流线隧道式涡轮增压器转子动力学特性分析

为研究流线隧道式涡轮对涡轮增压器转子动力学特性的影响,将某型号车用涡轮增压器叶片式涡轮替换为流线隧道式涡轮,建立了密封流体激振、叶尖间隙激振和隧道涡轮轮缘间隙激振耦合条件下的转子系统模型,计算分析了涡轮材料和轮缘间隙对转子临界转速、稳态响应以及瞬态响应的影响。结果表明,K418高温合金隧道涡轮转子一阶临界转速大幅降低,稳态响应稳定性较好,但瞬态响应振动剧烈、失稳,表明隧道涡轮采用K418高温合金需要调整结构设计;SiC陶瓷隧道涡轮转子一阶临界转速下降、稳态响应振幅增加,但对转子稳定性影响不大,二阶临界转速有微小增加,稳态响应振幅下降,瞬态响应稳定性较佳。

高功率密度磁悬浮高速电机转子动力学建模与分析

与传统电机相比,高功率密度磁悬浮高速电机的运用范围越来越大。但由于转速的提高,转子在加速或减速过程中跨越临界转速会导致共振现象,因此为避免共振带来的问题,需对转子进行动力学建模及分析。以12.3 kW高功率密度磁悬浮高速电机转子系统为研究对象,建立基于有限元法的动力学模型,并对其进行模态计算,使用Ansys Workbench进行模态仿真。通过B&K敲击试验对高功率密度磁悬浮高速电机转子进行模态分析,与基于有限元法的模态计算结果和Ansys Workbench模态仿真结果进行对比。结果表明:3种方法数据较为吻合,其建立的动力学模型有足够的准确性。

压水堆主泵及液态金属泵转子动力学研究进展

核主泵是核电站的关键设备之一,也是反应堆冷却系统的唯一旋转机械设备,其稳定运转对整个反应堆的正常工作至关重要,因此,针对核反应堆主泵开展转子动力学研究,探究主泵转子部件的模态振型、固有频率和支撑系统的刚度阻尼、液膜厚度十分必要。以国内外有关压水堆主泵及液态金属泵的转子动力学研究为重点,围绕压水堆主泵、钠冷快堆主泵、熔盐堆主泵、铅冷快堆主泵4种核主泵类型,从核主泵及其转子部件的结构特点出发,对现阶段主泵导轴承润滑性能和主泵转子结构固有频率、模态分析、临界转速等转子动力学特性的研究进展进行综述和展望,以期对有关核主泵转子动力学特性的计算分析起到一定的借鉴和指导作用。

船用电辅助涡轮增压器转子动力学设计及稳定性研究

电辅助涡轮增压技术(EAT)是能够有效解决传统涡轮增压发动机启动或加速时进气不足、瞬态响应差等问题,实现内燃机动力系统电气化的重要技术手段。基于流体动压轴承润滑理论结合转子运动控制方程,建立由浮环轴承支承的某型涡轮增压器转子系统动力学有限元模型并进行轴心轨迹试验,采用数值计算方法对不同轴承支撑形式的EAT正常转子和不平衡转子的非线性转子动力学特性进行深入研究。结果表明,在EAT运行较宽的转速范围内,其转子具有广泛的次同步振动,转子动力学行为复杂且浮环轴承支撑的转子明显具有更高的次同步振动振幅;半浮环轴承支撑的转子油膜涡动振动的能量远小于基频振动的能量,表现出更良好的减振作用,可以很好地抑制油膜的涡动/振荡。本文研究内容可以有效地辅助EAT的研究工作,提高其整机的NVH性能。

大流量农业灌溉泵转子动力学特性研究

灌溉是保障农业稳定发展的手段,随着现代农业的发展,对灌溉水泵的需求日益增加。大流量灌溉泵因其独特的工作环境和要求,它的叶片通常具有扭曲度大和宽等特点。作为转子系统中重要的部分,叶轮及转子部件的变形与强度对灌溉泵整个系统的安全性能和效率都有很大影响。以大流量灌溉泵为研究对象,使用Ansys-Workbench软件对其大流量区进行有限元研究,对转子部件分别进行变形与强度分析和模态分析。结果表明,在流量为500 m^(3)/h时,叶片受最大等效应力为23.83 MPa,此时出现叶片最大形变值为0.341 mm,最大变形区域都出现在叶片边缘处。大流量工况下,对比不同流量工况的各阶固有频率,在各阶振型中流量大小与转子系统的固有频率没有显著关系,但不同材料明显地影响大流量灌溉泵的转子的固有频率。

