叶轮失谐特性分析与振动监测系统的设计

摘要

离心式压缩机是依靠叶轮旋转和扩压器扩压来升高气体压力的装置，在工业生产众多领域被广泛应用。离心叶轮是离心压缩机的核心部件，工作过程中叶轮叶片受到由空气压缩产生的交变载荷和高速运转产生的离心力的共同作用，工作一定循环次数后，会导致在叶轮叶片的根部出现裂纹萌生和扩展情况，随着交变载荷循环次数的增加，细微裂纹逐渐扩大，直至发生疲劳断裂，诱发生产事故。叶轮的故障会直接影响压缩机能否安全可靠稳定的运行，开展对离心叶轮的动力特性分析与振动监测技术研究，对于保证离心压缩机安全运行，节约维护成本，提高经济效益具有较大意义。本文主要研究工作如下：
　　首先，用集中质量模型建立了离心叶轮的动力学模型，根据力学公式推导的方程得到了不同裂纹对应叶片的刚度变化规律，再综合应用Ansys Bladegen造型模块与Pro/E软件建立叶轮模型，导入Workbench进行静力分析得到叶片刚度参数。
　　其次，通过对离心叶轮模型的适当的简化，应用集中质量模型搭建AMESim振动响应模型，根据之前有限元分析计算的刚度参数，分别模拟了不同裂纹深度和不同裂纹类型对叶片振动规律的影响，为故障监测系统的设计提供了理论依据。
　　最后，以LabVIEW为平台，通过对监测软件进行功能分析，运用叶尖计时法非接触式测量原理进行数据采集，并对数据进行时域和频域方面的处理与分析，设置超限报警模块，在此基础上完成了叶轮运行状态的在线监测系统的设计。
　　通过本文研究，给出了叶轮快速建模方法，建立了叶轮振动响应模型，分析了裂纹对叶片振动规律的影响，开发了叶轮振动检测软件，为叶轮故障在线检测和避免重大事故的发生，提供了技术支撑和监测手段。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 叶轮建模新方法的概述

1.3 叶片测振方法的概述

1.4 叶尖定时传感器的概述

1.5 课题研究的主要内容

第2章 离心叶轮失谐刚度计算理论

2.1 离心压缩机的概述

2.2 叶轮的典型结构与参数介绍

2.3 失谐叶轮等效刚度计算理论

2.4 本章小结

第3章 离心叶轮实体模型建立与动力学分析

3.1 离心压缩机叶轮实体模型的建立

3.2 离心叶轮动力学分析与参数求解

3.3 本章小结

第4章 叶轮失谐的仿真

4.1 AMESim的概述

4.2 离心叶轮仿真模型的建立

4.3 离心叶轮的故障模拟

4.4 本章小结

第5章 基于虚拟仪器的离心叶轮振动监测系统的设计

5.1 监测原理

5.2 硬件设备与信号采集

5.3 软件研发与编程

5.4 程序验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研项目与主要成果

致谢