透平压缩机主轴断裂的监测与诊断

透平压缩机组在运行过程中其转子主轴断裂故障的破坏性非常大。对于传统监测诊断转子裂纹普遍都是监测转子的径向振动信号,但通过多年研究发现,利用轴向电涡流位移传感器采集的轴位移信号中的交流动态振动信号,对于监测诊断某些大型转动设备转子轴的裂纹开裂过程更有效。基于上述发现,提出安装轴向电涡流传感器实现透平压缩机转子轴裂纹发展过程的监测,多次成功案例也证明了该方法的有效性。     

基于三点法的主轴回转误差二次分离技术

为了提高主轴回转误差的检测精度。在原有的三点法检测对主轴回转误差和圆度误差分离的基础上,引入了振动的位移误差量,提出对主轴的回转误差量进行二次误差分离的思想,建立了基于三点法的主轴回转误差二次误差分离的数学模型。通过采用加速度传感器拾取振动的加速度信号。由此推导出振动位移误差信号。并将此误差信号从回转误差中去除。     

电涡流传感器动态响应特性研究

为了提高磁悬浮轴承高频电主轴控制系统中电涡流传感器的动态响应特性,针对恒频调幅式电涡流位移振动传感器,分析了电涡流传感器的基本结构和工作原理,建立了电涡流传感器检测电路数学模型,分析了电涡流传感器动态响应特性与检测线圈谐振回路品质因数 Ｑ 的关系,提出了对电涡流传感器动态响应特性在不影响灵敏度和线性测量范围的情况下进行线性校正的方法,从而使电涡流传感器幅频响应带宽提高一倍甚至几倍以上,相位角的滞后量也可以大大减小,充分满足了对磁悬浮轴承高速转子进行位移和振动的非接触性监测的需要。     

深孔镗削加工颤振的多传感器监测与时域特征分析研究

深孔零件广泛应用于国家重点行业,对于精密高效加工工艺、专用刀具设计制造、加工误差在线检测与控制提出了极高要求。加工状态监控是在线抑制加工颤振、提升加工过程可靠性的有效途径。采用电涡流位移传感器、振动加速度传感器和声压传感器,提出一套可行的镗孔颤振监测方案并采集相关信号,研究表明：通过时域图和频域谱阵分析稳定加工阶段、过渡阶段和颤振产生阶段的信号直观变化规律;采用EMD信号分解实现信号的预处理,提取每个IMF分量的能量占比,根据能量占比选取前5阶IMF分量代替原有信号,消除无用的低频噪声,实现信号的去噪;综合考虑均方根、绝对平均值、方根幅值、方差、偏度、峭度、峭度指标等时域特征与频域特征,得到了颤振产生与信号特征之间的关系,随着颤振的产生与幅值相关的时域特征呈现上升趋势;功率谱熵、分形维数和L-Z复杂度指标呈现下降趋势。     

基于虚拟仪器技术的低成本振动监测系统

从虚拟仪器概念出发研制基于微型计算机的低成本离心机组转子振动监测系统。对电涡流位移传感器的温度稳定性进行了研究，并在电路设计、元器件选择等方面加以改进。实现8通道振动信号的数字化采集，并进行数据动态显示、在线处理和分析、结果显示和存储及意外故障及时报警与现场数据保存。整套传感器、虚拟仪器系统满足了离心机组转子振动的高精度、自动化及远程测试要求。     

基于圆度误差的磁力轴承动态特性研究

主动磁力轴承系统的位移反馈是基于传感器检测的非接触圆表面,将导致表面圆度误差引入到位移反馈信号中.从圆度误差的机理分析出发,推导了误差与干扰电流的数学关系,仿真分析了圆度误差对磁力轴承动态特性的影响.研究结果表明:圆度误差对高频率的转子影响较大,该影响可通过修正控制参数来减小.这一结论对磁力轴承的加工制造和控制有一定的指导意义.     

基于高频响电涡流传感器的汽轮机带冠叶片振动测量技术（英文）

针对汽轮机带冠叶片的健康监测需求,提出了一种基于高频响电涡流传感器的带冠叶片振动参数测量方法。转子旋转时,电涡流传感器感知叶冠面积变化,通过检测叶片发生振动时叶冠面积变化信号的到达时间,并应用叶尖定时(Blade tip timging, BTT)数据分析方法获取叶片振动参数。设计了一种适用于汽轮机工作环境的电涡流传感器和一种高带宽调幅解调电路,使响应带宽达到250 kHz以上。某型汽轮机末级叶片振动试验结果表明所设计的高频响电涡流传感器和变面积型叶尖定时测振技术在汽轮机带冠叶片的应用是可行的。     

