基本信息
- 項目名稱：
- 航空發(fā)動機整機振動故障診斷系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品以航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型試驗臺和故障模擬試驗器為物理對象，針對經(jīng)常發(fā)生的幾類主要的航空發(fā)動機整機振動故障，研究了其振動信號的硬件測試系統(tǒng)構(gòu)成、振動信號的分析方法和故障特征的提取方法。創(chuàng)新性地研究了航空發(fā)動機整機振動定量診斷技術(shù)，形成了航空發(fā)動機整機振動故障診斷系統(tǒng)。
- 詳細介紹：
- 航空發(fā)動機整機振動故障診斷系統(tǒng)主要包括振動監(jiān)測的硬件系統(tǒng)、基于MATLAB平臺的分析和診斷算法軟件包。其中監(jiān)測硬件系統(tǒng)主要包括針對模型級、部件級和整車試驗器的具體情況選擇適用的傳感器、配置合理的采集系統(tǒng)、研制監(jiān)測系統(tǒng)流程和數(shù)據(jù)庫。算法軟件包主要包括：(1)固有特性分析軟件包：用于計算航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有特性(考慮不同支承條件下的臨界轉(zhuǎn)速和振型)；(2)振動信號分析軟件包：對發(fā)動機振動測試及仿真數(shù)據(jù)進行時域分析、FFT、HHT、小波變換等處理，計算最大Lyapunov指數(shù)，替代數(shù)據(jù)法分析，Poincare映射分析等；(3)定量診斷分析軟件包：基于整機振動故障的定性診斷和故障動態(tài)仿真，進行不同故障的定量識別(如碰摩位置確定、不平衡質(zhì)量識別、碰摩力和碰摩位置關(guān)系)。 本作品旨在通過對航空發(fā)動機整機振動故障診斷系統(tǒng)的研究，形成了一套較全面的航空發(fā)動機整機振動故障診斷的軟硬件系統(tǒng)框架，并完成若干關(guān)鍵內(nèi)容。將所取得的研究成果在國內(nèi)航空發(fā)動機設計和制造單位中加以應用，滿足現(xiàn)實需求，提高發(fā)動機研制和維修效率，具有直接的經(jīng)濟效益和社會意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 1. 設計發(fā)明目的和基本思路 現(xiàn)代航空發(fā)動機的整機振動對其適航性和結(jié)構(gòu)完整性影響巨大，以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動超標為主要特征的整機振動故障會嚴重影響發(fā)動機的可靠性。近年來，航空發(fā)動機在新機研制和大修的不同階段，對整機振動的要求越來越嚴格。 本作品以航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型試驗臺和故障模擬試驗器為物理對象，針對經(jīng)常發(fā)生的幾類主要的航空發(fā)動機整機振動故障，研究了振動信號的硬件測試系統(tǒng)構(gòu)成、振動信號的分析方法、故障特征的提取方法。借鑒指導教師提出的基于模型的定量診斷理論，創(chuàng)新性地研究了航空發(fā)動機整機振動定量診斷技術(shù)，形成了航空發(fā)動機整機振動故障診斷系統(tǒng)。 2. 創(chuàng)新點 (1) 提出合理有效的故障監(jiān)測手段； (2) 對檢測到的信號進行特征分析和提?。? (3) 確定故障位置和程度，實現(xiàn)故障參數(shù)的量化識別。 3. 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標 (1) 測試/監(jiān)測硬件系統(tǒng)。振動測試試驗系統(tǒng)使用的傳感器動態(tài)響應快、精度高。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高速、精確。測試儀器和設備頻率范圍寬，至少10kHz。 (2) 振動信號分析與特征提取算法。針對航空發(fā)動機整機振動測試信號，基于MATLAB軟件平臺，研究了航空發(fā)動機整機振動故障分析方法，能夠?qū)φ麢C振動故障進行信號分析和特征提取。 (3) 定量診斷方法。航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動故障的定量診斷是指在定性診斷的基礎上，對故障位置、故障程度以及相關(guān)的故障參數(shù)進行量化識別的過程。定量診斷可以實現(xiàn)多種故障的識別、獲得故障特征參數(shù)的量值、從而定量刻畫故障程度。
科學性、先進性
- (1) 設計了航空發(fā)動機整機振動故障監(jiān)測系統(tǒng)，利用傳感器、信號調(diào)節(jié)器(二次儀表)、采集系統(tǒng)以及以計算機為中心的處理系統(tǒng)對振動故障信號進行監(jiān)測。使用的電渦流位移傳感器、加速度傳感器、采集系統(tǒng)等工作可靠，使用方便，適合于試驗臺使用。 (2) 航空發(fā)動機整機振動信號分析軟件包包括了時域分析，頻域分析，F(xiàn)FT，HHT變換，小波變換和非線性參數(shù)估計，這些方法可以對振動信號進行分析，相互驗證，有利于故障特征提取。 (3) 航空發(fā)動機整機振動信號分析軟件系統(tǒng)所包括的分析方法可行性強，部分研究成果已在本實驗室的科研工作和相關(guān)單位的振動分析實驗室中得到初步應用，取得很好效果。