双盘转子—电磁轴承系统的碰摩振动特性

转子系统的非线性振动是工程实际中的复杂问题,尤其转子系统碰摩振动的强非线性动力学特性,诱发倍周期分岔、hopf分岔及混沌等复杂现象。建立一类考虑碰摩故障的主动电磁轴承支撑双盘转子系统的力学模型,基于非线性动力学和转子动力学理论,采用多目标协同、多参数耦合仿真分析,运用变步长4阶Runge-Kutta法数值计算,通过获得的转子系统周期分岔图、碰摩分岔图、轴心轨迹图、Poincaré映射图、最大碰摩力及碰摩占空比曲线图,揭示了转子系统的非线性动态响应。同时研究复杂转子系统的碰摩振动特性与结构参数的关联关系。计算结果表明,系统的间隙阈值越小且转速越低条件下的周期碰摩振动越具复杂性和多样性,且系统因碰摩故障引发的最大碰摩力及碰摩占空比曲线峰值也较高。系统的定子刚度比越大,其表现出的各类周期碰摩振动的振动幅值和冲击速度越高;最大碰摩力越大。系统的偏心比值越大,系统的周期碰摩振动模式类型越多样化且混沌窗口越多;系统的各类周期碰摩振动产生的最大碰摩力和碰摩占空比也越高。同时,进一步分析了基本周期振动、亚谐振动、概周期振动和混沌的发生区域及转迁规律。研究结果可以有效地为该类转子系统动态匹配设计、大数据诊断与协同优化提供实际指导意义。

考虑“筒中筒”耦合作用的深水隔水管柱与钻柱碰摩运动规律

深水钻井时,旋转钻柱与海洋环境力作用下发生振动的隔水管柱易发生接触,造成钻柱与隔水管柱的碰撞或者摩擦。为了解隔水管柱与钻柱间的运动状态,减轻两者间碰摩,保证作业安全性,提出了一种模拟深水隔水管柱-钻柱组成的“筒中筒”耦合系统模型,通过分析二者间的位移与接触力,实现海洋深水钻井作业时隔水管柱与钻柱的耦合动力学模拟的建立。模拟结果表明,考虑隔水管柱与钻柱接触的情况下,海流作用和涡激作用对钻柱的动力学特征具有较大影响;海流速度增加,隔水管柱弯曲程度变大,隔水管柱的振动特征会限制钻柱运动;井口转速增加对钻柱的涡动特征影响小,但会增大钻柱与隔水管柱内壁的接触力,增大钻柱与隔水管柱的失效风险。该理论为海洋深水钻井摩阻分析提供了新的借鉴。

高速湿式离合器摩擦片表面微织构优化设计

湿式离合器是车辆传动系统核心元件,在高速分离状态下易出现摩擦片和钢片之间的碰撞摩擦,由此引起离合器带排转矩的急剧增大,影响其传动效率和可靠性。因此,本文以降低离合器高速段碰摩带排转矩为目标,对摩擦片表面微织构进行了优化设计。首先提出了摩擦片表面任意微织构形线参数化建模方法;然后选取了微织构的数量、深度、周向占比、径向占比和形线参数,构建了微织构优化的设计变量、约束条件和优化目标函数,通过将试验设计、模拟近似模型和搜索寻优相结合,建立了摩擦片表面微织构优化设计模型;最后进行了微织构优化前后的带排转矩对比试验。结果表明优化后的微织构可显著降低高速段碰摩带排转矩,并大幅推迟摩擦副高速碰摩现象出现的线速度。

轴承不对中-碰摩耦合故障下双转子系统非线性振动特性分析

为揭示因轴承不对中导致的故障转子系统振动特性,基于坐标变换关系,推导了轴承不对中下转子偏转位移表达式。在此基础上,建立了综合考虑碰摩力、油膜力等外激励影响下双盘转子轴承不对中-碰摩耦合故障系统动力学模型,采用数值方法研究了转速及质量偏心对系统动态特性的影响。结果表明,轴承不对中故障会增加系统碰摩发生可能性、恶化轴系振动并加大系统非稳态运动范围。虽然不对中量的加入可在一定程度上延缓系统因参数变化引起的失稳运动,但据此产生的振幅增加与系统安全运行目标相悖,故应采取必要措施对轴承不对中故障加以控制。相关结论可为转子-轴承系统振动状态识别及稳定性分析提供有益借鉴。

