转子系统螺栓松动故障的诊断方法技术方案

本发明专利技术涉及一种转子系统螺栓松动故障的诊断方法

【技术实现步骤摘要】
转子系统螺栓松动故障的诊断方法、系统及可读存储介质


[0001]本专利技术属于转子系统故障诊断
，涉及一种转子系统螺栓松动故障的诊断方法
、
系统及可读存储介质
。

技术介绍

[0002]发动机由于结构复杂和工况恶劣，其振动问题一直以来都十分突出和棘手
。
如目前，我国正开展新一代航空发动机的设计和研制工作，高可靠性和高推重比是其首要指标
。
为此，发动机的转子系统结构更加轻柔，承受载荷更加复杂，势必导致发动机的振动问题会更加突出，进而增加发动机振动故障发生的可能性
。
振动故障会严重降低发动机的结构可靠性，影响发动机的性能稳定性，缩短发动机的服役周期，甚至造成机毁人亡的灾难性事故，见文献：曹明
,
王鹏
,
左洪福等
.
民用航空发动机故障诊断与健康管理现状
、
挑战与机遇
:
地面综合诊断
、
寿命管理和智能维护维修决策
[J].
航空学报
,2022,43(9):625574.
和季路成
.
对转涡轮研究的回顾与展望
[J].
航空发动机
,2006,32(4):49
‑
53.。
[0003]转子系统螺栓松动是航空发动机主要振动故障之一，其原因是由于连接结构受到动态载荷作用，接触界面发生滑移，引起连接结构预应力松弛
。
螺栓松动会引入非线性因素，严重影响转子系统的振动特性，甚至引起转子失稳等严重问题
。
因此，国内外学者提出了多种基于非线性频域振动特性
(
频响函数
、
输出频谱和传递函数
)
的螺栓松动诊断方法，见文献：
R.Miao,R.Shen,S.Zhang,S.Xue.A review of bolt tightening force measurement and loosening detection[J].Sensors,2020,20(11):3165.
和
J.Huang,J.Liu,H.Gong,X.Deng.A comprehensive review of loosening detection methods for threaded fasteners[J].Mechanical Systems and Signal Processing,2022,168:108652.。
[0004]模拟水利发电机转子系统为伏尔特拉级数系统，
Xia
等运用前三阶非线性输出频率响应函数幅值诊断了常见的结构故障，见文献：
X.Xia,J.Zhou,C.Li,W.Zhu.A novel method for fault diagnosis of hydro generator based on NOFRFs[J].International journal of electrical power&energy systems,2015,71:60
‑
67.。
廖明夫等通过分析揭示了支座松动后转子的振动特性，建立了根据转子进动特性诊断支座松动故障的新方法并进行了实验验证，见文献：廖明夫
,
邓小文
,
杨伸记
.
诊断转子支座松动故障的一种新方法
[J].
振动
.
测试与诊断
,1999,19(4):359
‑
363.。
考虑分段线性刚度和阻尼力，
Jiang
等提出了一种基于非线性响应测量的轴承
‑
转子系统松动的评价方法，见文献：
M.Jiang,J.Wu,X.Peng,X.Li.Nonlinearity measure
‑
based assessment method for pedestal looseness of bearing
‑
rotor systems[J].Journal of Sound and Vibration,2017,411
；
232
‑
246.。
通过建立具有松动故障的轴承
‑
转子系统的非线性数学模型和采集不同松动间隙下的振动信号，
Jiang
等提出了转子系统松动的非线性评估方法，见文献：
M.Jiang,Y.Kuang,J.Wu,X.Li.Rub
‑
impact detection in rotor systems with pedestal looseness using a nonlinearity evaluation[J].Shock and Vibration,
2018:1
‑
15.。
在数值模拟中考虑螺栓缺失引起的动态特性，
Yue
等提出了采用平均绝对误差的损失函数和极值梯度助推的决策方法对螺栓缺失位置进行预测的方法，见文献：
C.Yue,H.Chi,J.Fan,X.Zheng,Z.Zhang.Prediction of bolt missing fault for multistage rotor by experimental test and analysis[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2023,124(11
‑
12):4551
‑
4562.。
针对滚动轴承转子系统支承松动故障，刘献栋等考虑了松动间隙的非线性变化情况，提出了利用小波变换诊断滚动轴承
‑
转子系统的支承松动故障，见文献：刘献栋
,
何田
,
李其汉
.
支承松动的转子系统动力学模型及其故障诊断方法
[J].
航空动力学报
,2005,20(1):54
‑
59.。
[0005]相比于频响函数和输出频谱，传递函数只由故障系统输出频谱计算得到，从而避免了复杂的模态分析和输入测量
。
同时，传递函数在较宽的频率范围内包含了故障系统多阶模态参数及空间位置信息，对螺栓松动引起的局部参数变化更加灵敏
。
但是到目前为止，非线性传递函数主要用于非旋转机械结构中螺栓松动故障的诊断
。
例如，考虑结构中螺栓松动引起的非线性影响，
Adams
等通过模拟螺栓松动为含有三次刚度非线性的内部力，首次提出并分析了非线性传递函数的性质，有效地定位了梁状多自由度结构中初期松动螺栓，见文献：
T.J.Johnson,D.E.A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种转子系统螺栓松动故障的诊断方法，其特征在于步骤如下：步骤
1、
评估转子系统的状态：根据待诊断的转子系统的结构形式和支承方式，在螺栓处安装多个振动位移传感器；步骤
2、
采集转子系统的信号：电机以设定转子系统转速驱动转子系统运行，以设定的信号采样频率和信号采样时间，以四组不同的不平衡量施加于转子系统的轮盘，得到待诊断测点的多个位移传感器的四组时域信号；步骤3：将每个传感器通道的每组时域信号，通过时域平均得到降噪后数据，变换时域数据为频域数据选取任意频率处的振动幅值，计算如下公式所示的传递函数：其中：为传递函数，
j
为复频域参数，
ω
为复频率，上标
n
代表第
n
组数据，下标
a
代表待诊断测点的不同传感器通道，下标
i
代表第
i
个待诊断测点；步骤
4、
计算转子系统的螺栓松动故障特征：根据第一组数据
、
第二组数据和第三组数据计算得到的传递函数，计算如下公式所示的故障特征根据第二组数据
、
第三组数据和第四组数据计算得到的传递函数，计算如下公式所示的故障特征：其中：
[IF(j
ω
)]
＝
[TF(j
ω
)]
‑1为矩阵
[TF
i1,2,3
(j
ω
)]
和
[TF
i2,3,4
(j
ω
)]
的逆矩阵；所述所述步骤
5、
计算转子系统的螺栓松动故障：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李全坤，廖明夫，石斌，杨法立，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：