高速磁悬浮电机转子动力学分析方法

文章针对某高速磁悬浮电机转子运行故障,结合高速电机轴系设计基本特点和要求,提出一种高速电机转子临界转速和不平衡响应的分析方法。相比行业内常用的其他分析方法,该方法可以更快、更准确的评估轴系设计风险,可为其他同类型电机转子动力学设计提供参考。

基于集中质量法的破壁机转子动力学分析

本文针对某破壁机原型机进行转子动力学分析,采用集中质量法建立了破壁机转子系统的模型,并进行了模态分析、临界转速分析以及谐响应分析。主要研究结论如下:首先,在模态分析方面,本文得到了破壁机转子系统前4阶正进动涡动频率及相应的振型,其中固有频率分别为867.93 Hz、10 394 Hz、11 434 Hz和12 673 Hz。正进动模态主要表现为以轴承支承为支点的摆动,这能为破壁机系统的结构设计和改进提供参考。其次,在临界转速分析方面,结果表明破壁机转子系统的临界转速为17 252 r/min,远低于额定转速35 000 r/min。表明破壁机在额定转速下能够稳定运行,不会发生共振现象,确保了系统的可靠性和稳定性。最后,在谐响应分析方面,以转子系统变形最大的连接圆盘为研究对象,计算结果显示在12 600 Hz时变形达到峰值,与模态分析的结论相一致。通过以上分析,本文研究了破壁机转子动力学特性,为破壁机的研发和优化提供了依据。

搭接-叠片式箔片气体动压轴承转子动力学特性实验研究

本文研制了由搭接式径向轴承和叠片式推力轴承组成的一套搭接-叠片式箔片气体动压轴承,同时设计并搭建了相应的箔片气体动压轴承转子实验台,通过多组转子降速对比实验研究了所提出箔片气体动压轴承的起飞特性,分析了转子不平衡量和外部载荷对该轴承-转子系统的转子动力学影响。起飞实验结果表明,本文所研制的搭接式径向箔片气体动压轴承的起飞转速约为7500 r/min,最大起飞转矩约为220 N·mm。转子降速实验研究结果表明,随着转子不平衡量的增加,转子系统1X频振动幅值逐渐增大、二阶临界转速逐渐降低、次频振动发生频率逐渐提前;随着转子转速的增加,转子系统1X频振动呈现先增大后减小的趋势、次频振动幅值整体逐渐增大;在减小顶箔结构的圆心距后,转子系统稳定性增加。不平衡量与外部载荷加载耦合实验结果表明,不平衡量与外部载荷都会激起系统的次频振动,次频振动幅值随转速升高而增大;并且在激起次频振动方面,不平衡量与外部载荷之间存在着相互放大作用。

某核电用上充泵转子动力学特性分析

以一台RCV上充泵为研究对象,构建了考虑流体激励的泵转子动力学方程,通过流体动力学仿真方法获得导轴承和密封构件支承点的动力学参数,并进行多级充液态(即湿态)离心泵的转子进行了动力学分析。仿真结果表明:在该型转子中,充液使得支承点等效刚度增加,进而整体固有频率增加,由干态的柔性转子转变为湿态下的刚性转子。最后,结合现场振动数据的功率谱函数曲线峰值,确定了转子在刚性状态工作时的系统的固有频率,验证了建模的有效性。研究结果为整级上充泵的动力学建模仿真及模型验证提供了清晰的分析路径,对于后续的状态监测与故障诊断也有着重要意义。

