基于HHT的主泵飞轮振动监测系统研究

摘要

振动监测在核动力装置主泵的安全运行中占有重要地位。主泵飞轮是主泵旋转动能储备的首要部件，是发生断电事故时保障核动力装置安全运行的重要环节。而实际运行经验表明飞轮也是最容易发生故障的部件之一，飞轮发生故障会影响到反应堆的正常运行，导致高额维修成本。因此，对主泵飞轮振动状态进行监测是必需的。在本研究中，以核动力装置主泵飞轮振动监测系统的设计原则为基础，基于 HHT(Hilbert-Huang Transform，希尔伯特?黄变换）对主泵正常运行时获得飞轮上的振动信号进行了分析研究，并在虚拟仪器软件平台上开发了主泵飞轮振动监测系统。
　　为了提取飞轮振动信号特征，应用有限元方法对飞轮实体模型进行了动力学分析。首先建立飞轮实体三维模型，然后通过静力结构分析得到其运转时的应力和应变分布；然后通过模态分析得到飞轮的前六阶固有频率和振型；最后进行动力学分析，得到谐响应条件下飞轮的振动谱，能够清晰的反映出结构振动加速度响应情况。
　　研究了基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）的HHT方法理论，它是一种时频分析的新方法，具有良好的局部时频特性表现能力，适用于非线性、非平稳旋转设备的振动信号分析。但EMD分解方法会受到噪声显著影响，为此，在进行HHT分析之前需要通过小波降噪预处理，以充分发挥自适应的 EMD分解能力，进而提高EMD的分解精度；使用MATLAB编程实现了EMD分解并得到了清晰的希尔伯特边际谱，结果表明该方法能有效分析飞轮振动信号。
　　利用LabVIEW虚拟仪器软件搭建了主泵飞轮振动监测系统，仿真分析表明，该系统能够实时监测主泵飞轮振动信号，可直观准确的显示主泵飞轮状态，有利于运行人员对运行数据进行分析。
　　本文深入探讨了 HHT算法的研究及应用，提出了主泵飞轮振动信号的一种监测方法，为主泵飞轮的故障诊断提供了依据，为反应堆运行安全性的进一步提高提供了新的思路。研究工作也为核设备建模分析提供了一个思考方向。

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第1章 绪论

1.1 本文研究背景

1.2 飞轮的研究现状

1.3 建模计算分析方法介绍

1.4 虚拟仪器平台介绍

1.5 HHT方法的研究现状

1.6 选题的意义和本文的主要工作

第2章 基于有限元的主泵飞轮建模和静力结构分析

2.1 有限元分析方法

2.2 主泵飞轮有限元建模

2.3 主泵飞轮静力结构分析

2.4 本章小结

第3章 主泵飞轮模型动力学分析

3.1 主泵飞轮模态分析

3.2 主泵飞轮谐响应分析

3.3 本章小结

第4章 基于HHT的主泵飞轮振动信号分析研究

4.1 本征模函数

4.2 HHT理论

4.3 HHT在主泵飞轮振动信号分析中的应用

4.4 本章小结

第5章 基于LabVIEW的主泵飞轮振动监测系统设计

5.1 主泵飞轮振动监测系统总体结构设计

5.2 主泵飞轮振动信号预处理

5.3 主泵飞轮振动监测主系统程序设计

5.4 主泵飞轮振动监测系统人机界面设计

5.5 主泵飞轮振动监测系统使用测试

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