转子振动的进动分析方法及其应用（三）

三、转子运动轨迹的全息进动分析事实上,转子的运动轨迹常常很复杂,并非简单的椭圆轨迹。其中既包含一阶正、反进动分量,也可能包含高阶进动分量和次谐波进动分量。把前述方法拓展到任意的频率点,就可得到任意频率成分的正、反进动分量。由此就形成了全息进动谱。全息进动谱可由傅立叶复变换求得。转子在w和v方向的振动信号中任一频率成分的信号总可表示为Wp=Wpccosωpt+Wpssinωpt(24)Vp=Vpccosωpt+Vpssinωpt(25)应用欧拉公式cosθ=12ejθ+e-jθ ;sinθ=12jejθ-e-jθ 故障类型频率分量正进动反进动进动比函数注释不平衡1x●●+进动…     

基于支持向量机的旋转机械故障诊断

把支持向量机应用于诊断旋转机械不平衡和转静碰摩故障，利用转子故障实验器分别对多项式和径向基核函数进行了实验比较，选取了不同振动参数作为特征量输入支持向量机进行学习和测试。结果表明．两种不同核函数的支持向量机在各种条件下所获得的最优故障诊断准确率很接近。这说明支持向量机的性能对结构（核函数）的依赖性很小，便于在工程中应用，但特征量的选取对故障诊断准确率影响很大。对于诊断不平衡和转静碰摩故障．一、二和三阶正、反进动量是最适合的故障诊断特征量。用正、反进动量构造出SV-进动图，可明确、形象地显示故障分类面，有助于诊断故障。     

诊断转子支座松动故障的一种新方法

通过理论分析揭示支座松动后转子的振动特性,建立诊断支座松动故障的新方法并进行了实验验证。理论分析表明,支座松动时,转子的运动具有明显的进动特性。利用一转子实验器进行了实验研究,结果表明,进动分析方法对于诊断支座松动故障是有效的。     

转子振动的进动分析方法及其应用（二）

二、转子运动的进动比函数如上所述,受不平衡激扰时,支承各向异性的转子的运动轨迹为椭圆。因而总是包含有一阶正进动分量和一阶反进动分量,并且二者随不平衡量变化而变化,如图6所示。此时,正、反进动分量分别为犤10、11犦r+=εΩ2ω02-Ω2-2jDω0 ωz2-Ω2 ωy2-Ω2 +2Dω0 2(15)r-=-εΩ2Δω02ωz2-Ω2 ωy2-Ω2 +2Dω0 2(16)其中D=d2mω0,ω02=s0m,Δω02=Δs0m,s0=12sz+sy ,Δs0=12sz-sy ,ωz2=szm,ωy2=symsz和sy分别为转子在垂直和水平方向的刚度,ε为转子的不平衡量。一阶反进动分量对某些故障(轴裂纹、动/静碰摩)…     

多故障转子进动趋势分析与平衡策略

现场机组的振动往往并非由单一故障所引起,在支承刚度的各向异性以及组合故障的共同作用下转子的进动轨迹表现为十分复杂的形式。对机组实施现场动平衡的过程中由于受到这些因素的干扰而无法准确判断转子失衡形式,导致平衡收敛速度减慢甚至出现多次平衡仍无法实现有效减振的情况。通过对进动轨迹的分解,建立以正进动分量初相矢为平衡目标的改进全息动平衡法。由于该方法中排除了反进动分量的干扰,对转子的失衡响应描述更为清晰,提高了平衡收敛速度。此外,根据对进动比的变化趋势提出的现场动平衡终止条件定性地揭示了转子残余振动的来源,从而减少了现场动平衡的盲目性,提高了故障排查的效率。实例验证了改进全息动平衡法以及现场动平衡终止条件的有效性。     

进动分解在复合故障转子动平衡中的应用

实际现场机组振动大时,往往不是由单一故障引起的。在复合故障存在情况下,确定不平衡故障及其严重程度是一个难点,在对转子进行动平衡过程中,由于受到如松动、碰摩等非平衡故障因素的影响,往往需要多次重复平衡,以达到减振的目的。通过对正、反进动分解的分析,以及复合故障情况下不同故障对正、反进动的影响研究,得出正进动分量的大小是衡量不平衡的重要指标。提出一种在复合故障存在情况下的动平衡改进方法:将正进动分量作为动平衡的平衡目标,用进动比的变化作为衡量现场动平衡的终止条件。实验证明:改进方法可以有效识别非平衡故障,平衡终止条件可用。     

