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符号熵与证据理论集成的转子故障识别研究

机械强度 2024年第3期46卷 540-549页

作者：山崧陈泓铭刘靓璇邓帅卿苏宇中国石油化工股份有限公司天津分公司天津300271 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对转子振动信号的非线性、非平稳性造成的故障状态难以准确识别问题,提出了一种符号熵与证据理论集成的转子故障识别方法。首先对转子系统的监测数据进行去均值处理和差分运算得到波动序列,继而通过二进制处理得到二进制序列,再通过... 详细信息

针对转子振动信号的非线性、非平稳性造成的故障状态难以准确识别问题,提出了一种符号熵与证据理论集成的转子故障识别方法。首先对转子系统的监测数据进行去均值处理和差分运算得到波动序列,继而通过二进制处理得到二进制序列,再通过编码得到符号序列而计算符号熵。通过一个符号熵均值相对增长率的指标来确定符号熵计算中的编码长度。通过实验分析,以转子四个通道的符号熵作为识别向量,再与历史数据得到的识别标准向量做对比,得到各状态的识别概率,最后通过D-S证据理论将其中两次测试的结果进行融合得到最终的判别结果。通过与传统的基于符号熵的故障识别方法的对比,能准确识别转子系统的常见状态,为振动信号处于非线性、非平稳条件下的转子故障状态识别问题提供了一个解决方案。

关键词：转子符号熵证据理论故障识别相对增长率

基于VMD-HT的转子非平稳信号故障特征识别

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：朱少民夏虹尹文哲王志超张汲宇哈尔滨工程大学工业和信息化部核安全与先进核能技术重点实验室浙江清华柔性电子技术研究院上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院哈尔滨工程大学核安全与仿真技术国防重点学科实验室

核电厂旋转机械的振动信号中存在有大量的非平稳成分，而时频分析技术能够对非平稳信号进行有效的处理。希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang Transform， HHT）是最具代表性的时频分析方法之一，信号的HHT分析过程主要包括经验模态分解（Emp... 详细信息

核电厂旋转机械的振动信号中存在有大量的非平稳成分，而时频分析技术能够对非平稳信号进行有效的处理。希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang Transform， HHT）是最具代表性的时频分析方法之一，信号的HHT分析过程主要包括经验模态分解（Empirical Mode Decomposition， EMD）和希尔伯特变换（Hilbert Transform， HT）两个阶段。由于信号在进行EMD分解的过程中会出现模态混叠和虚假分量现象，降低了传统HHT在处理复杂非平稳信号时的时频分析能力。为了改善传统HHT方法的性能，将变分模态分解（Variational Mode Decomposition， VMD）和HT进行结合，提出了一种新的时频分析方法VMD-HT。此外，为了对VMD的模态数进行自动调整，还提出了一种基于相关系数的VMD参数优化方法，有效避免了由于VMD模态数设置不合理而导致的信号分解不足和分解过剩的问题。利用数值仿真和转子故障信号对VMD-HT方法的时频分析能力进行了验证，并且与传统HHT的对比突出了该方法在处理非平稳信号中的优势。

关键词：转子非平稳信号变分模态分解(VMD) 希尔伯特黄变换(HHT) 特征识别

核电应急飞轮储能系统转子设计及动力学特性分析

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机械设计 2023年

作者：王鼎邹琴赵文昊荆海莲刘伟成都理工大学机电工程学院成都理工大学核技术与自动化工程学院

由于“华龙一号”核电堆型的应急柴油机组启动时间延长，可能会对设备和系统造成一定危害，提出采用大功率飞轮储能系统为机组启动争取5s以上的时间。采用实心圆盘应力解析式作为应力约束条件确定了转子的外径，采用倒角的方式降低等效... 详细信息

由于“华龙一号”核电堆型的应急柴油机组启动时间延长，可能会对设备和系统造成一定危害，提出采用大功率飞轮储能系统为机组启动争取5s以上的时间。采用实心圆盘应力解析式作为应力约束条件确定了转子的外径，采用倒角的方式降低等效应力，分析了在不同圆角半径下的等效应力，确定了合理的圆角半径。通过谐响应分析发现不能单纯地依靠模态分析结果排除反向涡动，只考虑正向涡动的情况。当转子放电转速位于共振区间时可以采用降低或者增加支撑刚度来达到偏离共振区间的目的，通过谐响应分析也可以反馈调节模态分析中设置的支撑刚度。对该转子的设计与分析结果显示转子应力合格，模态分析初始支撑刚度确定为7×106N/m，通过谐响应分析结果确定了共振区间范围，为共振避免提供依据。

