偏心效应下大范围转动弹性梁振动特性分析

计及转子偏心效应,借助转子动力学理论,应用Galerkin法和Hamilton原理建立电机-弹性梁系统动力学模型;采用Runge-Kutta法实现动力学解耦,解析不同速度下大范围转动弹性梁的动力学特性,对比分析电机转子动偏心、静偏心与转动梁振动特性的耦合关系。研究结果表明：转子动偏心与系统动力学响应呈现强耦合,动偏心距达到0.5 mm时,转动梁振幅高达2 mm;而静偏心距由0 mm增至0.5 mm时,其振幅均为0.178 mm,后续研究可忽略静偏心因素;随着角速度提高至150 rad/s时,在转子动偏心的作用下,弹性梁振动由周期振动变为非周期振动,也是该类机构高速下呈现不同程度的突发性或间歇性振动的主要原因之一。     

磁力轴承转子系统的力耦合和力矩耦合分析

为减轻或消除磁力轴承转子系统中存在的力耦合和力矩耦合,针对八极径向磁力轴承,在不考虑时间因数的情况下,以转子与定子的偏心为变量,分析和计算了电磁力的分布,推导了径向磁力轴承沿周向任意点处电磁力的表达式,提出了磁力轴承转子系统力耦合和力矩耦合概念,并推导出交叉耦合系数计算公式。计算结果表明：力耦合和力矩耦合总是存在的,结构设计无法解决,只有采用控制补偿的方法才能减少或消除这两种耦合。     

大气隙混合磁悬浮轴承-转子系统耦合特性仿真分析

磁悬浮支承技术是利用可控电磁力使物体沿着一个方向或几个方向保持一定位置,从而使物体与基础之间无机械接触,根据磁力轴承工作原理,磁悬浮转子在实际工作时,在结构和控制系统中存在着多种耦合现象。介绍了大气隙混合磁悬浮轴承的结构以及这种轴承的工作特点与工作原理;建立其等效磁路模型;针对大气隙混合磁悬浮轴承结构,利用有限元软件分析其磁场耦合特性,以偏心距为变量,分析大气隙混合磁悬浮轴承-转子系统的力耦合与力矩耦合。结果表明:偏心距越大,耦合越强。     

单盘转子碰摩条件分析

通过对单盘转子系统碰摩运动规律的理论分析和计算仿真,得出了转子初次碰摩转速的解析表达式;并对阻尼、偏心距和间隙对转子碰摩转速的影响进行了讨论分析.当转子的偏心距与间隙的比值大于1时,碰摩转速随偏心距的增大或间隙的减小而降低;随阻尼的增大而提高.当转子的偏心距与间隙的比值小于1时,碰摩转速随其比值变化规律是先增大,当达到最大值后又减小,且随阻尼的增大而减小.     

考虑时变侧隙与时变轴承刚度的含质量偏心齿轮系统动力学分析

为了探究齿侧间隙与轴承刚度的时变特性对含质量偏心齿轮系统动态特性的影响,结合其耦合后的动力学模型,并利用龙格库塔(Runge-Kuta)算法,求解了时变侧隙和时变轴承刚度;根据不同偏心距,对齿轮系统进行了动态响应分析。首先,根据几何关系建立了因轴承变形引起的时变齿侧间隙模型,利用赫兹接触理论推导了滚动轴承时变轴承刚度公式;然后,基于时变齿隙与时变轴承刚度,建立了含齿面摩擦与质量偏心的六自由度直齿轮系统动力学模型;最后,分析了在不同偏心距下齿隙与轴承刚度的时变特性对齿轮系统动态响应的影响。研究结果表明：考虑齿隙和轴承刚度的时变特性后,动态传递误差幅值相比恒定齿隙和轴承刚度所对应幅值分别提高了16.46%、2.02%;偏心距从0 mm增加到0.5 mm及1 mm时,其对应系统的最大边频幅值从0μm增加到0.19μm和0.33μm;质量偏心会影响系统动态响应,且随偏心距的增大,其由稳定的周期运动变为有波动性的周期运动,波动幅度与偏心距成正相关;同时,质量偏心会导致系统出现边频,边频幅值随偏心距的增大而增大;因此,应将偏心距控制在合理范围内,以防其过大而引起齿轮系统发生不稳定现象。     

径向磁力轴承磁极布置对磁场和磁力的影响

使用有限元方法对8极径向磁力轴承的磁场进行了建模,计算了气隙磁通密度和磁力,对比分析了在转子不同的偏心情况下两种磁极布置形式(NSNS交替磁极布置和NNSS成对磁极布置)的磁力轴承的气隙磁通密度和磁力,并通过实验测试验证了有限元磁场建模和计算的准确性.结果表明,在同样大小的电流激励下,NSNS布置比NNSS布置的气隙磁通密度大,偏心时产生的磁力也较大,适合小尺寸的磁力轴承,而NSNS布置磁极之间的磁耦合比NNSS布置形式强,增加了控制系统的复杂性.研究结论对磁力轴承的结构设计和控制系统设计具有一定的指导意义.     

