轴流压缩机转子动力学特性研究

转子广泛应用于压缩机、航空发动机、汽轮发电机等旋转机械中。转子系统的临界转速和稳定性往往影响着机组是否安全运行。支承系统的刚度是影响转子动力学特性的重要因素。通过在有限元软件中建立某轴流压缩机壳体的三维有限元模型,计算得到其静刚度和动刚度,并与油膜刚度相结合,系统的研究了不同支承刚度条件下,转子系统的临界转速。在考虑等效支承刚度的基础上,根据API标准,计算转子的预期交叉耦合刚度,进而分析了该转子系统的稳定性。临界转速计算结果表明,考虑壳体刚度会降低转子系统的临界转速;稳定性计算结果表明,转子系统的稳定性符合API标准对稳定性裕度的要求。     

某离心泵转子动力特性分析

本文以离心泵转子为研究对象,利用MADYN2000软件计算了滑动轴承油膜刚度和阻尼,同时建立了离心泵转子-轴承系统的有限元分析模型,得到了转子系统的各阶临界转速和振型,并分析了系统的稳定性。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。     

600MW汽轮机组基于ANSYS的低压转子轴承系统的模态分析

针对600MW汽轮发电机组低压转子-轴承系统,建立了整轴模型和低压转子模型,采用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,计算汽轮机转子的固有频率和临界转速,从而避免工作转速达到临界转速产生共振现象.最后通过临界转速和振型图分析了低压转子的特性.     

基于ANSYS的电磁轴承支承刚度优化

采用模糊数学中正态分布的隶属函数的加权之和,对多阶临界转速相对于常用工作转速点的分布状态进行了描述,并由此构造了目标函数;利用有限元分析软件ANSYS建立某磨床用磁悬浮轴承转子系统参数化有限元模型,并应用其优化设计功能对转子的支承刚度进行优化计算,获得系统的最佳支承刚度.     

基于ANSYS Workbench的飞轮转子临界转速计算分析

以电磁轴承支撑的飞轮转子为研究对象,建立飞轮转子的有限元模型,基于ANSYS Workbench软件对转子系统临界转速进行求解。分析了阻尼和支撑刚度对飞轮转子系统前三阶临界转速的影响。结果表明,阻尼对飞轮转子临界转速没有影响,支撑刚度使临界转速增加,并计算出最佳的支撑刚度调整范围。     

柔性支撑转子支撑刚度对临界转速的影响分析

旋转机械的工作转速在其临界转速分布范围内会产生剧烈振动,严重时会使系统遭到破坏,因此研究临界转速的影响因素至关重要。建立柔性支撑的储能飞轮转子有限元模型,基于ANSYS Workbench分析软件对不同支撑刚度条件下转子的临界转速进行计算和分析。通过计算结果分析支撑刚度对转子的前三阶临界转速的影响,为使系统的临界转速偏离工作转速提供设计和调整依据。     

考虑时变啮合刚度的风机传动链动态性能

针对大型风力发电机组齿轮传动链动态刚度引起的机组结构振动问题,综合轮齿弯曲变形、齿根过度圆角处的基体变形和接触变形等因素,建立齿轮时变啮合刚度的量化分析模型,并与有限元动态啮合模型对比验证理论模型的正确性。在此基础上考虑齿轮时变啮合刚度和轴扭转刚度推导1.5 MW风力机传动链的动态总刚度,用于分析传动链在动态刚度下固有特性变化规律及传动链临界转速对动态刚度参数的敏感性,量化显示动态刚度幅值变化引起的临界转速波动。研究表明,齿轮时变啮合刚度的波动会引起传动链临界转速的不稳定,增大时变刚度幅值会引起转子系统临界转速的升高,但总体上啮合刚度波动对临界转速的影响处于非敏感区。本研究对揭示风力机齿轮传动链的内部刚度激励机理和实现系统动态性能优化设计提供理论依据。     

