基于显式有限元的转子不平衡与轴承故障耦合分析

为分析转子不平衡与轴承故障耦合振动特征及产生机理,在对转子不平衡与轴承故障耦合状态下受力分析的基础上,基于虚位移原理的增广拉格朗日法建立轴承运动控制方程,运用LS-DYNA建立转子-轴承系统二维显式动力学有限元模型,分析了故障耦合状态下轴承振动加速度、转子轴心运动轨迹,探明了转子不平衡-轴承缺陷耦合故障冲击响应特征及转子轴心运动轨迹突变机理,并通过试验进行了验证。结果表明:转子不平衡与轴承外圈故障耦合状态下,轴承座测点位置故障特征频率被转频调制,冲击幅值随转频变化;转子轴心轨迹呈椭圆形,且缺陷位于轴承承载区时,转子轴心轨迹存在突变。     

磁悬浮转子不平衡振动控制研究综述

在磁悬浮转子不平衡振动控制的相关研究基础上,阐述了磁悬浮转子不平衡振动的产生原因、控制原理以及处理方法,讨论了基于轴承电磁力最小和转子振动位移最小这2种控制策略的不平衡振动控制方法,并介绍了该技术在旋转机械中的典型应用案例,最后展望了磁悬浮转子不平衡振动控制研究的未来方向.     

转子—滚动轴承—机匣耦合系统的不平衡/松动耦合故障非线性动力学

建立含转子不平衡/松动耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力学模型.在模型中,考虑转子不平衡和轴承座松动故障的耦合、滚动轴承间隙、滚动轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的变柔性振动.运用数值积分方法获取系统响应,并利用振幅-转速曲线、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré断面图和轴心轨迹图研究系统的分叉与混沌运动,分析旋转速度、轴承座质量、转子偏心量、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/松动故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣系统动力响应规律.     

膜片联轴器耦合的不对中转子-轴承系统的不平衡响应分析

转子系统的不平衡是旋转机械最为常见的故障之一，它影响转子系统的振动品质。考虑了转子系统不平衡力的作用，建立了膜片联轴器耦合的转子-轴承系统的运动微分方程；并以膜片联轴器耦合的双跨转子-轴承系统为研究对象，分析了不对中状态下转子系统的不平衡稳态响应，重点讨论了两跨转子各结点之间的振幅差异，结果表明膜片联轴器具有显著的隔振效果。     

平行不对中和不平衡故障转子扭振特征的研究

通过分析不平衡故障转子和不对中故障转子运转过程中的动力学关系,分别得到了这两种故障转子的扭转振动特征。应用DK-Ⅱ型扭振测试仪,进行了转子不平衡故障和不对中故障的扭转振动特征测试。理论分析与试验研究的结果是一致的。     

离心风机不平衡故障分析及处理

针对塑料厂聚丙烯装置C-802B离心机转子存在的不平衡故障,介绍现场解决不平衡的过程。通过对转子动平衡前后同一测点相关数据振动和频谱图的对比分析,有效排除了故障。     

考虑常见故障的船舶输出轴系的刚柔耦合动力学模型

针对船舶输出轴系的不对中和不平衡故障进行动力学仿真，基于刚柔耦合方法建立船舶输出轴系的动力学模型。首先，将刚柔耦合模型与多刚体模型进行对比分析可知，基于刚柔耦合模型的船舶轴系的转速会出现速度波动且横向振动会出现多倍频现象；其次，研究转子不平衡和不对中故障对轴系振动特性的影响及振动对故障因素的敏感程度可知，船舶输出轴系只存在不平衡故障时，其弹性支撑的横向和垂向振动频谱只呈现单一的倍频，且幅值随着不平衡量的增加而呈增大趋势。当轴系存在不对中时，其轴向和垂向振动对转子不对中的敏感度较低，其弹性支撑的振动除了1倍频外还出现多倍频成分。随着平行不对中量的增大，转子系统1倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势，随着角度不对中量的增加，转子系统的2倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势。不对中量对转子系统2倍频及多倍频幅值贡献较大，当不对中严重时，其2倍频特征幅值明显超过1倍频幅值。此研究可为船舶推进轴系的设计和故障诊断提供理论依据和参考。     

