《轉子-軸承系統碰摩故障自愈調控原理與方法研究》是依託北京化工大學，由王維民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：轉子-軸承系統碰摩故障自愈調控原理與方法研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王維民
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目研究一種旋轉機械轉靜碰摩故障防範和線上消除的原理與方法。轉靜碰摩是旋轉機械常見的一種故障，也是影響其運轉周期和可靠性的主要因素。碰摩通常表現為其它故障的間接結果，這些故障主要有不平衡、不對中、瞬態衝擊、失穩和間隙不當等。本項目以整體齒輪增速式離心壓縮機高速軸為例，研究這樣一種自愈機制，通過可控的靜子給轉子施加徑向向內的力，其幅值、相位和頻率可以根據需要在一定範圍內變化。當轉子振動加劇或碰摩發生時，該機制通過識別故障特徵和相互作用關係，進行故障機率及後果風險分析、確定自愈的必要性；進而進行系統有序穩定區域及界限判別，確定故障自愈調控和修復的方法，執行相應的控制策略；通過容錯系統判別系統是否真的處於異常狀態，防止誤自愈或者派生其它不良後果。在碰摩沒發生時，該機制抑制產生碰摩的原因，使其不具備碰摩的條件；在發生碰摩時，該機制致力於減輕接觸力和增加穩定性，防治產生更嚴重的後果。
結題摘要
減小動靜間隙是實現透平機械高性能的重要手段，由此而引起的動靜碰摩故障得到工程技術人員的高度重視。碰摩通常表現為其它故障的間接結果，主要有不平衡、不對中、失穩、瞬態衝擊和間隙不當等。本項目以離心壓縮機高速轉子為例，研究一種旋轉機械轉靜碰摩故障防範和線上消除的原理與方法，通過建立自愈機制，抑制產生碰摩的原因。項目研究主要工作及成果如下：1. 碰摩故障的動力學機理及診斷。研究了轉子轉速、轉子系統上的不平衡量的分布、徑向和軸向碰摩剛度以及動靜間隙等對系統的影響。在此基礎上，研究圓柱軸承、橢圓軸承、四油頁軸承、四瓦可傾瓦軸承和五瓦可傾瓦軸承支撐的轉子在經受碰摩故障時的動力學回響的區別。並且在小型Bently RK4試驗台、中型自愈調控試驗台和大型轉子穩定性試驗台上進行了輕度，中度和重度的碰摩故障實驗研究。2. 工頻故障的自愈調控。設計並搭建了基於電磁力的轉子振動故障自愈調控實驗台。通過提供電磁力實現轉子系統激振力的消除，並且電磁力的旋轉頻率是可控的，這就突破了傳統質量式振動控制裝置只能進行轉子同頻振動控制的局限性，為除工頻外的其他諧頻振動的控制提供了可能。並考慮自尋最優控制的特點和要求，建立轉子振動尋優控制模型。在此基礎上，針對三種不同的控制策略，開展了實驗研究，結果表明，本項目中提出的控制策略對通頻振動的控制有很好的控制效果。3. 不對中故障的自愈調控。進行了二倍頻振動控制的實驗研究，結果表明二倍頻振動得到明顯抑制。考慮多頻率複合振動的存在，進行了多頻複合振動控制方法的理論論述，並進行了多頻複合電磁控制力生成實驗，結果表明本系統中所用電磁控制力完全具備這種能力。4. 失穩故障的機理、識別與調控。進行了轉子穩定性影響因素的研究，包括密封的動力學參數的數值模擬方法、軸承參數以及承載形式等。在此基礎上，對轉子系統穩定性的判定方法進行了大量的實驗研究。結合現場工程案例，分析原因並提出解決失穩故障的措施。 項目研究緊密結合當前高端壓縮機組發展過程中的重大需求，理論結合試驗，研究了預防或抑制碰摩故障的自愈機制。該機制通過可控的靜子給轉子施加徑向向內的力，其幅值、相位和頻率可以根據需要在一定的範圍內變化，同時通過識別故障的特徵，執行相應的控制策略以實現故障自愈的目的。本項目的研究可為研製高性能高可靠度的離心壓縮機提供理論基礎。
