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。     

国产超临界600MW汽轮机组低压转子振动特性分析

以国产超临界600MW汽轮机组的振动特性为研究目标,通过有限元方法建立低压转子的三维动力学模型,计算转子各阶临界转速及相应的模态振型。进而考虑低压转子支承刚度随转速的变化关系,对支承刚度进行修正,分析这种变化对低压转子固有特性的影响。在此基础上考虑转子中部存在较大不平衡量的情况,计算转子轴振随转速的变化关系,分析这类不平衡对轴系动力学响应特性的影响,从而为汽轮机组的振动故障诊断及排故提供理论支持。     

膜片联轴器对转子系统动态特性的影响研究分析

用有限元分析膜片联轴器联接转子系统的振动特性与发生裂纹、碰摩故障时的动态特性与响应。利用各单跨转子临界转速与转子系统临界转速的比较分析，研究膜片联轴器对转子系统弯曲振动、弯扭耦合振动的影响，以及转子发生裂纹、碰摩故障时膜片联轴器的影响，并提出膜片联轴器在机器故障诊断与维护中的有利作用。     

基于动力学有限元模型的多跨转子轴系无试重整机动平衡研究*

针对多跨转子轴系现场动平衡需频繁启停机的问题,结合影响系数平衡法和模态振型平衡法特点,提出一种新的基于动力学有限元模型的轴系无试重整机动平衡法。综合转子动力学相关理论和有限元技术,通过仿真构建与轴系结构尺寸和运行参数相符的转子动力学有限元模型。采用柔性转子共振分离原理,分析轴系振型和不平衡振动阶次以确定各跨转子加重平衡平面数和位置,分别在各跨转子平衡位置处施加不平衡激励,获取轴系平衡转速下各振动测点处不平衡响应,计算出相应的加重影响系数,从而取代轴系现场动平衡中需要多次启停机试重测取过程。然后采用最小二乘法通过解平衡矢量方程组得到轴系所需的平衡配重。最后以模拟百万兆瓦超超临界汽轮机的四跨五支承柔性转子轴系试验台为例,应用该方法开展了2 700 r/min转速下轴系四个平面同时配重动平衡试验,单点降幅最高达53%,实现了无试重下柔性转子轴系整机动平衡,可有效减少因盲目试重次数,节省平衡费用和周期。     

基于声固耦合算法的贯流式水轮机轴系振动特性研究

水轮发电机组轴系的振动特性对水轮发电机组的设计具有重要意义。应用转子动力学理论,基于声固耦合算法,考虑轴系中转轮周围水体对轴系振动特性影响,建立轴系转轮湿模态计算模型,以本公司正在设计中的某贯流式水轮机轴系为研究对象,对机组旋转轴系的固有振动特性进行动力学计算,得到轴系前12阶模态固有频率及振型图,通过绘制轴系的Campbell图,得到系统的临界转速,分析判断机组轴系发生共振的可能性。     

航天伺服超高速涡轮泵转子动力学特性研究

为研究航天伺服系统用小型超高速涡轮泵工作过程中的振动特性,针对涡轮泵的轴系进行转子动力学分析.使用有限元软件ANSYS进行APDL参数化建模仿真的方法,计算了转子的临界转速、模态振型.对转子不平衡质量力在多种分布条件下的动力学响应进行研究,得出轴系最佳响应对应的不平衡质量力分布方式,以及在二阶临界转速下涡轮泵轴系的振动及支承反力控制方法,具有工程应用价值.     

流线隧道式涡轮增压器转子动力学特性分析

为研究流线隧道式涡轮对涡轮增压器转子动力学特性的影响,将某型号车用涡轮增压器叶片式涡轮替换为流线隧道式涡轮,建立了密封流体激振、叶尖间隙激振和隧道涡轮轮缘间隙激振耦合条件下的转子系统模型,计算分析了涡轮材料和轮缘间隙对转子临界转速、稳态响应以及瞬态响应的影响。结果表明,K418高温合金隧道涡轮转子一阶临界转速大幅降低,稳态响应稳定性较好,但瞬态响应振动剧烈、失稳,表明隧道涡轮采用K418高温合金需要调整结构设计;SiC陶瓷隧道涡轮转子一阶临界转速下降、稳态响应振幅增加,但对转子稳定性影响不大,二阶临界转速有微小增加,稳态响应振幅下降,瞬态响应稳定性较佳。     

