基于阶比分析技术的燃气发生器转子支承松动故障诊断方法

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1、第39卷第5期2013年10月航空发动机AeroengineV01．39No．50et．2013基于阶比分析技术的燃气发生器转子支承松动故障诊断方法王兆丰，蒋学军，刘忠华(中航：l：业西安航空发动机(集团)有限公司，西安710021)王兆丰(1963)，自然科学研究员，国家燃机标准化委员会委员，从事燃气涡轮发动机总体设计、制造、故障分析工作。收稿日期：2013—02—03摘要：振动特征分析是燃气发生器健康监测与故障诊断的重要手段，其中非平稳信号阶比分析技术是机械振动特征分析的重要方法。针对某型双转子燃气发生器变速工况下发生的转子支承松动故障，在分析该故障振动机理的基

2、础上，介绍了阶比分析技术与发生器整机振动测试系统，通过实例分析进行了故障诊断，找到了故障发生的原因，验证了方法的有效性和可靠性。关键词：燃气发生器；转子；支承松动；阶比分析；故障诊断FaultDiagnosisOfRotorPedestaILoosenessforGasGeneratorBasedonOrderAnalysisTechniqueWANGZhao—feng，JIANGXue-3un，LIUZhong—hua(AVICXi’anAero—engine(Group)Ltd，Xi’an710021)Abstract：Thesignatureanalysiso

3、fvibrationsofdualrotorgasgeneratorsisanimportantmothodforhealthmonitoringandfaultdiagnosis．Theorderanalysistechniqueofnon—stationarysignalsisanimportantmethodforthesignatureanalysisofvibrations．Aimingatthepedestalloosenessofadual—rotorgasgeneratorrunninginavaryingspeedcondition，thevibr

4、ationmechanismofthepedestalloosenessoftherotorwasanalyzed．Theorderanalysistechniqueandthemeasurementsystemofthegeneratorwereintroducedbasedonfaultvibrationmechanism．Thefaultdiagnosiswasperformedbyexampleanalysisandthereasonswerefound．Theeffectivenessandreliabilityofthemethodwereverifie

5、d．Keywords：gasgenerator；rotor；pedestallooseness；orderanalysis；faultdiagnosis0引言转子支承系统松动是旋转机械中较常见且危害较大的故障。松动故障会降低系统的机械性能，使原有不平衡、不对中所引起的振动更加剧烈，严重时可能引起转动件与静止件碰摩，甚至导致灾难性事故发生。因此，正确识别松动故障，保证发动机运行安全，避免损坏，具有重要的工程意义。支承系统结合面间隙过大，拧紧力不足，在外力或温升作用下产生间隙，固定螺栓强度不够等是部件松动的常见原因。某型燃气发生器转子支承松动是极其常见故障，也是最容易被

6、装配忽视和最难排除的振动故障之一。发动机在运行状态下，其转速受工况影响，往往是波动的，特别是在升降速阶段尤为明显。在这些状态下对应的振动信号属于非平稳信号，不满足傅里叶变换对信号的平稳性要求，常规频谱分析法无法准确有效地提取故障特征。阶比分析技术是旋转机械振动信号分析和故障诊断的重要技术之一，是将时域的非平稳信号通过恒定角增量采样转化为角域的稳定信号，因此能更好的反映与转速相关的振动。阶比分析的关键是实现振动信号的等角度采样，即阶比采样，从而得到角域采样信号。阶比采样的采样触发间隔为旋转机械每转过一定角度的时间间隔。本文介绍了1种基于测速发电机的转速估计阶比分析方法

7、，实现了转子系统支承松动的故障诊断。1支承松动的故障机理机组的振动大小是由激振力和机械阻尼共同决定的。转子支承部件一旦松动，会使连接刚度和机械阻尼减小，这是松动故障导致异常振动的原因。旦)_航空发动机第39卷典型的转子支承系统如图1所示。设其右端轴承配合松动，间隙量为△。若不考虑转轴质量，可将间隙△折算到圆盘处记为C0，转子的运动方程为mx+kx=F(z)+Q。(1)式中：戈为圆盘质心位移；矗为转子支承刚度；m为圆盘质量；F(戈)为转子弹性恢复力；Q，为作用于圆盘的外力。耵二一L--老一一旦一一“～、、～膝≥硒～二图1具有机械松动系统的转子支承系统转子弹性恢复力