碰摩转子弯扭摆耦合振动非线性动力学特性

为进一步提高旋转轴系的安全性,研究旋转轴系弯扭摆振动耦合振动问题.推导一般意义下,考虑陀螺力矩的单盘转子弯扭摆耦合振动非线性方程,基于该方程推出不平衡转子和碰摩转子的非线性弯扭摆耦合振动方程.应用数值方法研究碰摩转子弯扭摆耦合振动相应的复杂动力学行为,研究转子转速对碰摩转子弯扭摆耦合振动的分岔和混沌行为的影响,以及扭转振动和摆动振动对弯曲振动的影响.分析结果为转子的安全运行和弯扭摆耦合振动故障的判别提供了理论依据.     

汽轮发电机组转子不平衡振动问题研究

当前,汽轮发电机组在电力工业中得到了日渐广泛的应用。汽轮发电机组极易出现转子不平衡振动,会影响其运行安全性。对此,有必要采取有效措施对此类故障进行处理。本文简述了汽轮发电机组振动分类及影响因素,浅析了汽轮机组转子不平衡原因;探究了汽轮发电机组转子不平衡振动故障处理措施,以期为汽轮发电机组转子不平衡振动问题研究提供借鉴。     

锥齿轮传动转子系统纵弯扭耦合振动的不平衡响应

研究了在外载荷作用下锥齿轮传动转子系统纵弯扭耦合振动的不平衡响应.建立了锥齿轮传动转子系统纵弯扭耦合振动的力学模型,通过作用在系统上不平衡量和不同外载荷,分析了由于纵弯扭耦合效应对不同转子之间不平衡响应的影响;讨论了外载荷的变化对不平衡响应的影响.结果表明外载荷会引起轴承特性的变化,从而影响系统的不平衡响应.     

基于陀螺效应转子动不平衡横向-轴向耦合振动分析

针对单盘转子系统,建立动不平衡状态下考虑陀螺力矩的横向-轴向耦合振动微分方程,通过数值模拟对方程进行仿真求解,分析得到横向振动与轴向振动的时域和频域波形。结果表明,动不平衡转子系统其横向振动的轴心轨迹随转速的变化而变化;横振的频率除工频Ω外,还出现了数值为ω1的频率;同时,轴向振动出现了2ω1、Ω±ω1、2Ω等多种频率成分,最后,搭建转子试验台,通过实验对微分方程及其结果进行验证。     

旋转机械气压液体式不平衡振动故障靶向自愈调控系统

质量不平衡是旋转机械最常见的故障之一。为了使转子在运行过程中可以自行消除不平衡振动故障,利用气压液体式自动平衡装置构建靶向自愈调控系统,运行中实时监测诊断转子的振动故障,快速准确地计算转子不平衡量,并进行智能决策,有确定目标地向相应储液腔中注入压缩空气,驱动储液腔中的液体进行定向转移,进而改变和转子同步旋转的平衡盘的质量分布,产生旋转离心自愈力来抵消转子的不平衡故障力,使转子不平衡故障在线自愈。针对旋转机械对平衡盘安装位置的不同要求,介绍轴间和轴端安装两种结构,并分别搭建立式和卧式转子试验台,进行在线自动平衡性能试验。结果表明,两种平衡结构均可在15 s内快速降低转子的振动幅值,降幅均在90%以上。     

汽轮发电机组不稳定振动故障诊断

据不完全统计,国内已运行的汽轮发电机组转子存在明显热弯曲的约占20%.目前转子的平衡都是在常温下进行的,运行中会有一系列原因使转子热变形而产生新的不平衡.诊断和消除热变形一般比较困难,通常是用轴系平衡的方法予以补偿.我厂二电站2号机在1993年10月巡检中,发现4号轴承振动超过50μm的标准值,达到79μm,判断为发电机转子热不平衡.因当时正处于负荷高峰期,经采用特殊方法开机后,振动得到了控制.大修时找到了故障原因并予以处理,消除了故障.     

