Nonlinear dynamic behavior of rubbing rotor under interaction between bending and torsional vibrations

The nonlinear dynamic behavior of a rubbing rotor system was studied with a mathematical model established with the eccentricity and interaction between bending and torsional vibrations taken into consideration. The nonlinear vibrational response of a rubbing rotor was analyzed using numerical integral, spectroscopic analysis and Poince mapping method, which made it possible to have better understanding of the vibrational characteristics of partial rubbing and complete circular rubbing rotors. The numerical results reveal the response of torsional vibration mainly takes a form of superchronous motion, and its frequency decreases as the rotational speed increases when partial rubbing occurs, and the response of torsional vibration is synchronous when complete circular rubbing occurs. The comparison of the dynamics of rubbing rotors with and without the interaction between bending and torsional vibrations shows the interaction between bending and torsional vibrations advances the rotational speed, at which the response of bending vibration changes from a synchronous motion into a quasi periodic motion, and the interaction between bending and torsional vibrations reduces stability of the rubbing rotor.

Combined resonance of low pressure cylinder-generator rotor system with bending-torsion coupling

A nonlinear model of a low pressure cylinder-generator rotor system is presented to study sub-synchronous resonance and combined resonance. Analytical results are obtained by an averaging method. Transition sets and bifurcation diagrams are obtained based on the singularity theory for the two-state variable system. The bifurcation characteristics are analyzed to provide a basis for the optimal design and fault diagnosis of the rotor system. Finally, the theoretical results are verified with the numerical results.

燃气轮机拉杆转子抗弯刚度分析

为提高计算效率,发展了一种计算抗弯刚度的简便算法。该算法利用接触压力在接触面上近似线性分布的特点,在给定的总体预紧力及弯矩情况下,计算得到接触面上法向应力及分布,结合轮盘的结构特点采用平截面假设,求出抗弯刚度的修正系数,再乘以连续模型的抗弯刚度就可得到界面分离时的抗弯刚度。采用简化算法得到的抗弯刚度与三维有限元接触算法计算结果相差在5.8%以内,计算所需时间为后者的1%,证明了本算法的高效性;以某F级重型燃气轮机转子为例,综合考虑了界面局部分离和粗糙度对转子整体刚度的影响,并研究了预紧松弛对转子固有频率的影响。

不平衡转子系统弯扭耦合复杂故障智能诊断

弯曲振动与扭转振动耦合在旋转机械实际运行中往往不可避免。考虑不平衡转子不同复杂工况的弯扭耦合情况,利用深度学习技术的优势,构建了基于一维卷积神经网络的诊断模型,提出了一种用于处理不平衡转子发生弯曲,扭转以及弯扭耦合振动情况的智能故障诊断方法。分析了数据输入类型和L 2正则化对诊断的影响,优化了诊断模型以提高诊断精度,并进行了试验验证。研究结果表明,该方法可以实现不同转速下,发生弯扭耦合振动时单种或多种复合故障的智能诊断,获得比其他方法更好的诊断效果。

基于跳动数据的弯曲转子动平衡方法研究

文章研究了在已知汽轮机转子跳动情况下,弯曲转子的精细动平衡方法.在有限元软件中进行转子建模,通过跳动情况进行不平衡重径积计算,并将重径积结果添加到转子模型中,以此计算前后轴承附近的振动响应,通过试算得到最优配重方案.工程实践证明,该方案实施效果显著,能有效地处理弯曲转子的振动问题.

汽轮机高压胀差超限仿真分析与损伤状态建模评估

汽轮机冷态启动带负荷运行中高压胀差严重超限导致停机,惰走过程中出现剧烈碰摩振动,通过DCS数据调查分析,给出高压胀差大的影响因素。利用ANSYS有限元转子建模,重点模拟了轴封温度变化对高压转子膨胀量影响,提出了机组冷态启动时高压胀差的运行控制措施。基于高压转子外侧端面晃度量,理论估算转子最大弯曲值,采用Matlab建立高压转子集中质量模型,运用Riccati传递矩阵法仿真计算其振型和一阶临界转速区最大振动,判断该高压转子已无法正常投入运行,提出揭缸检查建议。揭缸检查结果验证了转子最大弯曲量等仿真计算结果的准确性。转子建模故障评估对机组检修具有重要指导意义。

