动载荷作用下的轴颈涡动与滑动轴承瞬态油膜力耦合机制研究

滑动轴承瞬态油膜力既是转子-轴承系统阻尼的主要来源,也是导致机组稳定性下降的重要原因。针对大扰动下的动网格更新问题,采用一种适用于固定瓦轴承的新型结构化动网格技术,建立了动载荷作用下滑动轴承非线性瞬态油膜力的CFD模型,该模型中采用"全空化模型"描述润滑介质的空化。针对圆柱形轴承和多油楔滑动轴承分析了轴颈涡动与瞬态油膜力之间的相互作用机制。结果表明:非线性油膜力支撑下,计算得到静平衡位置结果与试验结果的偏差小于2.5%,说明了该模型可以较为准确的描述转子-滑动轴承系统;非线性油膜力支撑下,动载荷对于转子稳定性有明显影响,当动载荷较小时,在轴颈涡动过程中油槽会严重削弱径向、切向油膜力;随着动载荷的增加,油槽的作用减小,径向、切向油膜力逐渐增加,进而抑制半速涡动;对于多油楔滑动轴承,油槽的影响相对较小,故而油膜力可以提供足够的刚度和阻尼,以保持较高的稳定性。     

汽轮发电机组油膜涡动故障分析与处理

针对某船用汽轮发电机组出现的振动异常情况,通过机组振动测试分析,确定机组振动异常由轴承油膜涡动引起。结合船用汽轮发电机组的特点,分析汽轮机轴承油膜涡动产生机理。查明机组弹性安装与船体变形引起机组轴系对中偏离,激发汽轮机轴承油膜涡动。通过恢复对中和将轴承改进为椭圆瓦等措施,消除汽轮机油膜涡动,使机组恢复了正常工作。     

椭圆轴承—转子耦合系统动力学特性研究

为研究椭圆轴承的润滑特性及转子-轴承系统的非线性动力学特性,采用适用于椭圆轴承的变流域动网格方法实现了润滑流场的非稳态计算,通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了椭圆轴承润滑流场与转子动力学之间的弱耦合计算。从滑动轴承润滑流场内部分析了圆柱和椭圆轴承的瞬态工作过程,比较了上轴瓦的油膜压力分布及承载力的变化情况。分别就轴承结构参数、转速和不平衡量对轴承-转子系统工作特性的影响展开讨论,数值计算表明,椭圆轴承在x,y方向的支撑刚度不一样,对稳定性起主要作用为顶隙;轴颈的涡动中心不仅决定于转速,而且随动载荷的变化而变化,随着不平衡量的增加,涡动中心逐渐向坐标原点靠近,使转子-轴承系统稳定裕度降低。该方法为椭圆轴承动力特性及转子-轴承系统稳定性的研究提供了理论支持。     

高速转子系统油膜涡动动力学特性及其影响因素

以某实际滑动轴承支撑下的转子轴承系统为对象,建立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动力学响应特性数值模拟,利用幅频特性曲线、分岔图、三维谱图等研究系统响应随偏心距、转速、润滑油粘度、半径间隙、轴承长度和轴颈半径等因素的变化对油膜涡动的影响规律。为工程实际中转子系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供参考。     

扰动情况下双油槽圆形轴瓦滑动轴承性能分析

采用FLUENT软件及其提供的气穴模型,计算了双油槽圆形轴瓦滑动轴承的油膜压力分布及气穴存在区域大小和位置,并同其他边界条件进行了对比;讨论了进油压力对轴承的流场和承载能力的影响;利用自行改进的动网格技术对轴颈扰动速度对流场和油膜力的影响进行了非稳态计算。计算结果表明,进油压力对油膜力的影响较大,油膜压力受轴颈扰动速度的影响很大,油膜力与轴颈扰动速度明显呈非线性关系,利用改进的动网格技术可以很好地对轴承的动特性进行分析。论文为今后大扰动条件下转子-轴承系统的非线性动特性分析打下了基础,为滑动轴承的设计提供了一种理论参考依据     

