方法

针对机械密封运行过程中反映密封端面接触状态的工作参数(端面开启时间、膜厚等)测量困难的问题,提出基于声发射信号的机械密封端面接触状态监测方法。根据密封端面产生的声发射信号具有时变非线性且突发性强的特点,采用经验模态分解(EMD)法对原始信号进行分离提取。EMD法能够将信号分解为不同时间尺度和不同频带的一系列固有模态函数,然后根据能量分布特征对伪分量进行剔除,得到"近源"声发射信号,抽取其信号特征运用Laplace小波相关系数法实现对密封端面接触状态的准确识别。通过机械密封测试试验证明,声发射监测技术能准确地识别机械密封装置动静环之间的接触状态和摩擦形式,能够在工业现场推广使用。     

粒子滤波在机械密封声发射信号降噪中的应用

机械密封声发射信号容易受到环境噪声的干扰,信噪比很低。提出一种基于互补集合经验模态分解(CEEMD)和粒子滤波(PF)相结合的降噪新方法(CEEPF)。该方法首先对采集的声发射信号进行CEEMD分解,利用相关系数原理识别出高频IMF分量后对其进行重构;然后对重构后的信号建立ARIMA模型,将其作为信号的状态方程,再利用小波分解重构思想提取测量噪声,并建立测量方程;最后对重构信号进行粒子滤波,将滤波结果与各低频IMF分量一起重构得到降噪后的声发射信号。结果表明:基于CEEMD与PF的机械密封声发射信号降噪方法能够很好地滤除背景噪声,并且能最大程度保留有效信息。对仿真信号和实验信号分别进行CEEMD小波阈值、标准粒子滤波、CEEPF降噪,发现CEEPF降噪在降噪效果上明显优于其他2种方法。     

机械密封端面摩擦机理及其声发射信号特性研究

分析了机械密封端面摩擦机理,根据端面的摩擦机理,选用声发射信号(Acoustic Emission, AE),作为表征密封端面摩擦状态的监测信号,建立了基于AE信号的密封端面摩擦状态的监测模型。根据机械密封的工程应用需求,将密封端面工作状态分为三种类型：边界摩擦状态、混合摩擦状态和流体润滑状态,利用采集的声发射信号和建立的监测模型,能够有效地识别密封端面的工作状态,识别率大于70%。     

旋转机械状态监测的声发射技术

前言:对比于以振动做为检测机械故障的方法,应用声发射(Acoustic　Emision——A.E.)于状态监测则既简单又快速。Trevor　Holroyd是英国Holroyd仪器公司的管理主任,他说明了其中的原因。 声发射(AE)是一个包括检测高频构造发生的弹性波或应力波在内的主动技术。自从1960年第一台商品A.E。仪器问世以来,AE技术主要应用于监测工程结构中的缺陷生成。在这种应用中,该项技术的极端灵敏性能使其用于遥远位置的AE传感器,以检测出微裂纹扩展的单一增量。     

基于声发射和小波神经网络的机械密封状态分类新方法

采用声发射方法监测得到的复杂机械密封的声发射信号往往信噪比很低,对其工作状态进行分类存在一定的困难。提出一种基于声发射和小波神经网络的机械密封工作状态分类的方法。该方法将小波与神经网络结合,基于声发射信号时域和小波包能量分析的特征提取方法,充分利用声发射信号中的有用信息,能很好地表征机械密封的工作状态。以旋转轴用动密封装置为例,采用上述方法对其工作状态进行监测。实验证明,该方法能够有效地对复杂机械密封的工作状态或故障类型进行分类。     

声发射在密封监测领域的研究进展

将声发射无损检测技术应用到机械密封监测中是密封领域新的发展方向。从实验研究和理论研究两方面综述声发射在密封领域的研究进展;从早期的实验探索到后期的信号降噪、信号分析和信号识别等方面总结各阶段的研究成果,并且介绍机械密封相变实验研究;展望基于声发射的机械密封监测技术的未来发展方向,如将大数据技术应用到声发射信号的处理分析,探索声发射技术在机械密封不同方向监测的应用,如液膜相变的监测等。     

