连续转子轴承系统的非线性动力学行为研究

对一转子轴承系统,采用有限元方法建立了非线性连续转子轴承系统模型,分别采用直接积分法和模态综合法对偏心情况下转子的非线性动力学行为进行了分析,并对两种方法的结果进行比较发现,直接积分法对于求解非线性振动问题更有效。运用简单离散方法对该转子轴承系统进行了分析,其结果与有限元法偏差较大。有限元的分析结果表明,该转子轴承系统的动力学响应为一典型的油膜震荡过程,其非线性动力学运动形式为HOpf分叉。     

基于子结构法的汽轮发电机组模型轴系及弹簧基础模态分析

针对有限元法分析大型汽轮发电机组轴系及弹簧基础模态时节点数多、求解困难的问题,在计算中引入了子结构模态综合法(CMS)。以某轴系及弹簧基础模型试验台为研究对象,建立了三维有限元模型,应用CMS法进行了联合模态分析;同时采用锤击法对试验台顶台板进行了模态测试。研究结果表明:采用CMS法与直接有限元法在单独计算弹簧基础模态频率时误差极小,在0.13%以内;基于CMS法的顶台板拓展结果与顶台板模态实测结果较为吻合,模态频率误差在工程允许范围内;CMS法作为一种解决复杂结构动力学问题的方法可以有效地应用于轴系及弹簧基础的模态分析。     

具有非线性部件轴系的扭转振动计算方法

具有非线性部件的柴油机轴系,不能采用通常的临界转速下共振计算的方法,或代数方程组求解简谐激励下轴系响应的方法来计算扭振问题。本文介绍了用威尔逊θ逐步积分法求解非线性轴系振动的过程,并对轻12V180柴油机(具有分段线性部件)的试验台系统进行了计算,其结果与台架试验相当接近。文中还给出了柴油机轴系计算步长的选取值和轴段扭振附加应力的评定方法。以逐步积分法求解非线性轴系扭振问题是简便可行的,该方法同样可用来求解线性轴系的振动响应和轴段综合应力,并有可能免去先对柴油机干扰力矩进行简谐分析,再合成多个简谐响应的繁琐步骤。     

轴承标高对多跨转子-轴承系统非线性稳定性的影响研究

建立了考虑转子-轴承标高与非线性油膜力的多跨转子-轴承系统高维非线性动力学模型。利用固定界面模态综合法对该模型进行降维,采用Newmark逐步积分法对降维后的动力学模型进行数值计算,可得到转子在各种标高情况下发生油膜失稳的转速门槛值和轴承标高变化对系统动力稳定性的影响规律。对200MW汽轮发电机组转子-轴承系统计算分析表明：由于低压转子后轴承的标高抬起,将导致发电机转子前轴承轴颈的失稳转速显著提前,系统的稳定性降低。分析结果从理论上解释了电站200MW汽轮发电机组发电机前轴承处转子易发生油膜失稳的原因,并且证明了本文所提出方法的有效性。     

轴系扭振分布参数模型模态阻尼的解析表达

基于叠加原理和模态分析理论提出了一种求解有阻尼轴系扭振的解析方法，利用该方法获得了轴系扭振的分布参数模态模型，并导出了模态阻尼的解析表达。     

600MW汽轮发电机组转子系统建模与动力学特性分析

采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮发电机组转子系统进行三维实体建模。运用Algor有限元软件对该机组各转子及轴系进行了动力特性分析。结果表明:该机组轴系的各阶模态频率值有按照各单转子各阶模态频率值由小到大顺序排列、各阶模态振型相对应的分布趋势;该机组的各转子及轴系的固有频率均满足远离工作频率的要求。为大型汽轮发电机组转子系统的三维实体建模及其动力特性有限元分析提供了一定的参考,研究结果为该机组的运行提供了理论依据。     

膜盘联轴器-燃气轮机发电机组转子系统动力学分析

通过MATLAB对燃气轮机发电机组耦联转子系统进行了数值仿真,采用Newmark-β方法求解运动微分方程,在考虑膜盘联轴器由于大变形引起的刚度非线性下,分析了耦联转子系统临界转速、模态振型、不平衡响应和联轴器刚度对耦联转子系统动力学特性的影响,仿真结果表明:采用非线性刚度和线性刚度模型描述膜盘联轴器相差16.77%;耦联转子系统的临界转速和不平衡振动响应较单转子系统有所增加;联轴器刚度的增加会提高耦联转子系统的临界转速同时不平衡振动响应也会增大。     

轴系扭振分布参数模型模态阻尼的解析表在

基于叠加原理和模态分析理论提出了一种求解有限尼轴系扭振的解析方法，利用该方法获得了轴系扭振的分布参数模态模型，并导了了模态阻尼的阻析表达。     

汽轮机组高背压供热改造轴系振动特性分析

以国产200MW汽轮机组高背压改造项目轴系为研究目标,细致分析了该类型轴系的结构特点,并基于双转子互换等问题,提出了基于应变能法的轴系离散化方法,建立了更为精确的动力学模型。考虑三支点支承轴系的特殊性,给出适合这类轴系的找中设计理念和方法及计算结果,并进行了对比分析。在此基础上,结合双转子互换情况下高背压改造对低压转子的影响,研究了两组轴系的振动固有特性和响应特性,对各阶临界转速、模态振型、振动幅值、涡动轨迹、轴系变形及轴系稳定性问题进行了全方位研究,深入挖掘200MW汽轮机组高背压改造前后的轴系动力学行为。     

