NONLINEAR ANALYSIS OF A CRACKED ROTOR WITH WHIRLING

Nonlinear dynamics of a cracked rotor with whirling were analyzed and were compared to a rotor without whirling. Distinct differences have been found in bifurcation, amplitude, orbit and Poincare map when carrying on this comparison. Complicated dynamics may be found when a cracked rotor has its whirling speed. The results revealed may be useful in crack-early-detection and diagnosis.

超临界二氧化碳涡轮转子非线性涡动的密封动力特性

超临界二氧化碳涡轮密封具有较强的气动特性和转子非线性运动特征,为探究密封气动作用对转子运动的影响,该文通过Fluent用户自定义函数和四阶Runge-Kutta构建转子-密封的非线性涡动模型,实现转子非线性动力学与密封流场的联合求解,得到转子受密封气流激振力作用下自由涡动的动力特性,揭示密封气流激振对转子失稳的作用过程。结果表明:不平衡质量力和转子弹性恢复力会使得转子运动呈现弧状的螺旋运动。密封的气体动压作用导致发生转子横向偏移。密封气流激振力呈现带状分布,在工作转速形成明显的振幅,动力系数波动幅度较大。不平衡质量力和气流激振力使得密封有效阻尼较低,更容易发生运动失稳。

多轴压缩装置滑动轴承-转子系统不平衡响应分析

从转子动力学角度出发,结合达朗贝尔原理和传递矩阵法建立了转子离散化动力学方程,基于流体动压轴承理论和有限差分法计算非线性油膜压力,提出了一种由滑动轴承支承的多轴离心压缩机转子系统动力学模型,并从轴心轨迹、轴承偏心率和频谱响应等方面分析了该非线性轴承-转子系统的不平衡效应及振动特征。结果表明,转子在理想化的不平衡量下,振动特征主要表现为次同步涡动。随着不平衡量的增加,转子主同步响应增大,在0.2 g·mm不平衡量下,转子系统出现多重椭圆轨迹,非常不利于转子系统的使用寿命。在G1平衡精度下,转子系统具有良好的动力学特性,可保证多轴压缩机主轴转子系统在正常工况下稳定健康运转。

燃气轮机转子-轴承系统的油膜涡动分析

建立了不平衡双盘转子-油膜轴承系统模型来分析某型燃气轮机转子-轴承系统的整体动力学特性,根据实际燃气轮发电机组的运行参数和结构特征,选取合理的参数,采用数值方法分析了在平稳升速过程中系统涡动的扩展过程,表明涡动的发展可分为三个阶段:(1)稳定的惯性同步涡动阶段;(2)油膜涡动的积累阶段,即振动能量由惯性涡动向半速油膜涡动迁移;(3)油膜振荡锁频阶段。分析了不平衡量对系统幅频特性和涡动扩展过程的影响,揭示了油膜振荡的跳跃特性。分析结果在多个实验研究文献中得到证实,表明所建立的模型可以用来分析燃气轮机转子系统的整体动力学特性。

带有涡动的裂纹转子故障特征研究

分析了裂纹轴转子系统在考虑涡动时的非线性动力学行为 ,并与忽略涡动时的裂纹轴进行了对比 ,发现二者在周期分岔特性、振幅特性、轴心轨迹和庞卡莱图等方面均存在明显差异· 从而可以看出在考虑非线性涡动时 ,裂纹轴会出现复杂的动力学行为· 所得结论对于早期发现和诊断裂纹故障有一定参考价值·

轴系稳定性及油膜失稳发展过程研究

本文为简化分析以刚性转子系统为对象,在对滑动轴承动态油膜力工作简化的基础上进行了线性稳定性和非线性振动计算,比较了两者的对数衰减率以及线性失稳转速与非线性油膜失稳起点之间的差别,分析了油膜失稳的发展过程及其导致轴系破坏的原因。指出非线性油膜失稳的转速高于线性失稳转速;转子在轴承线性油膜失稳后,在一定的转速范围内,仍可在极限环上稳定运行;油膜失稳导致轴承破坏的原因主要是由于油膜失稳后位移和动态油膜力峰值迅速增大引起轴系大振动,静动部件强烈碰磨和(或)轴承的联接失效,并相互影响、恶化、而不是由于油膜给转子的涡动能量。

碰摩转子轴承系统非线性振动特征的实验研究

建立了转子碰摩故障的实验装置,通过实验研究了转子系统碰摩故障的非线性振动特征,发现对油膜力影响较小的系统,转定子碰摩使系统产生了半频及高频分量,而对于滑动轴承支撑的系统,较小的碰摩间隙使得系统在油膜涡动之前产生碰摩,系统产生了丰富的高频分量;当碰摩间隙较大时,碰摩在油膜涡动之后发生,此时碰摩对系统的影响很小,轴承油膜力对系统的影响最大·

滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学特性研究

建立了滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学模型,模型中考虑了转子偏置量及圆盘摆振,滚动轴承模型中考虑了轴承游隙、非线性赫兹接触力及变刚度VC(Varying Compliance)振动等因素。采用数值方法对不同偏置量下,有无考虑圆盘摆振时系统动力学响应进行了计算与比较;分析了轴承游隙变化对不同偏置量的转子动力学性能的影响。结果表明:考虑圆盘摆振时偏置转子的非线性动力响应特征明显增强;相同转速下,不同偏置量的转子系统中频率成分亦不相同;转子偏置程度越大,系统临界转速对轴承游隙变化的敏感度越高。

汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、传动误差和时变啮合刚度等非线性因素,并同时考虑滑动轴承非线性油膜力和齿轮啮合力的耦合影响,建立了汇流传动齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。从转速方面出发,研究了齿轮系统的非线性动态响应,分析了齿轮啮合力和非线性油膜力之间的耦合作用,判断了转速变化下的油膜稳定性。结果表明:随着转速变化,系统表现出周期一运动、周期二运动、拟周期运动,混沌等丰富的动力学特性,并发现了拟周期分岔通向混沌的道路;随着转速升高,非线性啮合力和非线性油膜力先后对系统振动起到主要作用;油膜振动通过半频涡动失去了稳定性。

短滑动轴承-转子体系的涡动研究

研究了短轴承考虑压粘效应油膜力引起的转子涡动 ,为转子失稳后轴颈中心振幅、转子振幅及涡动频率提出了计算方法。算例表明 :当轴承相对间隙值保持定值时 ,轴颈中心的振幅 ,转子中心的振幅 ,涡动频率均较没有考虑压粘效应时相应值低。这说明虽然润滑油的粘性对振动有阻尼作用 ,但是 ,考虑压粘效应会使阻尼作用增大 ,从而使振幅衰减 ,特别是使转子中心的振幅有较大的衰减。这些在轴承 转子体系设计时是应该考虑的。在所建立的方程中使压粘系数等于零时 ,退化成不考虑压粘效应的情况 。

转子/定子碰摩系统的非线性模态及其在干摩擦反向涡动响应预测中的应用

为了分析转子/定子碰摩系统中的非线性模态,确定交叉耦合效应对非线性模态的影响以及非线性模态在预测系统干摩擦反向涡动响应中的作用,针对一个考虑了定子运动学特性以及转子和定子间交叉耦合效应的四自由度转子/定子碰摩系统,用解析方法求解了其线性和非线性模态,分析了系统干摩擦反向涡动响应的涡动频率,确定了激发干摩擦反向涡动的临界速度与系统模态之间的关系。分析结果表明:系统存在2个负的线性模态频率;随着碰摩面摩擦系数的增大,其负的非线性模态频率由1个增加到3个;系统的2个负线性模态频率不但是相应非线性模态的边界,也是干摩擦反向涡动频率的上边界;非线性模态存在的最小摩擦系数就是发生干摩擦反向涡动失稳的最小摩擦系数。此项研究可为转子/定子碰摩系统的响应预测提供新的思路。

修井钻磨涡动钻柱诱发套管磨损程度分析

钻柱在井筒中旋转时会发生涡动,与套管内壁发生碰撞和摩擦,导致套管磨损,降低井筒安全性。为此,考虑钻杆接头-套管、磨鞋-套管的接触非线性,使用ANSYS软件建立了钻柱动力学有限元模型,采用增强拉格朗日法进行接触求解,模拟钻柱在直井井筒中转动时的涡动,得到了钻柱的涡动轨迹和碰撞特性,探究了钻柱的涡动特性及钻柱涡动对套管造成的冲击和滚动磨损,在此基础上计算分析碰撞时的磨损体积,揭示了钻柱转速对套管磨损的影响规律。研究结果表明:涡动造成的钻杆接头、磨鞋与套管的接触有点-面与线-面两种形式,且以点-面接触为主;磨鞋、接头对套管造成的磨损主要为沿套管周向的不连续磨损;除去临界转速附近的结果,钻柱系统转速越高,其钻进期间涡动造成的套管磨损量越大。因此,修井钻磨时应尽量选用较低的转速以减少套管磨损,进而提升修井钻磨工作的安全性。

滑动轴承-转子系统涡动轨道的瞬态分析

本文利用传递矩阵法建立多质量滑动轴承-转子系统的运动微分方程,考虑了油膜非线性的影响,并对此系统在不同转速区域的涡动轨道及其稳定性进行了瞬态分析。研究结果表明,在一定的系统参数条件下,滑动轴承-转子系统可以处于稳定的同步涡动或次同步涡动状态,而转子的不平衡度则是影响涡动轨道的频率、幅度及稳定性的重要因素。

