转静件碰摩故障定位声发射波束形成方法.pdf

《转静件碰摩故障定位声发射波束形成方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2015年12月第41卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2015V01．41No．12http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0828转静件碰摩故障定位声发射波束形成方法何田+，叶午，于海生，刘文洋，刘献栋(北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100191)摘要：目前制约碰摩定量诊断的难题之一就是振动法无法对其进行有效定位．针对该问题

2、，提出了一种适用于旋转机械的转静件碰摩故障定位的声发射(AE)波束形成方法．首先，根据旋转机械转静件碰摩力学模型和转子实验台参数建立了碰摩声发射的有限元仿真模型，进行了碰摩声发射仿真，分析了仿真信号特征和声发射波传播特性．然后，基于声发射仿真信号和声发射碰摩传播特性研究了几种典型的波束形成阵列形式(直线阵列、十字阵列和圆形阵列)的碰摩定位性能，确定直线阵列最适合用于碰摩定位；针对直线阵列的缺点，提出了传感器阵列布置的优化方案和定位流程．最后，通过实验对提出的碰摩故障定位方法进行验证．研究结果表明，通过选择正确的传感器阵列布置方式、合理的传感器阵列形式，声发射波

3、束形成法可以实现对碰摩故障的准确定位．关键词：碰摩；定位；声发射(AE)；波束形成；有限元中图分类号：THl7；V23l文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)12-2191—07旋转机械转静件碰摩故障是航空、电力、机械等诸多领域中经常发生的故障之～．对于航空发动机或汽轮机等大型机械，一旦发生转子与静子的碰摩，轻的会影响机械的正常运行及使用寿命，严重的往往还会造成灾难性的后果¨⋯．为正确诊断碰摩原因和类型，更好地进行设备维护维修，需要能够准确定位碰摩发生位置．目前对转静子碰摩故障的监测主要是利用振动监测技术，对碰摩存在的检测取得了较大进步¨⋯，但

4、很难实现对碰摩故障的定位诊断"-．旋转机械的转子和静子在碰摩过程中会发生碰摩表面的弹性变形、塑性变形、摩擦等物理现象，而产生丰富的声发射信号¨1．通过对声发射信号的采集、分析、处理可实现对碰摩故障监测和定位，因此声发射技术在旋转机械碰摩故障诊断领域有广阔的发展空间．褚福磊等¨1基于声发射波形分析技术研究了碰摩故障的特征提取，并发展了基于小波分解的声发射碰摩定位方法．Hall和Mba¨‘81利用声发射的Kolmogorov—Smirnov(KS)统计提取汽轮机轴的摩擦特征，并基于时差定位法进行碰摩的定位．何田等p’1叫提出基于近场波束形成法的声发射源定位方法，能

5、有效地定位旋转机械碰摩声发射源．这些研究成果表明声发射技术不仅可以检测转静子碰摩故障的发生，还可通过定位分析找到声发射源，在碰摩诊断方面展现出良好的应用前景．特别是波束形成法可以不需要确定时差，抗干扰性强，在声发射定位方面得到了验证¨0’12]，特别适合碰摩定位¨0

6、．但波束形成法在声发射定位领域还是一种新方法，对其定位性能的研究还不够深入，如碰摩声发射信号在机匣结构中的传播特性、不同的阵列形式等对定位结果影响不明．收稿日期：2014．12-30；录用日期：2015-02-25；网络出版时间：2015-07—1416：03网络出版地址：WWW．cnki．net

7、／kcms／detail／11．2625．V．20150714．1603．003．html基金项目：国家自然科学基金(51105018)；中央高校基本科研业务费专项资金(YwF一14·JTXY一16)。通讯作者：何田(1979一)。男，四JI『广安人，副教授，hetian@buaa．edu．en，主要研究方向为机械系统故障诊断及结构损伤检测．引用格式：何田，叶午，于海生，等．转静件碰摩故障定位声发射波束形成方法rJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(12)：2j9I-2197．HeT，Yew，yuHS，etal，Acousticemissionbeamf

8、ormingmethodforlocalizingrotor-statorrubbingfault[JJ．JoumalofBeiiingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2015．4t(t2)：219t一2t97(inChinese)．2192北京航空航天大学学报针对以上问题，本文基于有限元法，提出了一种碰摩声发射的仿真方法，研究了不同阵列的波束形成定位性能，并在此基础上建立一种新的阵列用于碰摩定位．首先，利用有限元分析软件ABAQUS，根据碰摩的力学模型建立了碰摩有限元仿真模型；其次，基于有限元仿真获得了不同阵列参

9、数下的声发射仿真信号，并研究了碰摩声发