透平试验件对试验台横振不平衡响应的影响

重型燃气轮机透平试验台系统由试验台和试验件两部分构成。对于已经建成的试验台,需要考虑不同试验件对试验台横振不平衡响应的影响。本文利用机械阻抗综合法的阻抗匹配原理,将未知试验件的动力学特性模化为交界面上的机械阻抗,来确定试验件对试验台横振不平衡响应的影响,得出未知试验件的设计限制范围。同时,建立了某个试验件和试验台的动力学模型,分析了该系统的横向振动不平衡响应,验证了试验件不平衡响应的设计限制范围的有效性。

压气机试验件转子对试验台转子横振不平衡响应的影响

重型燃气轮机压气机试验台系统的动力学性能由试验台转子与试验件转子共同决定。对于已经建成的试验台,在实际运转过程中,需要满足不同试验件的实验需求。因此,在设计试验件转子时,需要考虑其对试验台转子横振不平衡响应的影响。将未知试验件转子的动力学特性模化为试验台转子和试验件转子交界面上的机械阻抗,在交界面处利用机械阻抗综合法的阻抗匹配原理来确定试验件转子对试验台转子横振不平衡响应的影响,得出未知试验件转子的设计限制范围。最后,建立了某一试验台转子和试验件转子的动力学模型,分析了该系统的横向振动不平衡响应,验证了试验件转子不平衡响应的设计限制范围的有效性。研究结论为压气机试验件转子的设计提供了指导意见。

基于联轴器不对中的磁悬浮双转子系统不平衡响应分析

为探讨联轴器不对中故障对磁悬浮双转子系统振动响应的影响,基于有限元法构建包含不对中故障的磁悬浮双转子系统动力学模型,利用Newmark-β法求解其运动方程,通过时域和频域分析不对中情况下转子系统的振动响应。研究结果表明:在不对中引起的附加力作用下,磁悬浮双转子系统的响应会呈现显著的二倍频分量,且随着不对中程度的增加,二倍频分量的幅值也相应增大;内转子由于不对中故障引起的二倍频分量会通过中介轴承传递到外转子上;在不同控制参数下不对中故障对系统的影响有所不同,通过选取合适的比例系数和较大的微分系数,可以有效降低不对中故障对系统振动响应的影响。

大机动过载下不平衡转子的弯扭耦合振动分析

针对未来无人机承受较大机动过载的特点,基于Timoshenko梁以及圆盘单元理论建立任意机动飞行条件下不平衡转子系统的弯扭耦合振动有限元模型,分析大机动过载情况下转子的非线性响应特征。结果表明:机动飞行工况下,在弯曲自由度和扭转自由度上都产生了新的次谐振动频率成分;各频率成分幅值被放大,弯曲自由度和扭转自由度耦合增强;当转速超过1阶弯曲临界速度时,周期性明显变差。

Jeffcott转子-可倾瓦滑动轴承系统不平衡响应的非线性分析

考虑了可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力,对Jeffcott转子-可倾瓦轴承系统的不平衡响应进行了非线性分析。以非定常雷诺方程和雷诺破膜条件为依据,生成了单瓦非线性油膜力数据库。根据可倾瓦滑动轴承的结构特点,对单瓦数据库进行插值和拼装以获得可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力的瞬时值。通过计算得到了不同参数下,Jeffcott转子-可倾瓦轴承系统的轴颈和转子的涡动轨迹及振幅。计算结果与线性动力学所得的结果进行比较。两者在不平衡量比较小的情况下结果吻合良好,但在不平衡量很大时结果却有较大差别。可见在进行转子-可倾瓦轴承系统的非线性动力学分析时有必要计入可倾瓦滑动轴承油膜非线性的影响。