磁轴承激励下转子系统动力学特性

为分析磁轴承激励下转子系统的振动机理,应用一维有限元方法建立了双盘转子系统动力学特性计算模型,研究了不同类型磁轴承激励下转子系统的动力学行为。研究结果表明：同向旋转的扫频激励力激发了转子系统的正进动模态,而反向旋转的扫频激励力激发了转子系统的反进动模态,两种情况下转子系统均以圆轨迹进动;由于单向简谐激励力可以分解为同向旋转激励力和反向旋转激励力之和,因此在单向简谐扫频激励力作用下,转子系统的反进动和正进动模态均被激发,转子系统以椭圆轨迹进动;在双向简谐扫频激励力作用下,转子系统的进动方向和进动轨迹取决于两个激励力的相位差。研究成果为评估高压压缩机转子系统稳定性时磁轴承激励方案的选取提供了理论依据。     

转子振动的进动分析方法及其应用（四）

五、应用实例 本所研制的CAMD-6100型旋转机械状态监测与故障诊断系统包含了转子进动分析功能。以下所列举的故障实例就是利用该系统在现场实测的数据诊断出来的,并经过机器分解或现场实验所证实。     

转子进动定理的扩充和完善

为更深入地揭示转子进动的轨迹特征,提出了关于转子进动轨迹的2个定理。定理1表明,转子进动的任一阶轨迹分量所围面积可直接由同阶频率成分构成的轨迹方程系数矩阵行列式求得。定理2证明,转子进动轨迹矢径在单位时间内所扫过的面积是恒定的,而与起始点无关。同时,提出了欧拉复向量的内积法则,即2个欧拉复向量的内积等于2个复向量的幅值与欧拉角之差的余弦三者之积,且符合交换律。利用2个定理和内积法则对转子进动理论进行了补充和完善。结果表明,在转子的运动中,作用力所做的功关于转子的进动是正交的。所得结论对于揭示转子的进动规律和机理、诊断转子故障具有参考价值。     

电磁力参数快速寻优的转子多频振动抑制研究

针对转子-轴承系统中的转子多频振动问题,以转子-轴承-电磁作动器系统为研究对象,建立装有电磁作动器的转子系统动力学模型,提出了一种基于电磁力参数快速寻优的转子系统多频振动主动抑制方法。采用变步长寻优策略,快速获取电磁作动器的电流最佳参数,通过向转子施加具有多个频率成分的旋转电磁力来抑制转子的多频振动。实验结果表明,快速寻优策略比整周寻优用时短,能够实现转子系统多个频率振动成分的主动抑制。     

柔性转子振动主动控制研究现状

对柔性转子系统动力学研究进行了回顾,综述了柔性转子主动振动闭环控制系统中作动器、控制器控制律设计研究的现状与进展,对柔性转子主动振动控制技术的发展趋势进行了展望。     

柔性转子加速过临界瞬态响应特征分析

对于工作一阶或多阶临界转速以上的转子系统,转子如何安全平稳越过临界转速已成为研究热点。本文中建立了考虑变速转子运动微分方程以及越过临界转速时瞬态动挠度随速度变化的新模型,通过Newmark-β积分法得到越过临界转速的动挠度、进动角速度随加速度和阻尼系数变化的曲线,得出加速度和阻尼系数会影响进动角速度及动挠度波动频率和幅度。小阻尼系数会加剧转子过临界的波动并产生反进动以及反进动与动挠度变化的对应关系,阻尼系数大到一定数值能使转子平稳越过临界转速等一系列规律。     

故障转子SFD减振特性的实验

针对航空发动机转子常见的两种故障模式碰摩和不对中,实验研究挤压油膜阻尼器分别对上述两种故障引发的振动的抑制效果。在转子实验器上分别模拟碰摩故障和不对中故障,并测试使用挤压油膜阻尼器前后故障转子振动特征的变化。实验结果表明,碰摩故障导致转子振动一阶反进动和一阶进动比增大,不对中故障导致转子振动二倍频增大;对于碰摩故障,挤压油膜阻尼器可以有效减小涡轮盘处振动和弹支辐条的应变,但对压气机盘减振失效;对于不对中故障,挤压油膜阻尼器可以减小转子振动,对于二倍频振动幅值的抑制尤为明显。     

单盘转子的瞬态不平衡动力相应分析

建立了Jeffcot转子的瞬态运动方程,采用S imu link程序进行数值仿真,得到转子系统在不同加速度下的瞬态动力响应。就不同加速度下转子系统振动的振幅、相位、进动角速度随时间和转速的变化规律分别作了较详细的讨论,得出了相应的结论。发现转子变速越过临界转速时,振幅、相位和进动角速度均与转子偏心相对于转子挠曲面的位置有关。进动角速度波动的极小值和极大值都对应着响应曲线过临界后波动的极小值。振幅、相位、进动角速度在过临界后的波动频率随转速增加而增加。该仿真结果与试验结论相吻合[4]。     

