[发明专利]旋转机械轴系疲劳强度检测方法

说明书

本发明公开了一种旋转机械轴系疲劳强度检测方法，包括以下步骤：S1：建立目标轴系的集中质量扭振模型，得到目标轴系在动态力矩T作用下的运动方程；S2：建立模态矩阵φ并计算得出正则化因子α，进而求得正则模态矩阵φsubgt;n/subgt;；S3：将运动方程转变为正则模态方程；S4：求出目标轴系的所有轴段的响应及扭矩分布；S5：进行目标轴系疲劳强度的检测。本发明仅需布置一个测点，便可计算得出整个轴系的扭矩分布，使现场测试过程更加简单高效，提高测试的效率。本发明中测点位置可选择在轴系的任意轴段，在具体的工程实践中具有很强的应用能力，有利于适应工程现场复杂的情况。

技术领域

本发明涉及旋转机械轴系，特别是涉及一种旋转机械轴系疲劳强度检测方法。

背景技术

在火力发电厂中，风机和水泵等是主要的耗电设备，蕴藏着巨大的节能潜力。近年来，电网的快速发展以及节能环保工作的不断推进，对电厂运行的安全性和发电成本提出了越来越高的要求，电厂必须调节辅机运行模式以适应电力生产的需求。因此，许多发电厂采用了变频技术对风机、泵等设备进行技术改造，并取得了很好的效果。

很多设备实施变频改造后，频繁出现叶片多处裂纹、轴系扭断、联轴器损坏等故障。该类故障均是由轴系的扭转振动所导致，且具有很强的潜伏性和隐蔽性，具有以下2个典型特点：(1)故障初期很难发现；(2)故障一旦进入中晚期，往往会导致大轴和叶片断裂等恶性事故的发生，故障危害和所造成的损失较大。

变频改造设备的扭转振动故障可以从电气和机械两个方面进行抑制，电气方面包括设置谐波滤波器、改变载波频率等，机械方面可以进行联轴器的更换。但是不管采用何种方式进行轴系扭振的抑制，均需要在改造前后对于设备轴系的疲劳强度进行分析，从而保证变频设备的安全稳定运行。进行轴系疲劳强度分析需要获知各轴段的应力分布，通常采用的措施为在各个轴段布置测点，通过布置多传感器的方式直接测量得出轴系的应力分布。但是在具体测试中，辅机等设备的工作环境一般较为复杂，各类设备布置紧凑，经常不具备在各个理想测点都布置传感器的条件。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种旋转机械轴系疲劳强度检测方法，仅需布置一个传感器节点，便可用本发明方法计算得出各轴段的应力分布，相当于在各轴段均布置了虚拟传感器，从而进行整个轴系疲劳强度的检测。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的旋转机械轴系疲劳强度检测方法，包括以下步骤：

S1：建立目标轴系的集中质量扭振模型，得到目标轴系在动态力矩T作用下的运动方程；

S2：建立模态矩阵φ并计算得出正则化因子α，进而求得正则模态矩阵φ_n；

S3：将运动方程转变为正则模态方程；

S4：求出目标轴系的所有轴段的响应及扭矩分布；

S5：进行目标轴系疲劳强度的检测。

进一步，所述步骤S1中的运动方程为：

式(1)中，K为目标轴系扭转刚度矩阵，J为转动惯量矩阵，为角加速度矩阵，θ为角位移矩阵。

进一步，所述步骤S2中，模态矩阵φ根据式(2)得到：

式(2)中，为第j阶振型下第i个轴段的振幅，1≤i≤n，1≤j≤n，n为目标轴系中轴段的总数；

正则化因子α根据式(3)得到：

式(3)中，J为转动惯量矩阵；

正则模态矩阵φ_n根据式(4)得到：