基于部分结构参数的螺旋形Savonius风轮性能优化

90°扭角螺旋形Savonius风轮模拟结果与试验结果的对比,证明κ-ε模型具有较高精度。采用该模型对螺旋形Savonius风轮进行数值计算,深析螺旋角度θ、隔板数N、螺距P3个结构参数对风能利用系数的影响规律,并与传统直叶片Savonius风轮进行静力矩对比。结果表明:θ=180°,N=6和P=6.0的风轮在叶尖速比为0.75时达0.21;螺旋形Savonius风轮静力矩系数均大于0,比传统直叶片风轮具有更良好的启动性能。

高速柔性转子-非定心SFD系统响应特征分析与试验验证

航空发动机转子系统通常在支承处设置挤压油膜阻尼器(squeeze film damper,SFD)来实现系统减振设计,与定心SFD相比,非定心SFD结构简单紧凑,减振效果良好,但是具有更强的非线性特征,动力特性更为复杂。以某航空发动机动力涡轮转子为研究对象,建立了多支点高速柔性转子-非定心SFD系统非线性动力学模型,考虑了非定心SFD静偏心的影响,采用数值方法求解转子系统响应,结合系统不平衡响应特征、分岔图、庞家莱截面、频谱等,开展了系统非线性动力学特性研究,并通过了转子试验验证。研究结果表明,非定心SFD油膜间隙较大时,转子系统存在较强的非线性运动,频率成分丰富,减小油膜间隙能够使系统在跨临界后为单周期运动,降低系统的非线性不平衡响应;但过小的油膜间隙将导致转子系统峰值响应和对应的转速显著增大,转子可工作转速范围变小,合理的油膜间隙可以兼顾非线性振动响应和峰值转速较小,实现转子系统在大转速范围内长时间运行。

轴径向静态偏心故障下外转子永磁发电机电磁转矩特性分析

对外转子永磁发电机轴径向静态偏心故障下的电磁转矩特性进行了理论解析、仿真计算和实验验证。首先,在考虑齿槽效应影响条件下,引入磁导修正系数ε(θ),推导出轴径向静态偏心前后气隙磁密表达式,并考虑绕组分布情况,构建一种新型的永磁发电机轴径向静态偏心故障下相电流数学模型,在此基础上得到轴径向偏心下电磁转矩解析表达式。其次,通过有限元仿真计算得到外转子永磁发电机轴径向静态偏心下的电磁转矩波动特性。最后,在一台外转子永磁发电机上通过故障模拟实验实例印证了解析分析和仿真计算结果。结果表明:相较于正常情况,径向偏心时,电磁转矩以直流、二倍频、四倍频成分为主,随着偏心程度的加剧,电磁转矩的直流、二倍频、四倍频成分幅值将随着增大;轴向偏心时,电磁转矩谐波成分不变,随着偏心程度的加剧,各谐波成分幅值将随着减小。对外转子永磁发电机气隙偏心故障分析的一个重要补充,对此类问题的现场检测和鉴定具有参考价值。

存在初始静偏心的储能飞轮转子动力学特性

以大功率储能飞轮转子系统为研究对象,探究电机转子存在初始静偏心时飞轮动力学特性的变化规律。首先使用能量法求出电机转子不平衡磁拉力(UMP)与转子偏心位移之间的关系,采用Timoshenko梁单元模型建立包含UMP的飞轮转子机电耦合动力学模型,计算分析电机转子初始偏心量和偏心方向对飞轮稳态和瞬态特性的影响,得出以下结论:随着偏心量的增大,上轴承处轴心轨迹出现嵌套圆环,频谱出现3种频率成分且幅值增大,升速响应曲线共振峰的峰值增大,对应转速减小;当偏心方向改变且旋转一周时,转频等成分的幅值、升速响应曲线共振峰值产生明显的周期规律变化。

大型焊接式轴流压缩机转子弯曲控制技术研究

文章详细论述了某焊接式轴流压缩机转子制造工艺流程。通过对空心部位特点进行分析,制定出稳定可靠的加工方案,重点分析压缩机转子在加工中的静挠度特性,以及转子焊后偏心控制及修正技术。

