【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及基于振動的碰摩故障診斷，具體涉及一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法。
技術介紹
1、轉子系統是高端旋轉機械的核心，能夠對其進行準確的狀態評估與故障診斷是保證設備正常運行的關鍵。為提升設備的性能與效率，帶有大量葉片的轉子系統被放置在與其間隙極小的機匣當中，這導致葉片與機匣極易產生接觸，發生碰摩故障，影響設備的正常運行。為保證高端旋轉機械安全與生產穩定，研究碰摩故障機理進而構建指標識別系統狀態，極其重要。
2、目前研究以及實際采用的碰摩故障診斷指標，根據輸入的參數，可以分為兩類：時域指標和頻域指標。
3、在時域指標方面，除了實際應用中廣泛采用的振動有效值（ rms）之外，能量法也引起了越來越多的關注。通過將振動信號與其他參數相結合，構建具有物理意義的特征指標，為碰摩故障診斷提供了有效途徑。
4、現有的時域指標主要基于振動信號的時域波形構建，因此包含了所有的振動信息。雖然這種方法能夠靈敏地反映碰摩故障的發生，但同時也會受到其他典型轉子類故障（如不平衡、不對中等）的影響，從而導致時域指標的故障指向性較差，難以實現對碰摩故障的定向診斷。
5、現有的頻域指標中：（1）基于故障特征頻率診斷碰摩故障。由于碰摩故障屬于典型的非線性故障，當其發生時，系統振動在頻域中會出現大量的頻率成分變化，包括諧波頻率（1 x，2 x，葉片通過頻率等），組合頻率（高低壓和差倍頻），調制頻率（葉片通過
6、目前已有的方案無法解決碰摩故障辨識指標的故障指向性不強、因此對碰摩故障的辨識不具備較好實用性。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，該方法基于對諧波幅值的處理實現碰摩故障辨識指標的構建，所構建的碰摩故障辨識指標的具備較強的故障指向性，利用該指標進行碰摩故障辨識具備較好的實用性。
2、為達到上述目的，本專利技術的技術方案為：包括如下步驟：首先，通過振動傳感器，采集航空發動機在運行狀態下的振動監測數據；其次，通過傅里葉變換，將振動監測數據轉換到頻域，獲得頻譜圖；再次，提取頻譜圖中的諧波幅值，基于諧波幅值，構建碰摩故障辨識指標ca；最后，通過ca辨識設備是否發生了碰摩故障。
3、所構建的碰摩故障辨識指標 ca為：多諧波幅值的累加值與累乘值之和減去諧波幅值中的最大值，即：
4、
5、其中為第 i階次的諧波幅值， n為指標融合的諧波數。
6、進一步地，通過 ca辨識設備是否發生了碰摩故障，具體為：獲取每個時刻的碰摩故障辨識指標 ca值，若當前時刻的 ca值相比于前一個時刻變化超過設定閾值，則判定為當前時刻發生了碰摩故障。
7、進一步地，構建所述碰摩故障辨識指標的具體流程包括如下步驟：
8、 s1、建立轉子-支承-機匣模型，獲得該模型的動力學方程；
9、 s2、設置葉片-機匣碰摩故障模擬方法，通過 lankarani- nikravesh碰摩力模型計算葉片與機匣受到的碰摩力大小，并通過葉片變形量計算轉子因碰摩故障而受到的額外作用力；
10、 s3、通過龍格-庫塔法對模型動力學方程進行數值求解，并對求解得到的機匣振動特性進行分析，總結碰摩故障狀態下的機匣特征頻率；
11、 s4、基于分析得到的機匣在碰摩故障狀態下的特征頻率，構建故障辨識指標。
12、進一步地， s2中，設置葉片與機匣之間存在一定的非均勻間隙設置，其表達式為：
13、（1）
14、其中，表示初始間隙，表示變化間隙，表示間隙角度，表示間隙范圍；下標 k表示葉片編號，表示第 k個葉片的角度位置，表示第 k個葉片角度位置所對應的非均勻間隙。
15、當葉片與機匣之間的相對位移超過間隙，即發生接觸時，采用 lankarani- nikravesh模型計算產生的徑向碰摩力大小，其表達式為：
16、（2）
17、其中表示碰摩剛度，表示恢復系數，表示滲透深度，表示碰摩速度，表示初始碰摩速度；
18、基于庫侖摩擦定律，結合葉尖切向速度，得到碰摩切向力表達式：
