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。     

橡胶支承转子不平衡响应试验研究

通过数值计算和实验研究橡胶支承柔性转子系统的不平衡响应。采用基于Timoshenko连续梁理论的有限单元法分析实验转子的临界转速、模态振型和不平衡响应。用Kelvin-Voigt线性粘弹性模型表示橡胶的动态特性。结果表明,使用损耗因子为0.1~0.4的常用橡胶材料可极大地降低转子系统的临界振动响应。3种不平衡量值时,转子一阶临界转速和振幅的试验和数值计算结果吻合较好。受橡胶材料非线性特性的影响,实验和数值计算结果间的偏差随不平衡量的增加而增大。     

转子-机匣系统振动特性研究

采用传递矩阵法计算转子－机匣系统的临界转速、不平衡响应及初始弯曲响应，计算转子－机匣系统临界转速及稳态响应时的位能与位能分配，提出了借助转子－机匣的位能分配判断各阶临界转速的分析方法，并研究了机匣对系统振动特性的影响。     

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。     

具有锥齿轮啮合作用的转子系统振动分析

以某型传动功率较大的具有中央锥齿轮啮合作用和挤压油膜阻尼器的航空发动机转子支承系统为对象 ,采用弯扭耦合传递矩阵法计算临界转速、横向振动固有频率、稳态不平衡响应和初始弯曲响应。着重研究锥齿轮啮合作用下轴承力幅频特性 ,介绍寻找峰值转速的方法 ,发现在中央锥齿轮啮合作用下 ,出现了临界转速以外力幅最大的峰值转速 ,并对机匣振动幅频特性试验曲线进行分析。研究降低峰值转速下振动水平的方法及支承方案对发动机转子—支承系统振动特性的影响 ,得出了有工程参考价值的结论     

柔性转子无试重模态动平衡方法与试验

为解决影响系数法和模态平衡法需添加试重的问题,进一步提高转子动平衡效率,在模态平衡理论的基础上,推导出一种高速柔性转子无试重模态动平衡方法.该方法利用有限元软件对转子进行动力学特性数值模拟,从中获取转子的各阶模态振型函数.结合实时测得的转子不平衡瞬态响应数据,利用建立的无试重模态动平衡方法计算出转子的不平衡量大小及方位.为验证该方法的正确性,在一高速柔性模拟转子试验器上进行了无试重动平衡试验,一次平衡后转子过临界时振幅平均降低70％以上.试验结果表明,该方法能有效、准确、快速地获取柔性转子的不平衡量大小及方位.     

具有弧齿锥齿轮啮合的转子振动特性分析方法

研究了在具有弧齿锥齿轮啮合条件下转子振动特性的分析方法。以某传动弧齿锥齿轮啮合的转子系统为对象，研究了螺旋角、齿轮旋转方向、支承刚度等因素对转子及传动锥齿轮的不平衡响应及初始弯曲响应的影响，得到了有指导意义的结论。文中采用的计算方法和程序经过实验和精确解考核，具有较高的精度。     

离心鼓风机转子不平衡响应计算的实践

研究了对鼓风机转子进行不平衡响应计算的意义，方法与程序，并以某炼铁厂Ｄ９００离心式鼓风机为例进行了计算，解决了计算过程中出现的数值不稳定问题，得出典型不平衡工况的振动响应，根据这一结果，研究了振动的振型和自自动定心现象之间的关系，并结合现行振动标准研究了设备强度校核方面问题，提出一种基于振型分析的振动最大值估算法，这对提高简易诊断法的准确性具有一定的工程意义。     

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.     

转子热弯曲变形及其影响的数值分析方法

研究了转子热弯曲及其对振动影响的数值分析方法。采用三维有限元法计算轴的温度场及热弯曲变形，或采用一阶振型分配法估算轴的热弯曲变形，采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应，计算结果与有关理论解吻合良好。这些方法在热弯曲试验器分析中得到了验证。本文提出的数值分析方法可以用于实际发动机转子热弯曲及其影响的分析     

Balancing of flexible rotor with variable massDas auswuchten elastischer rotoren mit variabler masse

Nowdays, there are many rotors which experience mass changes during their operation. Such a change of mass causes unbalance. The unbalanced causes vibrations. These vibrations must be balanced. In this paper a method is given for balancing a flexible rotor with variable mass by use of a method for balancing a flexible rotor with constant mass. The result is a counterweight whose static mass moment varies with time.     

