面向旋转机械的全矢回转信息研究

论文摘要

随着科学技术的进步,机械设备的结构越来越复杂,运行条件的要求越来越高,因此需要对设备进行精确的实时监控,尽早发现故障隐患,准确判别故障类型,找出故障根源。但是长期以来,机械状态监测和故障诊断大都以单通道信号分析为基础。转子的振动形式是个空间的概念,单通道信号只是转子在传感器方向上振动的反映,所能提供的转子振动信息并不十分准确、完整。因此监测和诊断结果的可信度并不能满足实际要求。解决这一矛盾的根本所在就是改变单通道信号分析的现状,运用全新的信息融合技术对设备进行监测和诊断。多传感器信息融合与旋转机械动态特征和回转机理相结合产生了全矢谱技术。多传感器信息融合是指动态信号在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和评估而进行的信息处理过程。全矢谱技术以两个传感器信息融合为基础,致力于转子空间振动的全方位描述。因此,全矢谱技术从根本上改变了单通道信号分析割裂信号内在联系的弊端,使监测和诊断更加完善准确。全矢谱分析是针对旋转机械矢量信号的一系列分析方法的总称。本文首先从理论上分析转子一个截面上多传感器信息融合方法,推导出信息融合的简洁数值计算公式,快速得到该截面的回转特征信息值,并用其指导故障的诊断。其次对双截面回转信息进行研究,利用初始相位区分不平衡故障的具体形式。再次基于灵敏度高、能够清晰判断转子的正反进动、判断速度快等优点于一体,提出一种判断振动强度状态的新方法。深入研究故障机理并将其应用于实际故障诊断中,丰富故障诊断的图谱特征,且将其引入到启停车领域。最后在全矢谱理论的基础之上,结合回转最大振动矢量强度、矢振比和回转轨迹探讨三种新的进动表达图谱,图谱信息包含量大,并对其进动特性进行研究,有助于精确判断故障发生的具体形式。通过本文基于全矢谱理论基础上所研究的回转信息(主振矢、副振矢、相位角、进动方向等)及扩展技术处理方法可以证实:全矢回转信息研究是一项面向旋转机械具有较高研究价值的科学技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题的提出及意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 信号处理技术发展概况
• 1.2.2 面向旋转机械的全信息技术回转信息研究概况
• 1.3 预备知识
• 1.3.1 信号的幅域分析
• 1.3.2 信号的频域分析
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 转子单截面回转信息研究
• 2.1 概述
• 2.2 全矢谱理论
• 2.2.1 全矢谱的提出
• 2.2.2 全矢谱图谱表达
• 2.3 转子双通道回转信息特征提取方法
• 2.3.1 理论基础
• 2.3.2 数值计算
• 2.3.3 轴心轨迹图形描述
• 2.4 转子三通道回转信息特征提取方法
• 2.4.1 理论基础
• 2.4.2 数值计算
• 2.4.3 轴心轨迹图形描述
• 2.5 实例应用
• 2.5.1 垂直平面上全矢谱技术的应用
• 2.5.2 空间域全矢谱技术的应用
• 2.6 本章小结
• 3 转子双截面回转信息研究
• 3.1 概述
• 3.2 双截面转子回转信息特征提取方法
• 3.2.1 理论基础
• 3.2.2 数值计算
• 3.2.3 转子空间振动图形
• 3.3 实例应用
• 3.3.1 转子单截面相互垂直两个同频信号相位差的研究
• 3.3.2 初相位信息在不平衡故障中的应用
• 3.4 本章小结
• 4 转子回转信息提取新方法及其应用研究
• 4.1 概述
• 4.2 矢面积法及与其他全信息技术的联系与区别
• 4.2.1 矢面积法的提出
• 4.2.2 矢面积法及与其他全信息技术的联系与区别
• 4.3 矢振比
• 4.3.1 矢振比的定义
• 4.3.2 矢振比的意义
• 4.4 矢面积法在旋转机械稳态故障诊断中的应用
• 4.4.1 矢面积法在不平衡故障诊断中的应用
• 4.4.2 矢面积法总结的典型工频故障征兆
• 4.5 矢面积法在旋转机械瞬态故障诊断中的应用
• 4.5.1 矢面积法绘制的伯德图
• 4.5.2 矢面积法绘制的瀑布图
• 4.6 全矢力谱方法
• 4.6.1 全矢力谱基础
• 4.6.2 实例应用
• 4.7 本章小结
• 5 转子回转进动信息提取及应用研究
• 5.1 概述
• 5.2 转子的进动基础
• 5.3 基于信息融合的进动谱
• 5.3.1 表征进动的复合比较法
• 5.3.2 表征进动的相位法
• 5.3.3 表征进动的直接法
• 5.4 基于信息融合的改进进动谱
• 5.4.1 基于回转最大振动矢量强度的进动谱
• 5.4.2 基于矢振比的进动谱
• 5.4.3 基于回转轨迹的进动谱
• 5.5 转子进动圆的性质
• 5.5.1 椭圆周长定理及性质
• 5.5.2 转子作用力所作的功
• 5.6 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 本文工作
• 6.1.1 关键技术及创新
• 6.1.2 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间参与的项目及发表的学术论文