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核动力装置中轴承故障特征增强与状态监测方法研究

摘要

旋转类设备是核动力装置系统中最重要的设备类型之一，循环水泵、屏蔽泵

等泵类设备作为冷却剂系统的心脏，其重要性无需多言。在旋转设备各部件中，

滚动轴承、滑动轴承等轴承部件更是极易发生故障的部件，如果无法对其状态实

现准确的监测，则有可能造成十分严重的安全事故或经济损失。因此，开展有关

轴承类部件的故障特征增强与状态监测相关研究十分重要。鉴于此，本文以循环

水泵中滚动轴承与屏蔽泵中滑动轴承为例，通过调研相关文献总结现阶段核动力

装置中旋转机械状态监测研究的主要成果与不足，设计并实施故障机理实验，基

于信号处理方法开发早期微弱故障特征增强与提取模型，提出全新的时频特征指

标，建立轴承状态监测模型，并利用实验数据对模型进行分析验证。本文主要工

作内容如下：

（1）针对滚动轴承、滑动轴承结构尺寸及主要故障模式，进行故障机理分

析，并阐明实际工程中故障特征频率的漂移问题；在此基础上，搭建循环水泵故

障实验与滑动轴承磨损故障实验，获取实验数据并进行初步分析，为后续特征增

强模型与异常监测模型的验证提供数据支持。

（2）针对轴承部件故障特征微弱、易被随机干扰淹没导致难以提取的问题，

本文提出一种全新的自适应迭代局部均值分解-随机共振特征增强模型，实现故

障特征与随机干扰的有效分离，同时提升故障特征频率幅值。利用仿真信号与第

2章故障实验数据进行模型验证与对比分析，验证结果表明，本文提出的故障特

征增强模型相较于传统信号处理模型具备分离精度更高、增强效果更好的优势，

并且具有一定的工程实用价值。

（3）为克服传统单一时频指标反映故障信息单一、特征不全面的问题，实

现对滚动轴承、滑动轴承等轴承部件的状态监测，本文提出了时-频融合指标，

以提取高频信号中由于故障导致的冲击性、能量累积时频特征。在此基础上，基

于核主元分析结合Wasserstein距离统计量指标建立状态监测模型。利用第2章

中实验数据对状态监测模型进行验证与对比分析，结果表明，本文提出的状态监

测模型具有更好的监测准确率与敏感性。

关键词：轴承；特征增强；状态监测；自适应迭代LMD-SR

I

核动力装置中轴承故障特征增强与状态监测方法研究

Abstract

Rotatingequipmentisoneofthemostimportanttypesofequipmentinthenuclear

powerplantsystem,andcirculatingwaterpumps,shieldedpumpsandotherpumps,as

theheartofthecoolantsystem,areofgreatimportance.Inthevariouscomponentsof

rotatingequipment,rollingbearings,plainbearingsandotherbearingcomponentsare

morepronetofailure,iftheycannotrealizeaccuratemonitoringoftheirstatus,itmay

causeveryserioussafetyaccidentsoreconomiclosses.Therefore,itisveryimportant

tocarryoutresearchontheenhancementoffaultcharacteristicsandcondition

monitoringofbearingcomponents.Inviewofthis,thispapertakestherollingbearing

incirculatingwaterpumpandtheslidingbearinginshieldedpumpasanexample,

summarizes