不稳定流动对叶片振动的影响与识别方法

发布时间：2017-05-25 12:25

  本文关键词：不稳定流动对叶片振动的影响与识别方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对于离心式压缩来说,叶轮作为最薄弱的环节且同时承受离心力作用、流体作用、声场作用以及复杂的耦合作用,因此叶轮疲劳失效是最难的故障诊断问题。在离心式压缩机内部,由于不规则的几何形状以及复杂的不稳定流动,使得流动诱使激励现象普遍存在,因此需要对这些流动诱使激励的表现形式以及对压缩机内部不稳定流动的影响进行研究,从而掌握不稳定流动对叶轮叶片的作用机理,从源头上避免叶片的振动防止叶片发生疲劳失效。本文主要从声共振、喘振以及旋转失速三个方面对不稳定流动的影响进行分析,获得三种情况下不稳定流动特点,并研究叶片裂纹微弱故障特征提取方法。首先对全高叶片、半高叶片以及无叶三种类型扩压器空腔进行了声学分析,设计声共振实验,在激励频率(即叶片通过频率)接近空腔声学固有频率的情况下会发生声共振,此时压力脉动水平显著高于未发生声共振情况下的脉动水平,为了避免声共振情况的发生,通过更换扩压器可以明显降低压力脉动水平,说明了由于声共振引起的不稳定流动对叶轮叶片的影响及识别声共振情况发生的方法。然后研究不同工况下扩压器入口处压力脉动信号特点,结果显示在最小流量时离心式压缩机出现轻度喘振情况。随着流量进一步减少,则发生深度喘振,通过应变测试,发现喘振时叶片振动频率与气流脉动频率一致,首次通过试验验证了压缩机发生喘振对压力脉动以及叶片振动的影响,从根本上解释了喘振对叶片破坏的作用机理。其次研究进口导叶开度对压力脉动的作用结果,当开度越小时,压缩机特性曲线向右上方移动,则相应地喘振流量增大,也就是说更容易发生不稳定流动。结果显示进口导叶开度角越小低频位置产生的压力脉动水平越大,此处低频频率正好对应于旋转失速频率,即叶轮内发生了旋转失速造成不稳定流动情况。同时测试了三种流量下,导叶开度对压力脉动有效值的影响,结果显示,流量越大压力脉动有效值的整体水平越小。最后研究了叶片裂纹微弱故障特征提取方法,通过模拟叶片裂纹,利用压力脉动信号对叶片裂纹信息进行监测,但叶片裂纹故障信号属于低频信号通常被调制到高频的叶片通过频率处,特别在裂纹的初期不易识别,而在后期很快断裂失效。因此在叶片通过频率处进行小波滤波,再通过包络谱分析,然后应用WSG (Woods-Saxon and Gaussian Potential)随机共振模型并利用倍频方法获得特征频率,即叶片裂纹故障频率。最后通过应变试验进行验证,通过仿真信号分析和试验测试,验证了WSG随机共振模型在叶片裂纹早期故障识别中的可操作性以及可靠性。
【关键词】：离心式压缩机 不稳定流动 叶片振动 声共振 喘振
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 论文选题背景及研究意义9-11
• 1.2 本课题国内外研究现状11-16
• 1.2.1 声共振对不稳定流动影响11-13
• 1.2.2 进口导叶对不稳定流动影响13-14
• 1.2.3 微弱特征提取方法14-16
• 1.3 论文的研究内容及安排16-18
• 2 不同扩压器对压力脉动的影响研究18-36
• 2.1 声模态理论19-20
• 2.2 不同类型扩压器空腔声模态计算20-27
• 2.3 不同类型扩压器声共振试验27-34
• 2.3.1 全高叶片扩压器压力脉动试验29-31
• 2.3.2 半高叶片扩压器压力脉动试验31-33
• 2.3.3 无叶扩压器压力脉动试验33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3 喘振对叶片破坏作用的试验分析36-48
• 3.1 理论分析36-40
• 3.2 试验装置40-43
• 3.2.1 试验台描述40-41
• 3.2.2 测试设备41-43
• 3.3 不同流量下压力脉动试验分析43-45
• 3.4 喘振工况下应变测试45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 导叶开度对压力脉动的影响分析48-60
• 4.1 可调进口导叶作用原理49-50
• 4.2 导叶开度对压力脉动影响的试验分析50-57
• 4.2.1 试验描述50-51
• 4.2.2 试验结果分析51-57
• 4.3 进口导叶开度对压力脉动有效值影响的试验分析57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 离心式压缩机叶片裂纹特征提取方法研究60-81
• 5.1 小波滤波60-62
• 5.2 势阱模型62-64
• 5.2.1 Woods-Saxon势阱模型62-63
• 5.2.2 Gaussian potential势阱模型63-64
• 5.2.3 组合势阱模型64
• 5.3 随机共振系统64-66
• 5.4 仿真信号分析66-71
• 5.5 实际信号应用71-80
• 5.5.1 试验与数据采集系统71-74
• 5.5.2 压力脉动信号分析74-77
• 5.5.3 应变试验验证77-80
• 5.6 本章小结80-81
• 结论81-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况88-90
• 致谢90-91

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