直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)呼吸效應(yīng)與振動特性研究.pdf

1、裂紋作為轉(zhuǎn)子軸系中最常見的故障之一，在轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中若未被及早檢測，將會影響機(jī)組的正常運(yùn)行，一旦轉(zhuǎn)子軸系因裂紋出現(xiàn)產(chǎn)生斷裂，對經(jīng)濟(jì)及人身安全將會造成極為嚴(yán)重的損害。因此需要對轉(zhuǎn)子軸系進(jìn)行實時監(jiān)測，盡早發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸上的裂紋，防止軸系裂紋的萌生與擴(kuò)展，并且及時采取有效防護(hù)措施，確保轉(zhuǎn)子系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。而要發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸上的裂紋，獲取轉(zhuǎn)子裂紋診斷與識別的方法是其中的重中之重，研究裂紋的呼吸特性及振動特性勢在必行。
　　本文基于轉(zhuǎn)子動力學(xué)理論采用

2、有限元法研究了直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的呼吸效應(yīng)與振動特性。首先采用了有限元參數(shù)化模型、模態(tài)試驗結(jié)果與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法準(zhǔn)確辨識了轉(zhuǎn)子軸承結(jié)合部等效剛度，結(jié)果表明采用該方法識別轉(zhuǎn)子軸承結(jié)合部等效剛度效果較好，轉(zhuǎn)子軸承結(jié)合部徑向等效剛度為4.48×105N/m，軸向等效剛度為5.05×105N/m，為裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型的建立提供了準(zhǔn)確的剛度參數(shù)。
　　基于已識別出的轉(zhuǎn)子軸承結(jié)合部等效剛度，采用ABAQUS建立了直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模

3、型，仿真模擬了重力占優(yōu)下直裂紋的呼吸過程;對比了中性軸法、應(yīng)力強(qiáng)度因子為零法和有限元法這三種方法確定的直裂紋呼吸行為結(jié)果，總結(jié)了直裂紋在轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的呼吸規(guī)律，驗證了直裂紋轉(zhuǎn)子有限元模型的正確性。研究結(jié)果表明轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中直裂紋更傾向于張開狀態(tài)，裂紋開閉線近似為弧線，有限元模型確定的裂紋呼吸效應(yīng)更為合理，更加符合裂紋真實的開閉情況。
　　研究了轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、裂紋位置、裂紋相對深度以及扭轉(zhuǎn)激勵對直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)橫向振動特性的影響。研究結(jié)果

4、表明直裂紋的存在確實改變了轉(zhuǎn)子的振動特性，橫向兩個方向頻譜圖中均出現(xiàn)倍頻幅值，包含較為明顯的1X、2X和3X，其他高頻成分幅值則較小;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻小于一階彎曲固有頻率時，轉(zhuǎn)子橫向振動響應(yīng)頻譜圖中二倍頻幅值較明顯，因此轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可根據(jù)頻譜圖2X等明顯頻率成分來診斷是否存在直裂紋;與改變轉(zhuǎn)軸上直裂紋的位置相比，裂紋相對深度的變化更容易激起橫向各倍頻振動幅值改變;直裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎扭耦合振動現(xiàn)象不明顯，通過彎扭耦合振動識別轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上直裂紋的方法不