定子匝间短路位置对汽轮发电机转子铁心温升特性的影响

气隙静偏心广泛存在于发电机中,导致发电机气隙分布不均,当处于不同气隙长度中时,定子匝间短路表现出位置特性。本文分析汽轮发电机不同定子匝间短路位置下转子铁心的温升特性,首先推导发电机不同定子匝间短路位置下的磁通密度和铁心损耗的解析表达式;然后建立发电机三维电磁场与温度场仿真计算模型,对不同短路位置下的铁心损耗和温度进行求解计算;最后实测CS-5型故障模拟发电机在不同定子匝间短路位置下的转子铁心温度,实验结果与理论分析和仿真计算相一致。研究表明:定子匝间短路会显著增加转子铁心损耗与温度;特别地,随着短路位置越接近气隙最小位置处,转子铁心的温升越高。

异步电动机断条与静偏心复合故障的电流特征

为了研究笼型异步电动机断条和静态偏心复合故障特征,采用多回路数学模型和改进的绕组函数法对复合故障下的定子电流特征进行了机理分析和仿真研究。首先建立笼型异步电动机的多回路数学模型,通过改进的绕组函数法计算了笼型异步电动机复合故障下的电感参数,推导了复合故障在定子电流中产生的特定谐波频率计算公式,然后建立了笼型异步电动机正常状态和复合故障时的有限元仿真模型,通过仿真对理论结果进行了验证。结果表明,复合故障发生时定子电流中除存在单一断条和静态偏心故障的特征频率外,还会产生一系列附加谐波分量,理论分析与仿真结果相符。

用静压支承实现的大型转动构件偏心质量测量装置

介绍大型转动构件偏心质量的一种新型测量装置 ,该装置采用静压支承原理 ,具有数百吨的支承能力 ,又可以使被测构件处于“悬浮”状态 ,克服了传统测量装置中刚性支承摩擦的影响 ,从而极大地提高了测量精度。介绍了该装置的原理和结构 ,并对装置的支承力和系统能耗进行了分析计算。

水电机组转子-转轮弯扭耦合振动特性分析

针对水轮发电机组轴系由多振源激励引起的非线性振动问题,本文构建了考虑动、静偏心因素的不平衡磁拉力及非线性密封力联合作用下机组轴系弯扭耦合振动模型,采用数值分析方法对系统动力学特性进行了研究。通过分岔图、轴心轨迹图和频谱图等方法分析了质量偏心、密封间隙对系统振动特性的影响。结果表明,动静偏心的加入对系统动态特性表现形式及振幅均带来了明显改变,系统稳定性在一定程度上得到了提升,新的运动特征周期6得以显现。质量偏心在恶化转子振动的同时会削弱不平衡磁拉力的影响,使振动趋于规则,但过大的质量偏心会导致定转子发生全周碰摩故障,容易引起系统潜在的不稳定。密封间隙的增加可以减少阻尼和摩擦,使系统运动趋于稳定;但过大的密封间隙会增加流体的泄漏,降低水轮发电机组运行效率。

计及转子静偏心的双馈式发电机转子匝间短路故障频谱特性的仿真分析

为了研究双馈风力发电机转子静偏心故障和转子绕组匝间短路故障频谱特性的区别,避免静偏心导致对转子绕组匝间短路故障的误诊断。依据有限元理论,建立双馈风力发电机转子绕组匝间短路模型和计及静偏心的模型,对转子绕组匝间短路、计及静偏心的转子匝间短路故障进行了仿真。以转子线电流和定子线电压为研究对象,从频谱特性角度,对各组的仿真结果进行了对比研究。分析结果表明,静偏心的存在会导致定子线电压中出现与转子绕组匝间短路故障相同的特征频率,可能导致误诊断;同时对转子线电流和定子线电压以及定子线电压的高频段进行监测,能够有效区分静偏心与转子绕组匝间短路故障,避免静偏心导致对转子绕组匝间短路故障的误诊断。

