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。     

基于特征值分析的摩擦转子热稳定性研究

针对摩擦转子系统动力特性问题,建立一种热弯曲/振动耦合分析模型。耦合方程中既包含了热弯曲对转子振动的影响,也包括了振动对热弯曲的影响。在频域内应用特征值分析法,研究了摩擦转子的热稳定性。分析了某发电机转子升速过程中热特征值随转速的变化趋势,研究了碰摩刚度对热特征值和热弯曲旋转周期的影响。研究表明,临界转速之前,摩擦引起的热弯曲出现发散状态,碰摩热特征值实部随碰摩刚度升高而升高。临界转速之后,轻微摩擦引起的热弯曲是稳定的,但是当摩擦恶化到一定程度后,由此引起的热弯曲也是不稳定的。随着刚度的增加,热弯曲波动周期减小。     

转子系统瞬态不平衡响应的有限元分析

推导了简单Jeffcott转子几何中心运动的解析表达式及转子系统瞬态振动的幅值，详细讨论了转子系统通过临界转速时初始条件引起的瞬态振动、同频振动和伴随自由振动的特性以及阻尼和启动加速度对系统瞬态响应的影响。此外建立了弹性转子系统的有限元模型，通过直接积分法求得系统的瞬态响应．得到系统通过临界转速时的共振幅值，并与试验取得一致的结果。本文的分析对工程中合理地进行转子系统参数设计，考虑共振区的迟滞现象。尽可能错开转子系统固有频率和工作转速频率提供一定的理论参考。     

基于定子振动的转子碰摩故障诊断方法研究

转子碰摩会引发转子和定子的振动,但由于转子系统的很多常见故障(如不对中、不平衡等)与碰摩故障的转子振动特征多有重复之处,在很大程度上限制了故障的有效诊断.于是以定子振动信号为诊断源,研究了碰摩故障的诊断技术.首先分析了定子振动的机理,认为碰摩时定子受到冲击力作用,会引发定子固有频率振动,提出可采用共振解调法进行碰摩故障的诊断.利用IFFT方法进行了定子固有振动信号的分离,再进行希尔伯特变换,得到其包络信号,并对其进行谱分析,从而完成分析诊断过程.最后进行了单点碰摩和局部碰摩的故障模拟实验,结果表明定子高频固有振动包络信号可以揭示碰摩故障的发生,结合角度定位信号,可以对转子碰摩故障进行定位.     

基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。      

离心压缩机碰摩振动建模及改进方法

分析了福建龙岩某厂离心压缩机运行中碰摩振动的实际故障,认定碰摩是转子与静止部件摩擦引起的一种特有故障。局部碰磨一般是不对称的非线性振动,多数情况下产生转速频率的1/2次谐波振动;大面积碰摩会产生附加非线性作用,而使二、三次谐波幅值明显加大。运用非线性动力学理论,建立碰摩振动模型,并以实验进行验证,证明该模型是可行的,为离心压缩机工程实际碰摩故障准确诊断、控制提供了依据。分析了影响碰摩振动的因素,认为偏心距、转速、半径间隙、偏心量、静子径向刚度等对碰摩振动影响较大。提出一些具体的改进方法,可为同类问题提供参考。     

高速转子轴承系统碰摩故障仿真研究

应用非线性动力学理论对高速碰摩转子系统模型进行了研究,得出滑动轴承支撑下的碰摩转子系统的振动特征.研究了偏心距参数对系统振动特性的影响.对建立的碰摩故障的转子系统的动力学模型应用数值积分方法进行求解,得到系统的响应,利用幅频曲线、分岔图、三维谱图研究系统响应随转速、偏心量的变化规律.为准确诊断滑动轴承支撑下的转子碰摩故障、减小系统故障发生率和提高系统动力学特性具有重要意义.     

转子系统振动特性演化规律研究

基于碰摩理论建立Jeffcott转子系统动力学模型,基于现代非线性动力学和分叉理论对转子系统进行深入分析,确定周期无碰摩响应的边界、碰摩运动的边界及其稳定性边界。对系统参数阻尼比和偏心率对转子系统振动响应特性随旋转速度演化规律的影响进行详细分析,得到不同振动响应演化方式在阻尼比和偏心率参数平面上的分布,给出各种转子系统响应特性随旋转速度的演化规律。分析结果有助于更好地理解转子系统的无碰摩周期运动、同频全周碰摩运动、局部碰摩运动、反向涡动失稳以及跳跃现象等动态响应特性和系统参数之间的关系。     

转子全周碰摩与局部碰摩的识别方法研究

摘 要：超临界汽轮发电机组的结构和工况复杂,容易引起转、静子间的碰摩。根据碰摩诱发因素的不同,可将其分为全周碰摩与局部碰摩。由于两种碰摩故障的时、频特征相似,传统的时、频域分析方法很难准确提取它们的故障特征。本文针对这一不足,提出一种基于经验模式分解-奇异值分解（EMD-SVD）与支持向量机（SVM）的碰摩故障识别方法,用于对转子全周碰摩与局部碰摩故障进行识别。首先,通过EMD获取碰摩信号的固有模式函数（IMF）;然后,提取表征信号主要能量的前四阶IMF组成特征矩阵并进行SVD分解,得到关于原信号的一组特征值;最后,将特征值输入SVM,对原信号进行分类识别。转子试验台全周碰摩与局部碰摩试验结果表明,本方法对转子全周碰摩与局部碰摩故障的分类准确率高,其中以径向基函数作为核函数的SVM分类准确率达到96.0%。     