Unbalance Response of a Super-Critical Rotor Supported by Foil Bearings—Comparison with Test Results©

This article compares theoretical and experimental results on the unbalance response of a super-critical rotor supported by two kinds of gas foil bearings. Analysis of the super-critical rotor is performed with viscoelastic foil bearings (VEFB) and conventional bump foil bearings and compared with early published experimental data. The vibration orbits obtained by theoretical investigation on the viscoelastic foil bearings (VEFB) and the conventional bump foil bearings are compared with the experimental vibration orbits of the super-critical rotor supported by both foil bearings. A numerical analysis program can calculate the static and dynamic characteristics of the elastically supported gas foil bearing using the measured stiffness and damping of the elastic foundation. After the stiffness and damping of both foil bearings are calculated using the perturbation method, vibration orbits of the flexible rotor modeled by the finite element method are calculated. Vibration orbits calculated by numerical analysis agree well with experimental data when the vibration amplitude is small and the rotating speed is below the bending critical speed. The numerical results also show that the enhanced structural damping of the elastic foundation reduces vibration near the bending critical speed.     

Minimum Film Thickness in a Gas Foil Journal Bearing with an Unbalanced Rotor

A gas-lubricated foil journal bearing consists of a compliant metal shell structure that supports a rigid journal or rotor by means of a gas film. The response of this system to the periodic forces of an unbalanced rotor supported by a single bearing is predicted using perturbation analysis. The foil structure and the gas film are modeled with an analytically perturbed finite element approach to predict the rotor dynamic coefficients. A dynamic model of the rotor is used to predict periodic journal motion. The perturbation analysis is then used with the periodic response of the rotor to calculate periodic changes in the gas film thickness. Other quantities such as the gas film pressure and the foil deflection can also be calculated. The model includes bending and membrane effects in the top foil, coupled radial and circumferential deflections in the corrugated sub-foil, and the equivalent viscous dissipation of Coulomb friction effects in the foil structure. The approach is used to investigate the effects of top-foil thickness on minimum film thickness in a bearing.     

全矢动平衡方法平衡精度的动力学研究

首先依据全矢谱理论,介绍了全矢动平衡方法的基本思想;然后从分析单圆盘转子模型的振动入手,得出转子水平和垂直方向不平衡响应与转子系统特征参数之间的关系;接着从不平衡灵敏度的角度,推导出了全矢动平衡方法与传统动平衡方法各自的不平衡灵敏度表达式,因为不平衡灵敏度高的转子平衡精度较高,通过比较全矢动平衡方法与传统单通道动平衡方法各自的不平衡灵敏度,证明了全矢动平衡方法具有较高的平衡精度,最后通过实验验证了文中理论分析的结论。     

动态油膜―柔性转子系统混沌运动的控制

借助最优控制混沌动力特性的方法,仅通过最优过程中的可调小参数的瞬态干扰反馈。将非稳态非线性油膜力作用下的不平衡转子系统出现的混沌运动,引导到嵌入在混沌吸引子内无数不稳定周期轨中预期的一个轨,并使之稳定。数值结果表明动态油膜—转子系统中的混沌运动也是可以有效控制的。     

集成GA-PSO方法的转子系统多点不平衡量识别

针对传统转子动平衡方法需多次启车确定平衡配重、平衡效率低、平衡成本高的问题,提出了集成遗传算法(genetic algorithm,简称GA)及粒子群算法(particle swarm optimization,简称PSO)的转子多点不平衡量在线识别方法。该方法的核心是将转子不平衡量分解为数目、位置、质量和相位信息,分别获取转子系统理论不平衡响应与实际振动特征,正反问题角度相结合实现转子多点不平衡量的准确识别。首先,采用集成化的GA-PSO优化算法进行不平衡量识别;其次,通过引入正则化思想构造新的目标函数,利用遗传算法获取不平衡数目的稀疏表示,实现不平衡量数目识别;最后,采用粒子群算法进行不平衡量位置、质量和相位识别,通过缩小粒子群算法初值范围,提高不平衡位置、质量和相位识别精度。仿真和转子实验台实验数据的识别结果表明,该方法可以有效对转子不平衡量进行在线预估,并可有效指导现场无试重动平衡,从而降低后续转子系统现场动平衡的成本,提高其平衡效率。     

基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法

针对现有转子动平衡方法处理非平稳数据的不足,提出了基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法。该方法根据转频信号频率变化函数构造匹配的旋转算子,将启车信号的时频特征进行旋转,准确提取出转频分量。通过添加试重,结合全息动平衡方法获得各个转速下的迁移矩阵,实现转子全工况的动平衡,避免了传统动平衡方法需要获取稳态数据的缺点。实验结果表明,该方法可以方便、快捷地确定出转子的失衡量和失衡方位,有效降低转子系统不平衡振动,同时减少平衡过程中的启车次数。