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文檔簡介
1、隨著國民經濟和社會發(fā)展,旋轉機械朝大型化、高速、重載、大功率方向發(fā)展,其軸系結構越來越復雜,從而導致網(wǎng)機耦合,誘發(fā)軸系扭振,并造成扭轉疲勞,嚴重時甚至導致部件的瞬時破壞,故旋轉機械扭轉振動問題日趨嚴重,已成為引起旋轉機械故障的重要原因之一。扭振檢測對于旋轉機械運行狀態(tài)評估具有重要意義,而現(xiàn)有的扭振測量技術在傳感器安裝的方便性,信號的傳輸與處理,抗干擾等方面還存在問題。因此,深入研究旋轉機械扭振測量方法、改善監(jiān)測裝置性能、開發(fā)和完善扭振測
2、試系統(tǒng),已成為旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷領域的迫切任務。
論文旨在將體積小、重量輕、抗電磁干擾強及一線多點、無源多場的光纖光柵(Fiber BraggGrating,F(xiàn)BG)這一新型傳感技術引入旋轉機械扭振檢測,突破現(xiàn)有扭振傳感方法的局限,為光纖光柵扭振傳感器實用化提供理論依據(jù),開辟旋轉機械扭振檢測新途徑。為此,重點研究基于光纖光柵的旋轉機械扭振傳感原理和實驗方法,通過探究分析旋轉機械扭振的動力學特性,建立光纖光柵扭振應變傳遞
3、模型,設計光纖光柵扭振傳感體結構,獲取光纖光柵扭振傳感信號,探討基于希爾伯特-黃變換的旋轉機械扭振特征提取方法,開展光纖光柵扭振傳感器的測試分析和實驗驗證,提出基于光纖光柵的扭振傳感器設計理論和方法。論文的主要工作如下:
1、在剖析旋轉機械扭振現(xiàn)象的基礎上,建立了旋轉機械扭振動力學模型,并對光纖光柵扭振傳感體結構形式、動態(tài)應變檢測性能、光纖光柵參數(shù)選擇、信號解調方法進行了深入研究,提出了一種基于光纖光柵的旋轉機械扭振測量方法,
4、解決傳統(tǒng)電測方法線路復雜、信號傳輸困難以及抗電磁干擾能力差的難題;探討了旋轉機械光纖光柵扭振應變傳遞特性,建立了旋轉機械光纖光柵扭振應變傳遞模型,得到了扭矩/角位移到光纖光柵波長變化量的函數(shù)關系式,為光纖光柵扭振傳感體結構設計與實驗研究提供理論支撐。
2、通過分析旋轉機械扭振檢測的要求,提出了兩類光纖光柵傳感體結構(接觸式和非接觸式)設計方案。研究了以轉軸為彈性元件的傳感體結構及其傳遞模型,討論了彈性元件參數(shù)和光纖光柵粘貼方式
5、,靜態(tài)標定實驗結果表明光纖光柵應變和輸入扭矩呈線性關系,線性度達到99.8%,扭矩檢測靈敏度為3.78με/Nm;采用有限元理論分析了以慣性環(huán)為彈性元件的傳感體結構參數(shù)對其動態(tài)特性的影響。針對非接觸式扭振傳感器,提出了一種基于磁耦合探頭的光纖光柵非接觸扭振檢測方案,優(yōu)化了非接觸傳感探頭的結構和參數(shù),實驗結果表明在量程為1mm時檢測靈敏度為1.14μm/pm,線性度誤差只為0.9%,通過動態(tài)特性分析及性能測試可知,該傳感探頭能夠滿足非接觸
6、扭振檢測的要求;這不僅為試驗測試提供了選擇依據(jù),而且豐富和發(fā)展了現(xiàn)代測試理論和旋轉機械在線監(jiān)控技術。
3、根據(jù)旋轉機械光纖光柵扭振測試特點,提出了旋轉機械光纖光柵扭振檢測集成系統(tǒng)設計方案。設計了旋轉機械扭振檢測試驗平臺,完成了被測轉子結構設計,選擇了加載方式并設計了加載裝置,確定了被測對象上傳感器的布置和粘貼,解決了光纖布線以及信號的旋轉傳輸問題。開發(fā)了集成測試系統(tǒng)軟件平臺,實現(xiàn)了光纖光柵以及電測數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲存以及分析
7、和處理,并對測試對象進行了以動態(tài)方式將實驗測試及相應測點的結果三維可視化。
4、通過旋轉機械扭振激勵源分析,確定了扭振測試實驗方案,開展了光纖光柵扭振檢測方法實驗測試,完成了兩種接觸式彈性結構體在正弦和階躍激勵下的扭振響應測試。針對測試過程中出現(xiàn)的彎振耦合現(xiàn)象進行了彎振信號解耦;通過對信號進行希爾伯特-黃變換的包絡譜分析和小波變換時頻譜分析,提取扭振激勵信號特征量;通過對運行全過程數(shù)據(jù)時頻分析,有效獲取了扭振發(fā)生時間及激勵源特
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