弱非平稳转速下转子动平衡方法

提出弱非平稳转速下转子动平衡方法,通过对动不平衡振动信号的时间频率联合分析处理获取各次动平衡试验振动信号的转速无关化幅值、相位和振幅转速无关化信号初相点等转速无关化振动信息。根据转速无关化振动信息给出了分别采用影响系数法、振型平衡法和全息谱平衡法计算不平衡量重径积和相位的方法。弱非平稳转速下转子动平衡方法免去了现有动平衡方法理论上对平衡转速必须处于恒定转速的严格要求,允许动平衡试验中平衡转速可以有一定的波动范围,消除现有动平衡方法中转速波动对动平衡精度的影响,实现超精密转子动平衡技术。     

柔性转子无试重模态动平衡测试系统

针对传统柔性转子动平衡方法需要多次添加试重、多次启动而导致平衡效率低、安全性无法保证的问题,提出了一种高速柔性转子无试重模态动平衡方法。该方法借助有限元软件计算得到转子的模态特征,结合测量得到的振动信息,计算出平衡配重的大小和相位。为了将此方法应用于工程实际,研制了一套柔性转子无试重模态动平衡软、硬件测试系统。将该系统与国外同类先进测试设备SIRIUS对比,两者之间的相位测量误差为2.376°。转速计量表明,该测试系统的转速测量范围为0～60kr/min,最大测量误差为10%。应用该系统对跨二阶双盘柔性转子实施了无试重动平衡试验,平衡后一阶振幅下降60.6%,二阶振幅下降74%。试验结果表明,所研制的无试重模态动平衡系统可有效应用于高速柔性转子的动平衡,提高平衡效率和安全性。     

转子动平衡首次试重相位的实验研究

在大量实验数据的基础上,探索多跨转子动平衡首次试重的最佳位置.在一阶临界转速之下和一阶临界转速之上进行的实验表明,最佳的首次试重位置出现在不同的扇形区内,根据基本振动理论和实验结果可在这个区域内或附近选择合适的首次试重位置,提高动平衡精度.该研究结果有助于减少试重次数,提高动平衡效率.     

用光点瓦特计卧式动平衡机进行刚性转子动平衡

目前普遍使用的动平衡机的指示部分,绝大多数是采用光点在瓦特计或矢量计上同时指示出刚性转子不平衡量的大小和位置。由于动平衡机型式和规格很多,必须根据转子的重量、尺寸,允许剩余的不平衡量以及驱动方式等参数来选择动平衡机。选择动平衡机转速时,对于刚性转子来说,只要动平衡时转子转速达到一定值并能反映出转子允许剩余的不平衡量即可。一般情况下,在低速平衡好的转子,在工作转速下转子的平衡状况也较好。若转子工作转速不高,应尽可能在转子的工作转速下进行动平衡。但由于某些原因,如驱动功率不够或初始平衡时转子不平衡剩余量较大,可能会毁坏动平衡机或使转子飞出,这时就不能在转子的工作转速下进行动平衡,只能选择一个适当的动平衡转速,对于普通转子来说,一般选在1000～3000转/分。在选择动平衡转速时,还应避开动平衡机的机械共振转速和电气共振转速,以免影响动平衡精度。     

不平衡量对非线性转子-挤压油膜阻尼器系统临界转速影响的研究

对动力涡轮转子这种柔性细长轴超临界转子进行动平衡时,需要知道知道转子运行的模态信息以及动平衡影响系数。基于ANSYS有限元分析软件建立了动力涡轮转子-挤压油膜阻尼器的动力学模型,提出了一种考虑阻尼器偏心率和转速变化的变刚度阻尼系数不平衡谐响应计算方法。通过计算发现:由于挤压油膜阻尼器的非线性特性,会导致转子系统的临界转速随着不平衡量的增加而明显增加。同时,这也导致了同一位置、同一转速下,动平衡影响系数也会随着不平衡量的变化而变化。在进行这类转子动平衡时,需高度重视这2种现象。     

力自由不平衡控制下的高速磁悬浮飞轮系统在线动平衡

针对高速磁悬浮飞轮转子的不平衡问题,提出了一种在力自由不平衡控制下的在线动平衡方法,用空气环境下低转速的在线动平衡替代真空环境下的高转速在线动平衡,以实现兼顾高效率和高精度的在线动平衡。通过分析磁悬浮转子系统的不平衡模型和比较各不平衡控制模式下校正质量的求解方法,得出在力自由控制模式下,磁轴承的同频控制电流为零,电磁力在线性化范围内仅是转子位移的线性函数。因此根据转子的同频位移响应可解算动平衡校正质量。通过所设计的磁轴承力自由不平衡控制器使转子绕其惯性主轴旋转,获得了转子同频位移响应。由于系统参数的理论值与实际值存在一定误差,通过一次试重对转换系数矩阵进行了校正。实验结果表明,通过一次试重校正转换系数矩阵,再经过两次试转后即可实现高精度动平衡。另外,转子轴心轨迹显著减小、转子两端同频位移响应分别下降了77.29%和94.14%;在真空环境下,试验转子升速至500Hz时,转子的运行状况与低速状态一致,进一步验证了本文提出方法的有效性。     

