[發(fā)明專利]一種汽輪機(jī)組軸系故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的快速建立方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010981222.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN112084174B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張荻;鄭召利;謝永慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F16/21
• 分類號(hào): G06F16/21;G06F17/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種汽輪機(jī)組軸系故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的快速建立方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立無(wú)軸承支撐、無(wú)故障的汽輪機(jī)組軸系動(dòng)力學(xué)方程；

2)建立邊界自由度向量，包括軸承節(jié)點(diǎn)自由度以及與不平衡故障不對(duì)中故障和裂紋故障相關(guān)的節(jié)點(diǎn)自由度，基于邊界自由度向量，采用模態(tài)綜合法，建立無(wú)軸承支撐、無(wú)故障的汽輪機(jī)組軸系的縮減動(dòng)力學(xué)方程；

3)在無(wú)軸承支撐、無(wú)故障的汽輪機(jī)組軸系動(dòng)力學(xué)方程中添加軸承系數(shù)矩陣和故障載荷或故障矩陣，形成含有故障的汽輪機(jī)組軸系的縮減動(dòng)力學(xué)方程；軸承系數(shù)矩陣為：

其中C_i和K_i為第i個(gè)軸承的阻尼系數(shù)矩陣和剛度系數(shù)矩陣，且：

不平衡故障載荷為：

F_unb＝{0 f₁…f_n 0} (9)

其中f_i為第i個(gè)不平衡故障的故障載荷，且f_i＝{mecos(Ωt)mesin(Ωt)}，其中me為不平衡量；

平行不對(duì)中故障載荷和故障矩陣為：

其中和f_i^m1為第i個(gè)平行不對(duì)中故障載荷和故障矩陣，其中：

f_i^m1＝Nk_bδ_p[sin(ωt) 1-cos(ωt) 0 0]^Τ (12)

其中，N為螺栓個(gè)數(shù)，k_b為平行不對(duì)中附加剛度，δ_p為平行不對(duì)中相對(duì)位移；

角度不對(duì)中故障載荷和故障矩陣為：

其中和f_i^m2為第i個(gè)角度不對(duì)中故障載荷和故障矩陣，其中：

其中，k為螺栓軸向剛度，k'為螺栓切向剛度，δ_p為角度不對(duì)中相對(duì)角度，r為半徑；

裂紋故障矩陣為：

其中為第i個(gè)裂紋故障載荷，且：

其中，I₁和I₂分別為裂紋在x方向和y方向的兩個(gè)截面矩?fù)p失；

綜合以上故障，含有故障的汽輪機(jī)組軸系的縮減動(dòng)力學(xué)方程寫為：

4)采用復(fù)指數(shù)諧波平衡法將時(shí)域中的含有故障的汽輪機(jī)組軸承的縮減動(dòng)力學(xué)方程變換到頻域，具體過(guò)程為：

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是周期的，因此由響應(yīng)控制的激振力也是周期的，則展開為復(fù)數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)：

其中n為展開階數(shù)；

將式(19)代入式(18)，并將正余弦函數(shù)用歐拉公式轉(zhuǎn)換為復(fù)指數(shù)形式，得到頻率內(nèi)含有故障的汽輪機(jī)組軸承的縮減動(dòng)力學(xué)方程：

Z(Ω)X-F_nl(X)-F_l＝0 (20)

其中和F_l為F_nl(X)式(18)中的線性力和非線性力的總和，有：

Z(Ω)＝diag{A_-n…A₀…A_n} (21)

X＝{X_-n…X₀…X_n} (22)

且：

5)建立含有故障的汽輪機(jī)組軸系非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)快速求解技術(shù)，獲得非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，建立汽輪機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)-故障-響應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)；

采用時(shí)頻轉(zhuǎn)換技術(shù)結(jié)合自動(dòng)微分算子技術(shù)獲得雅克比矩陣，式(20)的解表示為：

其中為雅克比矩陣，進(jìn)而獲得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)組軸系故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的快速建立方法，其特征在于，所述步驟2)中，根據(jù)實(shí)際情況，建立任何故障工況下，無(wú)軸承支撐、無(wú)故障的汽輪機(jī)組軸系的縮減動(dòng)力學(xué)方程，具體過(guò)程如下：

無(wú)軸承支撐、無(wú)故障的汽輪機(jī)組軸系動(dòng)力學(xué)方程為：

式中，M為質(zhì)量矩陣；C_s為結(jié)構(gòu)阻尼矩陣；Ω為轉(zhuǎn)速；C_cor為陀螺矩陣；K為剛度矩陣；

為簡(jiǎn)化表達(dá)，令C＝C_s+ΩG，將上式記為

將轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的自由度分為邊界自由度和內(nèi)部自由度，其中邊界自由度包括軸承節(jié)點(diǎn)自由度以及與不平衡故障不對(duì)中故障和裂紋故障相關(guān)的節(jié)點(diǎn)自由度，表示為：

{u_b}＝{u_b,brn,u_b,unb,u_b,mis,u_b,crk} (3)

式中，u_b為邊界自由度，u_b,brn為軸承自由度，u_b,unb為不平衡故障自由度，u_b,mis為不對(duì)中故障自由度，u_b,crk為裂紋故障自由度；

采用固定界面模態(tài)綜合法對(duì)以上方程進(jìn)行縮減，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方程表示為：

其中u_i為內(nèi)部自由度向量；Φ_i,k為主模態(tài)向量，通過(guò)對(duì)式(2)進(jìn)行無(wú)阻尼模態(tài)分析獲得，分析時(shí)需要約束邊界自由度；Φ_i,b為約束模態(tài)矩陣，通過(guò)對(duì)式(2)進(jìn)行靜力分析獲得，分析時(shí)依次在邊界自由度上施加單位位移；Φ為變換矩陣；

基于以上分析，建立無(wú)軸承支撐、無(wú)故障的汽輪機(jī)組軸系的縮減動(dòng)力學(xué)方程：

式中：