汽轮发电机运行状态对偏心磁拉力的影响研究

采用有限元方法计算了汽轮发电机转子动偏心形成的不平衡磁拉力(UMP),以QFSN-220-2型汽轮发电机作为研究对象,分析了发电机动偏心程度、方向对不平衡磁拉力的影响,并在一定的偏心程度下分析了发电机有功、无功出力变化对UMP的影响.结果表明:UMP随着偏心程度增加而增大,UMP方向随着偏心方向改变而改变,在相同偏心程度下转子偏心方向对UMP的大小具有一定影响.发电机的功率调节对UMP的幅值具有显著影响.因此,当发电机出现振动超标现象时可以通过临时调节无功改善机组振动状态.     

不平衡磁拉力对碰摩转子-轴承系统的影响

针对转子-轴承系统当同时存在动偏心和静偏心时,不平衡磁拉力引起的系统振动问题,从气隙磁场能出发,推导了同时考虑两种气隙偏心时的不平衡磁拉力表达式,并将其表示为电磁刚度的形式.通过拉格朗日方程,建立了不平衡磁拉力作用下碰摩转子-轴承系统的非线性动力学方程,利用四阶龙格-库塔法求解系统微分方程并得到转子的分岔图和频谱瀑布图等,分析了电磁刚度、系统转速、初始间隙和静偏心对转子-轴承系统振动特性的影响.研究结果表明:电磁刚度的存在使碰摩现象和油膜涡动发生延迟,有利于系统在中低转速区域的安全稳定运行;在初始间隙和静偏心的变化过程中,系统会出现拟周期运动与倍周期运动交替出现的规律,且静偏心越大,系统振幅越大.     

600MW超临界机组汽动给水泵转子振动研究

为了从根本上解决600MW超临界机组汽动给水泵存在的振动问题,本文首先在分析汽动给水泵转子的结构特点基础上,建立了汽动给水泵转子支承系统的有限元振动分析模型。然后,应用该模型计算了转子系统的临界转速及其模态振型。最后,通过在叶轮上施加不同不平衡品质的原始不平衡质量方法,计算了转子系统的不平衡响应,分析了不平衡响应与叶轮不平衡品质的关系。研究结果表明,600MW超临界机组汽动给水泵转子为刚性转子,在工作转速下,转子振动对出水口处叶轮的偏心质量比较敏感;提高叶轮的不平衡等级可以减小转子的振动,但是需要同时提高各个叶轮的不平衡等级才能获得的明显效果。因此,为了控制汽动给水泵转子的振动,需要从转子支承系统整体考虑,提高转子部件特别是叶轮的加工、安装和调试精度。     

超临界机组汽动给水泵转子振动研究

为了从根本上解决超临界机组汽动给水泵存在的振动问题,首先在分析汽动给水泵转子的结构特点基础上,建立了汽动给水泵转子支承系统的有限元振动分析模型。然后,应用该模型计算了转子系统的临界转速及其模态振型。最后,通过在叶轮上施加不同不平衡品质的原始不平衡质量方法,计算了转子系统的不平衡响应,分析了不平衡响应与叶轮不平衡品质的关系。研究结果表明,超临界机组汽动给水泵转子为刚性转子,在工作转速下,转子振动对出水口处叶轮的偏心质量比较敏感;提高叶轮的不平衡等级可以减小转子的振动,但是需要同时提高各个叶轮的不平衡等级才能获得明显效果。因此,为了控制汽动给水泵转子的振动,需要从转子支承系统整体考虑,提高转子部件特别是叶轮的加工、安装和调试精度。     

油膜失稳引起的轴承碰摩故障研究

为了研究油膜失稳和转子-轴承碰摩两种单一故障相互作用形成的耦合故障,利用转子实验台模拟油膜失稳引起的轴承碰摩故障,采集发生此故障时转子系统升降速过程的振动信号.利用三维谱振图、重排小波尺度图、频谱图和轴心轨迹图对竖直方向振动信号进行分析,结果表明:重排小波尺度图可以很好地提取轴承碰摩时的时间和频率信息.当转子系统发生二者耦合故障时,油膜失稳占主导地位,油膜失稳引起的碰摩会产生转频和涡动频率的组合频率成分.此外,由于不可公约的组合频率出现,轴心轨迹变得混乱不规则.     

