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基于耦合源误差分析的转子振动信号识别方法

仪器仪表学报 2023年第2期44卷 75-83页

作者：李胜波柳一凡林志树舒金吉尼斯罗远厦门理工学院机械与汽车工程学院厦门361024 奥廖尔国立大学机械电子及机器人系奥廖尔302026

转子振动信号实时监测是保障旋转机械健康运行的关键,转子圆度误差和电涡流位移传感器误差的耦合源误差在以往的研究和振动监测中很少考虑,使得转子振动信号有一定的失真,甚至会引起误判。以实际转子为例,提出了圆度误差测量表达式;测... 详细信息

转子振动信号实时监测是保障旋转机械健康运行的关键,转子圆度误差和电涡流位移传感器误差的耦合源误差在以往的研究和振动监测中很少考虑,使得转子振动信号有一定的失真,甚至会引起误判。以实际转子为例,提出了圆度误差测量表达式;测量和分析了两种常用电涡流位移传感器的误差,利用傅里叶拟合方法构建了圆度误差和电涡流位移传感器耦合源误差表达式,建立了耦合源误差与转子振动信号之间的映射关系。提出了点-点法、平均值法与最大值法3种转子振动信号识别方法,3种方法都能有效识别转子振动信号,其中点-点法最精确,识别误差占比约20%;平均值法计算简便,识别误差占比约10%;最大值法偏保守,但可有效避免误判,识别误差占比约32%。

关键词：转子耦合源误差傅里叶拟合振动信号识别

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基于参数优化SDP分析的转子故障诊断方法

振动与冲击 2023年第1期42卷 81-88页

作者：万周何俊增姜东李坚张大海东南大学机械工程学院南京211189 东南大学江苏省空天机械装备工程研究中心南京211189 南京林业大学机械电子工程学院南京210037 中国航空发动机集团有限公司湖南动力机械研究所湖南株洲412002

针对存在多种故障类型不同故障严重程度的转子故障诊断问题,提出了一种基于参数优化对称点模式(symmetrized dot pattern,SDP)分析的智能诊断方法。首先,利用SDP分析提取多个传感器信号的故障特征并将其融合为SDP图像;然后,以基于欧氏... 详细信息

针对存在多种故障类型不同故障严重程度的转子故障诊断问题,提出了一种基于参数优化对称点模式(symmetrized dot pattern,SDP)分析的智能诊断方法。首先,利用SDP分析提取多个传感器信号的故障特征并将其融合为SDP图像;然后,以基于欧氏距离定义的图像区分度函数为适应度函数,基于天牛须搜索(beetle antennae search,BAS)算法获得SDP分析中角域增益因子与时间延滞系数的最佳取值;最后,利用SDP图像训练卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)获得转子故障诊断模型。试验研究表明,该方法相较于其他故障诊断方法具有更高的诊断精度,且在强噪声环境下的诊断表现良好。基于BAS算法优化后的SDP分析放大了不同类型不同严重程度转子故障的表征差异,提高了故障诊断精度。

关键词：转子对称点模式(SDP) 天牛须搜索(BAS)算法卷积神经网络(CNN) 故障诊断

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凹槽叶顶构型对涡轮转子尖区漩涡演化的影响

推进技术 2022年第4期43卷 88-95页

作者：包幼林曾飞甘明瑜宋玉琴中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室湖南株洲412002 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 湖南工业大学理学院湖南株洲412007

凹槽宽度及深度是涡轮转子凹槽叶顶造型的关键参数,为了探究这两个关键几何参数对叶尖端区的旋涡结构演化的影响规律,采用数值模拟方法,对某单级跨声速高压涡轮展开了研究。基于对平叶顶和凹槽叶顶的叶尖端区旋涡演化的深入分析,提取了... 详细信息

凹槽宽度及深度是涡轮转子凹槽叶顶造型的关键参数,为了探究这两个关键几何参数对叶尖端区的旋涡结构演化的影响规律,采用数值模拟方法,对某单级跨声速高压涡轮展开了研究。基于对平叶顶和凹槽叶顶的叶尖端区旋涡演化的深入分析,提取了该跨声速涡轮的典型流场特征。构造了6种凹槽宽度和5种凹槽深度的凹槽叶顶结构,并对典型算例进行了流场结构分析。结果表明,凹槽宽度的减小和凹槽深度的增大均会造成凹槽对泄漏流的有效阻塞范围缩小,但同时会增强该区域的阻塞效果;凹槽宽度的减小还对泄漏涡破碎起到了抑制作用;凹槽深度对涡轮级效率的影响更为显著,且存在不受凹槽宽度取值影响的最佳取值范围,约为2.5~3.0倍叶尖间隙。

