基于微分的经验模态分解及其在多重转子故障分析中的应用
发布时间：2020-09-19 12:25
旋转机械是电力、石油化工、冶金、机械、航空以及一些军事工业部门的关键设备。随着现代工业和科学技术的发展以及自动化程度的进一步提高,旋转机械正朝着大型化、高速化、连续化、集中化、自动化的方向发展。在生产过程中,转子部件难免出现一些故障引起整个设备甚至整个生产过程无法正常运行,造成巨大的经济损失,有的甚至会引起严重的人员伤亡事故。因此,为了保证大型旋转机械设备的安全而高效地运行,国内外许多专家学者对转子故障的诊断预测进行了大量研究,提出了很多有效的建议和方法。 近几十年来各国都在大力开展有关旋转机械故障诊断技术的研究。其中经验模态分解(Empirical Mode Decomposition ,简称EMD)方法,被认为是近年来分析非线性非平稳信号处理方法的一个重大突破。本文在已有研究成果的基础上,将由传统经验模态分解进化而来的基于微分的经验模态分解(Differential-based Empirical Mode Decomposition,简称DEMD)方法引入到转子故障信号提取中,充分发挥Hilbert-Huang变换方法自适应性的特点和时频分析的能力。 本文主要研究了以下几个方面的内容: 1.总结传统经验模态分解方法(EMD)的算法,概括基于微分的经验模态分解(DEMD)的信号处理过程和特点。以仿真实例证明基于微分的经验模态分解(DEMD)方法的高频率分辨率和故障特征提取效率; 2.总结了转子的裂纹故障、碰摩故障和松动故障及其耦合形式故障的振动类型及振动机理,改善了上述故障的数学模型,并用数值仿真验证了其适用性。 3.将基于微分的经验模态分解(DEMD)方法引入到上述转子单一故障和耦合故障的振动信号特征提取中,通过对数值仿真的故障信号和实际故障信号进行分析,对比传统经验模态分解方法(EMD),验证了基于微分的经验模态分解(DMED)方法在转子故障诊断领域的适用性及有效性。 在转子故障诊断领域,Hilbert-Huang变换作为一种新的信号处理工具,其在信号检测、特征提取等方面的独特优越性已获得青睐。但在方法改进及与其他方法结合使用方面还有待更深入的研究
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH165.3
【部分图文】：
子不平衡、不对中、油膜涡动、基础部件松动等，都是转子在运作中的常见故障。这些故障使得机器在运行过程中会产生振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。本文在 Bently RK4 转子实验台上模拟转子系统的四种运行状态，包括正常、裂纹、径向碰摩和松动。通过模拟上述状态，获取转子两种恒速状态下的振动信号，为后续章节提供所需的实验数据。3.1 转子振动特性对一些简单的转子，为分析和计算方便，一般将转子的力学模型简化为圆盘和无质量的弹性转轴组成的系统，转轴两端由刚性的轴承及轴承座支承，该模型称为刚性支承的转子。对上述模型进行分析计算所得到的概念和结论用于简单的转子是适用的，但由于模型建立过程中做了简化，因此用于较为复杂的转子时不够精确，但基本上能够说明转子振动的基本特性[75]。
转子与静止件发生的径向摩擦还可以进一步分为两种情况：一种是转子在涡动过程中与静子发生的偶然性或周期性的局部碰摩；另一种是转子与静子的摩擦接触弧度较大，甚至发生 360 度的全周向接触摩擦。本文研究的是局部径向碰摩情况。3)松动松动故障的产生通常是由安装质量不高以及长期的振动造成的。事故发生时，转子系统在不平衡力的作用下，将引起支座跳动并产生碰撞，导致系统的刚度发生变化并伴有冲击现象，从而使得整个转子系统的运动变得更加复杂，难以判断。3.3 实验装置简介Bently 转子实验台 RK4 主要包括马达、基座装置、马达速度控制装置、传感器装置以及一些可选件。模拟不同的机器状态可以选择不同的可选件。
验参数如表 3-1。实验台设置如下：选择单盘进行机器状态模拟。把轴承块固定在如图 3-3 所示的基座的两端 A、处，而把圆盘固定在转轴的中间部位。将一个固定块 C 固定在最靠近圆盘的右侧，用于固定传感器；把另一个固定块 B 以圆盘为中心，对称地安装在圆盘的左侧，用于安装碰摩螺钉。对所有研究的故障状态，不平衡质量均为 1.2g，固定在圆盘轴向表面的螺纹孔。传感器相互垂直地固定在固定块 C 上，本试验中选择了与垂直方向成 45°± 的固定块上的孔来固定传感器。表 3-1Bently 转子实验台实验模拟参数Tab.3-1 Parameters values for fault simulation on test rig RK4参数名称 符号 取值圆盘质量 M 800g轴长 L 560mm轴直径 D 10mm轴跨度 l 505mm不平衡质量 m 1.2g
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH165.3
【部分图文】：
子不平衡、不对中、油膜涡动、基础部件松动等，都是转子在运作中的常见故障。这些故障使得机器在运行过程中会产生振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。本文在 Bently RK4 转子实验台上模拟转子系统的四种运行状态，包括正常、裂纹、径向碰摩和松动。通过模拟上述状态，获取转子两种恒速状态下的振动信号，为后续章节提供所需的实验数据。3.1 转子振动特性对一些简单的转子，为分析和计算方便，一般将转子的力学模型简化为圆盘和无质量的弹性转轴组成的系统，转轴两端由刚性的轴承及轴承座支承，该模型称为刚性支承的转子。对上述模型进行分析计算所得到的概念和结论用于简单的转子是适用的，但由于模型建立过程中做了简化，因此用于较为复杂的转子时不够精确，但基本上能够说明转子振动的基本特性[75]。
转子与静止件发生的径向摩擦还可以进一步分为两种情况：一种是转子在涡动过程中与静子发生的偶然性或周期性的局部碰摩；另一种是转子与静子的摩擦接触弧度较大，甚至发生 360 度的全周向接触摩擦。本文研究的是局部径向碰摩情况。3)松动松动故障的产生通常是由安装质量不高以及长期的振动造成的。事故发生时，转子系统在不平衡力的作用下，将引起支座跳动并产生碰撞，导致系统的刚度发生变化并伴有冲击现象，从而使得整个转子系统的运动变得更加复杂，难以判断。3.3 实验装置简介Bently 转子实验台 RK4 主要包括马达、基座装置、马达速度控制装置、传感器装置以及一些可选件。模拟不同的机器状态可以选择不同的可选件。
验参数如表 3-1。实验台设置如下：选择单盘进行机器状态模拟。把轴承块固定在如图 3-3 所示的基座的两端 A、处，而把圆盘固定在转轴的中间部位。将一个固定块 C 固定在最靠近圆盘的右侧，用于固定传感器；把另一个固定块 B 以圆盘为中心，对称地安装在圆盘的左侧，用于安装碰摩螺钉。对所有研究的故障状态，不平衡质量均为 1.2g，固定在圆盘轴向表面的螺纹孔。传感器相互垂直地固定在固定块 C 上，本试验中选择了与垂直方向成 45°± 的固定块上的孔来固定传感器。表 3-1Bently 转子实验台实验模拟参数Tab.3-1 Parameters values for fault simulation on test rig RK4参数名称 符号 取值圆盘质量 M 800g轴长 L 560mm轴直径 D 10mm轴跨度 l 505mm不平衡质量 m 1.2g
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本文编号：2822500
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