关键词：飞轮储能系统转子结构设计动力学特性共振

磁悬浮轴承多自由度转子系统的协同控制建模与仿真研究

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机械工程学报 2021年第17期57卷 173-184页

作者：竺志大王文军寇海江曾励戴敏张帆扬州大学机械工程学院扬州225127

电磁轴承具有无摩擦和磨损、寿命长、无油污染等优点而具有广泛的应用前景。针对非线性、高维特性以及负载不确定性和大范围变化的磁悬浮支承的转子动力系统,建立了系统的原型模型,基于逆系统对系统进行非线性解耦伪线性化,并设计了对... 详细信息

电磁轴承具有无摩擦和磨损、寿命长、无油污染等优点而具有广泛的应用前景。针对非线性、高维特性以及负载不确定性和大范围变化的磁悬浮支承的转子动力系统,建立了系统的原型模型,基于逆系统对系统进行非线性解耦伪线性化,并设计了对伪线性化系统的协同控制器,构建了基于协同控制策略的闭环控制系统,并对系统进行了仿真研究,仿真结果表明:经过逆系统解耦的磁悬浮轴承支承的多自由度转子动力系统,在协同控制作用下,系统具有无超调且响应速度快、抗负载干扰的鲁棒性强、稳态性能好等优点,与传统PID控制策略比较具有更好的动态性能和稳态性能。

关键词：磁悬浮轴承转子协同控制数学模型仿真

立式水轮发电机转子励磁绕组全浸式蒸发冷却换热特性研究

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电工电能新技术 2023年第11期42卷 1-10页

作者：赵晟王宇杨张斌中国科学院电工研究所北京100190 中国三峡建工(集团)有限公司四川成都610041

目前水电机组向着单机大容量、高转速的趋势发展,发电机体积功率密度将进一步提升,转子的散热矛盾也逐渐凸显。为了验证相变液冷技术在转子上应用的可行性并分析其冷却效果,本文提出了一种转子励磁绕组全浸式蒸发冷却结构方案,通过搭建... 详细信息

目前水电机组向着单机大容量、高转速的趋势发展,发电机体积功率密度将进一步提升,转子的散热矛盾也逐渐凸显。为了验证相变液冷技术在转子上应用的可行性并分析其冷却效果,本文提出了一种转子励磁绕组全浸式蒸发冷却结构方案,通过搭建立式电机转子相变液冷实验研究平台对转子蒸发冷却系统流动与换热特性进行了测试,首先验证了该种冷却方式满足转子散热需求;其次采用实验测试与CFD仿真相结合的方式进一步分析验证了不同离心加速度下系统换热和流动特性,结果显示随离心加速度增大模拟磁极线圈温度由均匀分布转变为沿径向线性分布,随离心加速度增大循环流量由逐渐减小转变为与热流密度呈正比关系。研究结果可为蒸发冷却技术在大容量、高转速立式电机转子冷却领域的应用提供一种可行的思路及设计参考。

关键词：立式水轮发电机转子蒸发冷却离心加速度

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突加不平衡激励碰摩转子反向涡动分析

航空动力学报 2021年第7期36卷 1509-1519页

作者：刘棣李超杨海邓旺群洪杰北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 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

建立了考虑叶片-机匣碰摩、挤压油膜阻尼的模型,推导了转子发生失稳的判别条件。从复非线性模态角度分析了突加不平衡激励下转子的动力特性,揭示转子反向涡动响应的形成过程及存在条件。通过参数分析获得转子发生反向涡动的敏感参数及... 详细信息

建立了考虑叶片-机匣碰摩、挤压油膜阻尼的模型,推导了转子发生失稳的判别条件。从复非线性模态角度分析了突加不平衡激励下转子的动力特性,揭示转子反向涡动响应的形成过程及存在条件。通过参数分析获得转子发生反向涡动的敏感参数及其影响规律,并根据突加不平衡激励下转子反向涡动的响应特征分析某航空发动机叶片飞失故障。计算结果表明:转子能够发生反向涡动需要满足两个条件,其一,转子本身存在反进动模态失稳区;其二,冲击载荷使叶盘幅值达到反进动模态阻尼失稳点并进入反进动模态失稳区。实际航空发动机转子中具有因突加不平衡而发生反向涡动的风险,会造成支承结构破坏,严重威胁航空发动机的安全。增加转子阻尼、降低叶尖-机匣摩擦因数、降低静子叶片刚度、采用挤压油膜阻尼结构均有利于降低该风险。