支承动刚度对某涡轴发动机燃气发生器转子临界转速影响分析

本文针对支承动刚度对某涡轴发动机燃气发生器转子临界转速的影响进行了研究。采用实体单元建立了某涡轴发动机燃气发生器转子支承系统的有限元分析模型,运用ANSYS软件对支承系统的静刚度和动刚度进行了计算,随后计算了燃气发生器转子在静刚度和动刚度条件下的临界转速,并对临界转速进行了对比分析。研究表明:支承动刚度使转子的各阶临界转速均有不同程度的下降。因此,在使用静刚度进行转子系统临界转速设计时应再预留一定的裕度。     

600MW汽轮机组转子-轴承系统的模态分析及特性研究

针对600MW汽轮发电机组转子-轴承系统,建立了系统运动方程和转子模型,采用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,计算汽轮机转子轴承系统的固有频率和临界转速,从而避免工作转速接近临界转速产生共振现象。最后通过临界转速和振型图分析了转子的特性。     

两种转子-轴承系统模型的油膜失稳故障仿真

以单跨双盘转子系统为研究对象,针对滑动轴承在高转速时容易出现的油膜失稳问题,分别建立了考虑陀螺影响的转子系统集中质量和有限元模型,系统中含油石墨轴承和滑动轴承分别采用弹簧-阻尼模型和短轴承非线性油膜力模型,通过三维谱图、轴心轨迹和频谱图,对比分析了两种不同数学模型在不同载荷工况下（两圆盘偏心率同向和反向）的油膜失稳规律及系统复杂非线性动力学特性.两种数学模型的仿真结果均表明：油膜失稳会激起复杂的转频和失稳频率的组合频率成分,反向偏心比同向偏心提高了失稳转速,且在较高转速时能激起系统第2阶油膜振荡,并激发与前2阶油膜振荡频率有关的组合频率成分,二者的差异在于有限元模型的失稳转速略低于集中质量模型.研究结果可为转子油膜失稳故障机理及故障诊断提供依据.     

Diagnosis of excessive vibration signals of two-pole generator rotors in balancing

Cause of excessive vibration with twice the rotational speed of a two-pole generator rotor for the fossil power plants was investigated. The two-pole generator rotor, treated as a typically asymmetric rotor in vibration analysis, produces asynchronous vibration with twice the rotational speed, sub-harmonic critical speeds, and potentially unstable operating zones due to its own inertia and/or stiffness asymmetry. This paper introduces a practical balancing procedure, and presents the results of the investigation on sources of the excessive vibration based on the experimental vibration data of the asymmetric two-pole rotor in balancing.     

单跨双圆盘不平衡转子-轴承系统的非线性动力学分析

根据30万kW发电机组模型试验台第一跨高中压转子的实际结构,考虑基于短轴承假设的非线性油膜力模型,建立了单跨双圆盘转子动力学模型。用数值方法进行了质量不平衡及油膜失稳条件下的动力学特性分析,得到系统稳态响应和分岔结果。讨论了非线性油膜的刚度特点。这些结果与试验基本一致。对转子-轴承系统的动态设计与故障诊断提供参考。     

非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统的碰摩故障分析

研究了在非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统发生碰摩时的振动问题。建立了非稳态油膜力作用的非线性刚度转子一轴承系统碰摩模型，应用数值分析的方法对其进行研究。通过Poincare截面图、轴心轨迹图、波形图和频谱图，直观地显示了系统在某些参数域中的运动状态。发现了由于油膜力作用出现油膜涡动和反向涡动现象以及倍周期分岔、概周期和混沌等复杂的动力学行为。数值分析结果为该类转子一轴承系统的设计和运行状态控制提供了理论参考。     

