在国民经济现代化建设中,风机应用广、数量多,占有重要地位。风机在流量减小时常发生失速、喘振等非稳定现象,气流的脉动加剧,风机的性能恶化,引起机器的强烈振动,并伴有强烈的噪声,影响安全运行。因此风机小流量非稳定工况特性研究对于风机安全运行至关重要。目前,对风机非稳定工况的研究很多,所研究的内容和重点也各不相同。但对近壳壁旋绕倒流非稳定工况的研究很少,对风机非稳定工况下流动参数的脉动、机器的振动和噪声等表征参数也缺乏综合分析,本文以工业通用6XF型单级轴流风机为研究对象,组建了轴流风机实验台,对风机的气动、噪声、振动等参数进行了非稳定工况的静态测试和动态测试。以时频分析方法作为故障信号的分析与处理手段,着重对轴流风机的失速工况和近壳壁旋绕倒流两种非稳定工况作了进一步的实验研究。 对试验结果综合分析发现,随着流量的减小,首先出现其特征与旋转失速不同的失速工况,继而出现其特征与喘振不同的近壳壁旋绕倒流的工况,这两种非稳定工况都因气流的脉动加剧引起机器的强烈振动,并伴有强烈的噪声。借助多种信号分析手段对失速和近壳壁旋转倒流工况的频率、幅值特性及动态过程进行了时频分析和特征提取;揭示了该风机非稳定工况的特征及形成和发展规律,为风机的小流量非稳定工况特性的理论研究和监测诊断提供参考依据。 本文简要地讨论了旋转机械故障诊断领域常用的信号处理技术,阐述了小波技术的原理与应用方法。针对实验获得的数据,采用频谱分析、小波包分析等多种手段,对实验风机的非稳定特性分析及诊断进行了研究。结果表明,以小波包分解技术为主的多信号处理技术,对分析非稳定信号及旋转机械工作状态的监测与诊断,具有明显的优势和应用前景。 由于旋转类机械的相通性,本文采用的研究方法,不仅可以为分析、预报风机故障提供切实可行的方法,亦可应用于压缩机等其它旋转机械的监测与诊断。对提高旋转机械设备的监测分析功能和故障诊断的准确率、对诊断理论的丰富和发展,都有着重要的理论意义和应用价值。