基于悬臂板理论的旋转叶片-机匣振动响应分析

以旋转叶片-机匣为研究对象,基于板壳振动理论,采用Hamilton能量方程及伽辽金模态截断法,建立了旋转悬臂板的动力学模型。研究了升速过程中不同的机匣刚度、不对中角以及最小间隙下旋转叶片的碰摩振动响应。结果表明:在不同的叶片转速下,叶片-机匣发生不同形式的碰摩,如点碰摩和局部碰摩;随着机匣刚度的增加,叶尖法向碰摩力增大,引起超谐共振的转速增多;随着不对中角β的增加,叶尖在升速过程中发生碰摩的位置减少,点碰摩持续的时间增加,局部碰摩持续的时间缩短;另外,在一定转速范围内,增加叶尖位置1的最小间隙c1min会使叶尖发生碰摩的位置减少,同时也会使得由碰摩引起的超谐共振峰值降低。     

一种考虑径向-轴向碰摩的双盘转子-机匣系统力学模型的建立

建立一个新型径向-轴向复合碰摩转子-机匣系统力学模型,基于轴向碰摩由盘的偏转导致的假设,考虑到振动过程中转轴的挠曲线是一空间曲线,依据偏转角微小角度矢量合成原则,求解出偏转角的振动位移表达式,并以此为基础详细推导了双盘转、静子碰摩点的分布及运动微分方程。本模型既能同时描述转、静子的弯曲振动和扭转振动,又能描述转、静子间的轴向碰摩和径向碰摩,且轴向碰摩和径向碰摩既可以独立发生,亦可共同发生。所建立的力学模型为数值仿真分析,及进一步的研究径向-轴向复合碰摩系统的弯扭耦合非线性振动特性奠定了基础。     

旋转机械动静碰摩机理研究

通过引入混沌理论对碰摩的非线性特征进行了理论分析及数值求解，研究不平衡力和转速等条件发生变化时，碰摩的发展历程。结果表明，随控制参数转速的变化，碰摩出现从稳定周期运动经过倍周期分叉到达混沌的特征。文中对某电厂200MW机组出现的碰摩故障进行了实际分析和理论对照，得到的一般规律和理论定性分析结果一致。     

发电机碳刷多点全周摩擦引起的不稳定振动分析

以发电机碳刷与转轴之间发生的摩擦振动为对象,研究这类特殊周向多点全周摩擦振动机理。根据碳刷工作原理,建立多点全周摩擦力计算模型,采用热弹性力学方法建立摩擦截面温度场和转子热弯曲计算模型,将热弯曲模型与转子振动有限元模型耦合求解振动响应。以某发电机为例进行分析,仿真分析和试验研究了碳刷轴全周摩擦振动特征。研究表明,发电机碳刷与转轴之间的多点全周摩擦会引发振动周期性波动和爬升,不稳定现象与不平衡力、碳刷-转轴不同心度和碳刷摩擦因数有关,可以通过精细动平衡、适当增大碳刷-转轴不同心度和减小碳刷摩擦因数来消除。     

Stochastic and chaotic sub- and superharmonic response of shallow cables due to chord elongations

The paper deals with the non-linear response of shallow cables driven by stochastically varying chord elongations caused by random vibrations of the supported structure. The chord elongation introduces parametric excitation in the linear stiffness terms of the modal coordinate equations, which are responsible for significant internal subharmonic and superharmonic resonances. Under harmonically varying support motions coupled ordered or chaotic in-plane and out-of-plane subharmonic and superharmonic periodic motions may take place. If the harmonically varying chord elongation is replaced by a zero-mean, stationary narrow-band random excitation with the same standard deviation and center frequency, qualitatively and quantitatively completely different modes of vibration are registered no matter how small the bandwidth of the excitation process is. Additionally, the stochastic excitation process tends to enhance chaotic behavior. Based on Monte Carlo simulation on a reduced non-linear two-degree-of freedom system the indicated effects have been investigated for stochastic subharmonic resonance of order 2:1, and stochastic superharmonic resonances of orders 1:2 and 2:3. By analyzing the responses for two chord elongation processes with almost identical auto-spectral density function, but completely different amplitudes, it is shown that the indicated qualitative and quantitative changes of the subharmonic resonance primarily are caused by the slowly varying phase of the stochastic excitation. The superharmonic stochastic responses are dominated by random jumps between a single mode in-plane and a coupled mode attractor, which are caused by the variation of the amplitude of the random excitation. Such jumps do not occur in the subharmonic response, because the single mode in-plane attractor is unstable.     