中压机械密封端面接触状态和应力研究

密封端面间的接触状态和应力分布影响着密封端面的磨损和变形,对机械密封的寿命和密封性能尤其重要。为研究密封端面间的接触状态和应力分布,建立机械密封动环、静环和静环座完整准确的双接触对有限元模型,分析工作压力、静环高径比(静环高度和外径的比值)、载荷系数和静环辅助O形圈内径比(O形圈的内径与机械密封平衡直径的比值)等参数对接触状态和应力分布的影响规律,得到密封端面间的接触状态和应力分布。结果表明:工作压力较低时端面接触应力分布均匀,端面全接触;但压力较高时接触应力分布可能不均匀,且工作压力越高分布均匀性越差,端面接触面积越小;静环高径比、载荷系数和静环辅助O形圈内径比等参数的增加会使接触应力分布更均匀,接触面积增加,端面最大接触应力减小,有利于密封的运转。     

机械密封端面液膜厚度状态检测技术研究

利用电涡流技术和声发射技术对静压型机械密封的端面膜厚分别进行直接和间接测量,研究机械密封在不同转速和压力下的膜厚变化规律,并通过先进信号分析和人工智能,研究密封在不同膜厚区间的声发射特征,建立基于人工神经网络的机械密封端面的状态识别模型,以实现对密封流体膜厚的区间估计。研究结果表明:机械密封工作时压力主要影响膜厚的变化区间,而转速主要影响膜厚的瞬时波动;构造的基于BP神经网络的联级决策模型,对于密封膜厚的平均识别率达到了85%,从而实现了机械密封端面膜厚从有损检测到无损检测的转变。     

基于声发射主轴机械密封开启状态识别技术

针对机械密封端面开启状态确定和端面开启厚度测量困难这一问题,提出基于声发射信号端面开启状态监测技术。将电涡流传感器安装在密封装置静环上,将声发射传感器安装在静环座上,分别对动静环之间端面开启状态进行内部直接测量和外部间接检测。把采集的声发射信号运用小波阈值降噪法进行降噪处理后,提取典型的小波包能量特征。建立RBF神经网络模型,将提取的小波能量特征作为模型的输入,对机械密封端面开启状态进行识别。与电涡流传感器测量结果比对表明,声发射技术能够对机械密封开启状态进行准确的识别。利用声发射识别技术,实现了对主轴机械密封油膜开启状态由"内测"到"外测"的转变,便于工业现场应用和推广。     

机械密封端面接触状态测控技术

介绍了目前常用来描述端面接触情况的状态参量，探讨了端面间隙、温度及声波常用的测量方方法，重点分析了主动式超声波检测方法，并对机械密封端面接触状态测控技术的研究状况进行了总结。     

Face Rub-Impact Monitoring of a Dry Gas Seal Using Acoustic Emission

Face rub-impact of a dry gas seal was investigated using acoustic emission (AE) technology. A force applicator was designed and mounted on the seal test rig to provide controlled misalignment and thus induce rub-impact of the seal faces. Two types of AE sensor were mounted at different positions on the seal. For the PICO AE sensor mounted directly on the seal ring, the root mean square (RMS) of the original AE signal was sensitive to face rub-impact of the seal. When force was applied, the AE RMS of the PICO sensor gave a distinct periodic waveform with a period consistent with the rotational period above an initial noise signal. The magnitude and shape of the waveform changed as the applied force increased. For the R15α AE sensor mounted on the housing of the seal, no obvious changes could be found from the RMS of the original AE signal synchronously obtained during loading. Two kinds of signal processing methods were tried to eliminate noise. After band-pass filtering, the RMS of the AE signals of the R15α sensor indicated face rub-impact when the misalignment was relatively large. The empirical mode decomposition method using masking signals was found to be more effective than band-pass filtering in eliminating the noise but took much more computational time. The results indicate that the AE technology is a potentially effective tool in monitoring and investigating face rub-impact of dry gas seals.     

