高速柔性转子临界转速随支承刚度的变化规律

建立某小型涡扇发动机低压转子的有限元分析模型,用SAMCEF/ROTOR分析软件对不同支承刚度条件下低压转子的临界转速系统地进行计算分析,揭示压转子的前三阶临界转速随各支承刚度的变化规律,为低压转子的临界转速设计和基于支承刚度的临界转速调整提供了参考依据。     

某弹用涡轮喷气发动机动力特性分析

应用传递矩阵法计算了某弹用涡轮喷气发动机的临界转速和振动响应,分析了转子支承刚度对临界转速的影响,以及不同支承条件和不同油膜间隙下转子的稳态不平衡响应。研究表明,当转子系统的前支承刚度不高于1×107N/m,挤压油膜阻尼器的油膜间隙不小于7.0×10-5m时,发动机的动力特性能得到有效的改善。     

拉杆对高速柔性转子动力特性的影响

针对采用两种不同拉杆方案的低压转子,分别建立有限元分析模型,在4种组合支承刚度下,运用SAMCEF/ROTOR分析软件完成低压转子的动力特性(临界转速、振型及稳态不平衡响应)计算,通过对比分析得到拉杆对低压转子动力特性的影响。研究表明:长拉杆方案和短拉杆方案对低压转子的前三阶临界转速和前两阶振型没有实质性的影响,但对第三阶振型和稳态不平衡响应有显著影响。研究结果为某小型涡扇发动机工程设计阶段的低压转子结构设计提供了参考。     

涡轴发动机细长柔性转子动力特性及高速动平衡技术研究

摘要：建立了涡轴发动机动力涡轮转子动力特性有限元分析模型,计算得到了转子的前三阶临界转速值,在高速旋转试验器上完成了全转速范围内的动力特性和高速动平衡试验,实测得到了转子在额定工作转速范围内高速动平衡前和高速动平衡后等状态下振动幅值随转速的变化曲线,研究结果表明：建立的计算模型反映了转子的真实情况,高速动平衡效果良好,解决了型号研制过程中的一项关键技术。     

支承非对称对双转子系统动力特性的影响规律

支承刚度非对称广泛存在于转子支承系统中,然而非对称支承对工程中双转子系统动力特性的复杂影响规律尚不明确。为此,以典型发动机同向转动的双转子支承系统为研究对象,根据该发动机薄壁柔性机匣支承的特点,提出支承非对称系数指标,研究了支承非对称存在与否及其变化对双转子支承系统临界转速、稳态不平衡响应、进动方向及进动轨迹的影响。研究发现:支承非对称的存在会导致与之相关的振型所对应的正进动临界转速增大、反进动临界转速减小;部分支点在反进动临界转速附近出现响应峰值并且伴随着进动平面内振动相位的变化;转子进动更为复杂,同一个转子上正反进动同时出现,转子特定节点的进动轨迹也会随转速产生较为复杂的变化;进一步研究发现,非对称系数的增大会使得出现反进动的转速和位置区域总体增大,但在特定转速或特定位置反进动区域也可能变小;所得规律可为发动机双转子系统复杂支承条件下的动力学设计及特殊振动现象产生原因阐释提供参考。     

某型轴流压气机--联合转子系统临界转速计算与分析

以某型轴流压气机--联合转子系统为研究对象,针对其在实际工作过程中出现二阶临界转速附近振动过大的问题,从转子动力学角度对其进行理论计算和分析,其中计算模型考虑联轴器柔性和刚性联接两种情况,重点讨论了不同模型支承刚度、联轴器弯曲刚度等对临界转速的影响,并提出改进方法.     

火箭发动机涡轮泵转子系统的动力学设计

对新一代可重复使用火箭发动机涡轮泵转子系统动力学设计的若干问题进行了研究.以公理设计理论为指导,探索并实现了转子动力学性能计算软件的设计,运用该软件对不同类型轴承支承的涡轮泵转子系统进行了动力学设计计算.其中固有特性的设计包括对滚动轴承、滑动轴承支承的转子系统的临界转速与稳定性计算分析,动力响应设计方面重点介绍了不平衡偏心激励下的非线性动力响应分析.计算结果表明,在火箭发动机中用动静压滑动轴承取代滚动轴承是可行的.     

用传递矩阵计算涡轮分子泵临界转速

高速运转的涡轮分子泵的临界转速计算至关重要。本文论述了用传递矩阵计算涡轮分子泵临界转速的方法，该方法可以解决涡轮分子泵系统的复杂情况（柔性支承、沿轴方向有长机件转子以及回转效应等），并可计算其各阶临界转速。文中列出了电子计算机程序框图并给出一个实例的打印结果。     

考虑密封影响的涡轮泵转子动力特性分析

结构复杂的涡轮泵转子上存在多处密封,考虑密封对转子动力特性的影响是必要的.利用D.W.Childs等提出的动力系数计算方法,计算了环形密封引起的附加刚度和阻尼;采用整体传递矩阵法,计算分析了某涡轮泵转子在不考虑密封、考虑密封主刚度和稳定性分析三种情况下的临界转速.本文计算得到的一阶临界转速与实际转子的情况相一致,计算方法适用于工程应用.     

