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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型試驗(yàn)臺(tái)和故障模擬試驗(yàn)器為物理對(duì)象，針對(duì)經(jīng)常發(fā)生的幾類主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障，研究了其振動(dòng)信號(hào)的硬件測試系統(tǒng)構(gòu)成、振動(dòng)信號(hào)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(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)定量診斷技術(shù)，形成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷系統(tǒng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷系統(tǒng)主要包括振動(dòng)監(jiān)測的硬件系統(tǒng)、基于MATLAB平臺(tái)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(duì)模型級(jí)、部件級(jí)和整車試驗(yàn)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(jì)算航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)信號(hào)分析軟件包：對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測試及仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析、FFT、HHT、小波變換等處理，計(jì)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(jī)振動(dòng)故障的定性診斷和故障動(dòng)態(tài)仿真，進(jìn)行不同故障的定量識(shí)別(如碰摩位置確定、不平衡質(zhì)量識(shí)別、碰摩力和碰摩位置關(guān)系)。 本作品旨在通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷系統(tǒng)的研究，形成了一套較全面的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)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(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造單位中加以應(yīng)用，滿足現(xiàn)實(shí)需求，提高發(fā)動(dòng)機(jī)研制和維修效率，具有直接的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1. 設(shè)計(jì)發(fā)明目的和基本思路 現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)振動(dòng)對(duì)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(dòng)超標(biāo)為主要特征的整機(jī)振動(dòng)故障會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。近年來，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在新機(jī)研制和大修的不同階段，對(duì)整機(jī)振動(dòng)的要求越來越嚴(yán)格。 本作品以航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型試驗(yàn)臺(tái)和故障模擬試驗(yàn)器為物理對(duì)象，針對(duì)經(jīng)常發(fā)生的幾類主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障，研究了振動(dòng)信號(hào)的硬件測試系統(tǒng)構(gòu)成、振動(dòng)信號(hào)的分析方法、故障特征的提取方法。借鑒指導(dǎo)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(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)定量診斷技術(shù)，形成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷系統(tǒng)。 2. 創(chuàng)新點(diǎn) (1) 提出合理有效的故障監(jiān)測手段； (2) 對(duì)檢測到的信號(hào)進(jìn)行特征分析和提??； (3) 確定故障位置和程度，實(shí)現(xiàn)故障參數(shù)的量化識(shí)別。 3. 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) (1) 測試/監(jiān)測硬件系統(tǒng)。振動(dòng)測試試驗(yàn)系統(tǒng)使用的傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高速、精確。測試儀器和設(shè)備頻率范圍寬，至少10kHz。 (2) 振動(dòng)信號(hào)分析與特征提取算法。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)測試信號(hào)，基于MATLAB軟件平臺(tái)，研究了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障分析方法，能夠?qū)φ麢C(jī)振動(dòng)故障進(jìn)行信號(hào)分析和特征提取。 (3) 定量診斷方法。航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)故障的定量診斷是指在定性診斷的基礎(chǔ)上，對(duì)故障位置、故障程度以及相關(guān)的故障參數(shù)進(jìn)行量化識(shí)別的過程。定量診斷可以實(shí)現(xiàn)多種故障的識(shí)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(xué)性、先進(jìn)性
- (1) 設(shè)計(jì)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障監(jiān)測系統(tǒng)，利用傳感器、信號(hào)調(diào)節(jié)器(二次儀表)、采集系統(tǒng)以及以計(jì)算機(jī)為中心的處理系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)故障信號(hào)進(jìn)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(yàn)臺(tái)使用。 (2) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析軟件包包括了時(shí)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(jì)，這些方法可以對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，相互驗(yàn)證，有利于故障特征提取。 (3) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)信號(hào)分析軟件系統(tǒng)所包括的分析方法可行性強(qiáng)，部分研究成果已在本實(shí)驗(yàn)室的科研工作和相關(guān)單位的振動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)室中得到初步應(yīng)用，取得很好效果。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1. 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 (1) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷分析基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，能夠較準(zhǔn)確地對(duì)整機(jī)振動(dòng)故障進(jìn)行分析和特征提?。? (2) 基于有限元模型仿真的整機(jī)振動(dòng)故障的定量診斷算法能夠?qū)娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)其故障位置和嚴(yán)重程度等進(jìn)行有效識(shí)別； (3) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)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(yàn)器上得到應(yīng)用，結(jié)果可靠，解決了工程實(shí)際問題。 2. 適用范圍 航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃汽輪機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)組等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械。 3. 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 (1) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷軟件系統(tǒng)邏輯性強(qiáng)，條理清晰，能夠全面準(zhǔn)確地對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行分析和特征提取，并針對(duì)一定的故障進(jìn)行定量診斷，可重復(fù)性和穩(wěn)定性能進(jìn)一步保證產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。 (2) 該系統(tǒng)的適用范圍將有利于拓展?jié)撛谑袌?。航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)械的故障診斷中，這必將吸引更多的潛在適用行業(yè)進(jìn)行技術(shù)提高。
同類課題研究水平概述
- １．航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障診斷相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷對(duì)其安全運(yùn)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(shí)測振動(dòng)、應(yīng)力、壓力、溫度等參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和專家分析，從FFT、小波變換等故障信號(hào)分析與處理方法到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等診斷決策，以及對(duì)各種故障診斷儀器設(shè)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(dòng)機(jī)安全運(yùn)行中都起到了非常重要的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測包括性能監(jiān)測、機(jī)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(dòng)機(jī)故障分析方法有：時(shí)域分析、頻域分析、小波分析、HHT分析、小波分形等。 時(shí)頻分析方法已被廣泛地應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷中，小波分析方法具有可變的時(shí)頻窗口，使其既能對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)中的短時(shí)高頻成分進(jìn)行定位，又可以對(duì)低頻成分進(jìn)行分析。因此，小波分析被廣泛地應(yīng)用于非平穩(wěn)信號(hào)的分析。HHT變換是一種新的具有自適應(yīng)的時(shí)頻分析方法，根據(jù)信號(hào)的局部時(shí)變特征進(jìn)行自適應(yīng)的時(shí)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(hào)的缺陷，并可得到極高的時(shí)頻分辨率，具有良好的時(shí)頻聚集性，非常適合對(duì)非平穩(wěn)、非線性信號(hào)的分析。 ２．旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)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(chǔ)上需要進(jìn)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(jìn)行故障參數(shù)和故障程度的量化識(shí)別，設(shè)計(jì)過程中能夠通過對(duì)不平衡定量識(shí)別實(shí)現(xiàn)振動(dòng)定量分析等；(2)從技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步的角度，需要對(duì)故障位置準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)故障參數(shù)的量化識(shí)別，進(jìn)而能夠?qū)收铣潭冗M(jìn)行量化評(píng)價(jià)。 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(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析實(shí)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(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的多種故障進(jìn)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(kuò)展理論定量診斷碰摩故障。褚福磊等還提出利用動(dòng)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(shí)測綜合的碰摩力辨識(shí)方法，實(shí)現(xiàn)了碰摩故障定位。Sekhar等采用定量診斷理論對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的橫向裂紋以及斜向裂紋進(jìn)行診斷。