分布式隐极调相机转子动力特性数值研究及试验

随着新能源发电在现代电力系统中的广泛应用,电网的电压和惯性支撑能力逐渐减弱,分布式调相机逐渐成为保障可再生能源可持续发展的重要设备。作为一种旋转设备,其转子动力特性对机组的安全运行具有重要影响。本研究针对分布式隐极调相机转子的动力特性展开深入探讨,采用转子动力学有限元计算方法,分析了两极和四极分布式隐极调相机转子的临界转速、不平衡质量谐波响应以及升速过程中的不平衡质量动力响应。通过与相近容量的常规发电机转子动力特性进行对比,揭示了分布式隐极调相机在动力特性方面的优势。研究结果表明,新型分布式隐极调相机转子临界转速较高,不平衡质量动力响应大幅低于常规汽轮发电机转子,尤其是四极调相机,在120%超速时还未达到一阶临界转速,实际不平衡质量响应也极小,能有效避免由于转子振动而出现的非计划停机。转子升速试验结果验证了数值分析的准确性,为分布式隐极调相机的选型和设计开发提供了参考依据。

高预旋下刷式密封泄漏和转子动力特性

为了揭示高进口预旋下刷式密封的封严性能和转子稳定性,基于涡动转子法和非线性Darcian多孔介质模型,建立刷式密封数值分析模型,研究高进口预旋下(预旋比λ>0.8)压比以及转子自旋速度对刷式密封泄漏特性和转子动力特性的影响规律,同时对比分析低进口预旋条件下的计算结果.数值计算5种压比(2.0,3.0,3.5,4.5,5.5)和5种转子自旋速度(3000,6000,7500,9000,12000 r/min)下刷式密封的泄漏特性和转子动力学特性.研究发现:高预旋条件下刷式密封泄漏量小于低预旋条件下;高预旋条件下刷式密封直接刚度和交叉刚度均大于低预旋条件下,且随压比增大而增大;高预旋条件下的交叉刚度始终为较大的正值;转子自旋速度对低预旋条件下刷式密封直接刚度的影响较小,而高预旋条件下的直接刚度随转子自旋速度增加以较缓慢的趋势下降;转子自旋速度增加,高预旋条件下的交叉刚度增加幅度大于低预旋条件下,进而导致有效阻尼下降.

挤压油膜阻尼器高速永磁电机转子动力学分析及优化设计

为了抑制转子在高速旋转时的振动,研究了挤压油膜阻尼器对转子振动抑制的作用,分析了阻尼器转子不同参数下的临界转速、转子振幅以及支撑反力,采用多目标优化进行了参数设计。首先,分析了转子左右支撑等效刚度与阻尼对转子动力学特性的灵敏度。其次,在选定阻尼器内环半径后,分别研究了阻尼器间隙、阻尼器长度、滑油黏度、鼠笼支撑刚度与轴承刚度对转子动力学特性的影响。最后,选定了阻尼器间隙、鼠笼支撑刚度与轴承刚度作为优化变量,通过拉丁超立方采样使用四次多项式建立了转子临界转速、转子振幅和支撑反力的响应面模型,采用非支配排序遗传算法(NSGN-Ⅱ)得到优化方案,进行有限元仿真验证。优化后转子的临界转速得以提高,支撑反力和振动幅值都有所减小。

基于转子动力学的水轮发电机组运行稳定性研究

转子动力学主要研究转子-支承系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题,尤其是接近或超过临界转速运转状态下转子的横向振动问题。水轮发电机组是一种受多种扰动耦合作用的复杂转子-轴承系统,其振动问题属于转子动力学问题,且具有自身特点。水轮发电机组动力学特性涉及机械、水力及电气的相互作用,在对轴系进行动力特性分析时要考虑多种因素的影响,且其振动具有很强的非线性,从而使得从整体上进行研究难度很大。

励磁绕组短路下关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响

分析了励磁绕组短路下,关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响。关键运行参数包括短路程度、短路位置,以及电机负载率;转子动力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性、径向振动响应特性,以及转子铁芯动力学响应规律。基于柔性转子不平衡磁拉力激励与振动响应的理论分析、有限元仿真计算,以及动模试验来探索不同运行参数造成动力学特性差异的规律。结果表明:正常情况下转子不平衡磁拉力趋于零,转子振动以常规基频和定子传递过来的各偶次倍频为主;励磁绕组匝间短路下,转子不平衡磁拉力及其振动响应将产生新的奇次倍频成分,且通频振动幅值增大。随着短路程度或负载的增加,转子不平衡磁拉力与振动响应的基频将增大;短路位置越靠近大齿处,转子不平衡磁拉力与振动幅值越大;转子铁芯大齿的外表面和内槽表面边沿为动力学响应的危险位置。

