基于轻量级卷积神经网络的转子碰摩故障诊断

随着非平稳信号的时频故障特征表示技术的优势以及卷积神经网络(CNN)的出现,转子碰摩故障诊断已经达到了高精度。然而,基于CNN的故障诊断方法有许多缺点,提出了一种基于轻量级卷积神经网络(GHSQNet)与时频图相结合的转子碰摩故障诊断方法。该方法能够在保证故障诊断精度的同时占用更小的内存。实验结果表明,与其他轻量级卷积神经网络相比,提出的模型性能表现更加优越。识别准确率达到了99.39%,而模型大小只有1.07 MB,在移动端有很高的实用价值。

冲击作用下燃机转子系统振动特性及碰摩故障分析

以舰船燃气轮机转子—机匣系统为研究对象,采用有限元思想,考虑基础冲击激励对转子部件的作用,建立了冲击激励下燃机多转子系统的动力学模型,进行了冲击激励影响下的转子—机匣碰摩故障的模拟。根据所建模型,分析了各转子以及轴承支撑在冲击载荷作用下的响应,获得了冲击能量沿“基础—支撑结构—机匣—转子系统”的传递规律。该方法可为燃机转子系统设计和运行状态监测提供理论参考。

用小波时频分析方法研究发电机碰摩故障特征

将小波分析方法中的尺度谱和相位谱引入设备故障 诊断领域,详细介绍了小波尺度谱和相位谱的定义,通过 对仿真数据的分析介绍了尺度谱和相位谱的特性,发现它 们较传统的频谱分析更适用于非线性信号的分析,并总结 了在实际应用小波尺度谱和相位谱时应注意的问题。最后 着重用小波尺度谱和相位谱对碰摩故障的仿真数据和试验 数据进行分析,结果表明小波尺度谱和相位谱在碰摩故障 数据的分析方面具有明显的优势,它能更好地揭示碰摩故 障信号的频率结构,并分析得出碰摩信号一些故障特征。

航空发动机碰摩故障在线监测与诊断研究

航空发动机碰摩故障是一类常见的发动机气路故障,通过研究航空发动机压气机叶片-机匣碰摩故障特点、故障产物性质、静电感应原理和碰摩颗粒荷电机理,提出了一种基于静电感应技术在线监测航空发动机碰摩故障的方法。在航空发动机碰摩故障监测原理的基础上,自行设计制造了航空发动机压气机碰摩故障模拟实验平台并开展了航空发动机压气机碰摩故障模拟实验研究。利用该平台验证了静电感应技术监测碰摩故障的可行性,通过提取模拟故障静电信号的时域、频域特征,揭示了碰摩故障静电信号特征。研究表明电压信号均方根值及碰摩频率频谱幅值、电荷信号活动率水平及事件率可以作为诊断碰摩故障的特征参数。

汽轮发电机组转子动静碰摩故障检测的小波分析方法研究

利用小波分析技术对汽轮发电机组动静碰摩的振动信号进行分析，给出碰摩故障信号在不同尺度下的分析结果。通过多尺度分析，使碰摩故障特征在相应的尺度图上得以体现出来。文中比较了具有相似频谱特性的两类故障（碰摩故障和不平衡、不对中组合故障）信号的小波分析结果，得出了理论分析结果，为汽轮发电机组碰摩故障识别提供了新的思路。最后运用小波分析对碰摩故障的准确定位进行了讨论。

非线性转子局部碰摩故障的分叉与混沌行为

研究了非线性转子系统碰摩故障的分叉与混沌行为 ,应用中心流形定理和n维Hopf分叉定理分析了转子系统特征值出现双零实部的情形 ,讨论了非孤立奇点对转子系统分叉特性的影响 ,得到了相应的稳定条件 ,并进行了计算机仿真数值模拟·分析表明 ,非线性转子系统发生碰摩时 ,呈现多种形式的周期与概周期运动 ,以及多种分叉与混沌行为·

EMD方法在转子局部碰摩故障诊断中的应用

针对转子系统局部碰摩故障振动信号的特征,将经验模态分解方法(EmpiricalModeDecomposition,简称EMD)应用于转子局部碰摩故障诊断中。采用EMD方法对转子振动信号进行分解,实现碰摩、背景和噪声信号分离,从而提取转子系统局部碰摩振动信号的故障特征。试验分析结果表明,对具有局部碰摩故障的转子振动信号进行EMD分解得到的基本模式分量(IMF)具有明显的调幅特性,而其他状态下的转子振动信号经过EMD分解后得到的IMF分量没有明显的调幅特性。因此,EMD方法可以有效地应用于转子系统局部碰摩故障诊断中。