油膜阻尼器—滑动轴承转子系统优化设计

挤压油膜阻尼器在一定程度上可以提高旋转机械系统稳定性。运用数值模拟的方法,对SFD―滑动轴承转子系统的灵敏度及动力学优化进行系统研究。研究表明：挤压油膜阻尼器间隙、轴承间隙、转轴刚度及油粘度对前两阶临界转速的影响较大,系统对这些参数的灵敏度相对较高。基于灵敏度分析得到优化的设计变量,采用遗传算法对临界转速进行了优化分析,优化目标是使工作转速尽可能远离临界转速。经过优化后,系统的临界转速得到较大改善。优化设计为提高高速转子系统的动力稳定性提供了理论基础和分析方法,从而为此类转子系统的设计提供参考。     

低压转子初始弯曲双转子系统跨坐标系建模方法

针对航空发动机双转子系统中低压转子初始弯曲问题,考虑中介支点轴心位置偏移,提出一种跨坐标系的双转子系统建模方法,这种方法能够解决高低、压转子运动形式不同而不能在统一坐标系下建模的问题,进而可以较准确模拟中介支点轴心偏移对双转子系统动力学影响。基于高低压转子的耦合运动行为,分别在不同坐标系下建立高、低压转子有限元模型,通过Lagrange方程得到高、低压转子的运动微分方程。通过对中介轴承的内外环自由度坐标变换实现了高低压转子的跨坐标系自由度耦合。低压转子的初始弯曲将导致自身的质量偏心和角度偏置,这将引起对低压转子的附加离心载荷和附加陀螺力矩;由于中介支点轴心位置偏移,高压转子的运动微分方程中具有时变刚度和时变阻尼项,其附加的激励载荷也比较复杂;中介轴承由于连接不同坐标系通过坐标变换产生时变刚度。通过算例对该模型的稳态响应分析,并与传统模型进行了对比。结果表明:当接近低压转子激励临界转速时,该模型的响应幅值较传统模型明显增大。     

具有形状记忆合金弹簧支承的转子系统的动力稳定性研究

提出一个具有形状记忆合金（SMA）弹簧支承的旋转轴转子系统的自由振动分析模型。基于Euler-Bernoulli梁理论建立旋转轴的连续分布弹性振动方程, 并且考虑旋转轴材料内阻的影响。采用Brinson模型分析SMA螺旋弹簧的受限回复刚度特性。在振型假设的基础上利用虚功原理得到转子系统的特征方程。通过数值计算分析了SMA弹簧的激励温度和初始应变对转子系统的临界转速和失稳阈的影响规律。研究表明, 利用SMA弹簧的受限回复特性调节支承刚度可以提高转子系统的临界转速和失稳阈,从而增强转子系统的动力学稳定性。     

挤压油膜阻尼器同心度及碰摩对转子振动特性的影响

为了探明挤压油膜阻尼器存在不同心度以及碰摩故障时转子系统的振动特性,建立了带挤压油膜阻尼器的转子系统动力学模型,考虑了阻尼器不同心度以及油膜环碰摩故障等因素,并搭建实验器系统进行了实验验证。理论分析与实验结果表明,转子涡动半径越大,阻尼器的安装不同心度对转子振动影响越强;挤压油膜阻尼器不同心度越大,转子振动幅值越小,但非线性振动风险迅速增加;阻尼器偏心比过大时油膜内、外环可能发生碰摩,激起转子反进动固有频率,且振动幅值表现出剧烈波动现象。     

Research on performance degradation characteristic of combined rotor considering turbine discs creep北大核心CSCD

The combined rotor of gas turbine bears large centrifugal stress and high temperature in a long term, and its performance degrads easily. Turbine discs creep is one of the important factors that cause the performance degradation of the combined rotor. To research the performance degradation characteristics of combined rotor caused by turbine discs creep, firstly, the turbine discs creep calculation model of combined rotor considering contact interface stiffness was established, the creep effect and the relationship between creep quantitative data and time were researched. Then a research method for the performance degradation of the combined rotor caused by turbine discs creep was presented. By describing degradation path caused by turbine discs creep through defining degradation degree parameters, performance degradation quantitative evaluation of combined rotor was realized. Finally, the variation law of the performance degradation rate of the combined rotor was studied under the different speeds and numbers of rod. The calculation results showed that the creep rate of combined rotor decreased with the increasing of time, and the first wheel of the turbine got the fastest creep rate; the turbine discs creep caused performance degradation of combined rotor, the greater the rotating speed, the more number of the rod, the faster the degradation rate of the combined rotor. Therefore, it is necessary to consider the influence of turbine discs creep on the structural design of composite rotor, especially when the speed and the number of the rod are changed, the influence can not be ignored.     