燃气轮机转子-轴承系统的油膜涡动分析

建立了小平衡双盘转子-油膜轴承系统模型来分析某型燃气轮机转子-轴承系统的整体动力学特性,根据实际燃气轮发电机组的运行参数和结构特征,选取合理的参数,采用数值方法分析了在平稳升速过程中系统涡动的扩展过程,表明涡动的发展可分为三个阶段:(1)稳定的惯性同步涡动阶段;(2)油膜涡动的积累阶段,即振动能量由惯性涡动向半速油膜涡动迁移;(3)油膜振荡锁频阶段.分析了不平衡量对系统幅频特性和涡动扩展过程的影响,揭示了油膜振荡的跳跃特性.分析结果在多个实验研究文献中得到证实,表明所建立的模型可以用来分析燃气轮机转子系统的整体动力学特性.     

浮环轴承系统中浮动环涡动运动研究

研究了浮环轴承中内、外层不平衡油膜力作用下浮动环的运动情况。从广义不可压Reynolds方程出发,推导了浮环轴承内外层油膜的瞬态控制方程,结合Hirs整体流动理论和Moody壁面摩擦系数方程,获取浮动环的运动方程,通过算例,较为深入地研究了浮环轴承系统中浮动环的涡动特性：浮动环质心稳定状况下运动轨迹呈椭圆形分布,且幅值随轴颈偏心率增大而增略呈减小趋势。     

非线性调频分量分解的转子油膜涡动信号分析研究

转子轴承系统的振动信号常呈现非线性调频特征且信号分量在频域混叠,传统的频谱分析方法难以处理该类信号。基于参数化解调的非线性调频信号分解方法来分析油膜涡动、油膜振荡特征信号能够有效分解频域混叠的非平稳信号。首先通过优化频谱集中性指标来估计信号瞬时频率参数并用估计到的参数将非线性调频信号解调为平稳信号,最后用带通滤波器提取解调信号。仿真及实验信号通过该方法分析后的结果证明,所用非线性调频分量分解的信号分解方法能够有效提取转子轴承系统的油膜涡动、油膜振荡故障特征,从信号时频图及提取分量的时域图可以清晰看到油膜涡动、油膜振荡的发生发展过程,为早期油膜涡动判定提供依据。     

Jeffcot转子-滑动轴承系统不平衡响应的非线性仿真

本文用动力仿真法考察了 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子椭圆轴承系统的不平衡响应。计入了轴承油膜力的非线性。仿真计算前,先以非定常雷诺方程和雷诺破膜条件为依据,生成了轴瓦非定常油膜力数据库。用龙格库塔法对运动方程作步进积分,同时反复对轴瓦力数据库进行插值以获得轴承力的瞬时值。考察了支撑于一对椭圆轴承上的 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子的不平衡响应。所得的动力学行为以及转子和轴颈的涡动轨迹,均与线性动力学（以轴承的线性化动特性系数为依据）所得的结果相比较。两者虽在很小的不平衡量下吻合良好,但凡当不平衡量不是很小时就有显著差别。可见有必要计入油膜力的非线性,特别是当需要计算大不平衡量下的不平衡响应时。     

轴瓦惯性对核主泵水润滑轴承动特性的影响

可倾瓦轴承由于其固有稳定性获得广泛运用，而得出该结论有赖于忽略轴瓦惯性。以屏蔽式核主泵轴承为例，由于其采用水作为润滑介质，密度和黏度较低，所提供的刚度、阻尼较小，加之所受激励频率成分复杂，在轴瓦运动中惯性作用因素具主导性。因而对无惯性轴瓦轴承的稳定性讨论结论对其不适用，有必要进一步讨论轴瓦惯性的影响。以某型核主泵径向四瓦可倾瓦轴承为例，给出一种考虑轴瓦惯性的轴承动特性计算方法，计算不同轴颈涡动频率下该泵的动特性系数，并分析轴承稳定性。结果表明，考虑轴瓦惯性条件下，瓦间承载时四瓦可倾瓦轴承产生显著的负交叉刚度和负交叉阻尼；对稳定性的分析表明，该交叉刚度对总体稳定性影响较小，交叉阻尼则会削弱整体稳定性。     