基于B样条的高频比动平衡机的永久标定实现

提出了一种基于双三次B样条插值对刚性转子动不平衡测试系统进行系统标定的方法,该方法可以避免和减少硬支承动平衡测量系统中由于忽略了惯性力和系统阻尼带来的测量误差,实现硬支承和软支承动平衡测量中系统的永久标定。在德国申克ST590平衡电测系统中采用0.5kg、1.6kg、5kg、16kg转子分别在180～1423r/min转速范围内进行标定实验,实验结果表明,该方法的标定结果与状态标定的标定结果具有同等的标定精度和测量精度。     

虑及双转速双平面无试重虚拟动平衡研究

针对多盘柔性转子多转速多平面平衡需要多次启停机的问题,研究了一种基于动力学响应分析的虑及双转速双平面无试重虚拟动平衡方法。利用有限元软件Dyrobes建立了与多盘柔性转子实验台动力学相似的有限元模型,通过对平衡校正面施加虚拟不平衡激励,计算了不同转速下不同测点的振动响应,提取了双平衡转速下不平衡激励与振动响应之间的映射关系,得到了不同转速下不同校正平面的影响系数矩阵;对多盘柔性转子不平衡振动进行了测试,将影响系数矩阵代入振动矢量方程,采用最小二乘法计算得到了校正矢量,进行了动平衡前后振动对比。研究结果表明:该方法能在无试重条件下完成对多盘柔性转子的多转速平衡,能够实现一次加重即降低多转速下转子基频振动的目的,显著减少了启停机次数,提高了动平衡效率。     

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。     

刀盘机构动平衡试验分析

针对刀盘机构转速高、动平衡试验过程复杂和精度难控制的问题,对该转子(刀盘机构)的结构、转子类型和不平衡原因进行了分析,阐述了动平衡校正的常用方法和刀盘机构动平衡试验的方法、步骤,对每一步动平衡试验的必要性、存在的问题及原因进行了分析,找到了解决问题的办法,总结出了提高刀盘机构动平衡试验精度应采取的措施和做动平衡试验应注意的事项。总结出的方法、措施和经验在转速高、动平衡精度要求严的转子的动平衡试验中有一定的实用价值。     

驱动合成气压缩机用工业汽轮机设计分析

针对某化工企业用合成气汽轮机高参数、高转速、高功率等要求的问题,基于透平热力学理论,提出了一种反动式工业汽轮机设计方案。使用透平强度理论对汽轮机直叶片的应力进行了详细计算,使用有限元分析对调节级叶片、末级扭叶片的应力进行了详细研究,使用转子动力学理论对汽轮机转子4种不同振型的不平衡响应振动进行了详细分析。利用动平衡机对转子进行了高速动平衡试验,同时通过汽轮机空负荷试验,检查了转子的实际振动情况。试验结果表明,汽轮机的功率与转速均满足用户的要求,叶片的应力在许用范围之内,叶片强度满足要求,转子的临界转速具有足够的避开余量,转子的振幅不超过25μm,符合API612的要求;该设计方案可满足用户的要求,能广泛满足合成气压缩机的驱动需求。     

超声电机的预压力特性分析与优化

预压力是保证超声电机定转子摩擦驱动的关键因素,开展预压力特性分析及优化方法研究对于提升电机性能及使用寿命具有重要意义。本文通过仿真分析了预压力对接触角及驱动区占比的影响,实验测试了预压力变化时的速度波动规律,并绘制了在不同预压力和转矩下的速度与效率曲面;借助编码器与薄膜温度传感器获取了不同预压力条件下电机工作200 s的速度与定子界面温度的变化过程。综合上述分析结果,提出了一种面对不同应用场合的预压力优化准则,确定了预压力的理想工作区间。实验结果表明,伴随着预压力的增长,接触区与驱动区同步扩展,同时驱动区占比逐步减小,在一定程度上能减小速度波动,电机最大效率点逐渐向大转矩方向移动,且机械效率在某个预压力下存在最高值,而界面温升则呈现先增大、后减小再增大的趋势。根据所提出的优化准则确定出TRUM60A型超声电机预压力较为理想的工作区间为260~320 N,在该预压力范围内,超声电机既能较好地满足低速稳定、温升小的要求,又能使制动力矩和机械效率达到理想范围。     

随机风速下风力发电机组载荷传递特性研究

选取指数律函数描述平均风速,运用基于自回归模型的线性滤波法建立的风速模型模拟自然界随机风速。根据动量矩定理和简单的弹簧-质量-阻尼模型建立风力发电机组传动系统刚性传动模型及柔性传动模型来描述系统动态特性。以5MW变速变桨距风力发电机组参数为依据,计算随机风速下两种不同传动模型对风轮叶片以及发电机转子的动态响应的影响,并对结果进行对比分析。基于柔性传动模型,研究不同主轴刚度对传动系统动态响应的影响,得出最佳主轴刚度,并利用雨流计数法描述不同主轴刚度下风力发电机组传动系统的动态响应。研究结果可为风力发电机组传动系统动态特性的研究提供载荷数据。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

