基于振动信号的螺杆压缩机故障诊断仿真研究

摘要

随着螺杆压缩机越来越多地作为核心设备在石油化工领域被应用，其运行的可靠性和安全性日益受到人们的重视，螺杆压缩机一旦发生故障，往往造成整个工艺流程的停产，此外如果停机不及时，还会导致阴阳转子“咬死”导致整个主机报废，进行螺杆压缩机的故障诊断研究是非常必要的。为了降低产品的故障率、正确开展预知维修以及降低企业的服务损失，进行螺杆压缩机故障诊断系统的开发也是迫切的。因而本文采用有限元方法建立了螺杆压缩机的转子动力学模型，并对其主要故障的振动特征进行了仿真和实验验证研究，进而获取其故障诊断所需的振动信号故障特征。
　　本文根据螺杆压缩机工作原理和特点，基于ANSYS软件采用有限元方法建立了转子动力学模型，对模型分别进行瞬态响应和稳态响应分析。在分析中重点进行了自由模态和支撑模态的分析，并采用瞬态动力学方法，进行了时变故障激励的加载，通过啮合频率下的简谐激励仿真转子啮合不良故障、啮合频率下的矩形激励仿真转子与机壳碰擦以及旋转频率下的简谐激励仿真不平衡故障，成功获取了上述故障的速度、位移、加速度和支反力的时域响应，此外通过离散傅里叶方法获取了响应的频域图谱；通过对不同频率激励下的系统仿真获取了各故障对频率变化的响应关系。通过对平衡等级、频率、不平衡量下的仿真获取了不平衡故障响应与其的关系。
　　最后首先通过锤击模态法对自由状态下的转子模态进行了验证（验证了一阶固有频率）；其次基于LabVIEW编制了螺杆压缩机振动信号采集分析系统，使用该系统采集和分析了阳转子排气端轴承座处的振动信号，分别验证了啮合不良故障、转子和机壳碰擦故障以及不平衡故障，实验结果与仿真结果基本一致，证明了系统建模和仿真的正确性。

目录

封面

声明

答辩决议书

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题来源和意义

1.2 故障诊断研究意义

1.3 故障诊断研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第二章 螺杆压缩机振动机理建模

2.1 螺杆压缩机原理

2.2 ANSYS软件介绍

2.3 螺杆压缩机振动模型

2.4 本章小结

第三章 螺杆压缩机振动故障仿真研究

3.1 模态分析

3.2 阴阳转子啮合不良仿真

3.3 转子与机壳碰擦故障仿真

3.4 转子不平衡故障仿真

3.5 本章小结

第四章 螺杆压缩机振动故障实验研究

4.1 振动测试硬件介绍

4.2 模态实验

4.3 测点选取

4.4 振动测试分析系统软件开发

4.5 测试系统评价

4.6 螺杆压缩机故障振动特征实验研究

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结与结论

5.2 本文的不足及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文