短路冲击下的船用柴油机瞬态扭振特性分析

[目的]为提出船用柴油发电机组的轴系扭振参数优化方案,需分析其在短路冲击下的瞬态扭转振动特性。[方法]采用Newmark法,以某型20 V柴油发电机组的短路冲击工况为例,对比不同轴系参数对轴系瞬态扭振特性的影响规律,进而基于参数优化结果来确定新的机组减振器刚度与联轴器刚度选配方案。[结果]研究结果表明:发生短路冲击时,轴系扭振特性将显著恶化;经优化之后(将扭振减振器刚度、联轴器刚度分别优选为原始值的0.9和0.70倍),短路冲击工况下的电机轴瞬时最大附加应力、联轴器瞬时最大扭矩、曲轴各轴段瞬时最大应力分别降低了13.43%,10.51%,5.29%。[结论]该参数优化方案可以有效降低轴系的瞬态扭振水平,研究成果可为柴油发电机组的减振降噪设计提供参考。

CRH5型动车万向轴扭转振动分析

采用多刚体动力学软件SIMPACK建立包含传动系统的单节CRH5高速动车模型,对在万向轴波动附加力矩作用下引起的传动系统扭转振动进行分析,并给出万向轴扭转刚度合理的选用范围。研究结果表明:由于万向轴传动不等速性而产生波动附加力矩,导致传动系统产生强迫振动;附加力矩的波动频率与动车运行速度有关,强迫振动的频率为万向轴输入轴旋转频率的2倍,附加力矩幅值与输入轴角速度的平方成正比;万向轴扭转刚度的选用应以传动系统固有频率避开正常运行时万向轴强迫振动频率为原则。建议选用的万向轴扭转刚度小于560 kN.m.rad-1。

汽轮发电机组轴系扭振的时频特征分析

针对电网动态模拟系统和汽轮发电机组轴系扭振模拟机,开展了典型工况及故障扰动下的汽轮发电机组轴系扭振试验研究,并利用非平稳信号的时频分析方法Hilbert-Huang变换(HHT)对轴系的扭振信号进行了分析.结果表明:在短路故障的冲击下,机组有机电互作用的扭振发生时,扭转振动的幅值大幅增加,扭振频率也发生了变化;三维时频图显示了扭振幅值开始增大然后逐渐减小,形成一个瓶颈状的峰谷对应曲线;三相短路故障引起的机电互作用的扭振时间大于两相短路故障引起的机电互作用的扭振时间;Hilbert谱图能获得时间、频率和幅值对应的关系,定量刻画了频率和幅值随时间的变化过程.

短路工况下柴油发电机组轴系扭振计算方法及特性研究

采用逐步积分法计算了正常运转时柴油发电机组轴系扭振的时域响应,并与传统的系统矩阵法对比,结果显示计算结果一致。采用发电机与柴油机同时激励作为短路工况下的激励,得到了更合理的结果。最后讨论了飞轮惯量、联轴器刚度和联轴器阻尼对冲击扭矩下轴系扭振响应的影响,给出了优化方案。研究结果表明:发生短路故障时,综合考虑柴油机激励和发电机激励时,曲轴的应力最高达43MPa,远大于仅考虑发电机激励时的8 MPa:增大一定量的联轴器刚度、阻尼或是飞轮惯量均可以减小曲轴的应力,但增大了联轴器的扭矩,需均衡考虑。

发电机组转子轴系扭振模化系统双重共振的概周期解

建立了发电机组转子轴系扭振模化系统的数学模型，此模型具有平方非线性，并受简谐激励作用。应用非线性振动的改进平均法，求得了系统的固有频率与外激励频率存在双重共振关系ω１＋ω２≈ω３且Ω≈ω３时的一次近似解及对应的定常解，对定常解进行了理论分析和数值计算，指出系统存在周期解，周期２的概周期运动，响应存在饱和、跳跃现象，在某些参数域上有多解共存现象。

大型汽轮发电机组短路时轴系扭振动力响应计算与分析

大型汽轮发电机组在短路时的轴系扭振动力响应，对于机组的安全可靠运行甚为关键。本文以国产某２００ＭＷ机组为例，建立了轴系的连续质量计算模型，利用传递矩阵法求得其扭振固有频率及主振型，用振型查加法计算轴系在两相短路情况下的动力响应，计算中考虑了叶片叶轮系统与轴系扭振的耦合作用。本文对计算结果进行了分析，讨论了该机组的轴系扭振安全性，为机组的安全运行提供了理论依据。