高炉煤气余压透平膨胀机转子动力特性

针对TRT转子振动过高及机组运行效率低等问题,开展TRT转子动力特性的研究。采用三维软件UG进行了转子的几何建模,导入Ansys Workbench中建立了有限元分析模型,对转子动力特性-模态、临界转速和稳态不平衡响应进行了计算与分析,在此基础上用有限元模型分析了不同支承刚度和不同支承位置对转子动力特性的影响规律,并在高速转子试验台上进行了试验。研究表明,计算与试验结果相差3%以内,有限元分析结果能真实反映出转子的动力特性。支承刚度与支承位置均对转子的第1、2阶临界转速有明显影响。不平衡响应中1阶最敏感的为二级叶片位置,2阶最敏感的为头部(联轴器)位置。为其他同类型转子的动力特性计算与分析提供了参考。

磁气负载比对箔片-磁力混合轴承支承特性及转子动力学特性的影响

箔片-磁力混合轴承是一种能降低箔片轴承起飞前的摩擦损耗且可改善磁轴承高速时的承载和动力学性能的新型高性能主动控制型轴承。提出了一种箔片-磁力混合轴承的设计方法,设计并搭建箔片-磁力混合轴承支承特性实验台和箔片-磁力混合轴承转子实验台,实验探究了磁气负载比(即气体箔片轴承和主动磁轴承之间的载荷分配比)对箔片-磁力混合轴承支承特性和转子动力学特性的影响。实验结果表明:箔片-磁力混合轴承比箔片轴承的总体静态刚度和刚度变化率有所提高。箔片-磁力混合轴承结构刚度随频率的提高而增大,等效黏性阻尼随频率的提高呈现先降后增的趋势。此外,合适的负载比可以降低起飞转速,改善摩擦损耗,抑制次频振,有利于提高转子的高速稳定性。

本研一体化的多功能转子动力学实验平台开发

转子系统的振动问题是航空航天航海等多个工程领域非常关注的技术瓶颈问题。该文针对本科生和研究生关于转子系统振动教学需求,设计并搭建了包括驱动控制系统、振动测试系统和实验转子系统的多功能实验平台,有限元数值仿真校核结果说明平台刚度和振动特性满足使用需求。该平台可用于开展转子临界转速、多种因素对转子动力学特性影响、转静子碰摩、支承刚度不对称、支承不对中等内容的教学实验,取得了良好的教学效果。

10MW空气透平转子动力学特性研究

借鉴蒸汽透平的轴系设计理论和经验以及国外对于高转速转子的轴系设计经验进行了10MW空气透平转子动力学特性分析,借鉴以往汽轮机组轴系设计经验并结合API标准,利用行业广泛应用的DyRoBeS转子动力学计算软件对10MW空气透平转子动力学特性进行分析。计算表明,10MW空气透平转子动力学特性满足稳定运行,设计方案可行。

旋转碳纤维复合材料轴转子动力学特性的有限元分析与试验研究

轻质、高速旋转复合材料传动轴是航空和汽车领域先进传动系统设计中的关键部件。文中基于锤击激振测试方法和ANSYS有限元软件,对旋转复合材料轴进行转子动力学系统试验测试和有限元建模与分析,研究旋转碳/树脂复合材料轴的转子动力学特性。结果表明:铺层方式对旋转复合材料轴的转子动力学特性有重要的影响,纤维铺设角越小,临界转速和涡动频率越高;随着纤维铺设角的增大,临界转速和涡动频率降低。有限元仿真结果与转子动力学试验结果较为吻合,理论模型基本可靠。

航空发动机转子动力学计算软件开发

为打破国外技术封锁,摆脱对Matlab等闭源计算平台的依赖,采用C++语言开发航空发动机转子动力学计算软件RDyn,基于一维梁单元模型和二维轴对称等参单元模型实现多种动力学特性求解功能,具有良好的前后处理可视化交互界面。利用Nelson转子模型,将自研软件的计算结果与商业软件进行对比。结果表明:其误差较小,验证了软件的正确性与实用性。