《雙轉子中介軸承振動故障監測預警原理和方法研究》是依託北京化工大學，由馮坤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：雙轉子中介軸承振動故障監測預警原理和方法研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：馮坤
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
渦扇發動機雙轉子中介軸承振動故障導致的重大事故時有發生，迫切需要自主研發故障監測預警系統，雙轉子中介軸承振動故障監測預警理論和方法研究十分必要。針對渦扇發動機雙轉子結構和工況決定的複雜傳遞路徑，以及中介軸承與後軸承故障耦合的特點，提出基於理論分析、建模仿真計算、雙轉子中介軸承實驗台實驗，研究中介軸承故障機理，揭示故障弱信號複雜路徑的傳遞規律，探索中介軸承故障與後軸承故障的耦合機制。基於狀態監測數據，運用稀疏表達（SpR）和子空間偽框架(PFFS) 等先進信號處理手段,以故障機理和傳遞規律為指導，研究故障微弱信號特徵提取原理和方法。進而基於故障耦合機制和特徵提取研究結果，運用深度學習神經網路（DLANN）及支持向量機（SVM）等先進模式識別技術，研究中介軸承早期故障識別原理和方法。為研製渦扇發動機中介軸承振動故障線上監測預警系統提供科學依據和技術支撐。
結題摘要
許多渦扇發動機採用雙轉子、中介軸承的結構型式：高壓渦輪—高壓壓氣機組成高壓轉子，低壓渦輪—低壓壓氣機組成低壓轉子，中介軸承支撐於高低壓轉子之間、內外圈均旋轉。中介軸承其中關鍵零部件，一旦失效將直接導致轉子支撐破壞甚至引發機械事故。由於振動感測器往往只能裝於外機匣， 中介軸承故障信號需通過軸、軸端軸承、阻尼器、軸承座之後再經機匣傳遞出來，路徑十分複雜，且中介軸承故障可能與後軸承故障產生耦合。針對上述實際需求和難點，本項目在雙轉子中介軸承振動故障監測預警原理和方法方面取得了一些重要進展。（1）開展了中介軸承故障機理、以及不同故障下機匣不同測點動態回響特點研究。 建立了實驗台和有限元模型，研究了故障信號複雜路徑傳遞規律和軸承故障信號耦合機制。在實驗台上證實中介軸承故障引起的衝擊信號經路徑傳遞後，可在軸端軸承座上測量到。受到傳遞路徑上的結構的影響，將在高頻段某個頻帶內出現較高的能量分布——故障頻帶；而不同部位的滾動軸承發生故障時，其信號在頻域上重合部分發生強耦合，反之發生弱耦合；因此實際進行故障特徵提取時，避開強耦合頻段即可。（2）開展了基於稀疏表達（Sparse Representations，SpR）方法之一的最佳化小波濾波消噪等方法的包絡解調方法研究，通過小波濾波削弱隨機噪聲影響（相當於對故障特徵進行增強），再用高通濾波和包絡解調提取出軸承故障特徵；在複雜傳遞路徑和兩軸承故障耦合條件下，可以提取出軸承故障特徵頻率；與之相比，傳統包絡解調則難以提取出軸承故障特徵頻率。（3）開展了基於支持向量機(SVM)的故障識別方法研究，對中介軸承故障特徵提取結果進行自動識別。（4）以耦合機制和傳遞規律為指導，將特徵提取和故障識別方法在不含外機匣實驗台、含外機匣實驗台、某大修廠實際燃氣輪機上進行驗證，故障特徵頻率與理論計算基本符合。（5）拓展了電機驅動的實際發動機套用研究，完成了某型發動機感測器安裝和數據採集分析，得到了良好的軸承故障特徵提取效果。總之，本項目研究採用理論分析、建模仿真計算、信號處理及模式識別算法、雙轉子中介軸承實驗台實驗等手段，初步揭示了故障弱信號複雜路徑的傳遞規律和中介軸承故障與後軸承故障的耦合機制，形成了故障微弱信號特徵提取和識別方法，為研製發動機中介軸承振動故障線上監測預警系統提供了科學依據和技術支撐。