连续式风洞电机-联轴器-压缩机转子轴系横向振动分析

以某型连续式风洞的动力系统轴系为研究对象,建立了电机转子-联轴器-压缩机转子轴系的动力学模型,同时考虑到轴承动刚度、动阻尼、支撑刚度以及电机磁拉力等因素,使用DYNAMICS软件得到轴系的临界转速和振型等计算结果,并和实验数据进行对比,二者偏差范围小于±5%,轴系的理论不平衡响应也和实验数据有较好的吻合。研究表明,本文采用的建模方法正确,计算精度较高,满足工程实际需要。本文的研究阐明了电机柔性转子的临界转速分叉现象,揭示了电机转子和压缩机转子之间的振动耦合特性,对于机组的运行维护具有指导意义。     

轴流式机组轴系临界转速分析及优化

水轮发电机组轴系的动力特性和稳定性关系到机组的安全稳定运行。为研究某大型立式轴流式机组轴系的自振特性，防止轴系因振动而损坏，采用转子动力学计算方法，建立了轴系的三维有限元模型，计算分析了机组轴系的临界转速特性。计算结果表明，因原有轴系刚度不足，导致一阶临界转速小于机组飞逸转速，轴系有可能出现共振，需对轴系进行优化。针对此情况提出提高轴系材料刚度和增加下导轴承两种优化方案。有限元计算表明，提高轴系材料刚度后机组一阶临界转速依然小于飞逸转速，不满足刚性转子的要求；而增加下导轴承可大幅提高一阶临界转速，对提升轴系运行稳定性有明显效果。     

齿轮传动转子系统弯扭耦合振动研究

为分析齿轮传动复杂轴系的振动问题,根据有限元法和拉格朗日法,考虑陀螺效应、油膜支承等因素,得到了转子-轴承系统的弯扭耦合振动模型;在此基础上,根据齿轮副运动过程中啮合刚度和啮合阻尼的变化,得到了齿轮副系统的弯扭耦合振动模型。然后,根据齿轮副的实际排列方式,引入方位角,使得转子模型与齿轮副模型坐标统一化,并将其耦合到一起,得到了更加接近实际的齿轮转子模型,并且计算了其临界转速和振型。研究结果表明,耦合后转子的临界转速低于单转子的临界转速,齿轮传动对转子轴系振动有着明显影响。     

半主动TMD控制双跨轴系过临界振动的研究

针对多轴串联机械通过临界转速时振动过大的问题,对调谐质量阻尼器在双跨轴系振动控制中的应用进行了研究。并基于转子结构,设计了具有对称结构的笼式半主动调谐质量阻尼器用于控制轴系振动;搭建了双跨转子实验台,在不改变转子轴系原有支撑形式上,在两根轴上分别安装了调谐质量阻尼器,对调谐质量阻尼器对轴系各跨转子振动的影响规律进行了实验研究。研究结果表明,不可控调谐质量阻尼器可以有效抑制安装所在轴临界转速附近的振动,对相邻轴影响较小,但会引起新共振峰。根据此实验结果通过开关控制策略实现调谐质量阻尼器半主动控制,说明半主动调谐质量阻尼器可以在不停机的情况下,抑制转子轴系通过各阶临界转速时的振动,避免失谐。     

低压轴承标高变化对600MW空冷机组轴系动特性影响研究

根据轴承负荷敏感性分析结果,研究600MW空冷机组敏感轴承对其它落地轴承及整个轴系的影响。考虑低压缸双排汽的特点,分析了3#、4#轴承在不同标高变化状态下的各轴承负荷的变化情况,研究了轴系临界转速的变化规律。结合空冷机组排汽参数的频繁变化,分析了轴颈不平衡响应特性。进而根据轴系振动特征,通过对数衰减率研究机组的稳定性问题。     

1000MW汽轮机组N+1支撑轴系高压转子轴端汽封碰摩故障特性分析

针对某型1000MW汽轮机组N+1支撑轴系高压转子轴端汽封碰摩故障现象,分析转子轴端汽封碰摩力表达式,通过施加非线性约束方式,采用连续碰撞力-位移的线性逐段函数模拟碰摩过程的非线性接触刚度,构建含轴端汽封碰摩故障的轴系动力学有限元模型。开展机组轴系非线性稳态同步响应和瞬态频域分析,得到工作转速3000r/min下轴系涡动轨迹,以及不同碰摩刚度下轴系支承位置处的振动瀑布图。结果表明,这种轴系发生高压转子轴端汽封碰摩时,对与碰摩点相邻的支承振动影响明显,振动以基频为主,且随着碰摩刚度增加,会出现3X、2X倍频成分,各支承振幅呈现逐步下降趋势。     

600MW汽轮机组基于ANSYS的低压转子轴承系统的模态分析

针对600MW汽轮发电机组低压转子-轴承系统,建立了整轴模型和低压转子模型,采用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,计算汽轮机转子的固有频率和临界转速,从而避免工作转速达到临界转速产生共振现象.最后通过临界转速和振型图分析了低压转子的特性.     

