重型燃气轮机拉杆组合转子热瞬变振动特性研究

重型燃气轮机冷态启动的稳速升负荷阶段,常出现轮盘间径向变形不协调导致的相对滑移,拉杆组合转子会发生振动随燃气轮机转子温度的增加而显著变化的热瞬变振动现象。建立了周向拉杆组合转子平面摩擦带止口配合结构轮盘相对滑移的力学模型,包括平面摩擦、周向拉杆和止口与轮盘相对滑移的力学模型。以某型重型燃气轮机拉杆组合转子为研究对象,对其冷态启动过程中出现的热瞬变振动进行了分析,根据轮盘相对滑移的规律,通过减小轮盘间的变形不协调,并适当增加止口配合的过盈量的方法,成功优化了该重型燃气轮机拉杆组合转子冷态启动过程中的热瞬变振动。

QUANTITATIVE METHODOLOGY FOR STABILITY ANALYSIS OF NONLINEAR ROTOR SYSTEMS

Rotor-bearings systems applied widely in industry are nonlinear dynamic systems of multi-degree-of-freedom. Modem concepts on design and maintenance call for quantitative stability analysis. Using trajectory based stability-preserving and dimensional-reduction, a quantitative stability analysis method for rotor systems is presented. At first, an n-dimensional nonlinear non-autonomous rotor system is decoupled into n subsystems after numerical integration. Each of them has only onedegree-of-freedom and contains time-varying parameters to represent all other state variables. In this way, n-dimensional trajectory is mapped into a set of one-dimensional trajectories. Dynamic central point （DCP） of a subsystem is then defined on the extended phase plane, namely, force-position plane. Characteristics of curves on the extended phase plane and the DCP＇s kinetic energy difference sequence for general motion in rotor systems are studied. The corresponding stability margins of trajectory are evaluated quantitatively. By means of the margin and its sensitivity analysis, the critical parameters of the period doubling bifurcation and the Hopf bifurcation in a flexible rotor supported by two short journal bearings with nonlinear suspensionare are determined.

基于发电量最优和安全性的复杂山地风电场微观选址研究

该文以复杂山地风电场机组尾流后发电量最优为目标函数,以单个机组的发电量和安全性为个体适应度,创新性地提出一种基于尾流后发电量最优兼顾安全性的复杂山地风电场微观选址方法。经实际复杂山地风电场的应用分析发现,全场年净发电量相比于传统人工经验排布方法提升1.6%,各机组安全性识别指标均处于高风险阈值之下,降低机组运行风险。研究表明,该方法在复杂山地风电场的微观选址中具有较强的指导性和实用性,可用于实际风电场微观选址机组排布优化及安全保障。

环形隔膜泵转子运动规律分析

针对新型无泄漏环形隔膜泵,在分析了环型隔膜泵排液筒的运动状况基础上建立了排液筒平动、转动方程,推导出了排液筒自转角速度公式、排液筒与泵壳内壁切点的速度与加速度公式、排液筒对隔膜的扭转角公式,计算并绘出排液筒与泵壳内壁切点的速度与加速度曲线图和隔膜的扭转角曲线图。

单盘刚性转子双平面液压主动平衡技术研究

提出一种双平面液压主动平衡方法对单盘刚性转子的不平衡振动进行在线消除。在分析双平面液压主动平衡原理的基础上,建立了一套带有单圆盘的转子实验台,制定了双平面的2种安装方案。利用有限元法建立了该实验台的转子模型,分析了2种安装方案的平衡效果,并确定了各个平衡方案下的最佳控制方法。在实验台上对2种安装方案的平衡效果进行了实验验证。有限元分析和实验结果均表明,不同的安装方案需要采用的控制方法各不相同,采用最佳控制方法的双平面主动平衡技术可以有效地消除单盘转子的不平衡振动。

基于ANSYS的卧底机铣刨转子刀具模态分析

共振是机械机构设计研究时不可忽视的问题,利用有限元分析软件ANSYS对设计结构进行模态分析,可得到结构的振动特性。文中对巷道卧底机铣刨转子上的刀具进行模态分析,得到刀具的前10阶固有频率和振型,由振型图可以看出刀具的第6阶和第10阶振型弯曲比较明显,这些数据为铣刨转子自动控制转速提供了依据。