空载湿式离合器临界碰摩转速影响机理分析

定义空载湿式离合器摩擦片/钢片的周期无量纲轴向位移范围λ,根据其值确定湿式离合器的临界碰摩转速。通过分析润滑油温度、供油流量、摩擦副间隙与特征量λ变化趋势的关系,得到工况参数对湿式离合器临界碰摩转速的影响规律。从力学角度出发,分析流场刚度和阻尼的变化规律,探寻摩擦片/钢片三自由度运动的影响因素,在此基础上提出流场临界刚度和临界阻尼的概念,揭示湿式离合器工况参数对其临界碰摩转速的影响机理,并进行了试验验证。研究结果表明:润滑油温度升高或摩擦副间隙增大会导致流场中的交叉刚度系数和交叉阻尼系数变大,湿式离合器的临界碰摩转速降低;供油流量增大会导致流场中的交叉刚度系数和交叉阻尼系数减小,湿式离合器的临界碰摩转速升高。

直升机超临界尾传动轴干摩擦阻尼器碰摩响应边界特性分析

为最大化提高直升机功重比,越来越多的直升机设计中应用了超临界尾传动系统,这一系统会导致跨临界振动的产生。安装干摩擦阻尼器是一种常见的抑制直升机尾传动轴跨临界剧烈振动的方法。以某装有干摩擦阻尼器的尾传动轴为研究对象,建立控制方程,并分析系统在传动轴偏心激励下各类碰摩响应的边界特性。建立传动轴/阻尼器系统的非线性控制方程;依据扫频获得系统典型碰摩响应特征,使用解析法针对无碰摩响应求解碰摩发生边界,并对同频全周碰摩响应求解其稳定性条件的边界;通过Runge-Kutta法验证了所推导的响应边界,并探讨了响应边界与系统参数的影响关系。

轴流泵在叶轮和泵壳间隙不足情况下运行的碰磨振动特性研究

为提高水泵碰磨故障的诊断效率,以轴流泵在叶轮和泵壳间隙不足情况下运行的碰磨振动特性为研究对象,根据轴流泵发生碰磨时的受力情况,分析了其受到离心力、水体对叶轮的反作用力、碰撞摩擦力和各种激励外力的作用下产生的异常振动的振动特性,并用数值模拟和模型试验加以验证。得出了叶轮和泵壳间隙不足时,轴流泵的碰磨振动特性主要表现在频谱图中各整数倍频较为突出,奇数倍频和叶频的整数倍频相对其他频率更为突出,存在杂频和高频成分,当碰磨较为严重时,可以看到1/2倍频等分频成分等结论。研究成果在水泵振动特性研究和泵站故障诊断方面有一定的指导意义。

基于轻量级卷积神经网络的转子碰摩故障诊断

随着非平稳信号的时频故障特征表示技术的优势以及卷积神经网络(CNN)的出现,转子碰摩故障诊断已经达到了高精度。然而,基于CNN的故障诊断方法有许多缺点,提出了一种基于轻量级卷积神经网络(GHSQNet)与时频图相结合的转子碰摩故障诊断方法。该方法能够在保证故障诊断精度的同时占用更小的内存。实验结果表明,与其他轻量级卷积神经网络相比,提出的模型性能表现更加优越。识别准确率达到了99.39%,而模型大小只有1.07 MB,在移动端有很高的实用价值。

一种含特殊限位器的柔性连接转子碰摩响应研究

以一种柔性连接两节式转子-限位器系统为研究对象,利用拉格朗日方法建立考虑陀螺效应的转子系统动力学方程,采用Hooke接触模型及Coulomb碰撞模型,描述变刚度限位器与转子的相互作用,并利用数值方法求解碰摩响应,分析了不同碰摩刚度与摩擦系数下的碰摩行为,引入碰摩稳定域概念,并计算了碰摩稳定域曲线,开展了不同激励强度下的碰摩试验,与理论分析情况进行对比。研究结果表明:转子碰摩响应存在有限次碰摩后恢复稳定、拟周期运动、同步全周碰摩三种典型碰摩行为;摩擦力是导致转子失稳的关键因素,限位器碰摩刚度存在最优区间;限位器碰摩模型可为工程设计提供参考。

某型航空发动机双转子系统碰摩分析及挠度抑制方法研究

针对航空发动机的碰摩故障,建立某型航空发动机转子系统三维有限元模型,进行临界转速计算、低压转子瞬态响应和双转子系统碰摩风险分析;进行双转子系统碰摩响应计算,得出双转子系统碰摩工况和位置识别;采用限位轴承进行挠度抑制。结果表明:双转子系统碰摩工况与位置符合低压转子瞬态响应与临界特性,低压转子的2、3阶临界特性受到了抑制。