单作用滑片泵内部流动特性数值研究

为了揭示偏心距对单作用滑片泵水力性能的影响规律,建立6种不同偏心距的泵模型进行研究,并对偏心距10 mm工况下3种封闭角进行分析。基于动网格技术和RNG k-ε湍流模型,对滑片泵进行三维非定常计算。研究表明：偏心距对滑片泵水力性能影响较大,随着偏心距由6 mm增大至11 mm,泵出口平均流量呈上升趋势,但其容积效率逐渐下降,偏心距为9 mm时滑片泵容积效率与流量较高;随着偏心距增大,转子所受径向激励力也随之增大,其中偏心距对转子径向激励力y方向分量影响较为明显,随着偏心距增大,其脉动曲线形状发生变化;封闭角为10°时,泵腔与吸油窗口相连前两者压力差较低,对进口处回流抑制较明显。     

人工心脏泵磁悬浮转子质量不平衡及磁耦合研究

结合建模与实验，分析了人工心脏泵转子质量不平衡及磁耦合对转子稳定悬浮的影响，依据转子动力学理论推导出了五自由度转子运动方程。由运动方程知，转子前后端的质量耦合可消去，转子同自由度前后端同时控制优于分开控制。运用转子自由振动及陀螺力方程分析了动不平衡对转子偏心的影响，结果表明：建模时增加动不平衡矩阵可有效减小偏心；为减小涡动，转子径向采样周期应与转速相适应，不宜过快。采用有限元方法给出了磁极不同工作方式时的磁力线分布，结果表明同时控制互相垂直方向的磁极有利于减小磁耦合。实验测量了转子在平衡位置的各向位移，并计算出静态时X方向的偏心相对误差为0．28％，Y方向的偏心相对误差为0．42％。     

大气隙混合磁悬浮轴承磁场仿真与实验

针对一种大气隙径向八极混合磁悬浮轴承结构,采用有限元技术和实验方法,探讨永磁和电流激励下磁场耦合特性。研究结果表明:当偏移量固定时,某方向(x或y)电流越大,其耦合现象越明显;当转子在平衡位置时或偏移量较小时(如0.5 mm),x和y两方向的电流耦合现象不明显;如转子偏移量进一步增加(达到1.2 mm),其电流磁力耦合增加,且电磁力非线性越强烈。     

多孔质气体静压径向轴承倾斜状态特性研究

为研究倾斜状态对多孔质气体静压轴承性能的影响,基于一维流动模型应用有限元方法对多孔质气体静压轴承进行数值分析,研究渗透率、初始偏心距、倾斜角度等重要因素对多孔质径向轴承承载能力和弯矩的影响。结果显示:轴承初始偏心距对轴承承载能力影响很大;在相同初始偏心距时,倾斜状态下的径向轴承承载能力随着轴承倾角的增大而增大;在相同倾斜角度时,径向轴承承载能力分别随着轴承初始偏心距和轴承渗透率的增大而增大,并且初始偏心距越大,渗透率对承载能力的影响越大。     

磁悬浮转子系统耦合特性测试方法及测试台的设计

磁悬浮转子系统中，根据磁力轴承工作原理，径向磁力轴承内存在力耦合、磁耦合；径向磁力轴承之间存在力耦合、力矩耦合。这些耦合现象对磁悬浮转子系统的结构设计、系统建模和控制系统的设计都有影响。在对磁悬浮转子系统耦合特性研究的基础上，提出了磁悬浮转子系统耦合特性测试的实验方法。并且提出了相应测试实验台的设计方案。     

动静压耦合效应下气体轴承流场特性分析

为研究静压气体轴承的动静压耦合效应机制及其对流场压力分布、承载力等特性的影响,以高速静压气体轴承为研究对象,采用CFD数值仿真方法,在不同偏心率及转速条件下对流场特性、动静压耦合效应机制、承载力以及偏心角进行分析研究。研究表明:转速和偏心率变化导致的气体黏性力、压差流和气体可压缩性变化,影响流场动静压耦合效应的强度,且造成流场的周向压力分布不对称,进而导致承载力及偏心角的变化;在相同偏心率下,承载力随转速升高而单调递增,偏心角随转速升高呈现非线性变化规律;在相同转速下,当转子保持在低速范围内时,偏心角随偏心率增大而增大,高速时则相反。     

某核电厂主给水泵电动机轴向振动故障诊断

某型主给水泵电动机运行时,多次出现相似的轴向振动高缺陷,影响到设备安全。针对此问题,结合该型电动机结构特点,建立两侧球轴承支承的简易转子动力学模型。当球轴承自动调心功能不佳时,理论分析得知:转子两侧端部气隙会出现混合偏心、轴颈承力中心线与轴承座中心线不重合等缺陷;在不平衡磁拉力与不平衡离心力耦合作用下会激发与径向振动特征相似的轴向振动;当气隙混合偏心距以静偏心为主时,轴向振动的频谱以二倍转子旋转频率为主,振幅与等效偏心距成比例;提高转子平衡精度降低等效偏心距的新方法可同时降低径向振幅与轴向振幅。通过改善球轴承工作状态、优化气隙超差情况及动平衡试验彻底解决了该类共性缺陷,验证了理论分析的正确性。     

