基于VMD的某涡轴发动机转子振动信号分析

针对涡轴发动机转子振动特性,提出遗传算法优化的VMD方法。以VMD分量信息熵最小化为适应度函数,运用遗传算法优化VMD分量数量和惩罚因子,并采用仿真案例验证了方法的有效性。基于某涡轴发动机转子振动倍频幅值包络线、试车转速曲线,仿真进气机匣、涡轮机匣的振动信号,并采用优化的VMD对振动信号进行分解,对分解后的信号进行整周期重采样后再进行频谱分析。结合瀑布图对比分析原信号和VMD分解信号,同时以试车第100s时刻的频谱图进行分析。分析结果表明:遗传算法优化的VMD能够有效地对转子振动信号进行分析,且能够识别出各转子的主要倍频成分。

汽轮发电机组轴系扭振危险截面分析

汽轮发电机组轴系的危险截面是轴系扭振安全性分析的重要研究对象。现有研究多通过求解轴系扭振固有特性和故障响应分析危险截面,难以快速或全面得出轴系危险截面位置。以某600 MW汽轮发电机组轴系为研究对象,基于轴系模型参数和圆轴受扭计算方法,计算轴系各轴段的扭振特性,得到机组轴系扭振危险截面位置;通过有限元仿真机组轴系扭振共振特性,得到机组轴系共振危险截面,验证了理论计算结果的正确性。研究结果表明:通过理论计算和仿真分析机组轴系扭振特性得出的轴系危险截面基本一致,机组轴系扭振危险截面在各转子轴颈及联轴器部位,在扭振分析中也要格外关注机组轴系末端外径较小位置扭振响应。

轴向预紧作用下的组合转子轴系模态特性研究

组合转子轴系结构是空天动力装备中发动机转子系统的主要结构,由于轴系中各部件接触面的存在使得转子系统动力学特性难以准确掌握,当涉及转子工作转速裕度时会产生一定的设计风险。针对组合转子轴系单主轴多部件轴向预紧结构特点,考虑转子不同接触面之间非线性连接参数,提出一种综合利用薄层单元和零长单元建模的两步模型修正方法,采用基于响应面优化的静态结构非线性分析以及基于随机统计学模型的粗糙表面接触分析进行薄层单元材料参数以及零长单元接触刚度系数识别,建立组合转子轴系动力学模型。根据某型发动机氢涡轮泵转子结构特点设计制造转子试件,对其自由模态进行试验研究,得到了不同螺纹预紧状态以及轴向预紧作用对组合转子轴系前两阶模态特性的影响。对比试验数据可知所提模型优化方法可以很好地反映出不同轴向预紧作用下组合转子轴系前两阶模态频率的变化趋势,在转子模态参数线性变化范围内计算误差小于1%,验证了该方法的正确性和有效性,为组合转子轴系精细化建模提供了参考依据。

考虑轴系特性的汽轮发电机阻抗模型

与状态空间法和复转矩系数法相比,基于阻抗的分析方法更便于拓扑扩展和黑盒系统建模。然而,现有的汽轮发电机阻抗模型,如RL串联阻抗模型或同步发电机等效电路阻抗模型,仅关注汽轮发电机的电气特性。上述简化的阻抗模型无法考虑汽轮发电机轴系特性的影响,甚至导致错误的分析结果。针对这一问题,该文建立了考虑轴系特性的汽轮发电机阻抗模型,并以风火打捆外送系统为研究对象,对比了基于RL等效阻抗模型和所建立阻抗模型的振荡分析结果。验证了所建立模型在含有新能源以及电力电子设备的电力系统中进行稳定性分析的适用性与准确性。研究结果可为含汽轮发电机的复杂结构电力系统的稳定性分析提供模型。

汽轮发电机组转子轴系及不平衡故障振动抑制技术研究进展

汽轮发电机组是典型的高速旋转机械。随着能源需求的增长和机组容量的增加,不平衡振动成为影响其运行可靠性和稳定性的重要因素。分析了常见的两种转子轴系结构特点,通过分析实际工程案例,总结了转子不平衡振动故障机理及影响因素,探究了不平衡故障振动处理方法和自愈调控技术的研究进展,展望了不平衡自愈调控技术的发展方向。

基于FPGA+DSP架构的直升机振动监视系统设计开发

直升机发动机和传动系统是直升机的关键部件,其工作的可靠性直接关系到直升机的飞行安全。因此,对直升机动力装置和传动系统进行振动实时监视是保障直升机飞行安全的重要手段。本文采用FPGA+DSP架构理念,设计开发了直升机振动实时监视系统。通过装机试验,采集直升机关键部位振动结果,其与事后数据分析结果相吻合,解决了在飞行中高采样率振动数据实时监视的难题,有力地保障了直升机飞行安全。本研究结果为后续型号飞行高频数据的实时采集、处理及安全监控提供了技术支撑。