打靶法在非线性转子—轴承系统中的应用

以转子动力学和非线性动力学理论为基础，针对非线性弹性转子－轴承系统的具体特点，用打靶法对采用短轴承模型的弹性转子－轴承系统的周期解进行了求解，并用数值积分和庞加莱映射方法对其动力学特性随某一参数变化时稳定性的改变进行了分析，计算结果表明，系统具有发生倍周期分叉及概周期运行的可能。用数值方法得到系统在某些参数域中的分叉图，直观显示了系统在某些参数域中的动态状态。数值分析结果为该类转子一轴承系统的设计和运行状态控制提供了理论参考。     

基于复合材料薄壁结构的转子叶片非线性气弹时域响应分析

阐述了基于复合材料薄壁梁结构的风力机转子叶片非线性气弹响应分析方法。结构是基于不同刚度系数的挥舞和扭转组成的弯-扭耦合模型,而非线性气动力的计算采用非线性ONERA模型。在Galerkin法基础上,利用片条理论分解了非线性气动力的积分项,构建了结构和气动力相结合的非线性微分方程组,给出了分析非线性气弹响应的方法,并基于小范围近似法进行了线性化,研究了线性化后的时域响应,给出了基于线性化后的时域响应进行稳定性分析的方法。     

横向流体激振力作用下叶轮转子的分岔特性

将离心叶轮转子系统简化为Jeffcott转子,建立了带有支座松动与碰摩耦合故障的不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线性轴承油膜力作用下的振动分析模型,并推导了系统的无量纲运动方程.运用数值积分法研究了系统的分岔特性,最后分析了横向流体激振力对含有松动与碰摩的离心叶轮转子系统动力学性能的影响.结果表明:在转速较高时,横向流体激振力对该类转子的分岔特性有较大影响.     

转子动力响应计算的显式直接积分方法

介绍了一个新的用于线性、非线性动力响应数值计算的显式算法。算法的显式特性不需要阻尼矩阵对角化的假设,这优于传统的中心有限差分方法。对基础松动与碰摩耦合的转子系统的非线性动力学响应,使用本文算法和Runge-Kutta算法的比较计算结果表明该算法是有效的,可以推广到更广泛的转子动力学问题。     

汽轮机转子温度及应力场的快速叠加算法探讨

探讨了汽轮机转子温度、应力场的数值叠加算法。该方法是借助于有元法求出实际载荷下转子温度、应力场的一组数据，再用线性叠加规律和物性等价变换关系，叠加求得转子实际载荷下的温度、应力场解。本算法快捷，近似于有限元法精度，可在汽机转子监测中作机理分析及处理有限元数据等。     

非线性弹性转子系统碰摩的动态特性

在同时考虑轴承油膜力、转轴非线性弹性力和碰摩发生时转静件问的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上，构造了具有碰摩故障转子一轴承系统的动力学模型，对系统在运行过程中的非线性行为进行了数值仿真分析，发现在亚临界转速区，系统响应主要以周期运动为主，在半倍临界转速附近有短暂的混沌运动。在临界转速区，系统响应为周期运动，振幅相应增大。在超临界转速区，系统响应以混沌、周期分频和拟周期为主要运动形式。不同的速度影响因数对系统的响应也具有一定的影响。该结果为转子-轴承系统的故障诊断提供了一定的参考。     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

Assessment of a comprehensive aeroelastic tool for horizontal‐axis wind turbine rotor analysis

This paper presents the development of a computational aeroelastic tool for the analysis of performance, response and stability of horizontal‐axis wind turbines. A nonlinear beam model for blades structural dynamics is coupled with a state‐space model for unsteady sectional aerodynamic loads, including dynamic stall effects. Several computational fluid dynamics structural dynamics coupling approaches are investigated to take into account rotor wake inflow influence on downwash, all based on a Boundary Element Method for the solution of incompressible, potential, attached flows. Sectional steady aerodynamic coefficients are extended to high angles of attack in order to characterize wind turbine operations in deep stall regimes. The Galerkin method is applied to the resulting aeroelastic differential system. In this context, a novel approach for the spatial integration of additional aerodynamic states, related to wake vorticity and dynamic stall, is introduced and assessed. Steady‐periodic blade responses are evaluated by a harmonic balance approach, whilst a standard eigenproblem is solved for aeroelastic stability analyses. Drawbacks and potentialities of the proposed model are investigated through numerical and experimental comparisons, with particular attention to rotor blades unsteady aerodynamic modelling issues. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

碰摩转子动力学特性的有限元分析

采用有限元方法对转子结构进行动力学建模,把碰摩作为力边界条件来处理,并对转子的碰摩进行了仿真分析。结果表明：将碰摩简化为碰摩力边界条件施加到转子有限元模型中进行转子碰摩分析,方便、有效,可推广到高维实际转子系统的碰摩分析。转子结构的碰摩具有较强的非线性,并表现出复杂的振动形式。当转子发生严重碰摩时,转子振动表现出混沌运动的一些特征。     

非线性刚性转子--轴承系统的分叉研究

以转子动力学和非线性动力学理论为基础,针对非线性转子——轴承系统的具体特点,用数值积分和庞加莱映射方法对采用长轴承模型的刚性Jeffcott转子轴承系统在较宽参数范围内进行稳定性研究。计算结果表明,系统存在Hopf分叉及低周期运动。用数值方法得到系统在某些参数域中的分叉图、响应曲线、频谱图、相图、轴心轨迹及庞加莱映射图,直视显示了系统在某些参数域中的运行状态;数值分析结果为该类转子─—轴承系统的设计和安全运行提供理论参考。