200MW汽轮机低压转子-轴承系统的非线性动力学分析

采用数值计算方法对实际大型转子-轴承系统的非线性动力学特性进行了研究，计算结果能与现场的运行经验很好地吻合。用有限元法建立了200Mw汽轮机低压转子-轴承系统的非线性振动微分方程。采用Newmark逐步积分法对转子在升、降速过程中的振动响应进行了数值仿真，得到了转子发生油膜失稳的转速和油膜振荡的“惯性迟滞”现象。对转子的重力和不平衡量对系统的油膜涡动和油膜振荡的影响进行了计算和分析。计算得到了转子的振动随转子的偏心距、轴承的长径比、间隙比、润滑油粘度的变化规律，分析结果为定量和定性分析该类机组转子-轴承系统的稳定性提供了参考依据。图15表1参7     

轴承标高对多跨转子-轴承系统非线性稳定性的影响研究

建立了考虑转子-轴承标高与非线性油膜力的多跨转子-轴承系统高维非线性动力学模型。利用固定界面模态综合法对该模型进行降维,采用Newmark逐步积分法对降维后的动力学模型进行数值计算,可得到转子在各种标高情况下发生油膜失稳的转速门槛值和轴承标高变化对系统动力稳定性的影响规律。对200MW汽轮发电机组转子-轴承系统计算分析表明：由于低压转子后轴承的标高抬起,将导致发电机转子前轴承轴颈的失稳转速显著提前,系统的稳定性降低。分析结果从理论上解释了电站200MW汽轮发电机组发电机前轴承处转子易发生油膜失稳的原因,并且证明了本文所提出方法的有效性。     

立式转子-轴承系统动力学特性研究

建立了立式转子-轴承系统的动力学模型,采用Newmark数值方法研究了不平衡量及轴承参数对立式转子-轴承系统的动力学特性和稳定性影响并与卧式转子系统进行了对比分析.结果表明:和卧式转子相比,立式转子由于载荷轻稳定性差,稳定性对参数的改变也更为敏感.通过改造Bently-RK4转子-轴承系统实验台,试验验证了上述立式转子与卧式转子的动力学特性差别.研究结果对于立式转子-轴承系统的设计和故障诊断具有一定的参考价值.     

线性与非线性油膜力模型下转子振动稳定性对比研究

滑动轴承的油膜力直接影响转子振动的稳定性,首次对大型多自由度转子系统在线性和非线性油膜力作用下的振动稳定性进行了对比分析。针对200Mw汽轮机低压转子一轴承系统,采用数值计算方法分别模拟了转子在非线性油膜力和传统的8个刚度和阻尼系数表示的线性油膜力模型下,转子升速过程中发生油膜失稳的典型特征。通过比较分析得出考虑油膜力的非线性特性后转子发生油膜振荡的转速提前。因此为保证大型转子-轴承系统的安全稳定运行,有必要在传统线性理论设计的基础上,引入非线性油膜力形式对系统的稳定性作进一步的计算校验。     

不同油膜力模型下转子椭圆轴承系统的动力学分析

1引言滑动轴承的非线性油膜力模型是转子-轴承系统非线性动力学分析和研究的关键问题。滑动轴承的油膜力具有强烈的非线性特性,研究转子-椭圆轴承系统的非线性动力学问题关键在于获得椭圆轴承的油膜力模型。其中椭圆轴承的非线性油膜力的计算精度和计算速度将直接影响到转子-轴     

三油楔滑动轴承油膜压力特性及对转子稳定性的影响

采用CFD软件、考虑黏性流体有旋性的SST湍流计算模型和N-S方程研究了三油楔滑动轴承的油膜压力特性,分析了三油楔滑动轴承对汽轮机转子稳定性的影响,并对三油楔滑动轴承、圆柱轴承与椭圆轴承的油膜压力特性进行了对比分析.结果表明:在相同油膜厚度和进口压力下,三油楔滑动轴承比圆柱轴承和椭圆轴承具有更好的稳定性,不容易出现油膜震荡和失稳现象;在相同油膜厚度和偏心率下,椭圆轴承的承载能力大于三油楔滑动轴承的承载能力,但三油楔滑动轴承更有利于汽轮机转子和机组的稳定运行.     

三油楔滑动轴承油膜压力特性及对转子稳定性的影响

采用CFD软件、考虑黏性流体有旋性的SST湍流计算模型和N-S方程研究了三油楔滑动轴承的油膜压力特性,分析了三油楔滑动轴承对汽轮机转子稳定性的影响,并对三油楔滑动轴承、圆柱轴承与椭圆轴承的油膜压力特性进行了对比分析.结果表明:在相同油膜厚度和进口压力下,三油楔滑动轴承比圆柱轴承和椭圆轴承具有更好的稳定性,不容易出现油膜震荡和失稳现象;在相同油膜厚度和偏心率下,椭圆轴承的承载能力大于三油楔滑动轴承的承载能力,但三油楔滑动轴承更有利于汽轮机转子和机组的稳定运行.     

滑动轴承非线性动态油膜力及稳定性的研究

在对有限长滑动轴承非线性压力分布函数及油膜力分析的基础上,定义了4个轴承流固耦合作用特征系数,同时根据轴承流固耦合运动能量转化的载荷平衡方程,提出了油膜-转子系统中轴承运行失稳的判据方程,解释了油膜力的作用机理,根据实例给出了轴承失稳的动力学特征。图6参6     

转子-轴承系统小裂纹识别的HHT谱分析方法

针对低转速工况下转子-轴承系统小裂纹识别难的问题,提出Hilbert-Huang变换谱和边际谱分析的方法。分别建立刚性支承及轴承支承的裂纹转子模型,比较二者频谱差异,并采用四阶Runge-Kutta法求解重力占优背景下裂纹转子-轴承系统动力学方程;对时域信号进行经验模态分解,提取其IMF分量,计算各IMF分量的HHT谱及边际谱,并对无裂纹和小裂纹情况进行分析。结果表明,对于受非线性油膜力影响的裂纹转子-轴承系统,HHT方法能够很好体现裂纹刚度随时间变化的过程;通过EMD方法分解出的IMF分量,在小裂纹、低转速下对裂纹的变化有很好的敏感性,能有效识别转子-轴承系统的小裂纹故障。     

船用轴流压气机推力轴承特性计算及试验研究

为获得某新型推力轴承在某船用轴流压气机中的工作特性并进行试验验证,基于ARMD Bearings软件及自编程序对推力轴承特性进行了模拟计算,在全尺寸高速大推力滑动轴承试验台上进行了轴承特性试验研究,并在实机台架试验中对轴瓦温度进行了监测。计算分析了15种工作条件下油膜的压力、厚度、温度、刚度、阻尼及能量损失与推力和转速关系。轴承特性试验主要包括9种稳定工况下的性能试验,以及轴承超载、超速试验中每块轴瓦表面温度及油膜压力的测量。结果表明：模拟计算结果及试验测试得到的油膜温度、压力随推力及转速变化规律基本一致;轴瓦表面最大油膜压力位于支承块背部附近,与推力基本呈线性关系;转子转速越低、推力越大,则油膜厚度越小、油膜刚度及阻尼越大;转子转速越高、推力越大,则油膜温度越高、能量损失越大;在设计点轴承运行参数均有一定安全裕度,该推力轴承可以满足机组使用要求。