碰摩故障多自由度转子—轴承系统周期运动稳定性研究

以有限元理论为基础,建立考虑诸如非线性油膜力、陀螺效应等因素的碰摩故障转子—轴承系统多自由度模型,应用与Newmark法结合的打靶法分析碰摩故障多自由度转子—轴承系统的周期运动稳定性。研究系统随系统偏心距、碰摩间隙、碰摩摩擦因数、碰摩刚度等影响因素的失稳分岔规律。研究发现,小偏心距下系统发生hopf分岔失稳,而大偏心距下系统发生倍周期分岔失稳。减小系统的碰摩间隙、增大系统的摩擦因数或增大系统的碰摩刚度,将影响油膜涡动的形成,使系统失稳转速升高;对于轻度碰摩情况,系统分岔形式和失稳转速可能不发生改变,但对于重度碰摩情况,分岔形式和失稳转速将发生很大的变化。研究为相关转子—轴承系统故障诊断、振动控制及稳定性设计提供理论参考。     

基于盘类转子的磁力轴承系统研究

一般基于轴类转子的磁力轴承系统由一个推力磁力轴承和两个径向磁力轴承组成，这种结构不可避免地带来各种磁力耦合，经常会使转子产生激振或位移，给控制系统造成很大的干扰。提出了一种基于盘类转子的磁力轴承系统，在很大程度上减轻了这种影响。     

轴承径向游隙对刚性转子不平衡响应的影响研究

针对某涡轮泵拟刚性转子振动较大的问题,在考虑轴承径向游隙的情况下,建立Jeffcott转子模型,对转子的不平衡响应进行分析,研究表明:随着轴承径向游隙增大,临界转速以下的不平衡响应幅值增大,在80%临界转速处,10倍偏心距的轴承径向游隙会产生15.5倍无轴承径向游隙的不平衡响应。因此,在亚临界转速下工作时,可采用预紧装置适当减小轴承径向游隙,降低转子-支承系统的振动。加装预紧装置的试验结果表明,施加2 000 N轴向预紧力时,转速8 000 r/min以下的转子振动幅值降低40.6%,验证了理论推导的正确性。     

偏心对汽轮机隔板汽封泄漏流动特性的影响

当汽轮机转子存在偏心时,隔板汽封间隙内的汽流激振力将发生变化,影响汽轮机组的安全运行。采用计算流体动力学软件,分析转子偏心工况下,某300 MW汽轮机高压缸第二压力级隔板汽封内汽流激振力的变化规律。结果表明:密封的周向压力近似呈余弦规律分布;随着偏心距的增加,隔板汽封内周向压力差逐渐增大;汽封间隙不变时,正向力、切向力和合力皆随着偏心距的增加而增加;在不同汽封间隙下,当转子偏心距相同时,间隙越小汽流激振力就越大。     

偏心对汽轮机隔板汽封泄漏流动特性的影响分析

当汽轮机转子存在偏心时,隔板汽封间隙内的汽流激振力将发生变化,影响汽轮机组的安全运行。采用计算流体动力学软件,分析转子偏心工况下,某300 MW汽轮机高压缸第二压力级隔板汽封内汽流激振力的变化规律。结果表明：密封的周向压力近似呈余弦规律分布;随着偏心距的增加,隔板汽封内周向压力差逐渐增大;汽封间隙不变时,正向力、切向力和合力皆随着偏心距的增加而增加;在不同汽封间隙下,当转子偏心距相同时,间隙越小汽流激振力就越大。     

磁气负载比对箔片-磁力混合轴承支承特性及转子动力学特性的影响

箔片-磁力混合轴承是一种能降低箔片轴承起飞前的摩擦损耗且可改善磁轴承高速时的承载和动力学性能的新型高性能主动控制型轴承。提出了一种箔片-磁力混合轴承的设计方法,设计并搭建箔片-磁力混合轴承支承特性实验台和箔片-磁力混合轴承转子实验台,实验探究了磁气负载比(即气体箔片轴承和主动磁轴承之间的载荷分配比)对箔片-磁力混合轴承支承特性和转子动力学特性的影响。实验结果表明：箔片-磁力混合轴承比箔片轴承的总体静态刚度和刚度变化率有所提高。箔片-磁力混合轴承结构刚度随频率的提高而增大,等效黏性阻尼随频率的提高呈现先降后增的趋势。此外,合适的负载比可以降低起飞转速,改善摩擦损耗,抑制次频振,有利于提高转子的高速稳定性。     

高速转子-轴承系统油膜涡动故障仿真研究

针对滑动轴承支撑下的转子轴承系统,建立了非线性油膜力作用下的转子轴承系统的动力学模型.应用非线性动力学理论对该系统进行了研究,应用数值积分方法得到系统的响应,利用幅频曲线、分岔图、三维谱图研究系统响应随偏心距的变化规律.为有效诊断滑动轴承支撑下的转子油膜涡动故障提供了理论依据.