大型风力机系统运行模态分析研究

针对大型风力机在风轮静止、变速转动下振动模态及变化特点,研究弹性变形、惯性及陀螺效应引起的系统各阶模态变化及对系统气弹稳定性影响。通过研究现有线性特征值分析方法,考虑大型风力机非线性特性及风轮转动所致系统时变特性,基于多体系统动力学理论及混合多体系统HMBS (Hybrid Multi-body Systems)建模方法,结合动力学分析软件ADAMS,分析静止状态整机系统线性特征值问题;考虑构件弹性变形及风轮旋转,用刚性积分方法对系统非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法实现风轮旋转下系统运转模态识别,并讨论、分析系统前十阶模态变化及影响因素。研究结果可作为风力机系统气弹稳定性判据,为避免共振、提高系统运行效率等提供有效的解决手段及分析方法。     

基于模态振型分析的大型汽轮机低压转子高速动平衡方法

针对目前传统影响系数法难以平衡某些大型汽轮机低压转子的难题,提出一种基于模态振型分析的大型柔性转子高速动平衡方法。在分析汽轮机转子系统结构的基础上,综合考虑了动平衡机摆架轴承座的动力特性,采用基于有限元的转子轴承动力学分析商业软件DyRoBeS建立了转子-轴承-摆架系统模型,分析转子系统临界转速和振型,从而根据转子的模态振型,结合柔性转子影响系数平衡法要点,设计合理的平衡工艺,有针对性的选择平衡校正面和平衡转速点,采取逐阶次平衡的方法,实现这类大型特殊柔性转子的动平衡。最后以哈汽产的66万千瓦大型汽轮机低压转子高速动平衡试验为例,应用结果表明采用该方法能有效平衡大型柔性转子,且减少了起机次数,节省了平衡费用。     

轮盘蠕变引起的组合转子性能退化特性研究

燃气轮机组合转子因长期承受较大的离心应力及较高的温度,其性能易发生退化.轮盘蠕变是引起组合转子性能退化的重要因素之一,为研究轮盘蠕变引起的组合转子性能退化特性,首先建立了考虑轮盘结合面刚度的组合转子轮盘蠕变计算模型,研究组合转子蠕变效应,得到组合转子不同轮盘蠕变随时间变化的定量数据;然后,提出了轮盘蠕变引起组合转子性能退化的研究方法,通过定义组合转子性能退化指标,得到轮盘蠕变引起组合转子性能退化的轨迹,实现其性能退化的定量评估;最后,研究不同转速、拉杆数目下轮盘蠕变引起组合转子性能退化速率的变化规律.结果表明:在高温、高转速作用下,组合转子轮盘将会发生蠕变,透平端第1级蠕变速率最快;轮盘蠕变会引起组合转子性能退化,转速越大、拉杆数目越多,组合转子退化速率越快.因此,在对组合转子进行结构及系列化设计时必须考虑轮盘蠕变的影响,特别在改变转速、拉杆数目时,其影响不容忽视.     

基于混合遗传算法的转子系统优化设计

转子系统的临界转速是航空发动机设计过程中的重要参数。在临界转速远离工作转速时,转子系统才能安全可靠的工作。如何设计转子系统的结构使设计后的临界转速达到要求,而且结构改变量尽可能小,是转子动力学最优化设计研究的重点之一。在分析已有研究模型的基础上增加约束条件提出一种更完善的临界转速最优化设计模型,无需考虑设计变量个数和设计临界转速个数的关系,及预先给定的临界转速是否可在设计变量对应的临界转速空间内取到,均能找到满意的设计方案。针对该模型的最优化求解,设计出一种结合遗传算法和复合形方法的混合遗传算法,可以有效的提高搜索到全局最优解的搜索速度。对一转子系统进行临界转速优化设计,验证了该模型可以有效的取得满足设计要求的最优设计方案,适用于工程实际的转子系统临界转速最优化设计过程。     

高速永磁电机机组轴系临界转速及振动模态

对于高速电机机组而言,在设计阶段准确预测转子动态特性,尽量减小发生故障的可能性是至关重要的。该文用有限元分析及实验方法计算由柔性联轴器耦合的多跨转子轴系临界转速及振动模态,用有限元软件的弹簧单元模拟弹性联轴器的轴向、径向及扭转刚度,分析联轴器刚度、结构参数对轴系临界转速的影响。研究表明:轴系临界转速及振动模态不同于单转子,可以通过改变膜片的刚度、结构参数等来调整系统某些阶次的临界转速,使转子具有良好的动态特性。