转子近频振动信号特征与检测方法研究

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近频结构设计和动力修改广泛应用于转子的减振和排故过程中,是避免循环对称结构共振常用的措施之一。目前国内外对近频振动的研究仅局限于某个部件或结构的振动现象之一,专题研究还未见报道。本文针对转子近频振动特性和检测方法进行研究,主要研究工作包括:  (1)分析了稳态与非稳态振动信号在一维和多维空间中的近频特性。针对二维/三维空间下笛卡尔合成图的维度局限性,提出了检测多维空间下振动信号近频关系的累积算法。进行了检测转子叶片加工质量的近频累积方法研究。通过与谱分析方法的对比,验证了累积算法的高效性。  (2)建立了叶盘系统的近频振动模型,分析了其近频特性。针对现有ITD法在近频模态检测中的不足,基于近频信号特性辨识近频模态的存在性,基于滤波技术分解孤立模态和近频模态,基于自相关方法提升近频模态各分量特征,提出了改进的ITD法(IITD法)。针对现有EMD法在近频模态检测中的不足,基于自由衰减近频信号特性,利用近频模态阻尼比差异较大时信号衰减到0附近的时间差异及衰减率不变性,提出了改进的EMD法(IEMD法)。将IITD法应用于盘的近频模态参数检测中,验证了该方法良好的工程应用性。  (3)建立了盘-轴-支承系统的近频振动模型,分析了其近频特性。基于近频信号的累积算法,提出了检测碰摩严重程度的近频能量统计方法。基于轴心轨迹极径和极角的关系得到碰摩起止相位,提出了检测碰摩位置的近频极角统计方法。在临界转速可测、碰摩力学建模有效、碰摩位置已识别的前提下,提出了检测碰摩力的近频极径统计方法。结合小波包去噪和近频去噪方法的优点,提出了检测碰摩路径的小波包-近频方法。利用上述方法对航空发动机低压转子的碰摩严重程度、碰摩位置和碰摩路径进行检测,得到了有效的结果。  (4)建立了盘-轴-支承-基础系统的近频振动模型,分析了其近频特性。对基于传声器阵列进行系统初始振源定位的声测方法,采用主分量分析(PCA)和独立分量分析(ICA)的BSS方法,对近频混叠振源进行分离,解混出近频振源;提出了改进的Hilbert变换法(IHT法),对近频振源的优先级排序;基于相干技术融合,估计近频振源对系统输出的贡献度;提出了已知独立性、未知独立性、未知完备性三种先验条件下近频振源定位的相干法、因果排序-偏相干法、因果排序-重相干法。将因果排序-重相干法应用于故障盘-轴-支承-基础转子振源的传递性分析,得到了转子盘的振源来源。
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