[發明專利]一種轉子系統軸承支座松動故障在線定量識別分析方法

有效

• 申請號: 201611248309.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106650146B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 張小棟;郭琦;牛杭
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張弘

本發明提供一種轉子系統支座松動故障在線定量識別分析方法，包括：1)建立帶有螺旋螺紋的螺栓模型；2)獲得螺栓聯接結合面間載荷分布隨松動量的變化規律；3)獲取螺栓聯接結合面的法向接觸剛度、阻尼隨螺栓松動量的變化規律；4)獲得松動處的等效剛度、阻尼隨著松動程度的變化規律；5)建立以松動的軸承支座為對象的動力學模型，獲得軸承支座松動量與軸承支座所受油膜力之間的關系；6)得到潤滑膜厚度分布與松動量的關系；7)在線實時監測滑動軸承內部潤滑膜厚度分布的變化規律；8)在線定量識別分析出支座松動故障信號。本發明的方法針對軸承支座松動故障提出路徑較短、影響因素較少的動力學模型建立方法和故障載體信號。

【技術領域】

本發明涉及轉子系統的故障機理分析及診斷技術領域，具體涉及一種光纖動態監測支承軸承潤滑膜厚度的轉子系統軸承支座松動故障在線定量識別分析方法。

【背景技術】

以滑動軸承為支承的旋轉機械(汽輪發電組、燃氣輪機、核電機組、火箭發動機、風機)作為關鍵設備廣泛應用于能源、國防、電力、交通、石化等領域，并在這些領域發揮了舉足輕重的作用。由于多種因素的影響，旋轉機械難免會出現一些故障現象，使設備性能降低或直接喪失功能，而旋轉機組出現故障將產生連鎖反應，導致整個設備機組無法正常工作，造成巨大的經濟損失，若設備在運行過程中發生故障，甚至會引發災難性的人員傷亡事故。因此，研究旋轉機械設備的故障發生機理和識別診斷技術，保證這些設備的安全高效運行，避免巨額經濟損失和災難性的事故發生，是當前科技和工業發展的重要研究問題。

旋轉機械能否正常運行主要取決于轉子系統的振動穩定性、支承元件——軸承及其潤滑膜的工作狀況等。支承松動故障是旋轉機械在安裝調試、大修維護以及工作運行中常出現而且危害很大的一種故障。其中，軸承座與基礎之間的松動在旋轉機械中比較常見，安裝質量不高及長期的振動都會引起軸承支座的松動。軸承支座的松動會降低系統的抗振能力，使轉子原有的不平衡、不對中所引起的振動更加劇烈，嚴重時，甚至會引起動靜件碰撞、摩擦，還可能使原有的裂紋等故障加劇。軸承支座松動故障的主要危害在于其會引發和加劇其他類型的旋轉機械故障，進而導致多種故障耦合影響旋轉機械的性能。為了保證旋轉機械系統的安全運行，預防多種耦合故障的出現，盡早而準確的發現軸承支座松動故障至關重要。

目前，對松動故障的模擬，多采用分段線性剛度和阻尼模型，建立帶有軸承支座松動故障的轉子系統的動力學模型，主要集中于研究故障引起的轉子的非線性動力學特性。主要使用諧波平衡法、小參數法、多尺度法、數值分析法等分析轉子系統在故障條件下的系統動態響應。然而，發生支座松動時，轉子的動力學行為表現為高度的非線性，振動信號的頻譜特征會出現很多諧波，常規的頻譜技術并不能準確的提取其特征，所提取的特征與不平衡、不對中、轉子裂紋等特征比較相似。此外，通過轉子振動信息識別松動故障時，由于中間間隔了潤滑膜而直接獲取振動信息，故障信息傳遞路徑過長，不便于故障信息的識別。因此，找到一種新的路徑較短、影響因素較少的轉子系統支座松動在線定量識別分析方法對于監測診斷旋轉機械軸承支座松動故障具有重要的意義。

【發明內容】

針對現有軸承支座松動故障的模擬方式和故障載體信號存在缺陷和不足，本發明的目的是提供一種新的針對軸承支座松動故障的路徑較短、影響因素較少的動力學模型建立方法和故障載體信號。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種轉子系統支座松動故障在線定量識別分析方法，包括以下步驟：

1)利用有限元方法建立帶有螺旋螺紋的螺栓模型以及帶有螺旋內螺紋孔的轉子系統基礎模型，并將軸承支座用質量塊代替，用螺栓將軸承支座與轉子系統基礎模型聯接；

2)對1)中建立的帶有螺旋螺紋的螺栓聯接有限元模型進行松動分析，獲得螺栓松動量與螺栓張緊力之間的變化規律，進一步得到螺栓聯接結合面在不同螺栓張緊力之下的壓力分布規律，即可獲得螺栓聯接結合面間載荷分布隨螺栓松動量的變化規律；