长期服役对30Cr1Mo1V钢疲劳断裂性能和组织的影响

研究了服役16年的汽轮机30Cr1Mo1V高中压转子钢的组织结构与疲劳断裂性能。选取转子高应力段、高温段和中压段等3个典型部位的平面应变断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率性能比较试验。结果表明,高温段的性能劣化最严重,高应力段次之。微观组织观察表明30Cr1Mo1V钢原始的回火索氏体组织发生了明显的分解,碳化物球化,晶界碳化物粗化严重,在高温段的晶界处发现了少量的蠕变孔洞,这些现象可能是材料力学性能退化的组织结构原因。可见,因工作温度和应力差异,转子不同部位性能下降和组织结构退化状态出现明显分化,温度影响最明显。

液压自动平衡技术在风机转子上的应用

提出用液压自动平衡技术解决风机转子运行过程中因结垢造成的动不平衡问题。采用转子动力学软件对风机进行有限元建模。根据平衡头的3个可能安装平面,利用转子动力学软件分别计算虚拟安装在这3个安装平面下的平衡头的平衡效果,找出平衡头的优化安装平面。设计风机转子的模拟实验台并进行液压自动平衡实验。实验表明将液压自动平衡头安装在优化平面上可以实现转子的不停机在线自动平衡,为在风机上应用液压自动平衡技术提供理论参考和实验依据。

低速风洞旋转天平试验装置的设计

应用旋转天平使飞机模型在风洞里模拟飞机尾旋时的旋转运动 ,并测量出旋转模型上的气动力 ,从而对飞机的尾旋特性进行分析、预测 ,这是研究飞机尾旋特性的有效方法之一。较为详细地介绍了低速风洞旋转天平的工作原理及结构设计。

气流纺纱器转杯机械力学性能影响因素

文章以自排风式转杯和抽气式转杯为研究对象,通过结构设计、有限元建模及仿真计算,深入研究了转杯的机械力学性能。动力学分析结果表明,抽气式转杯相对于自排风式转杯具有更优的动态特性,两种转杯的振动变形薄弱部位均位于上壁杯口处;自排风式转杯抗振性能会随着排气孔数量增加而减弱,且选用6孔或7孔结构时能够更好地发挥转杯工作效能。不同滑移面角度下的转杯应力分析结果显示,当自排风式转杯和抽气式转杯滑移面角度分别为24.5°、17°时,应力集中对杯体结构强度影响最小,有利于延长转杯工作寿命,可为转杯选型和气流纺纱工艺优化提供重要技术参考。

单平面主动平衡技术消除弯曲转子振动故障的研究

转子弯曲是导致转子振动量增大的重要故障源之一。首先分析各类转子弯曲原因,提出利用单平面主动平衡技术消除弯曲转子振动故障,并通过实验验证这种方法的可行性。实验结果表明,利用单平面主动平衡装置可将弯曲转子一阶临界转速处的振动峰值从550μm减小到100μm以下,降幅达到80%以上。可见应用单平面主动平衡技术,可以非常有效地控制由转子弯曲所引起的振动,具有良好的工程实用价值。

转子单平面在线主动平衡影响系数表法建模及仿真

针对单平面单测点转子在线主动平衡问题,提出一种采用影响系数表的智能平衡策略。建立了转子在线主动平衡影响系数表法的数学模型,探讨了平衡控制的稳定性,设计了平衡算法的实现方案。开展了转子单平面单测点在线主动平衡影响系数表法的数值仿真,对转子系统初始影响系数准确和不准确情况下在线主动平衡迭代过程给出了量化分析结果,通过影响系数表法与自适应、自校正算法的对比,证明了文中所提出的方法对于工作状态稳定的转子系统是可行的,它能够显著提高在线主动平衡的效率。

转子现场动平衡技术研究

根据现场动平衡的实践,建立了保留试重以及轴弯曲时的转子动平衡算法,讨论了平衡面线性相关问题,并给出了检验方法。对需经常平衡的机器,提出了存贮、重用和平均影响系数矩阵的建议。总结出了无试重一次平衡成功的经验,并成功地对某钢厂除尘风机进行了平衡。

轴流压气机级内三维粘性流动的数值模拟

考虑轴流压气机中实际气流沿径向和周向都不均匀的特点,采用亚松弛方法改进传统的混合界面模型,发展了轴流式压气机级内全三维粘性流场的数值计算程序,并以某轴流式双排对转压气机的进口导叶/转子为研究对象,将本文发展的程序与商用NUMECA软件的结果进行对比,对本文发展的程序进行了验证。对比结果表明:由于混合界面法引入了"人工掺混",商业软件计算得出的总压在通过交界面时存在一定的总压损失,而自编程序计算结果保证了总压在交界面处的一致性。流场分析结果表明:该转子叶片在设计工况下处于负攻角状态,在导叶出口轮毂处、压力面50%弦长处、吸力面靠近尾缘处均出现了轻微的流动分离现象。