汽轮机叶片问题引发的异常振动故障诊断

从一台300MW机组的轴系异常振动诊断入手,研究了该型机组更换叶片后低压转子的振动特点和处理方法.其现场动平衡方法为解决该型机组轴系振动故障问题提供了有效和借鉴.     

600MW亚临界机组轴系与单个转子临界转速的关系

对多转子组合系统与原各转子频率间的关系进行了理论推导。总结了国产600MW亚临界机组轴系各阶临界转速及其振型与单个转子临界转速间的关系,为轴系的设计和机组现场动平衡提供了理论依据。     

涡轮分子泵动叶片对轴系临界转速的影响

涡轮分子泵轴系临界转速是泵设计过程中的重要参数,当轴系在其临界转速或附近运转时,产生的剧烈振动会严重影响轴系的稳定性。为了探究动叶片对临界转速的影响,在对泵的转子系统进行简化的前提下,利用传递矩阵法计算了轴系临界转速并在此基础上借助有限元软件Solidworks Simulation对动叶片的共振频率进行了研究,有限元分析结果说明单个动叶片的共振频率远高于轴系临界转速;动叶片组在分析中可以简化为远程质量且将大幅度降低轴系临界转速,因此计算时必须将动叶片组包含在内。     

支承方式对变循环发动机转子临界转速的影响

分析某双涵道变循环发动机转子系统结构特点,建立转子-支承系统三维有限元模型,计算、分析转子支承方式的改变对转子临界转速的影响.结果表明:以低压转子为主激励,转速在20 000 r/min内,4支点支承比5支点支承临界转速多一阶,其中第一、三阶临界转速降低,第二阶升高,第四阶基本不变.5支点方式能有效地减少柔性低压转子弯曲振动模态出现,但是会增加低压风扇盘的上下偏摆振动模态,较易发生风扇叶片与机匣的碰磨.4支点方式结构更简单,但是转子系统在高转速时需要多经过一阶临界转速,会增加转子及整机的振动.     

百万千瓦级超超临界火电机组锅炉给水泵转子动力学分析

锅炉给水泵是火电机组中的关键设备,本文针对某1000 MW级超超临界火电机组锅炉给水泵开展了干湿模态的转子动力学分析。湿模态转子动力学分析综合考虑了滑动轴承动力特性、各口环密封动力特性的影响,并研究了口环磨损对口环密封动力特性及对给水泵转子动力学特性的影响。研究结果表明:在所有预定工况,转子系统临界转速及危险位置振动响应均满足要求,处于规定范围内,系统具有足够的安全裕度,符合API610对BB5型泵的要求。口环磨损导致的口环间隙增大会降低口环密封给系统提供的刚度,这会导致转子系统临界转速发生一定程度的减小。但该泵的临界转速和振动响应均有足够裕量,在口环可能发生的磨损范围内,泵的转子动力学特性均满足API610要求。     

混流泵起动过程转子轴心轨迹的试验研究*

混流泵起动过程中的振动失稳严重威胁着泵机组的安全,研究起动过程中的轴心轨迹,可以全面、直观地反映瞬态效应对机组运行稳定性的影响,掌握非调节工况下转子的振动状态。基于本特利408数据采集系统,测量获得了起动加速过程中不同转速下转子的轴心轨迹图和时域图,分解提纯一倍频和二倍频轴心轨迹图及其时域图,解析起动过程不同转速下的频谱图。研究结果表明,加速过程中,一倍频轴心轨迹由长短轴相差不大的椭圆逐渐变为圆形,可以判断转子存在弓状回转涡动且涡动不断加剧;二倍频轴心轨迹由近似水平线段逐渐变化为水平方向扁平的椭圆,可以判断转子存在不对中现象且水平方向的振动不断加剧。结合瞬态外特性曲线,研究发现随着转速的逐渐增大,转子系统的瞬时水力冲击逐渐增大,转子不平衡量和径向偏移量逐渐增大,振动情况逐渐加重,当转速达到最大值时,轴系振动出现一个峰值并随转速稳定有所降低并逐渐趋于稳定。加速是引起轴系振动的主要原因,瞬态效应是影响振动故障恶化的重要因素。研究成果对于实时评估混流泵起动过程中的轴系运行状态、有效降低或防止振动故障的恶化具有重要的工程应用价值和理论指导作用。