含双重三要素型吸振器的碰摩转子的振动特性分析

对碰摩故障下安装有抑制共振的最优双重三要素型转子吸振器的转子的振动特性进行了研究。利用转子动力学方法建立了吸振器-转子的动力学方程,通过Newmark-Newton方法对方程进行了求解,借助分岔图分析了吸振器参数、碰摩参数对转子振动特性的影响。结果显示:刚度较小的单体吸振器1的ka1为最优值的1.66~2倍时,吸振器-转子呈现周期二运动,其他参数变动时转子基本处于周期N运动或混沌运动;刚度较大的单体吸振器2的ka2为最优值的1.36~2倍时,吸振器-转子呈周期二运动,其他参数变动时转子基本处于周期N或混动运动。碰摩刚度的变化,会使吸振器-转子的运动由周期四运动转为周期N运动或混沌运动;碰摩摩擦系数除在初始值的0.8~1.18倍、1.48~1.6倍范围内使吸振器-转子呈周期四运动外,其他变动数值时系统呈周期二运动。

航空发动机双转子轴间碰摩非线性动力学特性

航空发动机双转子之间通常采用封严结构,容易导致双转子发生轴间碰摩。针对双转子轴间碰摩问题,推导了轴间碰摩力模型,结合实体有限元法建立了双转子轴间碰摩动力学模型,并将固定模态界面综合法和数值方法结合,提出了此类高维转子轴间碰摩响应的一般计算流程。基于该计算流程,详细研究了轴间碰摩导致的双转子复杂非线性动力学特性。结果表明:双转子发生轴间碰摩时,主要存在持续碰摩、间歇碰摩和自激振动三种碰摩状态。持续碰摩主要引起双转子间振动耦合;间歇碰摩对转子产生较明显冲击特征,导致转子频域响应中出现多阶模态频率成分及组合频率成分;自激振动则是由切向摩擦诱发的、转子正进动模态频率成分主导的一种运动状态,此时转子呈正向涡动,但振动幅值很高,对转子危害极大。通过减小摩擦系数或碰摩刚度,能显著减小自激振动发生的转速范围,提升转子运行稳定性。

基于峭度谱的口环碰摩声特征提取与试验验证

为避免离心泵口环与叶轮之间发生碰摩,对口环碰摩故障提供预警,提出一种能够准确识别和诊断口环碰摩异常现象的特征提取方法.以动静环碰摩动力学机理为基础,结合声信号与谱峭度分析,建立离心泵口环-叶轮碰摩的故障声信号模型.构造不同的工况信号,从信噪比、随机滑动程度2个角度,对峭度谱算法进行性能分析.在满足水介质、可调偏心、环形部件碰摩的条件下,搭建模拟离心泵运行特性的动静环摩擦试验台,进行不同碰摩程度试验.研究结果表明:声信号结合峭度谱的特征提取方法对于强噪声和随机滑动干扰具有较好鲁棒性,可有效提取口环碰摩噪声特征信号;对不同碰摩程度的信号可解调出特征频率,根据调制频率幅值以及冲击频率的变化来判断碰摩的严重程度.研究结果能够支撑口环碰摩故障的预警,可为声信号特征提取方法与诊断算法的有效性提供一定理论依据.

航空燃气涡轮发动机碰摩研究现状与展望

转静件碰摩是航空发动机中常见的故障现象,对发动机的安全可靠运转具有重要影响。从力学本质上,碰摩具有多物理场耦合、跨尺度和强非线性特征,碰摩结构的动力学行为极为复杂。主要以航空发动机工程需求为出发点,介绍了航空发动机中碰摩类型、碰摩力学效应及其引起的结构件损伤或失效形式;从碰摩局部力学模型和整体力学模型两方面梳理了碰摩动力学建模的主要成果;阐述了转子、叶片-盘-机匣、旋转壳体等结构件在碰摩过程中的非线性动力学行为的研究进展。对今后航空发动机碰摩研究的发展方向和工作重点进行了展望,提出要进一步完善和发展碰摩局部力学行为、跨尺度力学模型和非线性碰摩动力学特性相关理论技术,并针对当前工程亟需建立转静件碰摩损伤评估与危害度评价方法。