考虑油膜力的弹性转子系统碰摩故障研究

以现代非线性动力学和转子动力学理论为基础 ,分析了带有碰摩故障的弹性转子系统的动力学行为·针对短轴承油膜力的强非线性特点 ,用Runge Kutta法在较宽范围内研究了定子刚度和激励频率等参数对该碰摩转子系统动态特性的影响 ,发现参数变化时系统存在周期、拟周期和混沌运动等丰富的非线性现象 :该碰摩转子系统在一阶临界转速附近系统响应为混沌运动 ,转速较高时系统响应表现为拟周期运动 ,定子刚度很大时系统响应处于工频状态·该研究结果为转子 轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供理论参考·

采用瞬态传递矩阵法分析复杂转子系统碰摩故障

采用Raccati传递矩阵和Newmark β法相结合的瞬态传递矩阵法分析碰摩故障转子系统的瞬态和稳态响应,用多次迭代的方法确定瞬时碰摩力的精确值·该方法能够分析多盘、多跨转子系统等复杂的非线性转子系统的碰摩故障,并且可以同时考虑陀螺力矩、非线性油膜力等多种因素的影响·最后利用本方法分析了一个含有非线性碰摩刚度的局部碰摩故障双跨转子系统的运动,发现了其中的拟周期、混沌等丰富的非线性现象,验证了本方法的可行性·

基于模态扩展与谐波分解的转子碰摩故障精确诊断

以某单跨双盘模型转子实验台为例,建立了该转子-轴承系统有限元模型,得到转子系统前两阶固有频率和振型向量等模态参数·基于转子系统碰摩力的周期性假设,利用模态扩展方法,对故障和健康转子系统振动信号的残差矩阵进行傅立叶级数的分频谐波近似,估算得到转子-轴承各节点的碰摩力·根据转子各结点估算碰摩力的频谱、时序以及等效碰摩力幅确定碰摩发生位置,进而对碰摩故障的程度进行定性评估·试验表明,这种方法可以对转子周期性碰摩进行较精确的诊断,并为其他转子-轴承系统故障诊断提供参考·

机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

飞机飞行时,航空发动机的故障对于飞机的安全性有着重要影响。针对这个问题,基于Lagrange方程,建立了飞机在空间进行机动飞行时发动机转子系统的动力学模型;同时基于库伦定律,建立了转子碰摩故障模型;基于雷诺方程,建立了挤压油膜阻尼器的模型;对模型进行综合建模,得到不同机动飞行条件下转子-滚动轴承-挤压油膜阻尼器(SFD)系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到不同机动飞行状态下碰摩故障状态的系统振动响应,得到了不同机动飞行状态下碰摩故障转子系统的运动分岔图,同时利用典型转速(1 400rad/s,2 000rad/s)下转子系统的频谱图、庞加莱图、时域图和轴心轨迹图研究系统的动力学特性。研究结果表明:在高转速下,SFD能够显著提高系统的稳定性,抑制系统的非线性特征,但是在低转速下可能损害系统稳定性;不同机动飞行状态下,SFD对于转子系统非线性特征的影响大小也不同。

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。

双盘悬臂转子轴承系统碰摩故障数值仿真与实验分析

分别建立了双盘悬臂转子轴承系统的力学模型、数学模型和碰摩力模型,同时利用转子碰摩故障的实验装置,研究了转子系统碰摩故障的非线性振动特性,对中间盘碰摩时转子系统的动力学特性、悬臂盘发生碰摩时转子系统的动力学特性进行了进一步分析,数值仿真结果与实验结果一致,对实际工程中转子系统的安全稳定运行具有一定的实际参考价值。

大型汽轮发电机组碰摩故障案例研究及分析

列举了近年来国内一些大型汽轮发电机组碰摩故障案例,对发生故障转子、部位及故障原因进行案例统计分析,得出碰摩故障的主要原因包括动静间隙调整过小、汽缸膨胀不畅以及汽封问题等,从振动频率、振幅变化、相位变化及其它相关特征归纳分析了碰摩故障的振动特征,进一步得出了常用的处理碰摩故障的措施,为大型汽轮发电机组安全运行提供了技术参考与借鉴依据。