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型、磁盤、現(xiàn)場演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1. 技術(shù)特點和優(yōu)勢 (1) 航空發(fā)動機整機振動故障診斷分析基于計算機的數(shù)字信號采集系統(tǒng)，能夠較準確地對整機振動故障進行分析和特征提??； (2) 基于有限元模型仿真的整機振動故障的定量診斷算法能夠?qū)娇瞻l(fā)動機其故障位置和嚴重程度等進行有效識別； (3) 航空發(fā)動機整機振動故障的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)已經(jīng)在幾種不同的模型試驗器上得到應用，結(jié)果可靠，解決了工程實際問題。 2. 適用范圍 航空發(fā)動機、燃汽輪機、汽輪發(fā)電機組等大型旋轉(zhuǎn)機械。 3. 市場分析和經(jīng)濟效益預測 (1) 航空發(fā)動機整機振動故障診斷軟件系統(tǒng)邏輯性強，條理清晰，能夠全面準確地對故障信號進行分析和特征提取，并針對一定的故障進行定量診斷，可重復性和穩(wěn)定性能進一步保證產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)。 (2) 該系統(tǒng)的適用范圍將有利于拓展?jié)撛谑袌觥：娇瞻l(fā)動機整機振動故障診斷系統(tǒng)的設計理念、方法和所用測試技術(shù)可以很容易得移植到各種大型旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷中，這必將吸引更多的潛在適用行業(yè)進行技術(shù)提高。
同類課題研究水平概述
- １．航空發(fā)動機振動故障診斷相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀 旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷對其安全運行具有重要意義，國內(nèi)外科技工作者正致力于故障診斷的研究，主要是通過實測振動、應力、壓力、溫度等參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗和專家分析，從FFT、小波變換等故障信號分析與處理方法到神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)等診斷決策，以及對各種故障診斷儀器設備和監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的開發(fā)，都取得了許多重要的研究成果。各種診斷方法在發(fā)動機安全運行中都起到了非常重要的作用。發(fā)動機的監(jiān)測包括性能監(jiān)測、機械狀態(tài)監(jiān)測、滑油監(jiān)測、極限狀態(tài)監(jiān)測、無損監(jiān)測等。目前比較常見的航空發(fā)動機故障分析方法有：時域分析、頻域分析、小波分析、HHT分析、小波分形等。 時頻分析方法已被廣泛地應用到旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷中，小波分析方法具有可變的時頻窗口，使其既能對非平穩(wěn)信號中的短時高頻成分進行定位，又可以對低頻成分進行分析。因此，小波分析被廣泛地應用于非平穩(wěn)信號的分析。HHT變換是一種新的具有自適應的時頻分析方法，根據(jù)信號的局部時變特征進行自適應的時頻分解，消除了人為因素，克服了傳統(tǒng)方法用無意義的諧波分量來表示非平穩(wěn)、非線性信號的缺陷，并可得到極高的時頻分辨率，具有良好的時頻聚集性，非常適合對非平穩(wěn)、非線性信號的分析。 ２．旋轉(zhuǎn)機械振動故障的定量診斷技術(shù) 目前的診斷技術(shù)大多屬于定性診斷技術(shù)，一般只能診斷故障的有無及故障的類型。而目前工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展要求是故障的精確定量診斷，在定性診斷的基礎上需要進一步向定量診斷的方向發(fā)展：(1)在工程上，檢修試車過程中能夠快速定位、進行故障參數(shù)和故障程度的量化識別，設計過程中能夠通過對不平衡定量識別實現(xiàn)振動定量分析等；(2)從技術(shù)創(chuàng)新和進步的角度，需要對故障位置準確定位，實現(xiàn)故障參數(shù)的量化識別，進而能夠?qū)收铣潭冗M行量化評價。 在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障診斷的定量分析方面，目前代表性研究成果還有：王慶禹等直接采用對聲發(fā)射信號進行分析實現(xiàn)碰摩定位。Bachschmid等采用基于模型的診斷理論結(jié)合最小二乘法對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的多種故障進行了定位研究。Markert等采用鐵木辛柯梁單元建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，結(jié)合模態(tài)擴展理論定量診斷碰摩故障。褚福磊等還提出利用動剛度的變化以定位碰摩。韓清凱等提出基于有限元仿真和實測綜合的碰摩力辨識方法，實現(xiàn)了碰摩故障定位。Sekhar等采用定量診斷理論對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的橫向裂紋以及斜向裂紋進行診斷。