螺桨转子的颤振涡动

本文发展了螺桨转子颤振涡动的分析方法,考虑了桨叶的振动变形及桨轴一支承系统的振动特性、以及螺桨转子的不平衡力,并对运动方程借时域积分法求解,从而使分析结果更为准确。模型螺桨转子的分析计算与风洞试验结果吻合良好。

带转子参数辩识的五相感应电动机无速度传感器控制策略研究

多相感应电机具有多平面特性,该文以五相感应电机为例,利用基波平面和三次谐波平面的正交特性,实现两个平面参数的并行辨识。其一,为实现宽范围的无速度传感器运行,克服传统滑模观测器低速性能差等缺点,在三次谐波平面中采用带定子电阻辨识的滑模速度观测器。其二,基波平面采用转子时间常数在线观测算法,消除因温度、集肤等引起转子参数变化的负面效应,为无速度传感器算法提供精确的电机参数,进一步提高电机瞬态性能。为此,构建了一套五相感应电机控制系统,仿真和实验结果证明了带转子参数辨识无速度传感器控制策略的可行性。

基于轨迹的非线性转子系统参数稳定裕度的计算

对高维非线性非自治转子系统进行数值积分后 ,将各自由度的运动方程中除该自由度外的所有状态变量用积分结果代换 ,得到n个互相解耦且含有多个时变参数的单自由度转子方程。引入在电力系统中得到广泛应用的轨迹保稳降维概念 ,将已有的Rn 轨线映射为一系列的R1映象轨线。在R1观察空间的外力—位移扩展相平面上利用动态中心点的动能差序列研究转子系统中常见的周期运动、倍周期运动、概周期运动和失稳运动的特点。给出对应上述几种典型运动形式的轨线稳定裕度的定量评估指标。根据轨线稳定裕度求取参数稳定裕度 。

四旋翼无人机的双闭环姿态控制系统

针对四旋翼无人机控制系统的非线性、欠驱动、多变量等特性以及传统单级PID控制算法在这类非线性系统控制方面存在的一些缺陷,提出一种改进型的双闭环PID姿态控制系统对四旋翼无人机的飞行效果进行优化,改善四旋翼无人机飞行时的抗干扰能力.首先,设计控制系统的硬件电路,对飞行器姿态进行解算;然后,建立该无人机的数学模型和双闭环PID控制系统,采用Simulink对该系统单级PID和双闭环PID控制进行阶跃响应和阶跃干扰对比仿真;最后,通过编写软件控制程序,对单级PID和双闭环PID两种控制系统进行对比飞行试验.通过仿真和试飞对比试验表明:与单级PID相比,双闭环PID控制系统能够更有效地提升四旋翼无人机的抗干扰能力、更稳定地控制四旋翼无人机.

余热锅炉构架护板结构的有限元分析

余热锅炉的构架护板结构是一个典型的复杂壳梁组合结构,在工程实际中对其进行力学分析主要使用有限元方法。讨论了其有限元建模过程中应注意的问题和处理方法、给出了一些很有实用价值的建模技巧,并对PG9171E型燃气轮机所配的余热锅炉的构架护板结构在设计阶段进行了有限元分析,根据其位移和应力分布状况对初始设计进行逐步调整,使该结构最终设计定型。文中方法对同类结构的有限元建模及力学分析有很好的参考价值。

功能梯度材料飞轮转子优化设计

功能梯度材料(Functionally graded materials,FGMs)是一种材料属性在空间位置上连续变化的新型材料。与均匀材料相比,高速储能飞轮转子采用FGMs可以有效地减少应力集中,充分发挥材料性能,从而改善转子的工作性能。针对飞轮转子轴向厚度相对较厚时平面应力方法误差较大的问题,通过将转子离散为有限个等厚匀质微环的方法,推得变厚度FGMs飞轮转子的三维半解析解——修正平面应力(Modified plane stress,MPS)解,并采用有限元法验证其精确性。应用序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)优化方法,以飞轮转子的厚度、材料体积分数和转速为设计变量,以最大化转子的储能密度为目标函数,对FGMs飞轮转子的形状和材料分布进行优化设计,并分析材料性能参数对结果的影响。计算结果表明,合理的转子形状与材料分布可以使转子应力分布更加均匀,大大提高飞轮的储能性能。