高压多级离心泵转子系统的不平衡响应特性

针对高压多级离心泵转子系统质量不平衡问题,采用有限元分析方法计算了水润滑轴承支撑的转子系统的模态,并对转子系统不平衡质量的位置和分布进行了分析和优化.数值计算结果表明,采用两端水润滑轴承支撑的高压多级泵转子系统,根据第一阶临界转速的判定原则证明其为稳定的刚性转子系统;在设计转速下,不平衡质量施加在转子不同位置时,泵入口端水润滑轴承节点振动幅度变化较大,其对不平衡敏感程度较高,而出口端水润滑轴承附近节点振幅变化较小,且前3级叶轮的剩余不平衡质量对轴系不平衡响应具有较大影响;通过优化组合叶轮和平衡盘的平衡精度等级,找到了两端轴承振动幅值较小的方案,当前两级叶轮采用G2.5级、其他叶轮和平衡盘采用G6.3级平衡精度时,泵进口端水润滑轴承节点的振动幅值明显降低,且泵出口端轴承节点的振幅变化较小,成功应用于高压多级离心泵的设计,满足了工程应用要求;在不同转速下,泵入口端水润滑轴承比出口端对不平衡响应更为敏感,建议入口端轴承采用更耐磨的材料.优化结果可为新型多级离心泵转子系统稳定运行提供理论依据和参考.

转子系统瞬态不平衡响应的有限元分析

推导了简单Jeffcott转子几何中心运动的解析表达式及转子系统瞬态振动的幅值 ,详细讨论了转子系统通过临界转速时初始条件引起的瞬态振动、同频振动和伴随自由振动的特性以及阻尼和启动加速度对系统瞬态响应的影响。此外建立了弹性转子系统的有限元模型 ,通过直接积分法求得系统的瞬态响应 ,得到系统通过临界转速时的共振幅值 ,并与试验取得一致的结果。本文的分析对工程中合理地进行转子系统参数设计 ,考虑共振区的迟滞现象 。

多转子轴系优化耦联及其不平衡响应有限元分析

建立了单跨转子和耦联转子系统的动力学有限元模型,通过数值解法获得轴系各转子残余不平衡量对轴系动力响应,分析了耦联转子系统各转子的残余不平衡量安装相对相位对系统不平衡响应的影响,获得两段和三段耦联轴系通过调整相对相位有效降低轴系振动的新方法。

柔性转子不平衡响应及初始弯曲振动特性研究

以悬臂式热弯曲转子、Jeffcott转子、双简支光轴转子为对象研究单转子初始弯曲及不平衡响应的振动特性 ,采用传递矩阵法计算了临界转速、初始弯曲响应及不平衡响应 ,得出了普遍的规律。计算了双简支等截面光轴转子偏心距按各阶振型分布的不平衡响应 ,证实了柔性转子振动主振型正交性的性质 。

齿轮耦合的转子轴承系统的不平衡响应

在考虑时变啮合刚度及齿侧间隙的情况下,建立了齿轮耦合的转子-轴承系统的多自由度非线性动力学模型。在一定的转速范围内,用数字仿真法研究了系统的不平衡响应。当转速增加接近第二阶临界转速时,系统经过一系列分岔后,将由周期、准周期运动转变为混沌运动。系统做混沌运动时,振幅及平均变形远大于其他转速下的振幅及平均变形。要想避开混沌运动,系统应该在非共振区工作。当转速超过某值时,混沌运动将激变为周期运动。在工程实际应用中,除混沌运动状态外,可用线性动力学模型来代替非线性模型。

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。

GMA可控油膜轴承-转子系统不平衡响应的理论研究

论述了基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的可控油膜轴承的工作原理,建立了该油膜轴承-弹性转子系统的数学模型,模拟了控制相位和增益改变对系统不平衡振动的影响。计算结果表明带有GMA的可控油膜轴承能够减小系统的工频振动和半频涡动,提高系统的稳定性。控制增益和相位差的改变对系统的工频振动结果影响较大,而且对同一个控制增益,存在一个最佳的相位差,使系统的不平衡振动最小。

高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析

针对高速气浮电主轴转速高,动力学行为复杂,对不平衡激励敏感的特点,基于推广的拉格朗日方程,建立了高速电主轴转子气体轴承系统的动力学数学模型,获得了自由振动微分方程与强迫振动微分方程。在分析气浮电主轴系统残余不平衡质量产生的惯性离心力及不平衡磁拉力的作用机理的基础上,利用有限元方法,对某最高工作转速为250 000 r/min的高速气浮电主轴转子系统进行了不平衡激励的谐响应分析,揭示了运行于超临界模式的高速气浮电主轴在不平衡激励下的动力学行为,为实际工程应用中的高速气浮电主轴转子系统的优化设计、振动控制等提供了理论依据。