裂纹转子弯扭耦合振动的理论研究

以水平放置Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了弯扭耦合振动的非线性运动微分方程，并用数值方法分析了该转子系统的动力响应。结果表明，弯扭耦合振动是通过不平衡量来实现的，不平衡偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且随裂纹深度的增加，受影响的转速下限降低，当裂纹较深，转速较高时，扭转对弯曲振动有明显的影响，使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化，且对转速的变化极为敏感，因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视。     

考虑瞬态冲击和弹性变形的滑动轴承特性与动力学响应

同时考虑瞬态冲击载荷和轴瓦的弹性变形,模拟了舰船在风浪拍击时推进轴支承滑动轴承的润滑特性与动力学响应,研究了聚四氟乙烯(PTFE)弹性金属塑料瓦滑动轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力和轴心轨迹随时间的变化情况。运用有限元法求解雷诺方程,将油膜力转化为轴瓦节点力计算了弹性变形;用欧拉法求解轴颈的动力学方程,计算了动态轴心轨迹。对比了刚性瓦与PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性,结果表明,轴瓦弹性变形对油膜厚度和油膜压力分布的影响不可忽略,并且轴瓦弹性变形可以提高滑动轴承的承载能力。对比分析了4个不同方向瞬态冲击载荷作用下PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性和轴颈的动态轴心轨迹,提出可通过改变轴承静载荷方向、减小瞬态冲击载荷方向与轴承偏心方向的夹角来增加最小油膜厚度,降低最大油膜压力,减小动态轴心轨迹的位移响应振幅,进而改善滑动轴承润滑状态,减小轴瓦的弹性变形量,提高轴承-转子系统的稳定性。     

永磁电动机轴承—转子系统激发振动

对永磁电动机轴承—转子系统,考虑机械方面的转子偏心、轴承振动和电磁方面的耦合电磁力作用下的转子振动。并在突出转子受不平衡电磁力和滚动轴承支反力作用下,利用平均法对轴承—转子系统的主共振的振动形式进行分析。     

基于Taylor变换法的转子系统非线性动力学特性

在考虑了非线性油膜力的基础上,建立了转子系统的非线性动力学模型,引入了求解非线性微分方程的Taylor变换法,并将转子振动系统原分析模型变换为离散域内的代数方程组,采用Taylor变换法,对第一跨转子振动系统动力学特性进行非线性分析,求得转子系统的响应,找出转子系统的分岔规律,用分岔图、频谱图、庞加莱映射、轴心轨迹等多种方法表现了转子系统的非线性现象,结果表明考虑油膜力影响后,转子系统的运动状态随转速增加由周期至二倍周期再至周期再至拟周期,或者经周期运动直接至混沌运动·     

基于虚拟仪器的机械转子轴心轨迹分析

转子轴心轨迹是判断机械转子运行状态和故障征兆的重要依据,文中研究了几种机械转子典型故障及其对应的频率和轴心轨迹特征,运用LabVIEW软件平台,开发出智能控件化虚拟式轴心轨迹测试分析系统,调用由VC 编写的动态链接库(DLL)函数实现对机械转子振动信号的采集.试验表明,转子轴心轨迹测试分析系统可实时显示轴心轨迹、轴心位置和两路相互垂直振动信号的波形和频谱,以此可以判断一些常见的旋转机械故障,计算出用来消除转子不平衡的平衡质量块的大小及坐标点位置.     