深度调峰工况下某汽轮机异常振动原因分析

某发电厂3号机为600MW超临界机组,在一次机组正常调峰运行过程中,发生了振动增大导致的非计划停运事件。通过对振动数据进行分析,判断高中压轴封位置发生严重碰摩,导致高中压转子轴振增大。碰摩原因为轴封联络管中冷汽进入,导致轴封位置发生碰摩故障。对深度调峰工况下轴封温度对机组振动的影响进行了详细的分析,为今后类似机组在调峰状态下振动故障的分析提供了借鉴。

湿式离合器欠约束摩擦副临界碰摩转速及带排转矩分析

带排转矩会降低湿式离合器的传动效率,缩短其使用寿命和降低其工作可靠性。目前针对湿式离合器带排转矩的研究大多基于平均间隙分布模型,但各摩擦副之间的间隙分布对带排转矩有重要影响,且获取处于工作状态的湿式离合器各摩擦副间隙分布是很困难的。因此,本文提出了一种湿式离合器各摩擦副间隙分布的仿真模拟方法,采用次序统计方法模拟各摩擦片和钢片的位置,获得各摩擦副初始间隙分布规律;在此基础上,通过仿真分析不同工况下欠约束多摩擦副系统的临界碰摩转速及带排转矩,并通过了试验验证。结果表明,在湿式离合器总间隙不变的情况下,欠约束多摩擦副系统的临碰摩转速小于基于平均间隙分布假设下的临界碰摩转速;随着湿式离合器总间隙的增加,临界碰摩转速逐渐下降;欠约束多摩擦副系统的带排转矩明显大于基于平均间隙分布假设下的带排转矩,随着湿式离合器总间隙的增加,带排转矩逐渐下降。

柔性缓冲环对轴承-转子动力学特性的影响

综合考虑滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩的条件下,建立了含柔性缓冲环的轴承-转子系统力学模型,运用Runge-Kutta数值积分法,得到转子系统的分岔图、最大碰摩力分布图、占空比分布图和频谱图等,具体分析了柔性缓冲环对转子系统动力学特性的影响。研究表明:柔性缓冲环延缓了油膜涡动的产生,极大地削弱了油膜涡动和油膜振荡对转子系统稳定性的影响,进而提高了系统的平稳性;同时,缓冲环的布置间隙和刚度是影响其性能的关键参数,转子以中高转速长期运行时,应选择较小的布置间隙和较大的刚度,若转子需以超高转速长期运行时,应选择较大的布置间隙和较小的刚度。

基于聚类分析的旋转机械声发射碰摩定位算法

旋转机械的特性决定了其在运行中可能会出现碰摩故障并且不易停机检修,所以旋转机械的碰摩定位是一个亟需解决的问题。针对此问题,提出了利用声发射信号特性的参数定位方法,并采用改进的聚类算法优化定位结果。该方法能够在旋转机械运行时进行检测,并且能够准确对碰摩源进行定位。试验结果表明,与时差定位算法相比,提出的方法可以更有效地分离出碰摩源,而且经过改进后的聚类算法运行速度更快。

转子系统碰摩故障实验研究进展与展望

针对旋转机械出现的转定子碰摩故障,对实验研究进行全面综述。简单介绍模拟单点、局部及整周碰摩所用实验装置,分析三种碰摩形式出现的典型实验现象;局部碰摩故障在工程实际中为主要碰摩形式,据研究对象将其划分为简单转子系统局部碰摩、复杂转子系统局部碰摩、旋转叶片-机匣局部碰摩及实际机组局部碰摩;并对三种碰摩形式典型故障特征进行对比,分析转定子碰摩实验研究发展方向。

油茶果脱壳装置设计及试验

为提高油茶果脱壳率和降低茶籽破损率,采用撞击、搓擦原理,设计了一种油茶果脱壳装置。该装置由喂料斗、脱壳装置、动力传输部件、机架等构成,通过立式甩盘的撞击以及脱壳室内齿圈的搓擦进行脱壳,能适用含水率在65%以下的油茶鲜果脱壳。确立了影响脱壳的主要因素是甩盘转速和喂料量,并进行了脱壳试验。结果表明,随着甩盘转速的增大,脱壳率及破损率显著增加,而随着喂料量的增大,脱壳率先增加后降低,破损率变化相对较小。该脱壳装置适宜的工作参数为:甩盘转速为700 r/min左右;喂料量控制在500 kg/h左右,在此条件下,脱壳率能达到85.3%,破损率为6.5%左右。