工作转速下大型转子系统碰摩二次故障耦合振动特性的研究

发布时间：2020-06-04 18:39

【摘要】：在石油化工生产过程中,为了减少能量损失,提高效率和经济性,机组轴系密封处,转子与定子之间的间隙通常控制得比较小,在机组运行中,一旦遇到某些故障,就会使轴系振动增大,以至发生碰摩；因此转子在正常使用条件下如果发生了碰摩,一般都是由于转子发生其它故障引起的,也就是说碰摩故障一般都会伴随着其它故障,是两种以上故障发生耦合,是多种激励引起的振动合成,但无论任何振动都与转子所受的力和转子系统的动刚度有关；而碰摩一旦发生,系统将会受到的两种力,第一种是在转子与静子刚刚接触时,动静件都会受到一个冲击力,冲击力引起局部变形和反弹运动,产生冲击振动,而第二种是在动静件接触时受到法向碰摩力和切向碰摩力,这种力则产生强迫振动；同时碰摩也能改变系统的刚度,从而造成系统临界频率的改变,碰摩这种引起转子系统力和动态刚度的变化使转子系统的动力学行为非常复杂,因此我们依据幅频特性和相频特性曲线研究了碰摩对转子系统振动响应的影响,但如果转子系统要产生分频振动,则转子转速必须达到一定的要求才行,为实现工作转速的碰摩故障诊断起到一定的作用。正常运行的转子系统的碰摩通常是由不平衡、转子系统松动和汕膜振动等故障所引发的二次故障,而不平衡振动是所有转子系统必然存在的,因此我们首先分析了在不平衡质量的影响下,转子与定子之间的全周碰摩的振动情况,通过理论与实验的研究,引入了判断碰摩不稳定的摩擦因子,我们得出在不平衡力的作用下转子正进动全周碰摩与反进动全周碰摩的边界条件,为避免反向全周碰摩提供了依据,同时也证明了在转子与定子之间如果存在润滑介质,则转子系统一般不会发生反向振动。其次针对转子系统在正常运行条件下,由油膜振动和转子系统松动下的转子碰摩故障问题,建立了含不平衡-流体振动-碰摩耦合转子动力学模型和不平衡-转子系统松动-碰摩的转子动力学模型,通过理论与实验数据的分析,得出其故障耦合机理,提取油膜振动和转子系统松动下的碰摩故障特征,利用轴心轨迹图、频谱图、三维瀑布图等方法,重点讨论转子系统参数对其信号的影响。通过理论和实验研究我们得出碰摩能够减小油膜振动和转子系统松动的作用,而对于油膜引起的碰摩,振动没有方向,而由松动引起的碰摩振动则具有明显的方向性。同时随着转子转速的增大,碰摩程度的增加,系统只出现同步振动,分频只有当转速达到一定要求时才会出现,而对于高频振动则很少出现,而且振动幅值比同步振动小得多。由于转子系统的碰摩故障是随机的,具有瞬时性,只通过FFT变化很难进行判断,因此采用了小波分析方法,然而如果只用小波分解来诊断故障,计算量大,有时会有一定的难度,因此我们首先通过FFT进行频率诊断,然后再利用小波分解进行碰摩故障的识别,可以大大缩短诊断的计算量和工作时间,为实际生产中识别二次碰摩耦合故障提供了有效方法。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH165.3

【参考文献】