一种故障诊断新方法及其应用

旋转机械的振动具有其复杂性和特殊性,在各个响应频率下,转子的轴心运动轨迹是一个椭圆.结合全矢谱分析技术,提出一种旋转机械故障诊断新方法--用轴心轨迹椭圆的面积描述转子振动状态,同时提出矢振比和全矢瞬时幅速图两个概念.在此基础之上提取出有效的故障信息特征值,最后将新方法应用于故障诊断实践中.结果表明,这种方法具有可识别转子的振动状态、能清晰判断转子的正反进动、提高分析判断速度、灵敏度高等优点,是一种实用的旋转机械故障诊断分析新方法.     

高分离比静偶分离测量平衡机研究开发与应用

工业风扇及同类型超薄转子(转子直径D与厚度H的比在8～16倍)一般为悬臂安装,其剩余不平衡量严重影响系统的振动和噪声大小,以及运转的平稳性。现有的动不平衡检测装置不能满足该类转子的平衡工艺技术要求,必须寻求一种新的方法和装置,使静不平衡与偶不平衡分离,进而达到动不平衡检测及校正的目的。本文根据该类转子的特点,运用平扭复合杆、弯摆复合杆、空心悬臂安装传感器等建立的振动模型,研究开发出了高分离比静、偶动不平衡检测装置及动平衡机。     

双转子系统内转子不同心频谱特性分析

采用Timoshenko梁建立双转子系统的有限元模型,再根据三弯矩方程计算内转子不同心引起的附加轴承载荷,将轴承载荷引入双转子动力学方程,最终建立内转子不同心的双转子系统动力学模型.采用Newmark-β法求解系统动力学方程,分析不同心对转子系统振动频谱的影响.搭建了双转子试验台对仿真结果进行验证.研究表明:内转子轴承的不同心将导致轴承载荷随标高量线性变化,轴承载荷会使内转子产生静态变形.不同心状态下的不平衡响应除引起内、外转子倍频振动外,还激起了多阶正向进动和反向进动的固有频率,导致双转子系统振动频谱更加复杂.     

催化裂化主风机组转子不对中故障的在线诊断

催化裂化主风机组转子故障中60%是由不对中引起的。利用状态监测和故障诊断技术,分析了转子不对中的振动特征,诊断出转子的故障部位和故障原因,并为机组的维护提供科学依据。以某炼油厂催化装置烟机转子振动高为例,对烟机的异常振动信号进行了分析,准确地找到了引起振动的原因,使解决问题更快速、有效。     

透平机械三转子四支撑轴系不平衡振动特性

针对汽轮机、压缩机等透平机械三转子四支撑轴系经常发生不平衡振动现象,研究轴系中各转子振型不平衡的响应特性。采用有限元法构建三转子四支撑轴系动力学有限元模型,分别在各跨转子上施加一阶、二阶弯曲振型不平衡,分析高低转速下轴系的涡动轨迹,以揭示各转子振型不平衡与轴系振动响应的关联。通过搭建的三转子四支撑轴系转子振动实验台,开展各跨转子不平衡激励下轴系振动响应测试,分析共振点和幅、相频特性,得出结论:这类轴系跨内加重振动响应由轴系模态振型和激励类型共同决定,兼具有转子外伸端振动特性。该结论可为消除这类三转子四支撑轴系不平衡故障提供参考。     

立式主泵水膜涡动故障诊断及机理分析

针对国内某核电厂多台立式反应堆冷却剂泵(以下简称主泵)均存在的低频振动问题,采用时频分析、二维全息谱等信号处理方法对现场采集的泵轴振动数据开展分析,总结启机、正常运行阶段泵轴振动数据时域、频域特征,根据信号特征推测主泵出现低频振动问题的根本原因为水润滑轴承水膜涡动故障。进一步地,针对上述推测开展立式转子滑动轴承水膜涡动故障振动机理研究。结合流体连续性理论和牛顿流体特性,解释水膜半速涡动频率特征;根据主泵轴承供水压力略高于15.4MPa的运行工况,得到轴承内部润滑水压力分布特征,进一步分析润滑水压力合力,解释了水膜涡动导致自激振动的激励力。建立水膜涡动故障动力学数值模型,获得故障对应的振动特征。上述研究结果对立式转子水膜涡动故障诊断及其设计改进具有一定的参考价值。