非線性旋轉機械轉子系統的突變故障預測研究

《非線性旋轉機械轉子系統的突變故障預測研究》是依託華中科技大學，由李建蘭擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非線性旋轉機械轉子系統的突變故障預測研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李建蘭
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

突變故障是旋轉機械轉子系統的一種頻發故障類型，因其外在形式的突發特性，往往比漸變故障具有更大的破壞性和危險性。目前對突變故障的機理還不完全清楚，以及經典突變理論在預測建模方面的局限性，還不能實現對突變故障的有效預測。本項目擬對轉子－葉輪－軸承－基礎構成的強非線性系統，採用非線性動力學理論及能量平衡建立系統多故障耦合的動力學方程，研究系統的耦合特性；同時摒棄經典突變論必須通過控制映射建模的傳統思路，而是在突變理論分析的基礎上，研究旋轉機械轉子系統突變故障的發生機理，採用機理模型和數據模型相結合的方法，構造包含時間坐標的高維空間流形，研究突變故障的相軌跡演變規律，確定系統狀態發生突變的敏感因子及外界控制條件，建立系統突變判據以及可靠性壽命閾值判據，為旋轉機械系統突變故障的描述與預測提供一條新的途徑。研究成果將為大型汽輪發電機組超速、軸系斷裂、軸承燒損等故障的診斷及防治提供技術支撐。

結題摘要

本項目完成了原定的計畫，提出了新的旋轉機械突變故障的分析方法，實現了對大型汽輪機組典型振動故障突變性能的定量分析，取得了具有生產實用價值的成果和結論，並在權威期刊上發表學術論文12篇，參加國際交流5人次。 突變故障是旋轉機械轉子系統的一種頻發故障類型，因其外在形式的突發特性，往往比漸變故障具有更大的破壞性和危險性。針對當前對突變故障發生機理及發展過程了解不足的現狀，本項目提出了基於突變理論的旋轉機械突變故障性能分析的新思路。對於汽輪機組轉子系統碰磨故障、汽流激振故障以及大型汽輪機組調節級中汽流激振力導致軸承油膜失穩的耦合故障等典型故障，本項目根據突變理論、非線性振動理論以及流體動力學，探討系統突變振動故障的發生機理，研究系統的動力學特性和耦合特性，分別建立各典型故障的轉子系統非線性動力學模型，利用突變理論推導典型故障的尖點突變流形和分岔集，確定了包括偏心距、轉動速度、阻尼係數、軸剛度非線性項係數、調節級閥門開度、流體密度、幾何結構尺寸等系統振動突變的影響因子。通過對模擬試驗台轉子系統和300MW亞臨界汽輪機組的實例分析，研究了系統振動突變性能與突變影響因子的相關性，建立了系統振動突變的判據，劃分系統工作的突變區域，為機組的安全運行提供參考。此外，本研究還從數值計算的角度出發，利用四階Runge-Kutta方法對非線性轉子系統的各種典型故障分別進行了數值仿真計算，通過振幅回響分析了系統振動突變的性能，並將分析結果與基於突變理論的分析結果進行了相互驗證。研究結果表明，本項目提出的基於突變理論的突變性能分析新方法是研究旋轉機械系統突變故障的一條新途徑，分析結果可以為旋轉機械振動突變故障的預防和預測提供依據。