转子涡动对涡轮叶片非接触式应力测量精度的影响研究

利用叶尖计时（BTT）技术进行涡轮叶片健康监测时，为了获得叶片的真实应力状态和保证测量的高精度要求，本文考虑了转子涡动对叶片非接触式应力测量（NSMS）精度的影响。首先推导了考虑转子涡动的叶片振动提取算法;并通过建立叶片振动有限元模型，模拟了转子不平衡作用下叶片-转子系统的动力学性能。通过对比考虑涡动和不考虑涡动两种算法提取的叶片振动，得到：不考虑转子涡动时，叶尖振动位移幅值为10μm，速度幅值为1.5 m/s考虑涡动时，叶尖振动位移幅值为6μm，速度幅值为1 m/s。结果表明：不考虑转子涡动时，得到的叶尖振动将会偏大，进而使得计算应力大于实际值，不能表达叶片运转过程中的真实应力状态。本文的研究可为提高涡轮叶片NSMS精度提供依据。     

传递函数法轴承-转子系统不平衡响应抑制

为了解决残余不平衡力随着转子同步高速旋转时导致轴承-转子系统产生不平衡响应的问题,提出适当增大偏心率以提高油膜刚度、进而抑制不平衡响应的方法。基于动静压柔性铰链可倾瓦轴承,首先结合流量平衡原理与液体润滑雷诺方程得出轴瓦油膜的压力分布模型,并建立转子运动方程以及瓦块力矩平衡方程;然后提出轴承-转子系统的简化方法,并根据得到的简化系统的运动微分方程推导系统的标准传递函数;最后为确定人为增大偏心率的实施方案,研究了轴心定位策略,并通过最小二乘拟合法得到轴心位置-控制力方程。数值仿真结果表明:轴心定位策略能实现较高的定位精度,不平衡响应的抑制效果显著,x和y方向的振动幅值均降低为原来的10%左右。适当增大偏心率使得油膜刚度提高,能够有效抑制轴承-转子系统的不平衡响应。     

转子系统振动的条件监测

本文论述了在条件监测下,BNC转子系统振动测试的几方面问题。介绍不平衡质量的同步扰动和油-涡动异步扰动这两种方法。应用于转子系统的振动测试。比较了应用SI-1220频谱分析仪对该转子系统振动信号进行分析和数据处理的三种频谱:级联频谱、功率谱和用汉宁窗函数分析复合频谱。     

气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响

为研究气体稀薄效应对微机电系统(MEMS)气体轴承-转子系统不平衡响应的影响,给出了MEMS气体轴承-转子系统运动方程和MEMS气体轴承的雷诺方程;利用双向隐式差分算法,给出了修正雷诺方程的详细数值求解过程;将转子运动方程与雷诺方程相结合,采用4阶龙格-库塔方法计算分析了气体稀薄效应对气体轴承-转子系统不平衡响应的影响。研究结果显示,考虑气体稀薄效应后,当质量偏心距较大时,MEMS气体轴承-转子系统的失稳轴颈转速较大,表明合适的偏心质量有助于改善系统的稳定性;在相同的质量偏心距下,考虑气体稀薄效应时气体轴承-转子系统在较低轴颈转速处出现峰值,表明此时不平衡偏心质量对气体轴承-转子系统运动的影响增大。     

轮毂电机气隙偏心下不平衡电磁力与转子系统振动特性分析

相对于传统电机,轮毂电机在电动车行驶过程中,由于路面激励等外界因素的作用,定转子之间会更容易产生偏心,造成轮毂电机气隙不均匀而产生不平衡磁拉力,影响轮毂电机的运行。以一种表贴式永磁同步轮毂电机为研究对象,建立等效的转子动力学模型。通过解析计算和Maxwell Ansoft软件分析了气隙偏心下轮毂电机电磁力的变化情况,并将不平衡电磁力带入等效转子系统运动方程,运用隐式Newmark积分法对转子系统在不平衡电磁力、质量偏心和初始误差偏心影响下的动力响应进行计算。结果表明:气隙偏心会产生特定频率的不平衡磁拉力,增大质量偏心会减轻不平衡磁拉力对转子系统的影响,并且初始位置误差偏心会使转子轴心朝偏心方向偏移,并会与重力相互作用。研究结果可为分析电动车用轮毂电机定转子的振动和后续的控制奠定基础。     