带阻尼器磁悬浮轴承转子系统的不平衡响应

在一般磁悬浮轴承转子系统的基础上增加磁悬浮阻尼器,构成磁悬浮轴承与磁悬浮阻尼器组合的支承转子系统。通过理论分析及系统高速旋转实验研究了不同阻尼器控制参数下该组合支承转子系统的不平衡响应。研究结果表明,增加磁悬浮阻尼器的附加阻尼能够改善系统的动态性能,降低转子的不平衡振动,使系统在16 000r/min稳定运行。

基于嵌入式谱随机有限元法的转子系统随机不平衡响应特性分析

原始不平衡量在转轴中沿轴线呈任意空间分布,因而实际转子的不平衡量需用分布不平衡量和点不平衡量两种方式共同表达。考虑两种不平衡量的随机性,以随机场和随机变量的方式模拟转子中存在的两类不平衡量,并采用嵌入式谱随机有限元方法建立随机不平衡量下的转子系统不平衡响应随机分析模型。结果显示,提供的随机表征方法能较好地模拟两类转子不平衡量的随机性;不平衡量的随机性影响着转子不平衡响应的变异性,可以发现:(1)共振频率附近的位移响应幅值标准差也较大;(2)位移响应幅值的变异系数受低频段内共振频率的影响较小,但随着共振频率阶次的增高影响也逐渐增大;(3)位移响应相位角的标准差变化情况与位移幅值的变异系数变化情况是基本类似的。

分布多质量转子系统的不平衡响应特征

质量不平衡响应分析是转子系统动力特性计算与设计中的重要环节。这里以某汽轮机的涡轮轴系为研究对象,建立一个具有多个分布质量的力学模型,选择具有良好数值稳定性的Riccati传递矩阵法,进行轴系的不平衡响应分析,得到在工作转速和不同转速下,不同偏心质量处于轴系不同位置上时,轴系的不平衡响应。通过分析各种情况下不平衡响应的特性,考察轴系上各点对不平衡量的敏感程度,为该类转子的设计提供参考。

大型非线性转子-密封-轴承系统的不平衡响应与稳定性

对实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统建立了具有超大规模维数的非线性动力学模型,该模型考虑了密封的非线性激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子的阻尼力、不平衡质量力和重力。采用Newmark方法对其进行数值求解,模拟出转子升速过程中汽流激振现象的典型特征和发生汽流激振的失稳转速,并且得到系统参数对转子不平衡响应和稳定性的影响规律。结果表明:适当的增大转子的阻尼、密封的半径间隙和密封流体轴向流速可提高转子发生汽流激振的失稳转速,这为在设计和运行中提高实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统的稳定性提供了参考依据。

双悬臂转子系统动力学特性及不平衡响应分析

根据具有双悬臂结构的某实际空气压缩机组六七级压缩机转子几何参数,建立了系统的离散化模型。采用自编的Riccati传递矩阵算法与商业化有限元软件对转子系统进行了固有特性分析和对比,并用Newmark法对转子系统有限元模型进行了不平衡响应数值计算,最后将理论数值仿真结果和工厂实际运转机组的现场数据进行对照,证明转子系统离散模型简化方法和结果正确可靠。计算结果同时指出,具有双悬臂结构的转子系统的悬伸端为振动易超标区,这对具有此类结构的旋转机械故障监测和诊断提供了参考和依据。

基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼辨识方法研究

磁悬浮轴承支承特性对转子轴承系统临界转速、不平衡响应、稳定性具有重要影响。研究一种基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度和阻尼的方法。用MSC.Patran建立磁悬浮轴承转子有限元模型;用Matlab软件实现基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度阻尼的基本原理;用有限元模型进行仿真辨识验证该方法的可行性;对五自由度磁悬浮轴承试验台进行基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼辨识试验研究。为检验辨识结果的正确性,赋予转子有限元模型试验辨识的磁悬浮轴承刚度与阻尼,进行仿真与试验系统不平衡响应对比,结果两者基本一致,表明该方法可有效地辨识磁悬浮轴承的刚度与阻尼。

膜片联轴器耦合的不对中转子—轴承系统的不平衡响应分析

转子系统的不平衡是旋转机械最为常见的故障之一 ,它影响转子系统的振动品质。考虑了转子系统不平衡力的作用 ,建立了膜片联轴器耦合的转子—轴承系统的运动微分方程 ;并以膜片联轴器耦合的双跨转子—轴承系统为研究对象 ,分析了不对中状态下转子系统的不平衡稳态响应 ,重点讨论了两跨转子各结点之间的振幅差异 。