汽轮发电机轴系扭振固有频率的优化及其工程应用

分析了轴系结构参数的变化对扭振固有频率的影响，利用逐步线性化方法对轴系扭振频率进行优化。根据此优化方法合理地调整轴系结构参数，可以使轴系振动频率分布达到优化，从而获得最佳动力特性。最后，本文对某扭振特性不良的国产３００ＭＷ机组进行了轴系刚度直径敏感度计算及分析，并在此基础上用优化方法调整联轴节约的刚度，使扭振特性得以改善，提高了机组的稳定性。

轴系扭振试验台的研制

研制了模拟汽轮发电机组机电动态过程的扭振试验台；介绍了模拟引进型300MW汽轮机组轴系试验台的模拟方法和设计原则；利用试验台进行了机电动态试验；对轴系扭振进行了测试．试验表明，该试验台可用于验证机电动态仿真程序及研究扭振机理．

汽轮发电机组轴系弯扭耦合振动的数学模型

根据汽轮发电机组轴系各轴段所处位置不同,将轴系分为 3类微元轴段,在分析微元轴段力和力矩基础上,分别推导了各类轴段的弯扭耦合振动偏微分方程组。该方程组是基于分布质量模型的耦合振动数学模型,它能综合考虑机组诸多因素,比较接近实际地研究机组动力特性。该方程组是高度非线性的,轴系质量偏心是弯扭耦合的一个前提。利用本文给出的方程组,可以进行弯扭耦合振动的固有频率、振型及瞬态响应计算。

大型汽轮发电机组机电耦合轴系扭振模型研究

根据汽轮发电机组机电耦合过程数值求解的特殊要求,用连续质量法建立了相应的轴系扭振模型及叶片切向振动模型,并编程序对实际机组进行了计算.

机组轴系扭振模型的参数校核与修正

在进行汽轮发电机组轴系扭转振动的在线监测时，一般所采用的轴系模型是在常温下用有限元方法建立的，由于计算方法和实际运行时温度变化等原因，模型存在着一定的误差，需要根据实际运行情况实时加以修正。文中讨论了利用参数辨识的方法，根据实测部分扭角和激振力数据，反推出模型参数，对模型参数进行适当的校核和修正。

大型汽轮发电机组轴系扭振仿真与分析

基于场路耦合方法,对大型汽轮发电机组轴系扭振进行了仿真与分析,考虑了动态饱和特性和转子本体涡流特性的影响。对一台600MW 汽轮发电机组在单机无限大系统中,由于突然短路故障、非同期并网以及重合闸等电力系统扰动引起的轴系扭振进行了仿真计算,结果令人满意。

往复压缩机轴系断轴烧瓦及结构优化

针对某6列往复压缩机出现断轴、烧瓦的现象,利用有限元法对不同典型方案进行模态和动态响应数值模拟,提出了旨在减小轴系固有频率的优化方案.分析结果表明,断轴、烧瓦是轴系扭转共振所致,通过减小轴系各列间轴段直径,使7倍压缩机转速与1阶扭转固有频率比从1.036增加到1.056,共振现象即可消失.该优化方案不仅避免了机组振动,解决了断轴、烧瓦问题,而且还有效地降低了制造成本.

国产300MW汽轮发电机组轴系扭振强度分析

在对发电机组轴系扭振特征频率和模态振型的分析基础上，进一步讨论了华北电网采用分缸结构的某国产３００ＭＷ机组轴系扭振动态特性。基于汽轮发电机组轴系扭振考核导则的要求，给出了机组轴系对发电机端相间短路和三相负载不平衡的响应结果，并据此数值校核了轴颈和联接螺栓的扭振应力强度。

核电汽轮机组扭振在线监测装置的设计与应用

针对核电汽轮发电机组轴系的扭振问题及核电安全性需求,设计并研制应用于核电半速机的轴系扭振在线监测装置。该装置可以在线监测汽轮机组轴系扭振相关的参数,实时分析轴系的扭振状态。故障分析过程中,根据扰动力矩的形式分别采用模态叠加法和逐步积分法,对多个危险截面进行响应分析,在线评价轴系的扭转疲劳安全性。通过对扭振在线监测、分析过程涉及的理论、方法和技术的整合,形成一套扭振监测与分析技术解决方案。阐述该装置的关键技术原理与工程化设计流程,完成从理论框架到工程技术的转化,并在国内核电汽轮发电机组投入使用。