机动飞行中转子轴承系统新型碰摩的动力学行为

采用考虑转静间隙变化和叶片数的新型碰摩模型,同时考虑转子在机动飞行条件下引起的机动载荷和滚动轴承非线性赫兹接触力,建立了转子-滚动轴承-碰摩耦合系统非线性动力学微分方程.利用数值方法分析了转速和机动载荷对系统动力学行为的影响.研究结果表明:机动飞行条件下碰摩转子系统亚谐波共振幅值增加;低速时,碰摩主要激发高频振动,高速时则激发低频振动;机动载荷增加使转子系统振动增大,从而引起转子与定子间的碰摩.     

转子-轴承-密封系统的非线性振动特性

将非线性油膜力和密封力模型相结合,建立了具有非线性转子-轴承-密封系统的动力学模型.利用数值积分方法,对系统由于密封力引起的非线性动力学行为进行了研究,给出了系统响应随转子转速、偏心量和密封间隙变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图,以及一些典型的Poincaré截面图、轴心轨迹图和频谱图.通过比较转子系统是否考虑密封力时的响应,发现非线性密封力提高了转子系统的稳定性区域,抑制了系统出现倍周期分叉,并且综合考虑非线性油膜力和密封力的耦合系统具有周期、拟周期和混沌等复杂的动力学行为.     

转定子系统整周多点碰摩故障仿真

以单跨双盘柔性转子系统为研究对象,基于接触动力学理论,应用有限元法,建立了考虑整周多点碰摩的转定子系统动力学模型.将转子和定子简化为一个点点接触单元,分析了两种不同载荷工况(两圆盘偏心同相位和反相位)导致的共振情况下,侵入量(未碰摩转子振幅与转定子间隙之差)和定子刚度对系统振动响应的影响.研究结果表明,两圆盘偏心反相位时的碰摩比同相位时更为剧烈,定子刚度对转定子碰撞导致的反弹程度以及定子振动加速度影响较大.     

机械密封对转子轴承系统动力学性能的影响

采用集总质量模型和传递矩阵法建立了考虑机械密封影响的转子轴承系统动力学方程,并采用广义逆迭代法求解出上述线性方程组的特征值.在考察系统的响应时,采用Gauss消元法计算不平衡激励下系统的强迫振动响应.结合某典型的八字形螺旋槽式液体机械密封的动特性参数计算结果,给出了机械密封对高速转子轴承系统动力学行为的影响,并同时分析了结构参数对系统动力学性能的影响,以及在不平衡激励下考虑机械密封系统时转子轴承系统的强迫振动响应.结果表明,机械密封的存在对高速转子轴承系统动力学行为有一定的影响.例如,对于柔性转子系统,考虑机械密封系统时可使系统的一阶阻尼临界转速提高60%～80%.     

分数阶阻尼裂纹转子的非线性动力学特性分析

为了有效地提高转子系统特性的分析精度,使其能够准确地进行故障诊断,以Jeffcott转子模型为基础,建立了带有分数阶阻尼和横向呼吸裂纹故障的转子系统的动力学模型.采用4阶龙格库塔法和10阶连分式欧拉法对转子系统的动力学方程进行数值仿真计算,利用轴心轨迹图、Poin-care截面映射图和分岔图等,研究了阻尼的分数阶次、转速和裂纹深度对裂纹转子动态特性的影响,并通过实验对理论分析结果进行了验证.分析结果表明:在半临界转速附近,由于裂纹的存在,转子的轴心轨迹呈现明显的双环型(或称内8字形),因此响应中的2倍频分量占主导地位.随着分数次阻尼阶次的增加,转子系统依次经历混沌、准周期和周期运动,同时裂纹深度、不平衡量以及转速对转子系统的动态特性具有明显影响.