涡轴发动机监视参数选择与诊断方法研究

介绍了涡轴发动机性能参数与监测参数选取的依据和方法 ,建立了利用故障因子概念诊断发动机故障的数学模型 ,给出了亚定型故障诊断方程组的解法及其发动机健康状况判定依据和故障诊断有效性的评价指标。运用发动机的实际无故障数据和模拟故障数据进行了仿真。结果表明 :建立的诊断模型可信 ;选取不同的测量参数可诊断不同的发动机故障 ;减少系统测量误差可以提高诊断的有效性。该系统对在役涡轴发动机的健康监视具有实用性 ,对其它发动机具有参考价值。

涡轴发动机细长柔性转子动力特性及高速动平衡技术研究

建立涡轴发动机动力涡轮转子动力特性有限元分析模型,计算得到转子的前三阶临界转速值,在高速旋转试验器上完成全转速范围内的动力特性和高速动平衡试验,实测得到转子在额定工作转速范围内高速动平衡前后等状态下振动幅值随转速的变化曲线,研究结果表明:建立的计算模型反映了转子的真实情况,高速动平衡效果良好,解决了型号研制过程中的一项关键技术。

部件性能非确定性对涡轴发动机性能影响量化方法研究

航空发动机各部件性能非确定性的累积叠加会导致发动机总体性能的非确定性。建立了基于蒙特卡洛概率设计方法的非确定性涡轴发动机数学模型,用以量化发动机各部件性能的非确定性对发动机性能的影响。结果表明:各部件性能按正态分布进行非确定性变化时对发动机性能有明显影响,与发动机确定性模型所计算的性能100%达标相比,输出功率的达标概率为49.32%,耗油率的达标概率为50.83%,模型量化结果合理且均方根误差小于3%。发动机在采用限制涡轮前温度的控制规律后,输出功率和耗油率的达标概率进一步降低。

基于信息熵融合提取特征的发动机气路分析

针对航空发动机多源信息冗余的健康参数估计问题,提出基于信息熵融合的特征提取方法,将其用于涡轴发动机气路分析中。分别采用近似熵和互信息熵2种方法分析不同故障模式下传感器参数,对特征信息进行融合提取,根据2种信息熵不同特点将每种故障模式下传感器参数分成强、弱2类,利用弱特征信号构建虚拟传感器,最后通过简约强特征信息和虚拟传感器信息解决最小二乘支持向量回归机的样本稀疏性问题,实现健康参数蜕化估计。仿真结果表明采用信息熵融合的特征提取方法有效地减少了输入参数维数,简约了特征样本,从而提高了发动机健康估计能力。

某型涡轮轴发动机稳态气路故障诊断方法

本文是涡轮轴发动机稳态气路故障诊断方法研究的结果。根据监控功能要求 ,应用气路参数分析法 ,确定反映部件性能参数变化的测量参数 ,建立故障诊断模型 ,探讨分别应用 6个和

涡轴发动机高精度实时部件级模型研究

提出了基于神经网络的涡轴发动机共同工作方程求解方法。在基于牛顿-拉夫逊迭代法求解共同工作方程的模型上采集离线训练数据,以共同工作方程迭代求解前的残差为输入,迭代收敛后的共同工作方程猜值修正量为输出,训练BP神经网络,对共同工作方程进行求解。采用变缩放因子的萤火虫算法优化神经网络参数,提高了猜值修正量的预测精度。在飞行包线的某一区域内,采集额定发动机在直升机前飞过程的数据进行神经网络离线训练,并将网络参数代入部件级模型对共同工作方程进行求解,在训练数据采集区域附近的爬升状态、远离训练数据采集区域的前飞状态下进行测试,计算模型输出与牛顿-拉夫逊迭代算法模型输出的偏差,与一次通过算法相比,本文提出方法模型输出最大偏差约为一次通过算法的1/34到1/4,模型运行耗时约为一次通过算法的2/5,验证了算法的有效性。