轮轨接触弹性约束下动力轮对转子系统振动特性分析

轮对柔性、旋转陀螺效应及其约束弹性是准确评估高速运行环境下动力轮对转子系统振动特性的关键。为此,系统开展了轮轨接触弹性约束下典型高速列车动力轮对转子系统的弯曲-扭转-轴向振动特性研究。首先,采用铁木辛柯柔性梁转子有限元理论建立了高速列车动力轮对转子系统的弯扭轴动力学方程,并分别采用刚度影响系数法和能量法推导了一种可以反映等效圆锥车轮踏面与钢轨接触特性的线性化轮轨接触单元;然后,编制了相应的MATLAB计算程序,并与建立的等效ANSYS模型作对比,验证了自编程序的正确性;其次,基于自编程序设计了四种模态模型,即弯曲模型、弯扭模型、弯轴模型和弯扭轴模型,详细对比分析了四种模型振动特性的异同和参数影响规律;最后,讨论了几种典型外部激励下动力轮对转子系统的共振稳定性。结果表明:弯扭轴模型的模态结果能够涵盖其他三种模型的所有模态信息,且模态数据保持一致;由轮轨接触刚度导致的轮对约束弹性(即支承刚度)在纵向和垂向差异显著,使轮对转子系统的1阶和2阶正涡动弯曲模态推迟出现在更高阶固有频率段,且相应的涡动轨迹呈现明显的扁平状;所讨论的典型外部激励中存在较多的能够诱发动力轮对转子系统发生共振的激励频率,尤是车轮损伤故障激励。

裂纹故障对盘式拉杆组合转子系统应力重组的影响研究

在含裂纹一般整体转子研究中,难以有效反映裂纹尖端奇异效应及其三维形态特征,同时一维方法难以反映复杂组合转子系统的裂纹故障应力影响范围、系统应力重组情况及对系统整体初始形态的影响。针对上述一些问题,以典型三盘拉杆组合转子系统为例,研究了三维裂纹故障对复杂拉杆组合转子系统应力重组及整体弯曲形态的影响,并进行了实验验证。首先,基于三维有限元方法,采用三维等参奇异裂纹有限元建模技术和三维有限软件,建立了三维裂纹子模型及系统有限元模型;然后,采用有限元仿真技术,分析了裂纹及其深度变化对此类组合转子系统的应力分布重组及整体弯曲特性的影响;最后,采用实验方法,验证了裂纹对此类系统整体初始弯曲特性的影响情况。研究结果表明:盘式拉杆组合转子系统裂纹故障的产生会使得裂纹位置区域局部柔性增强,系统的主要界面及系统应力分布发生变化且重组,系统应力分配不均匀,且呈现不对称性,转子整体弯曲形态发生变化;在裂纹深度较浅(0.5 mm)时,裂纹诱发的转子附加弯曲效应并不明显;随着裂纹深度的增加,系统应力分布重组和附加弯曲越趋于严峻,当裂纹深度较深(1.5 mm或2.5 mm)时,裂纹诱发的转子附加弯曲效应较为突出。该研究对此类复杂组合转子系统的静动力学特性的精确分析和裂纹引发的异常振动原因的探究具有一定的指导意义。

微型燃气轮机转轴振动特性分析

基于有限元法,针对某30 kW微型燃气轮机发电机组永磁转子物理模型,建立了该转子在不平衡量与转子弯曲耦合下的动力学响应方程。分析了不平衡力与转子弯曲力在不同夹角下对高速转子在升速过程中振动响应的影响情况。结果表明:不同夹角对转子振动响应影响差别较大。当两激励力所在平面夹角相差180°时,转子在升速过程中会出现“倒临界”现象,即经过临界转速时转子振幅会达到最小;整体而言,在耦合作用下转子的振幅较单激励力条件下有所增大。

空冷汽轮发电机转子弯曲修复工艺

通过介绍某电厂100 MW空冷汽轮发电机转子装配发生弯曲后修复的典型案例,提出一种转子弯曲修复的工艺方法。

动车组牵引电机转子系统弯扭耦合振动研究

本文利用离散化的方式将连续的转子结构转化为刚性盘、弹性轴,在转子的输入端、输出端、铁芯段分别形成一个刚性圆盘,并在此基础上建立转子的力矩关系和运动学模型。以拉格朗日运动微分方程为理论基础,构建转子动能、势能及耗散能方程,设置参数,依托四阶Runge-Kutta法对方程进行求解,最后分析了转子重力、机械不平衡力、不平衡磁拉力、转子弯扭负荷及径向负荷对系统弯扭耦合振动的影响。

多旋翼无人机的振动实验和仿真分析

对多旋翼无人机的结构振动问题进行了设计研究。在小型多旋翼无人机上,激光振动仪验证了加速度传感器测量振动的可靠性,发现圆形碳纤维臂具有较强的阻尼能力,z轴方向振动最强。实验表明,多旋翼无人机臂的主要振动为300 Hz以下的低频振动,主要产生扭转和弯曲模态。该研究还提出了一种抑制多旋翼无人机振动的改进策略。