三维气隙偏心对同步发电机转子铁芯温度特性的影响

对同步发电机正常运行、气隙径向偏心、气隙轴向偏心及气隙轴向-径向复合偏心故障前后转子铁芯的损耗和温度的变化进行分析。首先对正常运行以及3种气隙偏心故障下的磁滞损耗和涡流损耗进行了解析,推导得到了各工况对应的损耗表达式;然后建立了CS-5型发电机的三维有限元模型,计算得到了不同工况下转子铁芯的损耗和温度变化数据。研究发现:气隙径向偏心故障下,转子铁芯的温度高于正常情况,随着偏心量的增加,损耗与温度均呈现升高趋势;气隙轴向偏心故障下,转子铁芯的损耗和温度将低于正常情况,偏移量的增加会使损耗和温度均呈现下降趋势;气隙轴向-径向复合偏心故障下,转子铁芯的损耗和温度相对正常情况变化较小,但整体仍呈现升高趋势。最后对CS-5型故障模拟发电机进行仿真和实验,仿真和实验结果与理论分析结论基本一致。

支路不对称发电机故障下定子电磁力仿真分析

针对定子支路不对称汽轮发电机在气隙静偏心、转子匝间短路单故障及复合故障产生的定子电磁力特性进行研究,建立了定子支路不对称汽轮发电机有限元模型,计算了故障前后作用于定子单位面积电磁力,并将计算结果与定子支路对称结果进行对比。结果表明:故障下支路不对称发电机定子电磁力的主要谐波频率与支路对称时情况相同,但各倍频的幅值与支路对称情况相比有明显不同。气隙静偏心故障时,支路不对称的定子电磁力二倍频幅值小于定子支路对称情况。转子匝间短路故障时,支路不对称的电磁力1、3、4倍频幅值大于定子支路对称情况,而2倍频幅值则相反。该结论可以为定子支路不对称汽轮发电机的状态监测与故障识别提供理论依据。

水轮发电机转子典型机电故障的不平衡磁拉力研究

针对水轮发电机发生转子偏心和转子绕组匝间短路故障产生不平衡磁拉力,进而引起机组强烈振动的情况,通过有限元仿真软件建立一台550MW水轮发电机二维仿真模型,分别对转子动、静偏心故障及转子绕组匝间短路故障进行模拟,计算各故障情况下的不平衡磁拉力,分析转子偏心程度、方向和转子绕组匝间短路程度对不平衡磁拉力大小和方向的影响。结果表明,不论是发生转子偏心故障还是发生转子绕组匝间短路故障,不平衡磁拉力数值均随故障程度的加重而增大,且不平衡磁拉力方向为诊断转子偏心方向和空载情况下匝间短路故障磁极提供帮助。研究成果为未来研究水轮发电机振动现象和故障检测奠定了基础。

气隙静偏心与转子匝间短路下电磁转矩特性区分

对发电机气隙静偏心、转子匝间短路及其复合故障前后的电磁转矩进行了分析。首先,通过理论推导了各运行状态下电磁转矩表达式;然后,利用有限元软件Ansoft建立了模拟发电机仿真模型,并计算了对应的电磁转矩;最后,对模拟发电机进行了实测,三者所得结果基本吻合。结果表明:正常运行与转子匝间短路下,电磁转矩为常值,不存在谐波成分,且随着短路程度的加剧,均值不断减小;气隙静偏心使电磁转矩产生二倍频成分,偏心程度加剧时,均值与二倍频幅值增大;复合故障下,电磁转矩产生一倍频和二倍频成分。当仅短路程度加剧时,一倍频幅值增大,均值和二倍频幅值减小;当仅偏心程度加剧时,均值、一倍频和二倍频幅值增大。

转子断条与静态偏心复合故障诊断方法

为了探究笼型异步电动机中,转子断条和静态偏心两种故障的影响因素和耦合规律,提高转子断条与静态偏心复合故障识别的准确率,基于多通道自适应陷波和总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)两种算法对转子断条与静态偏心复合故障进行诊断分析。首先采用自适应陷波技术滤除定子电流中的工频及奇次谐波,再对信号进行EEMD分解获得若干固有模态分量(intrinsic mode function,IMF)。然后对IMF分量进行包络分析,解调出故障特征频率,甄别故障类型。实验结果表明,该方法对转子断条与静态偏心复合故障能够准确识别。