涡轴发动机/直升机综合控制仿真平台设计

建立了UH-60直升机/T700涡轴发动机综合控制数字仿真平台。基于VC++环境开发了包含UH-60直升机/T700涡轴发动机综合实时模型的上位机程序,与运行机载涡轴发动机+旋翼实时模型及在线优化控制模式的下位机程序。两者基于TCP/IP协议实时通讯,可进行模拟实际直/发综合优化控制的数字仿真实验。在该数字仿真环境下,分别给出了提高直升机常规飞行性能的多种优化控制模式仿真、变旋翼转速优化控制以及快速功率跟随控制模式仿真,充分表明该平台可为新一代直/发综合系统的开发研制提供一个可靠的前期数字仿真验证。

基于Broyden算法的航空发动机气路故障诊断

针对基于Kalman的故障诊断算法响应速度慢、多故障诊断及非设计点诊断精度低的问题,提出一种基于改进Broyden算法求解方程组的航空发动机气路故障诊断方法。针对涡轴发动机,以模型输出跟踪发动机输出为准则确定3个方程,结合发动机模型中的2个平衡方程,构建气路故障诊断方程组,通过改进Broyden算法求解方程组以获得部件性能退化因子及模型猜值。数字仿真结果表明,所提出的基于Broyden算法求解方程组的航空发动机气路故障诊断方法,在包线内的单故障和多故障诊断稳态误差均小于0.35%,且诊断过程算法单步运行最大耗时小于2ms,具有良好的实时性,远优于Kalman滤波方法,验证了算法的先进性。

转速速率闭环的涡轴发动机起动过程自适应控制

针对某型在研涡轴发动机起动过程容易出现超温和悬挂的问题,提出了一种基于转速速率闭环的起动燃油流量调节方法,并且根据相似原理、温升效应和管路填充对起动燃油流量进行了修正。用于全权限数控系统,经过试验验证,该方法具有较好的自适应性,发动机起动的可靠性和重复性得到了明显的提高。

汽轮发电机轴裂纹故障早期诊断

针对汽轮发电机转子(轴)发生裂纹的问题,利用振动方程分析振幅、相位角与裂纹的关系,并通过实际机组运行工况的频谱分析实例进行了论证,得出利用轴系监测系统MD3000提供的6种特征曲线可以提前6个月诊断裂纹故障的结论。

基于无级变速的直升机变旋翼转速控制模拟方法研究

为了扩大直升机变旋翼转速变化范围,开展了基于无级变速机构的直升机/传动系统/发动机连续变旋翼转速控制模拟方法研究。基于叶素法和容积动力学方法,建立了主旋翼/发动机综合数学模型用于直升机推进系统仿真,该模型由主旋翼简化模型和涡轴发动机部件级模型组成。在主旋翼/发动机综合模型的基础上,加入了基于能量法建立的无级变速传动装置动力学模型,通过变传动比实现变旋翼转速控制模拟,通过定常来流状态下的数字仿真,分析变旋翼转速控制过程对主旋翼和发动机状态的影响。结果表明,提出的变旋翼转速控制模拟方法在保证涡轴发动机动力涡轮转速变化小于1.5%的前提下使旋翼转速连续变化25%,建立的直升机/传动系统/发动机综合模型为变旋翼转速技术的设计与验证提供了较可靠的数字仿真平台。

应用改进粒子群算法的涡轴发动机性能寻优

基于涡轴发动机的非线性模型,采用阶跃响应法建立状态参数与控制量的线性关系———推进系统矩阵(Propulsion system matrix,PSM)。根据发动机安全工作要求以及执行机构物理性质得到优化约束条件,建立涡轴发动机最大输出功率模式和最小耗油率模式性能寻优问题的数学模型。提出一种新的基于距离的自适应惯性权重粒子群改进算法,对两种模式进行性能寻优。仿真结果表明,所提出的改进粒子群应用于发动机性能寻优具有较好的优化效果。

基于内模原理的涡轴发动机状态反馈控制方法

某型涡轴发动机全权限数控系统采用了状态反馈控制方式.根据内模原理,引入伺服补偿器,使设计的控制系统不仅具有较强的鲁棒性,而且在用于指令跟踪时能消除稳态误差;根据性能指标要求设计了状态反馈控制器,从而提高控制系统的品质.与目前的PID控制方式相比较,半物理模拟试验结果表明该控制方式有显著的性能改进.

汽轮发电机组轴系扭振的激光测试技术

介绍了一种先进的激光扭振测试技术。简要地介绍了激光扭振测试技术的原理、特点及在实验室的实际应用情况。指出激光扭振测试技术具有宽广的转速适测范围、非接触、全自动、测量精度高和测量方便等优点 ,应用时不需要改动待测轴系 ,安全性好、适用面广。该技术在监测汽轮发电机组轴系的扭振、测量机组轴系扭振固有频率、提高机组运行的安全性等方面有良好的应用前景。