裂纹转子的弯扭耦合振动特性分析

研究了裂纹转子的弯扭耦合振动特性，分析了扭转对弯曲振动的影响。数值分析结果表明，在某些情况下扭转振动的耦合使弯曲振动转子的裂纹特征消失，对转子小裂纹故障的早期预报与诊断不利，扭转振动的耦合不能改变裂纹转子的工频位置，但在某些情况下使转子轴心轨迹变得不稳定。

大轴弯曲激光精密自动测量系统

提出了用激光扫描技术测量汽轮机转子弯曲量的新方法。测量系统用平面转镜进行扫描,采用双狭缝进行扫描自校准,由光电探测器完成光电转换,最后由微机完成数据处理、显示及打印。实验表明,该系统能远距离非接触测量大轴弯曲,测量精度达±5μm,测量距离达4m。

汽轮发电机组转子材质缺陷引起的振动问题

用于加工汽轮发电机组转子的毛坯锻件如果存在材质不均或残余内应力过大问题时,会导致加工后的转子在运行中发生振动。讨论了因转子材质缺陷引起的机组振动的机理和振动特点,并结合近年国内出现的与材质缺陷有关的振动诊断和处理实例予以阐述。经分析,转子材质组织不均匀和残余内应力过大将引起机组带负荷工况振动爬升且随运行时间增长振动持续增大,后者将使转子出现一定程度的永久弯曲,并造成一阶临界转速下振动显著增大。

双盘转子碰摩的弯曲和扭转振动实验研究

设计了 1个新型多自由度的双盘转子动静件碰摩实验器。应用该实验装置 ,重点研究了转子动、静碰摩后的转子弯曲和扭转振动。实验结果表明 ,转静件碰摩主要激起系统扭转自然频率振动 ;同时 ,弯曲振动复杂。不同情况下的转静件碰摩 ,转子具有不同的弯曲和扭转振动响应。根据转子扭转振动的变化可诊断转静件碰摩故障 。

一类初弯曲转子的裂纹-碰摩故障响应分析

为了研究裂纹-碰摩耦合故障的一类初弯曲转子系统响应特性,在考虑转轴变形、非线性油膜力与碰摩力作用的基础上,结合由中性轴理论确定的裂纹开闭规律,建立该类故障转子的动力学方程,利用Poincaré截面和分岔图的变化分析初始弯曲程度与裂纹深度对系统振动响应特性的影响.结果表明:含初弯曲时系统振动响应在临界转速附近的混沌区域比无初弯曲时大,随着裂纹深度的增加,混沌区域逐渐缩小;初始弯曲的运动特性在浅裂纹情况下起主导作用,当裂纹深度较大时,系统振动响应随着初始弯曲程度的增大交替出现由周期演变为混沌状态的过程,混沌响应特性也可发生较大变化.

双转子柱体超声波电机运行机理与实验研究

环形行波型超声波电机小直径条件下,输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点。而柱体弯曲振动超声波电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子的,定子的直径越小,摇头振动的幅值越大,因而,小直径时更能显示出这种电机的优越性。该文阐述了双转子柱体弯曲振动超声波电机的运行机理,证明了定子表面质点运动轨迹为一椭球;利用ANSYS有限元软件分析了电机的弯曲振动模态;用阻抗特性分析仪分析了电机的阻抗特性和相位特性;制作了直径为20mm、有两个转子的柱体弯曲振动超声波电机, 并对其输出特性进行了测试,最大转矩达0.16Nm、最高转速为220r/min。

多支承转子系统弯曲振动分析方法研究

提出一种描述多支承转子系统弯曲振动的数学模型:应用二分法和LU分解法综合计算弯曲自由振动模态,应用Newmark时间差分法和空间五点差分法综合求解弯曲强迫振动动力响应;针对300 MW汽轮机组模型,进行模态分析以及多种激励下的位移响应计算。模态分析、响应计算结果与现场实测数据较为吻合,说明了所建立的动力学模型与采用的计算方法的有效性。

弯曲残余应力对转子蠕变性能的影响研究

针对某600 MW火力发电机组高中压合缸汽轮机转子的中部弯曲进行分析,认为高温蠕变和残余应力的耦合作用是导致转子发生塑性永久变形的主要原因。首先按照转子结构图利用有限元软件ANSYS建立精细化的三维实体模型,并进行温度场和应力场的有限元分析。在此基础上对高中压转子进行热-固耦合分析,通过对转子材料蠕变试验数据进行处理,得到Norton蠕变模型参数,并在ANSYS中对转子的高温蠕变和残余应力进行有限元仿真。研究表明,单纯的高温蠕变不足以引起转子在启动过程中发生弯曲,耦合残余应力的作用后该高中压转子会在很短时间内发生弯曲值超标,选取Norton三参数模型和残余应力生成方法比较有效。该研究对高中压合缸转子中部弯曲原因分析具有借鉴和指导作用。