转子碰摩故障振动时频特征的实验研究

通过转子实验台模拟了转子局部碰摩、全周碰摩故障,基于Hilbert-Huang变换(HHT)给出了不同条件下碰摩故障振动信号时频分布特征。结果表明,基于HHT的时频分析方法能在局部碰摩故障发生的早期作出准确诊断;时频图上高频成分的频率调制现象是区分全周碰摩与局部碰摩的重要特征;基于HHT的时频分析方法比传统的频谱分析更准确地反映出碰摩故障的特征,为此类故障的预报与诊断提供了依据。

含有碰摩故障的多盘双转子系统动态特性

建立航空发动机双转子轴承系统的有限元模型,为考察碰摩特征对双转子系统的影响,在考虑转轴剪切效应、惯量分布效应、横向扭转以及系统结构的几何参数等重要影响因素的前提下考察碰摩故障对系统的影响.研究了碰摩间隙等参数变化时对双转子系统动态特性的影响规律.结果表明由于双转子本身结构和转速的影响,转子各处呈现非周期1运动.另外,由于碰摩影响,整个系统会出现非线性响应,但由于中介轴承的影响在无碰摩故障的转轴上非周期运动稍弱一些.中介轴承除了有耦合作用外,还起到了隔振的作用.

近场子空间聚焦的碰摩故障声发射定位方法

针对宽带多源声发射信号的相干、多模态和能量衰减快问题,提出一种近场多重相干信号子空间聚焦的定位算法用于碰摩故障声发射源的定位检测。首先,为滤除干扰模态波、减小频散效应,采用基于模态声发射传播特性分析的小波分解滤波方法,从碰摩初期的声发射信号中获取零阶模态波及波速用于定位计算;其次,为实现信号解相干,提出基于双边相关变换(TCT)的近场聚焦矩阵估计方法;最后,针对声发射信号的能量衰减快问题,利用近场基于特征分解的多重信号分类(N-MUSIC)的空间谱估计方法来实现声源的精确定位。理论分析和实验结果表明:该方法定位精度高、计算复杂度低、稳定性强,能有效识别多个相干碰摩声源。相比传统相干子空间算法(CSM),该方法减少了信号初值和聚焦频点的计算量,对双声源的分辨概率较现有修正近场多重信号分类算法提高了17%,是一种有效的碰摩故障源检测方法。

Jeffcott转子碰摩故障试验研究

针对工程实际中遇到的机组转子碰摩故障开展了试验研究。通过大量的试验 ,观测到了工作转速低于一阶临界转速时 ,转定子局部碰摩引起的倍频振动 ;高于一阶临界转速时 ,局部碰摩引起的分频振动以及某些转速段内出现的异频伪共振现象。试验结果与基于碰摩力模型的仿真结果定性一致。试验还表明 ,异频伪共振是高速工作的转子发生碰摩时的主要振动成分 ,这一结论对诊断和抑制高速转子的异常超标振动有积极意义。

基于连续体旋转梁模型的碰摩故障动力学特性分析

针对弹性叶片与刚性机匣的碰摩故障,以直板叶片为研究对象,将叶片简化为考虑旋转的悬臂梁模型,并据哈密顿原理及变分方程推导出悬臂叶片的解析模型。再据叶盘与机匣的偏心关系,推导出叶尖与机匣的间隙变化函数,判定碰摩是否发生。考虑离心刚化、旋转软化及科氏力影响,采用Newmark-β显式数值积分算法,对单叶片-机匣碰摩进行数值仿真。结果发现,由于科氏力的存在,使叶片轴向位移与横向位移间发生耦合,碰摩力消失后,轴向位移会以弯曲动频做自由振动;高转速时,横向位移对轴向位移影响减弱,而弯曲方向振动则随机性较大。

具有转静件碰摩故障双转子系统的动力学模型及其小波变换特征

本文利用拉格朗日方程建立了具有碰摩故障的某型双转子航空发动机转子系统的动力学方程 ,通过数值计算对该故障进行了仿真 ,并对仿真结果进行了频谱分析和小波变换 ,得出本文建立的双转子系统的动力学模型是正确的。