基于电涡流的多周期双极直线位移传感器

传统的基于电涡流的多周期位移传感器由于输出信号的周期重复性,难以解决断电重启后的绝对位置识别问题。 提出 一种基于电涡流的新型双极直线位移传感器。 经过理论与仿真分析,验证了随着滑片的滑动,接收线圈中感应电压的幅值呈现 正余弦变化。 设计了双极敏感结构,通过上极多周期接收线圈保证位移的精确测量。 下极布置单周期接收线圈对上级所处周 期进行识别。 通过感应信号偏移及幅值归一化处理算法提高精度,在实验室搭建传感器样机,以高精度电控平移台进行测试。 经测试,新型多周期双极电涡流直线位移传感器可以实现绝对位置测量,在 0~ 60 mm 量程内测量误差为 30 μm,最大非线性为 0. 08% 。 突破了传统多周期涡流式位移传感器绝对位置无法识别的局限。     

转子磁通量超标对振动的干扰影响研究

针对某炼油项目中蜡油加氢汽轮机在单机试车过程中驱动端轴振动超标、停机检查时发现静态电跳量过大等问题,对该机组单机试运行时的振动频谱图和轴心轨迹图进行了判断分析,并采用大头针吸附方式对该转子进行了磁性检查,确认转子被磁化。然后通过磁感效应理论分析,进一步对电涡流传感器的工作原理、磁通量对电涡流传感器的信号干扰以及电涡流传感器与被测金属体有无磁性的关系等进行了分析研究,并建立了实验模型,模拟实验和结合实际工程应用进行论证。研究结果表明,当汽轮机转子磁通量超过API Std 612低于3高斯的标准要求时,磁通量会对该点的径向振动产生较大的信号干扰影响,采取消磁滚压再消磁的对策措施,可解决这个难题,并对类似问题具有参考意义。     

基于虚拟仪器的转子轴心运动轨迹测试系统

针对旋转机械故障的特征,运用电涡流传感器和虚拟仪器构成轴心运动轨迹测试系统,在转轴同一横截面上安装2个相互垂直的电涡流位移传感器,同时采集2个传感器传入的水平和垂直信号;将2路信号叠加并在XY Graph控件显示出转子轴心运动轨迹图。利用故障的特征信息判断旋转机械转子运行状态和进行故障诊断。     

电涡流传感器检测磁悬浮转子轴向位移的方法

磁悬浮转子的轴向位移常常利用电涡流传感器从转子轴向方向来检测,这一方法具有一定局限性。针对这一情况,在分析了电涡流传感器的工作原理以及输出特性的影响因素后,研究了利用被测导体的台阶表面来检测导体沿传感器径向方向的位移的方法。在该方法中,采用与差动相反的思想,将关于被测导体对称布置的两个传感器的输出进行加和,来消除传感器线圈与导体间距离的变化对检测结果的影响。结合磁悬浮转子的特性,提出了磁悬浮转子轴向位移径向检测的方法,并进行了实验验证,结果表明传感器的输出电压之和与转子轴向位移之间具有良好的线性关系和灵敏度,验证了该方法的正确性和可行性。     

虚拟仪器测量系统中的信号采集与处理

文中对基于虚拟仪器圆度和圆柱度测量系统中的数据采集和信号处理进行研究.利用LabVIEW 8.6作为软件开发平台,以PCI-6010数据采集卡、CWY - DO -502电涡流位移传感器以及配套的前置器作为数据采集与处理系统,实现数据的采集、滤波、数据转换,并采用误差分离技术对数据进行处理.此系统作为圆度和圆柱度测量系统中的一个子系统.实验表明:LabVIEW用于数据采集和信号处理,具有程序设计简单、通用性好、人机界面友好,可操作性强等优点.     

超声波远距离振动信号检测系统的设计

在机械设备状态监测与故障诊断中,振动信号是一个重要的状态参量。本文针对压电式、电涡流传感器等常规的振动测量方法和仪器在特殊环境中的局限性,提出了基于超声波的非接触式检测方法,研究并设计了系统检测装置。该检测装置主要由超声波发生模块、超声波接收模块和基于LabVIEW的数据采集/处理3个部分组成,利用该装置对振动对象进行远距离测量,并同时用传统测量仪器(电涡流位移传感器)作对照实验,得到较理想的检测结果,验证了该超声波振动检测装置的有效性和可行性。     

变频式差胀涡流传感器的研制

为了配合汽轮发电机组状态监测系统中的差胀测试要求,研制了变频式差胀涡流传感器.介绍了变频式涡流传感器的工作原理,根据测出的位移与频率的关系数据,提出了一种线性化数学模型.设计了传感器测量电路,探讨了消除材料敏感性的方法,并对变频式差胀涡流传感器进行了标定和相关性能测试.该传感器的优点是可以提供频率和电压两种信号输出,频率输出可以有效提高信号传输的抗干扰能力,便于数据采集和处理,而电压输出则可以直接得到位移量.现场实验结果表明,变频式差胀涡流传感器分辨率和精度高,抗干扰能力强,性能稳定可靠.     