大型旋转机械质量不平衡故障的研究

通过建立质量平衡故障模型,利用在实验室Bently转子实验台转子上附加质量块,模拟转子质量不平衡故障状态,通过对实验室数据的分析,阐述了转子处于质量不平衡状态时的主要振动特征.     

主被动磁悬浮转子的不平衡振动自适应控制

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生的不平衡振动,提出了基于滑模观测器和陷波器的主被动磁悬浮转子不平衡振动自适应控制方法。该方法采用滑模观测器使同频振动的控制不受磁轴承的刚度参数摄动和磁力耦合的影响,将滑模观测器与陷波器结合,无需区分电流刚度力和位移刚度力,无需设计算法补偿功率放大器的影响,可自适应消除不平衡振动。对该方法进行了仿真和实验验证。仿真结果显示该方法可使同频轴承力大幅减小;实验结果显示,虽然主被动磁悬浮转子的被动轴承不可控,同频振动仍由0.053g减小为0.012g,减小了77%。得到的结果表明,该方法不仅适用于主被动磁悬浮转子,也适用于全主动磁悬浮转子。     

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。     

弹性阻尼支撑抑制不对中转子振动试验研究

针对旋转机械运行过程发生不对中时振动较大的问题,设计了一种弹性阻尼支撑结构,探究了弹性阻尼支撑结构对单跨不对中故障转子振动的抑制效果。通过建立转子不对中力学模型,分析了不对中故障转子产生二倍频振动机理,并用有限元软件仿真计算了弹性阻尼支撑对故障转子振动的抑制作用,在此基础上搭建了单跨双支撑转子试验台,垫高轴承座模拟转子不对中故障,通过试验研究了单个弹性阻尼支撑对不对中转子振动的控制效果。研究结果表明:单跨转子系统发生不对中故障时,单个弹性阻尼支撑可以有效降低其一倍频和二倍频振动幅值,二倍频振动降幅高达93%,减振效果非常明显。     

某型航空发动机常见振动故障分析

针对某型发动机结构特点以及装配过程中与振动相关的要素,分析该型发动机生产过程中常见振动故障情况,包括转子不平衡、转子不平衡与转静件碰摩并发故障、转子不对中、高低压涡轮转/静件碰摩以及设备原因,总结了该型发动机常见振动故障诊断及排除方法.     

转子-滑动轴承系统不对中-碰摩耦合故障分析

针对滑动轴承支撑下的转子系统发生不对中故障进而引起不对中-碰摩耦合故障的诊断问题,基于非线性有限元法,应用短轴承油膜力、等效不对中力矩及Hertz接触理论建立双盘不对中-碰摩耦合故障转子系统动力学模型,并通过增广的拉格朗日方法来处理接触约束条件,以保证转盘和机匣相互接触时满足边界渗透深度在规定的容差范围内。同时,结合试验研究分析了在不同转速条件时,滑动轴承支撑下的耦合故障转子系统的相关动力学特性。研究表明碰摩故障在耦合故障中处于主导地位,不对中故障主要会激发高倍频谱处于从属地位;并且随着转速的提高,系统频率成分以高倍频为主,逐步由拟周期运动进入混沌运动状态,同时由于不对中力矩与碰摩力的作用,油膜失稳现象局部被抑制,一、二阶油膜振荡现象均滞后显现。研究结果可为滑动轴承支撑下耦合故障转子系统故障诊断提供依据。     

电磁阻尼器在线消除转子不平衡振动实验

研究了利用电磁阻尼器在线消除旋转机械运行过程中产生的不平衡振动问题.在分析电磁阻尼器的在线平衡原理基础上,建立了一套电磁阻尼器-转子系统实验台.通过控制两对磁极增益电流的大小及相位,实现了在转子上施加同频的电磁平衡力,达到了消除转子本身不平衡力的目的.研究结果表明,通过对电磁力的相位和大小进行优化控制,可以使2号轴承的水平和垂直方向振动分别降低了69%和55.6%,平衡后两个测量平面的同频振动分量均未超过10μm.实验结果证明,所采用的电磁阻尼器可以在不停机的情况下,对转子进行有效在线平衡,有助于延长转子的稳定运行周期.