摘要：针对航空发动机转子振动精准抑制对装配工艺的需求,提出了一种虑及多转速多级盘结构转子虚拟装配平衡优化方法。以多级盘转子试验台为对象建立了转子动力学模型,在各级盘残余不平衡量及转子原始振动已知的情况下,通过仿真模型进行虚拟装配。以转子各测点的残余振动以及转子整体不平衡力和不平衡力矩为优化目标,采用多重优化算法寻找各级轮盘装配角度的优化方案。最后在3盘转子系统试验台上进行了试验验证,结果表明,使用该方法可使转子在宽转速范围内振动均有所下降,其中最大下降幅度为85.75%。本文结果可为航空发动机多级盘结构转子装配提供方法和技术支撑。

摘要：针对旋转机械转子系统在实际运转中不停机的情况下振动值超标的问题,提出了一种机电式自动平衡综合测控系统,可对转子系统的振动进行主动精稳靶向抑制。首先,自主设计自动平衡执行器并开发了机电式自动平衡执行器无错调驱动控制算法,该算法通过可编程逻辑控制器(programmable logic controller,简称PLC)编程实现;其次,通过安装于转子轴端的自动平衡执行机构,结合上位机程序测控系统,能够在设备运行过程中实时监测转子不平衡振动并进行主动自动平衡,具备更大的配重占比和更优的电磁兼容性,可实现配重的无级调节;最后,对算法进行了仿真及现场不同转速下的自动平衡测试验证。结果表明,机电式自动平衡执行器降振仿真能达到很好的平衡效果,现场试验不同转速下均具备90%以上的降振能力,具有重要的应用价值。

摘要：自动平衡系统中配重块定位的准确性直接影响动平衡效果,如果定位不准确将导致配重块移动混乱,甚至造成平衡失败。以电磁式双配重平衡系统为研究对象,提出一种基于可编程逻辑控制器(PLC)高速采集的自动平衡配重块位置精稳测算方法,并在螺旋桨自动平衡试验台进行试验验证,实现了自动配平补偿矢量的精稳测算,结果表明在1 200 r/min的工作转速下误差不超过1步。该方法脱离了对计算机和高速数采设备的依赖,提高了控制系统的稳定性和灵活性,有利于实现自动平衡系统的轻量化设计,具有良好的工业应用价值。

摘要：燃气轮机已在我国舰船、航空、石油化工等领域广泛应用,但其目前在使用过程中故障频发,而不平衡振动是其主要原因之一。多转子燃气轮机各转子振动相互耦合,在不平衡振动总值超标的情况下,首要问题是判断最优平衡转子,以最简单的处理办法来解决燃气轮机不平衡振动问题。首先,针对燃气轮机转子不平衡故障进行机理分析,研究在多转子燃气轮机中不平衡振动的响应规律、激励与响应关系;然后,进一步提出基于不平衡因子的燃气轮机不平衡部位识别方法,以指导燃气轮机多转子系统的动平衡;最后,针对某型燃气轮机试车过程中出现的不平衡振动问题进行分析,以验证提出方法的有效性。

摘要：高原、沙漠和沿海等服役环境中不同粒径的砂粒不可避免地对涡轴发动机压气机叶片造成冲蚀磨损,破坏叶片叶型和动力学特性,严重危及涡轴发动机使用寿命和直升机飞行安全。基于Finnie冲蚀磨损理论推导了颗粒对金属表面的磨损率表达式,分析颗粒粒径对材料冲蚀磨损率的影响,以某型涡轴发动机压气机动叶和静叶为研究对象,设计搭建砂粒冲击速度测试装置和钛合金冲蚀磨损实验装置,通过典型砂粒粒径下冲蚀磨损实验获取磨损率表达式中与靶材材料和冲击速度相关的关键参数,结合气固两相流动力学分析开展砂粒粒径对压气机动叶和静叶冲蚀磨损的影响研究。结果表明:砂粒粒径与冲击速度存在内在关联,材料冲蚀磨损率与砂粒冲击速度呈幂函数关系。实验条件下,砂粒粒径由177μm增至423μm时,其冲击速度平均降低约17%。压气机动叶和静叶的磨损集中区域不随砂粒粒径的改变而变化,但磨损程度差异明显,其中177μm砂粒对动叶和静叶造成的最大冲蚀磨损率浓度值相比423μm砂粒分别增加91%和131%。研究结果为涡轴发动机压气机叶片抗磨损设计提供了理论参考。