多因素影响下空气静压轴承静态特性分析及实验研究

由于空气静压主轴气膜厚度处于微米级别,而主轴中的不平衡现象会影响轴承内的气膜厚度变化,因而需要对各微尺度影响因素综合考虑,并对影响主轴不平衡的各因素进行充分考虑才能真实反映主轴内的气膜流动状态,仿真出轴承的静态性能。充分考虑影响主轴不平衡的各因素并对传统雷诺方程进行修正,研究黏度、流量因子、速度滑移3个微尺度因子及转子偏心和制造误差对轴承静态性能的影响,并通过实验验证从而实现对空气静压主轴静态特性的真实预测和分析。结果表明:3个微尺度因子中,速度滑移对轴承气体压力分布影响最大,同时考虑3个微尺度因子时更能反映轴承气膜流动真实状态;转子偏心与制造误差耦合时,随转子偏心率增大,轴承中各节流孔附近的气膜压力分布与气膜刚度差异越来越大,将严重影响轴承气膜刚度。

115万kW超大型核电透平机组的静力分析

首次尝试确定具有１１个液膜动力轴承的１１５万ｋＷ超大型核电站透平发电机转子系统的静挠度、轴应力和支承反力的分布．使用有限元方法对该系统建立计算模型，计算和分析了轴承竖向对中状态的变化对支承反力和轴应力分布的影响．在正常运行速度和一定范围的轴承载荷下，计算了诸液膜轴承的刚度和阻尼系数以及液膜压力分布，并计及基础柔性．根据测量到的运行速度下诸轴承塞油孔动压力，预测和估算支承反力的分布，为动力分析打下基础．

静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性影响的数值分析

由于装配误差或重力等原因,挤压油膜阻尼器在实际使用中难以避免产生静偏心。为了研究静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响,基于广义雷诺方程推导出静偏心条件下挤压油膜阻尼器雷诺方程并建立了静偏心挤压油膜阻尼器-转子系统的动力学模型,随后运用数值积分获取静偏心下转子系统的非线性响应。研究表明:转子进动半径随着静偏心增大而减小;静偏心显著影响转子轴心轨迹,静偏心时转子轴心轨迹在大多数转速下近似为椭圆而不再是圆,静偏心下突加不平衡响应瞬态振幅远高于无静偏心条件下瞬态振幅。

转子挤压油膜阻尼器静偏心对减振效果的影响

为了研究挤压油膜阻尼器静偏心对转子系统减振特性的影响,基于Reynolds边界条件推导了静偏心条件下挤压油膜阻尼器的油膜力表征公式,建立了考虑挤压油膜阻尼器静偏心的转子系统的有限元模型,并采用数值方法分析了静偏心对挤压油膜阻尼器减振特性的影响。结果表明:静偏心程度增加会导致转子系统临界转速增加及其对应幅值降低,提高挤压油膜阻尼器的减振效果;静偏心率增大,挤压油膜阻尼器的承载能力减弱,在最大承载量运行时的减振效率也随之降低,转子系统在升速过程中更容易出现幅值跳跃现象。

气隙静偏心对刚度不对称永磁同步电机转子振动特性的影响研究

在电机中,电磁振源和机械振源通常被认为独立地产生和作用于电机各个部件。但在实践中,二者不仅共同作用于电机转子,而且电磁因素和机械因素耦合后,使转子的动力学响应变得更为复杂。以永磁同步电机为研究对象,研究了气隙静偏心(static air-gap eccentricity,SE)和转子刚度不对称、质量不平衡等机械因素耦合对转子振动的影响。结合一台10 kW永磁电机试验对象,对Jeffcott转子近似模型进行数值分析。结果表明,在残余不平衡质量基础上,单独引入气隙静偏心因素对转子振动没有明显影响;单独引入刚度不对称因素会导致转子系统产生3倍转频(3f_(r))振动,刚度不对称比越大,3倍转频振动幅值越大。在考虑三者耦合作用下,转子系统会产生2倍转频(2f_(r))、4倍转频(4f_(r))振动,并且偶数倍转频振动幅值与静偏心量呈正相关关系,这一结论在气隙偏心可调的10 kW永磁同步电机上得到了试验验证。