19、（3）
20、其中分別表示符號函數，為葉片切向速度；
21、同時，盤與葉片相連接，葉片受到碰摩力而發生變形，進而導致盤受到額外作用力，該額外作用力以葉片變形量結合等效剛度進行傳遞，其表達式為：
22、（4）
23、其中表示盤所受額外作用力，表示盤葉片數，表示盤葉片弦向等效剛度，表示盤葉片軸向等效剛度，表示盤葉片法向等效剛度；第 k個葉片因陀螺效應而產生的三個坐標變換矩陣，分別為：坐標變換矩陣一，坐標變換矩陣二和坐標變換矩陣三，陀螺效應導致轉盤擺動，通過3個坐標變換矩陣將作用力其調整回到水平和垂直位置；、、分別為葉片弦向位移、葉片軸向位移和葉片法向位移。
24、進一步地， s3中，對求解得到的碰摩故障狀態下機匣振動特性進行分析，總結碰摩故障狀態下的機匣特征頻率，具體為:
25、設置不同的變化間隙，以模擬不同程度的碰摩故障，其中變化間隙越大，碰摩故障程度越嚴重，變化間隙為0μ m即為正常狀態；
26、將求解得到的機匣振動信號微分為加速度振動信號，并繪制成頻譜圖，截取轉頻振動進行本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，包括如下步驟：首先，通過振動傳感器，采集航空發動機在運行狀態下的振動監測數據；其次，通過傅里葉變換，將振動監測數據轉換到頻域，獲得頻譜圖；再次，提取頻譜圖中的諧波幅值，基于諧波幅值，構建碰摩故障辨識指標Ca；最后，通過Ca辨識設備是否發生了碰摩故障；
2.如權利要求1所述的一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，所述通過Ca辨識設備是否發生了碰摩故障，具體為：獲取每個時刻的碰摩故障辨識指標Ca值，若當前時刻的Ca值相比于前一個時刻變化超過設定閾值，則判定為當前時刻發生了碰摩故障。
3.如權利要求1所述的一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，基于諧波幅值，構建碰摩故障辨識指標Ca，具體流程包括如下步驟：
4.?如權利要求3所述的一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，所述S2中，設置葉片與機匣之間存在一定的非均勻間隙，其表達式為：
5.如權利要求3或4所述的一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，所述S3中，對求解得到的碰摩故障狀態下機匣振動特性進行
6.如權利要求5所述的一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，所述S3中，進一步對比諧波頻率成分，得出機匣振動特性結論二：機匣振動中的諧波成分因碰摩故障的發生而受到不同程度的激勵，且隨著故障程度的加劇，各諧波幅值的變化程度更加顯著。
...【技術特征摘要】
1.一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，包括如下步驟：首先，通過振動傳感器，采集航空發動機在運行狀態下的振動監測數據；其次，通過傅里葉變換，將振動監測數據轉換到頻域，獲得頻譜圖；再次，提取頻譜圖中的諧波幅值，基于諧波幅值，構建碰摩故障辨識指標ca；最后，通過ca辨識設備是否發生了碰摩故障；
2.如權利要求1所述的一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，所述通過ca辨識設備是否發生了碰摩故障，具體為：獲取每個時刻的碰摩故障辨識指標ca值，若當前時刻的ca值相比于前一個時刻變化超過設定閾值，則判定為當前時刻發生了碰摩故障。
3.如權利要求1所述的一種基于諧波幅值的碰摩故障辨識方法，其特征在于，基于諧波...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周濤，胡明輝，鄒利民，江志農，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。