航空发动机动力涡轮单元体高速动平衡试验研究

针对涡轴发动机动力涡轮转子在高速动平衡后必须经过分解和重新装配才能装在发动机中使用而带来的不足,提出直接对动力涡轮单元体进行高速动平衡试验.完成单元体的动力特性计算,通过分析单元体在发动机中的安装情况,设计并实施单元体的平衡方案,在此基础上完成动力涡轮单元体的高速动平衡试验,效果良好,平衡后的单元体没有经过分解和重新装配直接装机使用,并在发动机整机台架试车中表现出良好的振动特性,单元体的高速动平衡完全有希望取代动力涡轮转子的高速动平衡,而发展成为一项生产平衡技术,有很高的工程应用价值.     

The effect of torque scheduling on the performance and mechanical loads of a wind turbine

The generator torque control loop of a multi-MW wind turbine consists of three operational regions, i.e. a max Cp region, a transient region around the rated rotor speed, and a power regulation region. The performance and mechanical stress on the wind turbine structure are closely related with how the torque schedule is mechanized in the transient and above-rated regions. Using a drive train model, the closed loop dynamic characteristics for different torque schedules were analyzed. It is found that the slope of the torque for the rotor speed in the transient region is the major factor which determines the performance and mechanical loading of the wind turbine. The effect of using a variable torque instead of the fixed rated torque in the above-rated region is also analyzed.     

Response and flow characteristics of a dual-rotor turbine flowmeter

The technical problems of flow measurement in hypersonic flight could be mitigated through dual-rotor turbine flowmeters (DRT-FMs). In this study, a visual experiment platform was designed to reproduce the flow of a 1.3 cm diameter DRT-FM. A mathematical model considering two rotors was developed to perform a parameterised study and evaluate the rotor responses. Further, the entire flow passage was numerically simulated through an added automatic iterative rotor-dynamic calculation based on the angular momentum balance theory. According to the experimental results, the response range of the rotational speeds was divided into three stages: unresponsive, unstable, and stable. The downstream rotor responded at a lower flow rate, increasing the measurement range of the rotor turbine flowmeter. Considering the region of linear increase in the rotor speed in stable state under different flow media, tip clearances, and number of blades, the mathematical results indicated that the downstream rotor exhibited a compensation effect of the rotational speed on the calculation of rotational speed at the current flow rate conditions, which mitigates the measurement instability of the upstream rotor. Through the simulations, the rotation speed difference of the two rotors resulted in a slight periodic disturbance to the downstream rotor, which was alleviated after flowing through the spacer and could be ignored. Moreover, the high vorticity regions appeared around the rotors and areas of abrupt structural changes in the flow passage; the distribution gradually extended as the vorticity decreased. The present study provides an understanding of the DRT-FM and some recommendations to improve its characteristics.     

解决D100叶轮加工中切削变形的对策

TWLQ系列涡轮气体流量计是一款用于天然气等气体介质瞬时流量和累积流量测量的仪表。TWLQ-100型涡轮气体流量计的核心部件是D100叶轮,其工作原理是将叶轮置于被测流体中,当介质流经流量计时,由于叶轮叶片与流过的介质之间存在一定夹角,流体对叶轮产生转动力矩,使叶轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩而旋转,以叶轮的旋转速度来反映流量的大小。因此,叶轮的几何形状、尺寸及动平衡将直接影响涡轮气体流量计的性能和使用寿命。     

风力机动态偏航时对风轮气动性能影响的数值模拟研究

本文是对动态偏航风力机输出功率和风轮表面的压力分布进行了研究。以某S翼型风力机叶片为研究对象,采用有限元方法,模拟叶片在额定工况下以10°/s的旋转速度从正对来流风开始顺时针匀速偏转30°。在动态偏航过程中取10°,20°两个偏航角位置时的风轮表面气动力及5°,10°,15°,20°,25°,30°六个偏航角下风轮的输出功率分别进行气动力及输出功率对比,结果发现:同一偏航角下,风力机动态偏航时,三支叶片间存在不平衡气动力;同一偏航角同一叶片相同径向位置,风轮动态偏航时压力面与吸力面的压强差小于风轮静态偏航时压力面与吸力面的压强差。风力机发生动态偏航时,风力机受气动力变化幅度较大,输出功率会较大波动。     

双转子燃油流量计校准试验及结果

在航空发动机性能和工作特性试飞中,燃油流量的准确测量对发动机工作指标和性能计算有着重要的影响。和传统单转子流量计相比,双转子燃油流量计有响应更快、重复性好、精度高、量程更宽广等优点,被广泛地应用在航空领域。通常,航空发动机由于安装空间的原因,燃油流量计的进出口平直段难以满足整流的需要。因此,需要装机后对燃油流量计再次进行校准。本文通过标准流量台对安装试验件的某型双转子流量计进行校准,将试验结果与厂家提供的校准曲线进行对比,发现有一定的偏差。通过对校准结果的不确定度合成,其结果小于2‰。还得到了K因子校准特性曲线图,为双转子流量计的工程应用提供了技术支持。