往复压缩机十字头滑变侧向力传递故障信息机理及诱发机体振动机制

Failures of linkage,crosshead and piston rod for moving parts of reciprocating compressor are not only unperceivable but also very harmful.So far,there is no efficient solution revealing the failures based on vibration signal of shell due to the lack of transferring mechanism of fault information.The project takes slip change lateral force of crosshead as a bridge，because typical fault information of moving mechanism for reciprocating compressor can be tranferred through the bese bridge.Therefore,the project mainly focuses on two aspects:(1) Typical fault information existing in crosshead slip change lateral force will be revealed and tranferring ways of various fault information will be clarified based on dynamic behavior analysis of moving mechanism typical fault state;(2) Inherent mechanism causing reciprocating compressor shell vibration under the condition of double change in both size and position of crosshead slip change lateral force will be clarified through studying change law of crosshead slip change lateral force for every type fault.Moreover,fault information of moving mechanism will be discovered by vibration signal of shell.On the basis of theoretical research above,simulation and experiment will be carried out for examining validity of achievement.Finally,representation theory of fault feature for moving mechanism of reciprocating compressor will be formed in order to provide theory evidence for the fault feature extraction and diagnosis of reciprocating compressor moving mechanism.

往复压缩机运动机构中的连杆、十字头及活塞杆故障是隐形且危害大的故障类型，由于对其故障信息传递途径及传递机理缺乏研究，至今也未找到从机体振动信号中揭示运动机构典型故障类型的有效方法。本项目以往复压缩机十字头滑变侧向力这一运动机构典型故障信息向机体传递的最佳桥梁为突破口，从两个方面开展研究：（1）通过对运动机构典型故障状态的动力学行为分析，揭示十字头滑变侧向力蕴含运动机构典型故障信息的机理，阐明各种故障信息向机体传递的方式；（2）通过携带故障信息的十字头滑变侧向力变化规律研究，搞清在十字头滑变侧向力大小及位置双重变化因素激励下，机体振动响应的隐形机制，挖掘振动信息中如何反映运动机构故障信息的深层次机理。在理论研究基础上，通过仿真与实验对研究成果进行检验，最后形成适于往复压缩机运动机构自身故障特点的振动表征理论与方法，为往复压缩机运动机构故障特征提取及故障诊断方法研究提供理论依据。

往复压缩机传动机构中的连杆、十字头、活塞杆及活塞故障是隐形且危害大的故障类型。由于传动机构隐藏于机体内部，故障信息以何种机理传递至机体尚不清晰，至今也未找到有效方法来揭示机体响应信号所隐含的振动机制。为此，本项目以十字头滑变侧向碰磨力作为故障信息向机体传递振动的最佳途径，开展了如下研究内容，并取得多项重要研究结果：. 为了搞清往复压缩机传动机构间隙故障机理，开展了两类耦合间隙、半弓式、跷跷板式和S式的间隙碰磨动力学研究。建立了各种碰磨故障的非线性动力学模型，模型中分别计及了两类不同间隙耦合、十字头侧沉、活塞杆不同连接形态以及碰磨的多种接触性态。研究成果揭示了传动机构间隙故障的力学机制和不同故障类型对传动机构动力学特性的影响规律。. 以滑变侧向碰磨接触力为切入点，研究了单、双滑动铰关节的在偏心滑动间隙中的碰磨形态，阐明了不同碰磨故障诱发的系统非线性动力学响应机制和系统参数对碰磨形态演变的影响规律。所获得的碰磨形态演变规律和振动响应机制为搞清碰磨故障信息传递至机体振动的途径提供了理论依据。. 通过相轨迹和庞加莱截面法的定性分析和李雅普诺夫指数的定量分析，发现了往复压缩机传动机构间隙碰磨动力学系统的混沌现象，阐明了间隙尺寸、活塞杆刚度、时变载荷以及曲轴转速等因素对混沌行为的敏感度，为合理控制传动机构的稳定性提供了指导思路，也为往复压缩机间隙碰磨故障特征提取提供了诊断方法。. 通过建立杆件裂纹缺陷的动力学模型，揭示了裂纹缺陷对动力学的影响机制；通过建立杆件裂纹缺陷的磁场模型，阐明了磁场扰动和磁感应强度缓变这两种截然不同的磁场变化特征的诱因，可为深入揭示往复压缩机裂纹隐形故障提供可辨识的特征。. 通过对上述传动机构各类故障的动力学特性和裂纹故障检测方法的探索，搞清了不同故障类型对传动机构动力学特性的影响机制，揭示了各类故障诱发机体振动的动力学演变规律，为往复压缩机动力学和故障诊断研究提供理论基础。