回转轴系振动测试与故障分析开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1. 目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1 课题研究的目的及意义

回转轴系在机床、自动化设备等工业设备中被广泛应用,如汽轮机、压缩机、发电机、泵等。而振动作为一种影响回转轴系工作状态的重要因素,能直接导致设备出现故障,甚至出现机毁人亡的严重事故。例如,1940年美国华盛顿州Tacoma海峡大桥通车仅4个月就因为8级大风引起颤振而坍塌[1];1972年日本关西电力公司Kaman电厂一台600MW汽轮发电机组,因为异常振动发生轴断为18段的严重事故,并引起氢气爆炸造成火灾,直接经济损失达到2000万;1986年4月前苏联的切尔诺贝利核电站4号机组发生严重振动造成核泄漏,致使2000多人死亡,直接损失达30亿。为了实时监测设备运行状态,避免事故的发生,本文通过搭建测试平台对大量具有回转轴系的机械设备进行振动测试,探讨回转轴系振动测试和故障分析的方法,从而保证机械设备连续正常满负荷运行,提高生产率。因此本文需要研究并应用先进的状态监测技术。这种技术不仅可以早期发现故障,避免恶性事故发生,还可以从根本上解决机械设备定期维修不足和维修过剩的问题[2]

因为振动导致的事故不计其数,导致回转轴系振动的研究也逐渐引起学者们的关注,其中振动测试是重中之重。目前关于振动的测试方法按物理过程可分为机械法、光测法和电测法三类。

1.机械法

机械法是利用杠杆传动或惯性接收原理记录振动信号的一种方法,此法常用的仪器有直接式(手持式)振动仪和盖格尔振动仪。这类仪器能直接记录振动波形曲线,便于观察和分析振动的幅值大小、甚波频率及主要的谐波分量频率等参数。它们具有使用简单、携带方便、不需要消耗动力、抗干扰能力强等优点,但由于其灵敏度低、频率范围窄等缺点,这类仪器在工程中使用得愈来愈少[3]

2.光测法

光测法是将机械振动转换为光信号,经光学系统放大后进行记录和测量的方法。常用的仪器有读数显微镜、激光单点测振仪、激光多普勒扫描测振仪等。激光测量方法具有精度高、灵敏度高、非接触、远距离和全场测量等优点。但是光测法适用于特殊环境和远距离测量,且成本较高,测试系统搭建复杂,故在回转轴系振动测量中并不适用[4]

3.电测法

电测法是通过传感器将机械振动量(位移、速度、加速度、力)转换为电量(电荷、电压等)或电参数(电阻、电容、电感等)的变化,然后使用电量测量和分析设备对振动信号进行分析[5]

由于在实际的工作情况中,机械台架结构的复杂性,工况的复杂性,环境的不确定性等原因,导致现有的电测法得到的信号中无法高效且准确地辨识有用的故障特征信号。本文提出一套回转轴系振动测试系统,通过对实验台架进行三维实体建模并给出指定的单体故障,运用Adams进行故障动力学仿真,得到理想的故障信号,对其故障机理和信号进行研究分析。为实际信号的故障特征提取方法提供指导意义,以实现快速实时且准确地识别回转轴系的故障。

1.2 国内外研究现状

轴系振动的研究起源于上世纪中叶,在船舶行业中经常出现螺旋桨轴龟裂、折损等事故,该方面的研究逐渐引起公众的关注。当今在回转轴系振动测试领域中,主要有传递矩阵法和有限元法。

1944年Myk1es tad、1945年Prohl 分别把Holzer用于解决多圆盘系统扭振的递推解法推广到轴系横向振动,逐渐发展为传递矩阵法,称为Myklestad-Prohi方法(简称MP法)。但这种方法存在不足,当轴系较长,轴系支承较多时,可能发生数值不稳定现象。Riccati传递矩阵法(简称R法)把求解微分方程的两点边值问题变为一个初值问题,有效地改善数值解的稳定性。

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