关键词：航空发动机涡轮转子流场叶尖泄漏流泄漏涡数值模拟

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航空涡轮轴发动机复杂转子的动力学建模方法

中国机械工程 2022年第13期33卷 1513-1520页

作者：王龙凯王艾伦尹伊君金淼衡星中南大学轻合金研究院长沙410083 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083

为建立涡轮轴发动机复杂转子的动力学模型,基于有限元法和分段线性拟合,采用子结构法对复杂结构进行建模,在对系统自由度进行缩减后,推导出转子系统的运动方程。采用理论分析和试验验证了模型的有效性,分析了燃气发生器转子的振动特性... 详细信息

为建立涡轮轴发动机复杂转子的动力学模型,基于有限元法和分段线性拟合,采用子结构法对复杂结构进行建模,在对系统自由度进行缩减后,推导出转子系统的运动方程。采用理论分析和试验验证了模型的有效性,分析了燃气发生器转子的振动特性。研究结果表明:建立的模型能显著降低整个系统的复杂度,在保证求解精度前提下,可大幅缩短求解时间。

关键词：涡轮轴发动机燃气发生器转子动力学建模有限元法振动特性

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转子进动定理的扩充和完善

振动．测试与诊断 2021年第6期41卷 1216-1220,1243页

作者：廖明夫赵清周西北工业大学动力与能源学院西安710072

为更深入地揭示转子进动的轨迹特征,提出了关于转子进动轨迹的2个定理。定理1表明,转子进动的任一阶轨迹分量所围面积可直接由同阶频率成分构成的轨迹方程系数矩阵行列式求得。定理2证明,转子进动轨迹矢径在单位时间内所扫过的面积是恒... 详细信息

为更深入地揭示转子进动的轨迹特征,提出了关于转子进动轨迹的2个定理。定理1表明,转子进动的任一阶轨迹分量所围面积可直接由同阶频率成分构成的轨迹方程系数矩阵行列式求得。定理2证明,转子进动轨迹矢径在单位时间内所扫过的面积是恒定的,而与起始点无关。同时,提出了欧拉复向量的内积法则,即2个欧拉复向量的内积等于2个复向量的幅值与欧拉角之差的余弦三者之积,且符合交换律。利用2个定理和内积法则对转子进动理论进行了补充和完善。结果表明,在转子的运动中,作用力所做的功关于转子的进动是正交的。所得结论对于揭示转子的进动规律和机理、诊断转子故障具有参考价值。

关键词：转子轨迹定理进动轨迹所围面积复向量内积法则

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转子在线主动平衡技术发展现状与研究展望

噪声与振动控制 2022年第2期42卷 1-9页

作者：樊红卫薛策译邵偲洁西安科技大学机械工程学院西安710054 西安科技大学陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室西安710054

转子动平衡伴随旋转机械的诞生而出现,是一种旋转机械常用的振动控制手段。纵观其技术发展,转子动平衡经历了机上平衡、现场停机平衡和在线不停机平衡等主要阶段,目前处于三者共存状态。以机床电主轴应用为例,转子在线主动平衡通过传感... 详细信息

转子动平衡伴随旋转机械的诞生而出现,是一种旋转机械常用的振动控制手段。纵观其技术发展,转子动平衡经历了机上平衡、现场停机平衡和在线不停机平衡等主要阶段,目前处于三者共存状态。以机床电主轴应用为例,转子在线主动平衡通过传感检测、驱动控制和平衡机构组成闭环系统,实现对运行中转子智能平衡。通过总结现有文献,认为转子在线主动平衡核心技术包括平衡装置、失衡检测和平衡控制三个方面,机械、液压和基于电磁原理的平衡装置是目前主流平衡执行机构,基于信号的特征提取和基于数据的智能识别是目前失衡检测两条主要思路,基于影响系数在线估计的频域和时域平衡是目前关注最多的平衡方法,其中电磁平衡装置和时域平衡方法仍需进一步深入研究。总体而言,转子在线主动平衡技术在精密机床、过程机械和军工装备等领域已取得诸多研究成果,但鉴于其技术复杂性在实际应用中仍存在诸多难题亟待解决。展望转子在线主动平衡技术未来发展方向和研究课题,可为从事转子动平衡技术研究的国内外同行提供有益参考。