摘要：航天飞行器用高温密封的工作环境苛刻,为保障飞行安全需进行密封件性能测试,然而现有的测试设备和方法无法达到理想的高温高压且可变的模拟工作环境。以W形金属密封圈气密性测试为例,设计密封件试验器并搭建高温热密封试验平台;对试验器模型进行瞬态热分析,得到试验器温度场分布和结构总变形;完成W形金属密封圈从室温至740℃的多种温度、0~1.2 MPa内外压差工况下的连续、自动化的泄漏率测试。结果表明:试件在试验器内受热均匀,可达到要求的最高温度740℃,试验器可承受1.1 MPa内压,在高温工况下无塑性变形;提出的测试技术可有效判定不同W形金属密封圈的密封性能优劣,可实现W形密封件在多种压差、温度工况的气密性测试。

摘要：针对管道、发电等行业使用的燃气轮机转子叶片断裂故障问题,开展了叶片断裂故障诊断方法研究。首先,基于燃气轮机叶片尾流激振力产生机理和转子叶片断裂进一步引发的突发不平衡振动机理,提出了基于转子叶片通过频率(BPF)成分振动幅值、转子工频振动幅值及同截面不同方向的转子工频振动相对相位的燃气轮机叶片断裂故障敏感特征集。然后,以各级BPF振动幅值为输入参数,基于单分类支持向量机(OCSVM)建立了叶片故障识别模型;进一步地,将该识别模型与叶片断裂引发的突发不平衡故障诊断规则结合,构建了一种燃气轮机叶片断裂故障诊断方法。最后,利用某型燃气轮机叶片断裂故障案例数据,验证了提出的特征参数和叶片断裂故障诊断方法的有效性。

摘要：人工自愈是在故障机理和风险分析的基础上,通过仿生设计赋予机器自发作用的维持健康状态的能力,从而使机器储存、补充和调动自愈力以维持机体的健康状态。透平压缩机、发电机组和航空发动机等动力机械是工业和国防的心脏设备,一旦发生故障将导致事故和巨大损失,在运行中通过自监测、自诊断和主动控制来抑制故障的发生以实现自愈化,是机器向高级智能阶段发展研究中的一个重要方向。本文总结了北京化工大学诊断与自愈工程(DSE)研究中心在人工自愈与动力机械振动故障靶向抑制方面的主要研究工作及成果,并以转子轴系不平衡和压缩机转子失稳振动为例,证明了靶向抑制方法的有效性。以上成果可为自主开发具有自愈功能的智能动力机械提供科学依据。

摘要：外物撞击是造成航空发动机风扇叶片变形、损伤甚至断裂的主要因素。针对外物撞击持续时间短、瞬间载荷大、损伤影响因素多,难以进行定量损伤评价的问题,提出基于叶片损伤参数α的叶片损伤定量评价方法。以发动机风扇叶片受冰撞为例,采用非接触叶尖计时测量方法,对叶片撞击产生的叶尖位移进行监测分析,验证了该方法的可行性。采用瞬态动力学分析方法对叶片经受撞击过程进行全流程仿真模拟,并采用正交试验法定量研究了外物撞击过程中的撞击速度、叶片转速、撞击位置3种因素对叶片损伤参数α的影响,拟合回归方程并绘制了这3种因素的3D响应曲面图,得到各因素的影响权重。结果表明:冰块速度与撞击位置同时下降时,叶片损伤弱化效果显著。该方法可为大型风扇叶片抗外物打击性能设计和在役健康监测提供理论支撑。

摘要：针对目前核电应急柴油发电机组现有监测信息难以有效定位故障源的现状,提出一种基于键相、瞬时转速和振动等多参数融合的在线监测分析技术。对数据进行高速连续采集和处理,将时域信号转换至角域以消除转速波动的影响。基于柴油机故障特性和信息融合理论,提取各工作循环相关测点的多特征参数,确定各故障类型与相关特征的映射关系,依次融合相关参数对故障进行分析定位。结合该技术对启动超时故障进行分析,验证了该技术的有效性。