转子系统碰摩行为的研究

应用非线性动力学现代理论对一个带间隙转子系统的数学模型进行了研究 ,通过以转速比变化为参数的分岔图发现 :在超临界转速下存在完整的间隔混沌、周期加分岔序列 ,即系统在周期运动与混沌运动之间交替 ,且周期加一、周期数与临界转速的倍数对应相等 ;在转速小于临界转速时 ,各个连续阶次谐运动的转换区分别都出现了经由一个倍周期分岔直接导致的混沌频带 ,后又直接由一个逆倍周期分岔转化为周期一的现象。同时还揭示了阻尼对系统谐波振动幅值和转换区混沌频带宽的抑制作用 ,以及非线性刚度对混沌频带的抑制和对谐波响应幅值的促进作用。提出设计转子系统时应适当增加阻尼和选材时综合考虑系统的动力学特性 ,系统提高转速时 ,转速不要在转换区滞留太长及工作转速尽量不要选在系统的临界转速的倍频上等建议 ,这些都对减小系统故障发生率和提高系统动力学特性有重要意义     

挤压油膜阻尼器同心度及碰摩对转子振动特性的影响

为了探明挤压油膜阻尼器存在不同心度以及碰摩故障时转子系统的振动特性,建立了带挤压油膜阻尼器的转子系统动力学模型,考虑了阻尼器不同心度以及油膜环碰摩故障等因素,并搭建实验器系统进行了实验验证。理论分析与实验结果表明,转子涡动半径越大,阻尼器的安装不同心度对转子振动影响越强;挤压油膜阻尼器不同心度越大,转子振动幅值越小,但非线性振动风险迅速增加;阻尼器偏心比过大时油膜内、外环可能发生碰摩,激起转子反进动固有频率,且振动幅值表现出剧烈波动现象。     

9R-40型揉碎机的振动研究

揉碎机是一种振动强度很高的农业机械,对环境和人身都要很大的危害。振动试验表明：转子转动不平衡是引起揉碎机振动的主要原因;其次高速旋转的转子带动叶片和锤的周期性运动打击空气质点会引发脉动冲击压力波,压力波作用在壳体零件上产生振动。通过揭示其振动强弱与其主要结构之间的关系,为揉碎机结构的优化设计、噪声和振动控制提供可靠依据。     

Micro-slot injection into a boundary layer driven by a favourable pressure gradient

This study aims to investigate the nonlinear forced vibration of functionally graded (FG) nanobeams. It is assumed that material properties are gradually graded in the direction of thickness. Nonlocal nonlinear Euler–Bernoulli beam theory is used to derive nonlocal governing equations of motion. The linear eigenmodes of FG nanobeams are used to transform a partial differential equation of motion into a system of ordinary differential equations via the Galerkin method. The multiple scale method is used to find the governing equations of the steady-state responses of FG nanobeams excited by a distributed harmonic force with constant intensity. It is also assumed that the working frequency is close to three times greater than the lowest natural frequency. Based on the equation governing the linear natural frequencies of FG nanobeams, the influence of the small scale parameter, material composition, and stiffness of the foundation on the linear relationship among natural frequencies is studied. Results show that superharmonic response or a combination of resonances may occur as well as a subharmonic response depending on the power-law index and stiffness of the foundation. Then the governing equations of a steady-state response of FG nanobeams for four possible solutions are obtained depending on the value of the small scale parameter. It is shown that the simplest response of FG nanobeams is a subharmonic response or superharmonic response. The equations governing the frequency–response curves are obtained and the effects of the power-law index and small scale parameter on them are discussed.     

变面积电涡流传感器带冠叶片振动测量

为实现对各种带冠叶片的振动的非接触式测量,提出一种基于变面积型电涡流传感器的带冠叶片振动测量技术。当转子叶片进行高速旋转时,叶片扫过电涡流传感器,会使感应面积发生变化,后接高速数据采集分析处理系统,将面积变化信号进行处理,从而获得带冠叶片振动参数。在某型汽轮机末级带冠叶片上进行振动试验,试验结果表明变面积型电涡流传感器测振技术可以在转子高速旋转的情况下,准确测量带冠叶片振动情况,得到振动的幅值和频率,可以应用在实际带冠叶片的振动测量中,为转子叶片健康状况评估提供依据。     

岩体软弱夹层对爆破震动信号影响的试验研究

岩体中的软弱夹层对爆破震动信号有明显的影响。在南宁市郊区一采石场进行了软弱夹层影响爆破震动信号的试验,在试验中采用了无线网络控制的爆破震动信号测量系统,并针对以前试验中的不足,改变了药包起爆顺序,试验结果表明：在软弱夹层上方爆破的震动信号时域曲线比较规整简单,频域曲线主峰非常突出明显且高频部分很少;在软弱夹层处及其下方爆破的震动信号时域曲线相对软弱层上方要复杂的多,频域曲线叠加了较多的高频成分,曲线中呈现多峰特性。依据试验结果提出了采用爆破震动信号识别软弱夹层的近似简便方法,并对该法的原理和适用性进行了分析