复杂曲面加工过程中铣刀在线监测方法

在验证了铣削力与刀柄摆动电涡流位移信号之间存在线性关系的基础上,以机床主轴端部x,y方向的加速度信号二次频域积分结果作为刀柄摆动位移信号,提取积分位移信号的基频及其谐波信号作为监测信号,解决了电涡流位移传感器安装不便的问题,同时有效去除了干扰信号的影响。利用时域同步平均(time synchronous averaging,简称TSA)计算监测信号的一阶和二阶累积量,结合时域指标方差、偏斜度、峭度、绝对均值及有效值定量刻画累积量波形,通过设定阈值实现状态预警,较好地解决了复杂曲面加工过程中铣刀状态在线监测与预警的难题。     

轴承载荷对转子系统各支承的耦合振动分析

以多支承转子 轴承 弹性基础系统为研究对象,对多支承转子系统某支承处轴承载荷变化引起不同支承点处轴及轴承的耦合振动响应进行了研究。首先,建立了多支承转子系统支承间的耦合振动模型,并进行了仿真和试验,耦合振动模型考虑了每个支承处的油膜耦合效应,通过轴承载荷敏感度矩阵得到各支承耦合力;然后,利用龙格库塔法对油膜刚度为定刚度和动刚度两种情况下的转子系统进行了数值分析及仿真;最后,在8支承转子试验台上进行试验,采取改变某一支承处的位移来得到轴承载荷的变化,并提取各支承处的振动信号。结果表明,轴承位置在稳态和瞬态两种情况下改变时振动响应明显不同,油膜刚度为动刚度的分析结果更为合理。     

盾构实验台盘形滚刀垂向振动间接测试研究

为解决盘形滚刀垂向振动测试难的问题,笔者设计了滚刀回转切削振动测试系统,提出一种盾构实验台间接测试盘形滚刀垂向振动位移的方法,即用ZA-21电涡流位移传感器来测量滚刀顶部振动量的方法以间接测定滚刀破岩面的振动量。然后在机械振动综合实验平台上用加速度传感器进行实测,采用Matlab中的cor-rcoef函数对采集的时域信号计算相关性,计算结果与实测曲线表明,测量滚刀顶部振动量与直接测量滚刀破岩面振动量有很高的相关性,由此证明测试方案的可行性。     

差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用

针对差动变压器式位移传感器的性能及其在磁悬浮轴承中的应用,理论分析传感器与磁悬浮轴承转子之间加入不同隔层时对传感器输出的影响;对传感器进行静态和动态标定,并将其应用于2自由度和5自由度磁悬浮轴承试验台进行静态和动态悬浮。研究结果表明：该传感器测试范围在–0.5～＋0.5 mm时,线性度可达±1.38%,灵敏度为20.18 mV/μm,截止频率在800 Hz左右;理论分析加入非导磁隔层不影响传感器性能,但实际中涡流、漏磁等多方面原因将影响传感器的静动态性能;在2自由度试验台上实现磁悬浮转子2自由度的静态悬浮,不加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于5 μm,加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于10 μm;在5自由度试验台上实现了磁悬浮转子的高速旋转,转速为30 kr/min,不加隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,加入隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,但波形没有不加隔层时规则。研究结果为差动变压器式位移传感器的设计,并将其应用于磁悬浮轴承系统中提供一定的理论和试验基础。     

电涡流传感器的脉冲激励与双参数检测

采用矩形脉冲作为激励信号,对电涡流传感器在位移检测过程中谐振频率及谐振阻尼的变化情况进行了研究分析.建立了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心芯片的检测系统,用于产生所需要的矩形脉冲激励信号以及对传感器响应信号的欠采样.利用8 mm直径的电涡流线圈,对0～10 mm范围内碳钢目标靶的位移响应特性进行了测量,借助短时傅里叶变换分析了响应信号中频率成分的分布情况,同时获得了谐振频率及谐振阻尼的测量值.验证了通过脉冲激励同时获取电涡流传感器双参数检测的可行性.为研制基于电涡流效应的位移传感器及无损探伤传感器提供了一种新思路.