油膜失稳的非线性振动征兆

基于线性振动理论故障诊断技术 ,当故障系统非线性特征明显时常常造成误诊。滑动轴承支撑的转子系统的油膜失稳故障是最常见的非线性振动故障。本文建立轴承转子系统的非线性振动模型和状态方程 ,应用 Matlab系统的 Rounge- kutta法求状态方程的特征乘数 ,编程求解 L yapunov指数。根据 Floquet理论和 L yapunov指数判定系统运动状态 ,求解一系列参数条件下系统响应的数值解 ,以数值解与状态转迁集所表明的系统状态一致证明状态转迁集可以用于指示系统运动状态 ,指导故障诊断。

考虑旋转颤振的折叠机翼非线性颤振分析

固定翼舰载飞机由于其使用环境的限制,通常采用可折叠机翼。对于翼下吊挂安装涡桨发动机的舰载飞机,发动机-螺旋桨系统与柔性支持系统相互耦合会产生旋转颤振不稳定现象。由于折叠机构间隙的存在,折叠机翼的刚度呈非线性关系特性,通常会引起机翼的极限环振荡。对于安装在折叠机翼上的发动机-螺旋桨组合体,旋转模态与折叠机构的非线性特性的相互作用会影响机翼的动力学特性,进而显著地影响机翼的气动弹性特性。通过在非线性气动弹性方程中引入桨叶气动力与陀螺力矩,采用离散时域状态空间法进行直接仿真的方法,对旋转颤振/折叠翼结构非线性颤振的综合分析方法进行了研究,并进行了算例验证。结果表明:旋转颤振与非线性颤振相互影响会提高旋转颤振临界速度,并且使得机翼的极限环现象消失;旋转颤振与非线性颤振相互影响使得结构的响应更为复杂。

滑动轴承中非线性油膜力引起转子的涡动研究

研究了短轴承考虑压粘效应油膜力引起的转子涡动.为转子失稳后轴颈中心振幅、转子中心振幅及涡动频率提出了相对的简单计算方法.算例表明:当轴承相对间隙值保持定值时,轴颈中心的振幅,转子中心的振幅,涡动频率均较没有考虑压粘效应时相应值低.因此,虽然润滑油的粘性本身就对振动有阻尼作用,但是考虑压粘效应会使阻尼作用增大,从而使振幅衰减,特别是使转子中心的振幅有较大的衰减.在所建立的方程中使压粘系数等于零时,其结果与经典方法计算所得的结果符合度甚好.

磁轴承转子跌落在保护轴承上的动力学研究

调研了保护轴承-转子系统非线性动力学研究领域内近30年来的代表性成果。首先,梳理了局部碰撞模型的发展历史,分别从转子和保护轴承两方面对系统结构模型的发展进行了综述,并给出了各模型的特点;接着,从跌落响应形态切入,重点分析了保护轴承-转子系统损伤的最主要原因——后向涡动;然后,从转子结构、轴承结构和轴承参数三个方面,分析了跌落响应结果与系统结构及接触参数的关系;最后,通过总结归纳,给出了保护轴承结构和参数设计选用的通用准则,并提出了后续值得深入研究的几点问题。

涡动条件下钻柱的屈曲分析

建立了涡动条件下钻柱屈曲的平衡方程。在弯曲挠度为小变形和钻柱中轴向力为0的条件下,采用理论方法分析了钻柱的弯曲挠度、屈曲应力随转盘转速变化的情况。当涡动速度增加导致钻柱的弯曲挠度增加和钻柱中存在轴向力时,钻柱的弯曲挠度以及交变应力的大小就需要通过非线性有限元来进行分析。使用非线性有限元方法求解了不同轴向拉力条件下钻柱的弯曲挠度、最大应力、最小应力和应力幅度。计算结果表明,不考虑轴向力时,理论分析结果与非线性有限元分析结果精度较高且具有一致性;当钻柱中轴向拉力大于200 kN时,由涡动引起的交变应力对钻柱的影响可以忽略;适当增大钻铤长度可以减轻钻柱的疲劳失效。

轴承-转子系统在基础运动作用时的非线性分析

轴承-转子系统的非线性特性及其在基础运动作用时的响应,是离心机设备设计阶段必须考虑的。本文使用简化的多自由度转子模型进行模拟分析,运动方程考虑了非线性的油膜润滑轴承模型。应用自适应时间步长的Runge-Kutta-Felburg法求解微分运动方程组,将人造的正弦波加速度作为基础运动输入系统,使用Poincaré图、分岔图和瀑布图分别考察了垂直放置转子在有无基础运动作用时的动力学性质。快速傅里叶变换在频域内揭示了转动频率与基础振动频率之间的组合共振现象。计算的结果不仅给出了泵转子自身的非线性性质,也展示了泵转子在基础运动作用时的组合共振。

某电厂200MW汽轮发电机组突发性非线性振动的诊断及处理

针对某发电厂200MW汽轮发电机组大修后试运过程中发生轴系突发性非线性失稳振动的诊断,探讨了影响该类机组稳定性的主要原因,深入阐述了汽轮机轴系非线性振动故障的机理,提出了消除汽轮发电机轴系非线性振动的对策。