声发射和小波包分析在损伤状态监测中的应用

为应用声发射技术对结构的损伤状态进行监测与识别,基于小波包分析提出了一种在线损伤监测方法。采用D-S证据理论对声发射信号的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,计算Mahalanobis距离构建结构损伤状态判别指标,采用t检验的概率方法考察不同损伤状态下判别指标的变化情况。旋转轴承结构的声发射信号分析结果表明,D-S证据理论能够对声发射信号的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,结构损伤状态判别指标具有良好的结构损伤识别能力,能够准确地实现对结构不同损伤状态的识别。     

基于声发射技术的点接触润滑状态研究

为研究点接触在部分弹流润滑条件下的润滑状态,使用球盘式摩擦磨损试验机进行试验,利用声发射技术监测不同工况下的润滑状态,并分析在不同工况下声发射信号特征参数的变化规律。结果表明:声发射信号特征参数计数、能量、信号强度对润滑状态的改变非常敏感,都随滑动速度的增加而减小,随载荷的增加而增加且在变化规律上几乎一致;利用声发射技术能够表征边界润滑向部分弹流润滑的过渡状态。     

设备状态监测中的摩擦学应用工程

本文通过典型监测案例的综合分析，讨论了中速大功率柴油机等大型机电设备摩擦学故障的主要模式及有效的监测方法，分析了这些设备故障发生的主要影响因素和油品分析在防止严重事故发生方面的作用。实践证明，加强新油和在役油品监测、在设备管理中推进摩擦学知识应用具有十分重要的意义。     

A Study on Incipient Damage Monitoring in Rolling Contact Fatigue Process Using Acoustic Emission

Acoustic emissions (AE) technique was applied to rolling contact fatigue tests of two radially loaded rollers running under constant load and velocity to detect the incipient damage and damage location. Signals detected from contacts were processed using signal conditioning and enhancement techniques by an AE source locator to bring out the difference between the signals from the sound and damaged rollers. It was found that AE hit count pulse observations by the AE source locator can provide an indication of the damage at its initial stage. The conventional AE parameters and the AE signal features were studied and correlated with the AE source locator counts. The results demonstrated the successful use of the combination of the AE monitoring and the AE source locator as a new technique for detecting the incipient damage and forecasting the position of the damage in the roller, and this technique could allow the user to monitor the rate of deterioration of the rolling elements.     

齿轮接触疲劳的声发射研究

本研究首次使用了新型的接触疲劳试验机,采集了更为有效的齿轮接触疲劳声发射信号.在分析了扩展阶段的撞击数变化规律后,认为只要是加载的载荷幅度不发生变化,在此阶段的扩展速率就保持不变.以撞击数描述齿轮接触疲劳状态显示:接触疲劳裂纹扩展速率约为594.05 (count/min).另外,在对疲劳信号进行傅里叶变换后,发现实际齿轮接触疲劳裂纹的扩展特征频率约为109.6kHz～368.6kHz.     

接触式机械密封端面的分形磨损模型

基于分形理论将动、静环端面的接触简化为粗糙表面与理想刚性平面的接触,讨论了接触式机械密封端面形貌的表征方法,建立了接触式机械密封的磨损模型。根据建立的模型,分析各分形参数、材料参数及工作参数对磨损的影响,并,将所建模型与实验数据进行对比,验证了模型的合理性。结果表明：接触式机械密封分形维数D与其磨损率γ呈浴盆曲线的关系;特征长度尺度参数G、端面比载荷pg、转速n与其磨损率γ成正比;接触式机械密封的综合弹性模量E与其磨损率γ成反比。     

声波检测技术在机械密封端面接触测量中的应用

机械密封端面接触情况与密封工作状态密切相关,有必要对其进行在线检测。回顾了对密封端面参数常用的测量方法,介绍了被动式声波检测和主动式超声波检测技术,重点对主动式超声波检测原理进行分析。指出了主动式超声波检测在机械密封中应用的可行性,及其良好的前景。     

机械零件的声发射检测技术

主要从声发射机理、声发射传感器的研究和多传感器检测技术三个方面介绍了机械零件声发射检测技术的特点、研究现状和发展趋势。