[发明专利]一种转子系统轴承支座松动故障在线定量识别分析方法

说明书

本发明提供一种转子系统支座松动故障在线定量识别分析方法，包括：1)建立带有螺旋螺纹的螺栓模型；2)获得螺栓联接结合面间载荷分布随松动量的变化规律；3)获取螺栓联接结合面的法向接触刚度、阻尼随螺栓松动量的变化规律；4)获得松动处的等效刚度、阻尼随着松动程度的变化规律；5)建立以松动的轴承支座为对象的动力学模型，获得轴承支座松动量与轴承支座所受油膜力之间的关系；6)得到润滑膜厚度分布与松动量的关系；7)在线实时监测滑动轴承内部润滑膜厚度分布的变化规律；8)在线定量识别分析出支座松动故障信号。本发明的方法针对轴承支座松动故障提出路径较短、影响因素较少的动力学模型建立方法和故障载体信号。

【技术领域】

本发明涉及转子系统的故障机理分析及诊断技术领域，具体涉及一种光纤动态监测支承轴承润滑膜厚度的转子系统轴承支座松动故障在线定量识别分析方法。

【背景技术】

以滑动轴承为支承的旋转机械(汽轮发电组、燃气轮机、核电机组、火箭发动机、风机)作为关键设备广泛应用于能源、国防、电力、交通、石化等领域，并在这些领域发挥了举足轻重的作用。由于多种因素的影响，旋转机械难免会出现一些故障现象，使设备性能降低或直接丧失功能，而旋转机组出现故障将产生连锁反应，导致整个设备机组无法正常工作，造成巨大的经济损失，若设备在运行过程中发生故障，甚至会引发灾难性的人员伤亡事故。因此，研究旋转机械设备的故障发生机理和识别诊断技术，保证这些设备的安全高效运行，避免巨额经济损失和灾难性的事故发生，是当前科技和工业发展的重要研究问题。

旋转机械能否正常运行主要取决于转子系统的振动稳定性、支承元件——轴承及其润滑膜的工作状况等。支承松动故障是旋转机械在安装调试、大修维护以及工作运行中常出现而且危害很大的一种故障。其中，轴承座与基础之间的松动在旋转机械中比较常见，安装质量不高及长期的振动都会引起轴承支座的松动。轴承支座的松动会降低系统的抗振能力，使转子原有的不平衡、不对中所引起的振动更加剧烈，严重时，甚至会引起动静件碰撞、摩擦，还可能使原有的裂纹等故障加剧。轴承支座松动故障的主要危害在于其会引发和加剧其他类型的旋转机械故障，进而导致多种故障耦合影响旋转机械的性能。为了保证旋转机械系统的安全运行，预防多种耦合故障的出现，尽早而准确的发现轴承支座松动故障至关重要。

目前，对松动故障的模拟，多采用分段线性刚度和阻尼模型，建立带有轴承支座松动故障的转子系统的动力学模型，主要集中于研究故障引起的转子的非线性动力学特性。主要使用谐波平衡法、小参数法、多尺度法、数值分析法等分析转子系统在故障条件下的系统动态响应。然而，发生支座松动时，转子的动力学行为表现为高度的非线性，振动信号的频谱特征会出现很多谐波，常规的频谱技术并不能准确的提取其特征，所提取的特征与不平衡、不对中、转子裂纹等特征比较相似。此外，通过转子振动信息识别松动故障时，由于中间间隔了润滑膜而直接获取振动信息，故障信息传递路径过长，不便于故障信息的识别。因此，找到一种新的路径较短、影响因素较少的转子系统支座松动在线定量识别分析方法对于监测诊断旋转机械轴承支座松动故障具有重要的意义。

【发明内容】

针对现有轴承支座松动故障的模拟方式和故障载体信号存在缺陷和不足，本发明的目的是提供一种新的针对轴承支座松动故障的路径较短、影响因素较少的动力学模型建立方法和故障载体信号。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种转子系统支座松动故障在线定量识别分析方法，包括以下步骤：

1)利用有限元方法建立带有螺旋螺纹的螺栓模型以及带有螺旋内螺纹孔的转子系统基础模型，并将轴承支座用质量块代替，用螺栓将轴承支座与转子系统基础模型联接；

2)对1)中建立的带有螺旋螺纹的螺栓联接有限元模型进行松动分析，获得螺栓松动量与螺栓张紧力之间的变化规律，进一步得到螺栓联接结合面在不同螺栓张紧力之下的压力分布规律，即可获得螺栓联接结合面间载荷分布随螺栓松动量的变化规律；