关键词：突加不平衡碰摩反向涡动转子复非线性模态

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多重声学超材料转子动力学及带隙特性

噪声与振动控制 2023年第6期43卷 16-23页

作者：吕永帅许琦刘子良姚红良闻邦椿沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

为探究利用多重声学超材料抑制转子系统振动的机理,理论研究多重超材料转子结构的动力学行为及带隙特性。建立多重超材料转子的振动微分方程;分别采用假设振型法和有限元法对模型进行离散和验证;基于无限超材料假设,推导出多重超材料转... 详细信息

为探究利用多重声学超材料抑制转子系统振动的机理,理论研究多重超材料转子结构的动力学行为及带隙特性。建立多重超材料转子的振动微分方程;分别采用假设振型法和有限元法对模型进行离散和验证;基于无限超材料假设,推导出多重超材料转子带隙的表达式;利用谐波平衡法和特征值理论对振动方程进行求解,获得多重超材料转子稳态与瞬态动力学行为及带隙特性,并分析超材料参数对转子动力学行为及带隙特性的影响。结果表明,多重超材料转子结构形成以局域共振单元固有频率为近似中心频率的多个单独的、具有移频特性的带隙;超材料的阻尼降低结构共振区的幅值,并将单独的带隙连接到一起,扩大带隙范围。多重声学超材料可以实现转子系统稳态与瞬态振动抑制。

关键词：振动与波转子多重声学超材料局域共振带隙假设振型法谐波平衡法

周向非均匀叶尖间隙对某转子旋转不稳定现象影响的数值模拟

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航空动力学报 2023年

作者：姜超王志宽乐贵高胡骏中国航天科工第四研究院北京机电工程总体设计部南京理工大学机械工程学院南京航空航天大学能源与动力学院

为了研究非均匀叶尖间隙压气机中的旋转不稳定流动现象，以Rotor67为研究对象，采用全环非定常数值计算方法，对3种偏心度转子在不同的工况下分别进行了详细的计算，获得了三种偏心度情况下的特性线，得到了3种偏心度情况下的流场结果... 详细信息

为了研究非均匀叶尖间隙压气机中的旋转不稳定流动现象，以Rotor67为研究对象，采用全环非定常数值计算方法，对3种偏心度转子在不同的工况下分别进行了详细的计算，获得了三种偏心度情况下的特性线，得到了3种偏心度情况下的流场结果。数值计算结果表明：当平均叶尖间隙一定时，偏心度对未失速部分的总压比特性线和效率曲线几乎没有影响，而对失速边界影响明显；同心和偏心转子叶尖区域的扰动具有统一的物理结构，其在机匣上表现为移动的低压团，在三维空间上是起始于叶片吸力面，终止于机匣上的三维径向涡，与叶尖间隙泄漏涡并无直接关系；偏心度只是改变了扰动的周向分布规律，并不改变扰动的物理本质。

关键词：转子周向非均匀叶尖间隙叶尖间隙泄漏流旋转不稳定低压团径向涡

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燃料电池离心压缩机转子多目标结构优化设计

流体机械 2023年第3期51卷 33-41页

作者：肖军黄文俊合肥通用机械研究院有限公司压缩机技术国家重点实验室合肥230031

针对车用燃料电池离心压缩机转子振动、强度和轻量化的结构设计问题,实现了多目标带约束的燃料电池空压机转子结构优化设计方法。针对某燃料电池离心空压机转子,基于不平衡力的谐响应分析获得转子样本的结构性能目标参数,运用神经网络... 详细信息

针对车用燃料电池离心压缩机转子振动、强度和轻量化的结构设计问题,实现了多目标带约束的燃料电池空压机转子结构优化设计方法。针对某燃料电池离心空压机转子,基于不平衡力的谐响应分析获得转子样本的结构性能目标参数,运用神经网络程序建立有限元分析近似模型,以转子结构在150%设计转速范围内最大等效应力和挠度为目标、转子质量为约束,运用多目标灰狼算法程序进行了转子结构设计的多目标全局寻优。结果表明:描述性能目标与设计变量关系的神经网络近似模型准确度较高,与有限元计算所得性能目标的最大误差均小于8%,优化计算找到了压缩机转子在质量约束下的最优构形参数;优化后转子在前两阶临界转速附近的最大等效应力和最大挠度显著降低,转子的最大等效应力下降46.3%,最大挠度下降7.35%。

关键词：燃料电池离心压缩机转子结构优化设计多目标灰狼算法