高速气体轴承转子周期性碰摩故障试验研究

针对高速气体轴承转子结构进行周期性碰摩试验研究。对此结构的轴系进行升速试验,试验结果显示轴系转速在升高到一定程度时开始产生飞升,随后在频域内出现周期性碰摩现象。通过频谱特性、轴心运动轨迹及时间—频率—幅值三维谱图等振动图谱特征,分析转子飞升与周期性碰摩现象的动力学过程及产生原因,并给出碰摩故障的典型特征。研究结果可以为此类碰摩故障的识别与相关碰摩故障诊断系统的建立提供试验数据支撑。     

高速透平发电机自动降速故障试验研究

对高速透平发电机在驱动气流量不减少的情况下发生的自动降速现象进行了理论分析及试验研究。应用计算流体力学软件FLUENT对机身内部流场的压力分布进行定量分析,并对转子系统所受轴向力进行定性分析。通过时间三维谱图、轴心轨迹、频谱分析等非线性振动分析方法分析自动降速现象的特征及发展过程。试验分析表明,轴向力的变化引起转子发生轴向位移,进而导致轴向碰摩,引起高速透平发电机发生自动降速现象。     

高速气体轴承—转子系统碰磨故障的试验

建立单跨、四圆盘结构的高速气体静压轴承-转子系统试验台,对系统的碰磨故障进行了试验研究。在试验过程中,呈现了轴向碰磨与径向碰磨,低频引起的碰磨与工频引起的碰磨等碰磨故障现象,通过分析系统振动信号的频谱特性、轴心运动轨迹、分岔图、伯德图及时间-频率-幅值三维谱图等给出了各种碰磨故障的典型特征,并分析了轴向碰磨与径向碰磨,低频引起的碰磨与工频引起的碰磨等碰磨故障之间的特征区别。为碰磨故障的识别与碰磨故障诊断系统的建立提供了一些试验依据。     

转子-滑动轴承系统松动-碰摩耦合故障分析

针对转子-滑动轴承系统发生松动故障进而引发松动-碰摩耦合故障的诊断问题,基于非线性有限元方法 ,应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型及Hertz接触理论建立双盘松动-碰摩耦合故障转子-滑动轴承系统的动力学模型。首先,研究并分析了滑动轴承(油膜力)支撑下的健康转子系统的动力学特性;进而,通过对不同转速下耦合故障转子系统动力学特性的研究发现,滑动轴承支撑下的松动-碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主,时域波形呈现下密上疏的波动形状,轴心轨迹表现为多个嵌套的"半椭圆形",这些故障特征可以作为诊断滑动轴承(油膜力)支撑下松动-碰摩耦合故障的一个理论依据。     

带碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

建立了含转子不平衡-松动-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.在模型中,充分考虑了转子系统的不平衡、基础松动及转静碰摩故障的耦合;对滚动轴承模型,充分考虑了轴承间隙、轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由轴承支撑刚度变化而产生的VC（varying compliance）振动.运用数值积分方法获取了系统响应,并利用振幅-转速曲线图、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré截面图和轴心轨迹图研究了系统的分叉与混沌运动,分析了旋转速度、碰摩刚度、转子偏心量、轴承座质量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡-松动-碰摩故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力响应规律.     

存在轴向分布不平衡质量多盘拉杆转子非线性动力学特性

多级透平叶片故障是燃气轮机气路故障的主要模式，叶片故障表现为质量在轴向分布不均匀。对存在轴向分布不平衡质量的多盘拉杆转子动力学特性展开研究，使用集中质量法建立了四盘拉杆转子模型，采用不同盘上的质量不平衡模拟不同部位的叶片故障，并考虑油膜力与轮盘接触效应等非线性因素。使用四阶龙格-库塔法对模型进行求解，得出轴承处的频谱、轴心轨迹等曲线图。分析不同转速下当转子两个盘上存在叶片故障时，故障位置对转子动力学特性的影响，结果表明当两个盘故障位置发生变化时，轴承频谱、轴心轨迹和相位差的变化具有一定规律性。此结果能为燃机转子的状态监测和故障诊断提供一定的理论依据。     

剪切粘滞阻尼器在线消除油膜支承转子碰摩振动研究

针对工作环境恶劣及结构紧凑场合,提出新型剪切粘滞阻尼器在线消除转子碰摩振动。用有限元理论研究该阻尼器对支撑在滑动油膜轴承的单盘碰摩转子系统抑振作用。其数学模型为含非线性碰摩力、线性油膜力及外加剪切阻尼力的振动系统,并采用四阶Runge-Kutta方法进行数值计算,对比分析碰摩转子在施加该阻尼器后的振动响应。在理论分析基础上进行实验验证。仿真计算与实验结果表明该阻尼器可有效消除碰摩转子系统复杂轴心轨迹及二倍频等高频振动幅值。     

双圆盘立式悬臂转子-轴承系统碰摩-裂纹耦合故障分析

在考虑了非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩-裂纹耦合故障的双圆盘立式悬臂转子-轴承系统的动力学模型,在此基础上用数值仿真方法研究了该模型在四种不同工况下的动力学行为,即无故障、单一碰摩故障、单一裂纹故障、碰摩-裂纹耦合故障,通过对该转子-轴承系统在不同工况下位移响应随旋转角速度变化的分叉图分析,发现在各种不同工况下该转子轴承系统响应表现出不同的特点,并给出了一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和幅值谱图,分析了该转子系统在不同角转速下的运动状态.该研究结果为转子-轴承系统特别是立式悬臂转子-轴承系统的故障诊断提供了理论参考.     

高速气体轴承—转子系统转速飞升故障的试验

为了分析研究气体轴承—转子系统的转速飞升故障,在基于气体静压径向—止推联合轴承支承的高速透平发电机试验台上开展试验研究。采用时间三维谱图、轴心轨迹、频谱分析及分岔图等非线性振动测试及分析方法,给出转速飞升故障的特征及其发生条件,并研究轴承供气压力及驱动气流量特性对转速飞升的影响。试验结果表明,在一定范围内,提高轴承供气压力能够推迟转速飞升,在转速飞升过程中,减小驱动气输入流量能够提前终止转速飞升,提高轴承—转子系统稳定性。     

径向-轴向碰摩双盘转子-机匣系统的数值仿真分析

基于一新型径向-轴向复合碰摩双盘转子-机匣力学模型,利用数值积分和Poincare映射方法,对转子-机匣系统由于径向-轴向碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,给出了系统响应随转速和偏心量变化的分岔图和一些典型的Poincare截面图、相轨图、轴心轨迹、幅值谱图和时域响应等。研究结果表明:径向-轴向复合碰摩弯扭耦合系统具有很强的非线性,拟周期和混沌是系统碰摩的主要特征。系统参数的改变对系统响应的特征有较大的影响,随转速的增大表现为“周期→拟周期→周期→拟周期→周期→混沌”的演变过程。偏心比较小时,系统为周期1运动,超过某一值后,系统直接演化为混沌运动,或演变为拟周期运动,并最终进入混沌。碰摩时谐波成分存在,静子的频率成分较转子更为丰富,主要分布在两个区域,即1倍工频及其周围的高低频率成分,3倍工频及其周围的频率成分。静子的振动特征表现出了类似转子的演变规律。