基于FBG的旋转机械轴向力的测量方法与实验研究

摘要

在旋转机械正常工作过程中，轴向力是影响其使用寿命的重要因素之一。轴向力过大会加速对轴承的损耗，轻则会使转子产生轴向窜动，噪音变大，整体负载加重；重则造成烧瓦、断轴、密封隔板的损坏，严重时还会危及操作人员的生命安全，所以旋转机械轴向力的测量是当今应用研究中的重要课题。
　　在传统的轴向力测量中多数使用的是传力环、推力轴承、电阻应变式传感器等测量手段，取得了一定的成果。但是由于多数的电类传感器受电磁干扰的影响，有着非常大的局限性。本文利用光纤布拉格光栅，即Fiber Bragg Grating（缩写FBG）为传感器，结合它的优点来测量轴向力。本论文所做的工作主要有以下几方面：
　　（1）首先简要概述了本论文的研究目的、意义和课题来源，并介绍了旋转机械轴向力检测的研究现状以及FBG传感技术的发展和应用情况；
　　（2）然后本文通过结构分析和理论计算，选定了一个典型的旋转机械——轴流风来作为本课题的研究对象，并根据轴流风机的结构在Ansys有限元分析软件中进行了建模和仿真，依照理论分析结果来确定FBG传感器的粘贴位置和方式。
　　（3）然后搭建了基于FBG的轴流风机静态测试标定实验平台，建立了动态的轴流风机轴向力测试系统，确定了实验方案并进行实验研究和数据采集。
　　（4）最后本论文对于采集到的数据进行了批量处理，运用最小二乘法曲线拟合等方法，验证了此测量方案的可行性。
　　通过本论文的研究，揭示了SFG3-2型管道式低噪声轴流风机的轴向力变化规律，建立了一套此型号轴流风机轴向力的曲线模型理论，突破了传统的电测方法来测量轴向力的局限，解决了传统传感器测量时易受电磁干扰影响、易腐蚀、寿命不长等问题，得到了轴流风机稳定工作情况下的轴向力，提出了一套轴流风机后盖微应变与轴向力的变化关系模型理论，为将来更加复杂的旋转机械轴向力的测量提供了理论基础和数据参考。

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目录

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2研究目的及意义

1.3相关的国内外研究现状

1.4论文的主要内容

第2章 旋转机械轴向力的产生和分析

2.1 轴向力产生的原因

2.2 轴向力的理论计算方法

2.3 本章小结

第3章 轴流风机轴向力的测量原理

3.1概述

3.2有限元模型的建立

3.3 结构应力与轴向力分析

3.4 本章小结

第4章 轴流风机轴向力测量实验系统

4.1光纤光栅测量原理

4.2 轴流风机的轴向力实验系统

4.3 轴流风机的轴向力实验系统的优化

4.4 轴流风机静态测试平台的设备选择

4.5 轴流风机静态测试平台

4.6 轴流风机动态测试平台

4.7 本章小结

第5章 静态、动态测试实验与结果分析

5.1 概述

5.2 轴流风机动态测试实验与结果分析

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献