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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Identificação simultânea de desbalanceamento e empeno de eixo em rotores através de análise de correlações
Title Alternative: Simultaneous identification of unbalance and shaft bow in rotors by means of correlation analysis
Author: Sanches, Fabio Dalmazzo, 1975-
Advisor: Pederiva, Robson, 1957-
Abstract: Resumo: Este trabalho aborda a identificação simultânea do desbalanceamento e empeno de eixo em rotores a partir do modelo matemático tanto do rotor como das falhas estudadas. Esses dois fenômenos são síncronos à rotação do rotor e, por isso, difíceis de serem separados um do outro. A partir do modelo do rotor representado na forma de espaço de estados, é possível aplicar a definição de matrizes de correlações de modo a gerar um algoritmo que correlaciona os parâmetros de falhas com as respostas do sistema, possibilitando que as falhas sejam identificadas tanto em magnitude como em localização. O estimador é baseado na equação matricial de Lyapunov. Como o número de respostas medidas é inferior ao total de graus de liberdade do rotor, um sistema auxiliar (filtro) é necessário para gerar correlações adicionais que possibilitem a identificação das falhas em estudo. Transformações de coordenadas através da matriz de observabilidade são necessárias para descrever o sistema através das poucas respostas medidas do rotor. Como um modelo matemático confiável é essencial para o sucesso da identificação, grandezas desconhecidas tais como: parâmetros de mancal, rigidez angular do acoplamento e amortecimento do sistema foram identificados através de otimização pelo método Evolução Diferencial, comparando-se as FRF's medidas e simuladas. Técnicas de redução de ordem do modelo ajustado do rotor foram empregadas de modo a reduzir o esforço computacional na determinação da matriz de observabilidade, possibilitando o uso de um filtro de ordem reduzida. Os estudos ocorrem de forma numérica e experimental para dois tipos de rotores: Laval e dois discos. Simulações mostram como o empeno de eixo altera a dinâmica dos rotores quando comparadas com as respostas ao desbalanceamento puro. Na presença do empeno, várias configurações de desbalanceamento foram simuladas e posteriormente introduzidas nas bancadas experimentais. O algoritmo de identificação se mostrou robusto na caracterização dessas duas falhas e o método contribui com o estado da arte na área de detecção de falhas

Abstract: This work is about simultaneous unbalance and shaft bow identification in rotor using the mathematical model of both the rotor and the studied failures. These two phenomena are synchronous with the rotation of the rotor, causing difficulties in separating them from each other. From the rotor model represented in state space form, it is possible to use the definition of correlation matrix in order to generate an algorithm that correlates the fault parameters with the system responses, enabling the faults to be identified in amplitude and phase. The estimator comes form the Lyapunov matrix equation. As the number of measured available responses are lower than total number of rotor degrees of freedom, an auxiliary system (filter) is required to generate additional correlations that enable the studied faults identification. Coordinate transformations though the observability matrix are necessary to describe the system by means of some few measured outputs. As a reliable mathematical model is essential for the success of the identification process, unknown parameters such as: bearing coefficients, coupling angular stiffness and damping systems were identified using the Differential Evolution optimization technique in which the experimental and simulated FRF's were compared and adjusted. Model order reduction techniques were used on the updated rotor model to reduce computational costs in determining the observability matrix, which allows the usage of a lower filter order. The studies were performed numerically and experimentally for two different test rigs: Laval rotor and two disc rotor. Simulations show the shaft bow changes the dynamic behavior of the rotor when compared to the pure unbalanced rotor responses. In the presence of bow, various unbalance configurations were simulated and thereafter introduced in the test rigs. The identification algorithm showed robustness in identifying these two faults and this method contributes with the state of the art in the field of faults identification
Subject: Rotores - Dinâmica
Identificação de sistemas
Localização de falhas (Engenharia)
Observadores (Teoria do controle)
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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