透平机械复杂机电系统动力学行为与振动、噪声靶向抑制原理及方法研究

透平压缩机、发电机组和航空发动机等是工业和国防的心脏设备，一旦发生故障导致事故损失巨大。在运行中通过主动控制抑制故障的发生实现自愈化，是机器向高级智能阶段发展的重要研究方向。通过复杂透平机械系统流、热、固、磁、电多场耦合作用下的动力学行为的研究，揭示复杂机电系统振动、噪声成因、故障产生发展规律；通过故障机理和故障力分析，研究自愈力的特性及施加的可行性，建立自愈调控参数、自愈力和机电复杂系统异常响应的关系；借鉴医学靶向治疗的思路，研究基于自愈力的振动噪声靶向抑制原理；建立基于目标函数、控制器和执行器设计的多靶点、多环节调控的抑制方法。通过实验研究多转子轴系失衡、失稳振动机理和抑制方法，复杂工况整体齿轮增速压缩机多平行轴系振动噪声产生原因与通过靶向自愈力避开共振的抑制方法，航空发动机部件损伤的早期探测及基于应急延缓损伤的靶向抑制原理和方法。成果为自主开发具有自愈功能的高端透平机组提供科学依据。

本项目以透平压缩机、发电机组和航空发动机等高端透平机械复杂机电系统为对象，研究在运行中通过主动控制抑制故障的发生实现自愈化的关机技术与方法。主要研究内容和成果如下：（1）研究了透平机械复杂机电系统多场耦合动力学行为，探索系统正常和异常行为都是内外因相互作用结果的规律。归纳总结出9类16种故障的自动诊断方法，并开发透平压缩机组早期预警及智能诊断系统；（2）研究基于自适应控制的实时施加靶向自愈力的方法，开发出气压液体式自动平衡装置，构建了可在转子运行过程中自行消除转子不平衡振动故障的靶向自愈调控系统；（3）研究了转子的失稳探测及判定标准，以及基于电磁给力器的失稳故障的靶向控制。研究出一种高精度、可靠、可工程应用的稳定性识别方法与稳定性测试方法和系统，并实现了转子失稳故障的靶向抑制；（4）开发出多转子轴系失衡引起振动与基于自愈力靶向抑制原理的多靶点、多环节自愈调控方法；（5）提出并研究复杂工况下齿轮驱动多平行轴系弯扭耦合振动机理与振动噪声靶向抑制原理和方法，进行了整体齿轮多平行轴系压缩机临界负荷动力学方程研究；提出整体齿轮平行轴系压缩机耦合系统振动敏感性优化设计方法；（6）提出振动故障靶向抑制原理，探索性研究了透平机械转子-轴承部件损伤的早期探测理论与方法。本项目研究所提出的理论与方法已经在沈阳透平机械有限公司、上海鼓风机有限公司和锦州新锦化机械制造有限公司得到应用已经取得了实效。