联轴器特性对柴油发电机组轴系扭振性能影响研究

联轴器作为连接主从动轴的关键部件,对轴系扭振性能有显著影响。文中以匹配典型高弹性联轴器和大刚度联轴器的柴油发电机组轴系为对象,采用仿真分析与试验测试相结合的方法研究了轴系固有特性;进而在相同激振力矩作用下,分别对稳态均衡、非均衡工况时两种轴系曲轴自由端扭振响应进行对比分析,研究联轴器特性对电机转子振动的影响;在启动停机过程的研究中,指出匹配高弹性联轴器的轴系会发生扭振共振,联轴器会产生远大于机组在正常工作转速时的交变扭角差,这是目前国内外相关标准(GB15371-2008和ISO3046-5)尚未提及但值得评估的问题;针对匹配大刚度联轴器的轴系扭振共振问题,提出了通过优化轴系关键参数等方法进行轴系的减振设计。

基于轴承座振动信号检测的轴系扭振监测方法实验研究

提出了一种基于轴承座垂直方向振动信号检测的轴系扭振监测与诊断的新方法,建立了扭振监测与诊断的理论模型,给出了轴系扭振故障存在与否的诊断准则。实验结果表明:该方法在保证轴系扭振监测实时性的同时,能够准确、有效地判别出冲击载荷下的扭振故障,能够清楚地显示轴系的前两阶扭振固有频率上的振动响应分量,且验证了所提出的扭振故障特征参数在很宽的转速范围具有良好的稳定性。研究结果为汽轮发电机组轴系扭振故障在线监测提供了一种新的有效方法。

某直升机传动系统旋翼轴扭振计算及优化设计

直升机传动系统旋翼轴系振动是影响其运行可靠性的重要因素,为了提高某共轴反转双旋翼传动系统旋翼轴系扭振安全裕度,在考虑轻量化设计的前提下,通过改变轴段直径尺寸或改变激励频率,使得扭振固有频率与激励频率错开,达到避免共振的目的,实现了轴系扭振调频的优化设计。优化后的轴系扭振安全裕度达到10%以上,扭振特性得到了有效改善。其计算与优化方法对直升机传动系统旋翼轴系的改进设计具有一定的指导意义。

减振结构对600MW汽轮发电机组轴系扭振抑制作用的研究

以国产某亚临界600MW汽轮发电机组轴系为研究对象,采用Solidworks软件对该机组轴系进行三维实体建模,并对有无减振结构时的振幅进行对比分析。结果表明:有减振结构时汽轮发电机组轴系振幅明显下降;在三相短路故障激励下时间节点0.2s时出现最大振幅;减振结构使转轴最大振幅下降,同时使振幅衰减速度明显加快,验证了减振结构对轴系扭振抑制的有效性。

车用增程器扭振特性优化与鲁棒性分析

针对某款带有双质量飞轮(dual-mass flywheel,DMF)的混合动力汽车增程器轴系,进行了扭振特性多目标多参数优化与鲁棒性分析。首先在系统仿真软件Amesim中搭建了其扭转动力学模型,通过对比仿真与实测的增程器轴系自由端转速波动验证了模型,发现模型能较好地与试验结果吻合。选取轴系各段转动惯量、扭转刚度及阻尼等14个主要设计参数作为待优化参数,并以轴系强度、刚度与低阶固有特性等要求为约束条件,采用第二代非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA—Ⅱ)对轴系总惯量、典型稳态工况下关键节点角加速度与节点间传递扭矩之和等6个扭振特性指标进行了多目标优化。最后分析了单参数扰动情况下的轴系扭振系统鲁棒性。结果表明:双质量飞轮弹簧疲劳强度及轴系低阶固有特性等达到了约束条件要求,且大部分评价指标有所改善;减振皮带轮与主飞轮角加速度指标鲁棒性较好;在给定扰动条件下,2 阶模态阻尼比有一定概率不满足设计约束,部分设计参数的扰动超出许用范围。