燃气涡轮机械监测及故障早期预警关键技术研究

摘要

燃气轮机在工业、航空、舰船上广泛应用，且其维护费用相当高。由于结构的复杂性和恶劣的工作条件使它们成为整个装备系统中故障的敏感多发部位。状态监测是掌握机械系统运行状态与功能特性的必要环节，对保证设备安全运行，避免事故发生，减少停机维修时间和费用，提高其运行可靠性具有重要的基础作用。通过采用状态监测系统，设备的维护由定期维修变为视运行状况而定。本文以航空发动机轴承为对象，研究燃气轮机故障早期预警关键技术，主要研究内容及贡献如下:
　　 一、航空发动机双转子实验台设计，研究复杂路径故障信号传递方案。为研究复杂路径中弱故障信号的传递，及不同转速下航空发动机轴承的故障诊断，结合现有的航空发动机双转子系统，建立实验装置，并且对该装置进行了模态分析。
　　 二、进行转子动力学分析，运用转子动力学软件Dyrobes建立航空发动机转子模型，分析临界转速、稳定性。分析结果表明，本实验台设计可以满足在高转速下进行轴承故障诊断的需要。研究基于应力波的微弱故障信号传递，应用显示动力学分析软件LS-DYNA对实验台进行仿真，分析复杂路径信号可监测性。该方法为以后的基于物理模型的故障诊断奠定了基础。
　　 三、轴承故障诊断实验研究。设定不同的采样频率，研究在不同的采样频率下轴承的故障特征，实现更加早期的诊断。研究结果表明随采样频率的提高，监测频率范围扩大，早期故障信号识别更加准确全面。
　　 本论文从数值仿真与实验相结合的角度，旨在实现基于信号特征和基于物理模型的方法相结合的故障诊断，以实现轴承故障的早期及定量的诊断，为今后的更进一步的实现轴承故障的寿命预测以及健康管理奠定了基础。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景

1．2．1 燃气轮机简介及应用现状

1．2．2 燃气轮机监测与故障诊断的必要性及意义

1．3 燃气轮机监测及故障诊断技术的发展及现状

1．3．1 燃气轮机监测及故障诊断技术的发展

1．3．2 燃气轮机监测及故障诊断技术的国内外研究现状

1．4 本论文的主要研究内容

第二章 实验台设计

2．1 实验台设计基本思路

2．2 实验台结构设计

2．3 实验台结构的模态分析

2．3．1 模态分析理论基础

2．3．2 模态分析软件LMS Test．Lab介绍

2．3．3 实验台锤击法模态测试

2．4 本章小结

第三章 转子动力学分析及燃气轮机故障仿真

3．1 转子动力学理论基础

3．1．1 转子动力学理论基础

3．1．2 转子动力学分析软件DyRoBeS介绍

3．1．3 实验台转子动力学分析

3．2 微弱故障信号可监测性研究

3．2．1 应力波的概念及产生机理

3．2．2 应力波的数学基础

3．2．3 LS-DYNA软件介绍

3．3 有限元模型的建立

3．3．1 显示动力学分析的参数设置

3．3．2 实验台有限元模型的建立

3．4 计算分析

3．4．1 弱信号传递路径的选取

3．4．2 微弱信号的可测性

3．4．3 弱信号监测频率研究

3．5 本章小结

第四章 燃气轮机轴承故障监测实验研究

4．1 轴承故障诊断概述

4．2 基于轴承缺陷频率的故障诊断研究

4．3 基于轴承固有频率的故障诊断研究

4．4 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者与导师简介

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书