基于时频滤波的汽轮机半速涡动故障成分提取

汽轮机油膜涡动是滑动轴承失稳而产生的自激振动,其振动频率主要表征为转子转频的一半或略小。当油膜涡动频率等于转子一阶临界转速时会导致振动加剧,进而对汽轮机的稳定运行产生严重影响。Gabor变换是一种可逆的联合时频分布方法,其逆变换具有时域信号重构的能力。基于Gabor变换对850 MW汽轮机振动信号进行时频分析,显示反映轴系不稳定的半速涡动成分,进一步对该成分进行时频带通滤波,并基于Gabor逆变换予以时间重构,获取半速涡动成分的峰峰值量化指标,为汽轮机轴承油膜涡动故障提供诊断依据。     

磁流变液阻尼器-转子-滑动轴承系统稳定性实验研究

通过实验研究了支承在磁流变液阻尼器和滑动轴承上的转子系统在振动主动控制过程中的运动稳定性问题，实验发现，当转子升速，控制电流稳定时，随着控制电流的增大，在一定转速范围内会出现由滑动轴承引起的油膜涡动和油膜振荡，而当转速稳定，突然施加或撤除控制电流时，转子的振动可在短时间内达到新的稳态，不会发生失稳，此后，在一定转速和控制电流条件下转子系统仍会发生失稳，但采用开关控制抑制转子临界振动时系统能稳定运转，研究表明，由控制电流决定的阻尼器支承刚度是影响转子系统稳定性的关键因素。     

变参数下角接触球轴承保持架的稳定性与振动特性分析

保持架是角接触球轴承的重要元件之一,其引导间隙和兜孔间隙设计不合理会导致轴承运动失稳与共振。针对上述问题,在理论分析的基础上,结合滚珠、保持架和滚道之间的动态接触与变形关系,在ABAQUS软件中建立了7005型角接触球轴承的显式动力学模型,并提取了特定工况下该轴承内圈、保持架与滚珠的动态响应曲线;同时,研究了不同引导间隙和兜孔间隙下保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率。为了验证所建立的角接触球轴承显式动力学模型的准确性,对高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值进行了对比。结果表明：随着引导间隙的增大,保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率均减小,保持架的稳定性增强,但共振风险增大;随着兜孔间隙的增大,保持架的打滑率增大,质心涡动速度偏差比变化不明显,各阶振动模态的固有频率减小,保持架的稳定性减弱,共振风险增大。高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值的最大误差仅为0.099 6%,验证了所建立的显式动力学模型的准确性。研究结果可为高速角接触球轴承保持架的优化设计提供理论依据。     

有限长轴承非稳态油膜力建模在线性油膜失稳

根据文献[1]提出的非稳态非线性油膜力基本表达式导出了有限长轴承非稳态油膜力近似公式,应用该公式,采用数值模拟,对有限长油膜轴承支撑的刚性Jeffcott转子进行了不平衡力下油膜振荡的非线性分析,得出与文献[13]的结论相类似的分岔和混沌特性。     

矢量投影故障诊断法

文中就旋转机械的转子／支承系统，针对几种典型的故障现象，利用最小二乘格网滤波器和横向滤波器算法，在时域内提出了一种基于矢量投影的故障诊断法。本法利用柔性转子模拟试验台对三种典型故障──摩擦、油膜涡动、油膜振荡实现了在线故障诊断，结果表明与实际相符，并用最大熵谱离线分析，也得到了相同的结论。