关键词：振动与波转子电主轴动平衡平衡装置平衡方法

含松动-碰摩耦合故障转子系统的动力学特性研究

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机械强度 2023年第2期45卷 290-295页

作者：伏永兵兰州交通大学机电工程学院兰州730070

建立了含松动及碰摩多重故障耦合的转子系统动力学模型。采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真,得到了转子系统周期分岔图、最大碰摩力曲线图、松动轴承支座振幅图以及相图和Poincaré映射图,重点分析了松动质量对系统动态特性的影响。研... 详细信息

建立了含松动及碰摩多重故障耦合的转子系统动力学模型。采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真,得到了转子系统周期分岔图、最大碰摩力曲线图、松动轴承支座振幅图以及相图和Poincaré映射图,重点分析了松动质量对系统动态特性的影响。研究表明,松动故障使得转子系统在较低转速进入碰摩运动;亚谐运动、概周期运动、混沌运动的转速区间增加,同时与之对应的最大碰摩力、松动支座振幅较大。较大的松动质量可以降低松动轴承支座的振动幅值,同时使得系统在低转速较长区间处于无碰摩的周期一运动,有利于系统在故障条件下处于稳定状态。

关键词：转子松动碰摩耦合故障

转子叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能影响机理分析

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航空发动机 2023年第3期49卷 66-74页

作者：张成烽张国臣徐志晖孙丹刘鹏程沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136

为研究转子不同叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能的影响机理,分别对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化,并利用商业软件NUMECA进行数值模拟。结果表明:对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化后,压气机性能有较大提高,... 详细信息

为研究转子不同叶尖间隙形状对跨声速轴流压气机性能的影响机理,分别对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化,并利用商业软件NUMECA进行数值模拟。结果表明:对平行式叶尖间隙进行渐变式和阶梯式改型优化后,压气机性能有较大提高,改型后0.204-0.408的各类间隙压气机性能优于0.408-0.204间隙的。相比较平行间隙PTC 0.204-0.204,渐变式TTC0.204-0.408和阶梯式STC 0.204-0.408的失速裕度分别提高1.12%和1.61%,峰值效率基本不变,同时近失速工况下的总压比和效率也略有提高。叶尖泄漏涡得到抑制,间隙处的流体低速区明显减小,流动损失减小,流场得到较大改善。转子通道的总压比在85%叶高处明显提高,分别提高了1.01%和3.13%。阶梯式叶尖间隙压气机的静子通道40%叶高处总压损失系数减小达75.4%。对平行式叶尖间隙进行改型处理能够有效提高压气机性能,且阶梯式叶尖间隙比渐变式的对压气机性能提高的效果更加显著。

关键词：叶尖间隙叶尖泄漏流转子失速裕度间隙形状总压比总压损失系数跨声速轴流压气机

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转子支承不对中故障建模与机理分析

航空发动机 2023年第3期49卷 75-88页

作者：陈果杨默晗李伦绪赵紫豪南京航空航天大学通用航空与飞行学院江苏溧阳213300 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 南京航空航天大学民航学院南京210016

针对工程实际所出现的不对中现象,建立了一个转子支承不对中故障的通用模型。将任意形式的联轴器在径向刚度和角向刚度等效的前提下简化为1个等效模型,该模型与实际的总体径向刚度和角向刚度等效,依据实际联轴器刚度计算得到等效模型参... 详细信息

针对工程实际所出现的不对中现象,建立了一个转子支承不对中故障的通用模型。将任意形式的联轴器在径向刚度和角向刚度等效的前提下简化为1个等效模型,该模型与实际的总体径向刚度和角向刚度等效,依据实际联轴器刚度计算得到等效模型参数;根据等效联轴器模型推导出转子系统由于连接对角向位置的不均匀、连接刚度的差异性和非线性等不确定性因素所产生的不对中激励力,基于此建立含转子支承不对中故障的转子-支承耦合动力学模型。通过故障仿真分析得到转子支承不对中故障激励下的振动特征,通过数值仿真验证了平行不对中和角度不对中故障的2倍频和4倍频现象,以及由于角度不对中产生的1倍频轴向振动现象。利用含套齿联轴器的3支点转子故障模拟试验器进行了特征转速下多种不对中工况的振动响应试验,通过比较仿真结果的精度达到85%以上,表明所提出的转子支承不对中故障通用模型的正确有效性。

关键词：转子支承不对中故障建模故障机理振动响应联轴器航空发动机