A novel nonlinear model of rotor/bearing/seal system and numerical analysis

A novel nonlinear model of rotor/bearing/seal system based on the Hamilton principle is proposed for steam turbine systems in power plants. The Musznyska model and unsteady bearing oil-film force model were applied to describe the nonlinear steam excitation force and oil-film force. The Runge-Kutta method was used to solve the motion equation of the rotor/seal/bearing system. The dynamic characteristics of the rotor/bearing/seal system were analyzed with bifurcation diagrams, time-history diagrams, trajectory diagrams, Poincare maps and frequency spectrums. The numerical analysis indicates that the seal force and the oil-film force influence the nonlinear dynamic characteristics of the rotor system. With the increase of rotation speed, the rotor system exhibits rich forms of periodic, double-periodic, multi-periodic, quasi-periodic and chaotic motion. The combined impact of steam excitation force and bearing oil-film force may cause a severe vibration which seriously affects the safety and stability of the rotor. The presented model provides a theoretic foundation for further research on the ultra-supercritical steam turbines.     

含支承松动故障的航空发动机非同步响应特征

针对航空发动机支承系统中普遍存在的松动故障,为研究松动故障导致的非同步响应特征产生的机理,建立了发动机的转子-支承-机匣整机模型,引入支承松动故障模型,利用数值积分方法求解耦合系统的响应,分析了非同步响应特征。结果表明,对于航空发动机中的支承松动故障,其引发的分频以及倍频原因在于,当刚度变化的周期等于转速周期时,将产生转频的倍频现象,在特定转速下,将激发系统的临界转速对应的频率;当刚度变化的周期等于n倍的转速周期时,则将产生1/n转频的分频及其倍频,在特定转速下,将激发系统的临界转速对应的频率。     

Vibratory behaviors of Jeffcott system on cylindrical roller bearings

A Jeffcott rotor system on cylindrical roller bearings is studied in detail. Its critical speed is calculated by a new calculation method with roller bearing stiffness and damping. The influences of bearing parameters, such as the roller length, rotor mass, distance between the bearings and the kinematics viscosity of lubrication on the system critical speed are numerically studied, and the influences of an oil film and damping on the critical speed are also studied. Regular curves of the relationship between the geometric parameters and the system critical speed are obtained. The results show that with increasing roller length and radial load, the critical speed increases; and with increasing rotor mass and the distance between the bearings and the kinematics viscosity, the critical speed decreases. This means that an oil film will decrease the critical rotational speed of the rotor system.     

Stability and response analysis of symmetrical single-disk flexible rotor-bearing system

The motion equations have been established for symmetrical single-disk flexible rotor-bearing system, and non-linear oil-film forces of finite journal bearings are calculated. The rotor's stiffness and damping are considered. The motions of journal and disk have been simulated with fourth-rank Runge-kutta method. The threshold speed of the system based on linear oil-film forces has been derived. Non-linear transient simulation and unbalanced responses are investigated. Moreover, linear oil-film forces are used for computing unbalanced responses, and the feasibility is discussed.     

磁流变液阻尼器-柔性转子系统振动特性与控制的再研究

对先前提出的理论分析模型进行适当改进，用新模型对支承在磁流变液阻尼器上的单盘悬臂柔性转子系统的振动特性和控制技术进行再研究。研究表明，随着磁流变液阻尼器的库仑阻尼力的增大，系统在无阻尼临界转速处振幅明显下降，但在两阶临界转速之间的一定转速区振幅增加；同时，随着库仑阻尼力的增加，阻尼器轴承处的振幅在几乎所有转速时都被减小，甚至在某些转速区间该轴承被“锁住”，而且轴承能够振动的区间越来越窄。这说明转子系统从一个弹性支承系统逐步转化为一个准刚性支承系统，阻尼器支承的有效刚度越来越大，使得一阶有阻尼临界转速逐渐提高，并逐渐接近刚支临界转速。根据这些特性，提出通过开关控制抑止转子通过两阶临界转速过程中的振动，并使转子振幅在全转速区达到最小。仿真结果表明，系统能平稳通过两阶临界转速。