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。     

反向旋转双转子系统非线性分析

以双转子系统中介轴承刚度的非线性为简化模型,推导了反向旋转双转子系统振动响应的非线性动力学方程.研究了转子转速、不平衡量和中介轴承径向间隙对系统响应特性的影响.结果表明:转速、不平衡量等对转子-轴承系统的非线性振动有较大的影响;减少中介轴承的径向间隙,有利于系统的非周期运动转变为周期运动,提高系统运动的平稳性.     

呼吸性裂纹转子的瞬态振动特性分析

旋转机械转子轴萌生裂纹后,瞬态加速过程中转涡差角时变使裂纹周期性开合,系统发生不同于稳态情况的振动。本文基于中性轴法确定裂纹开合,数值计算了呼吸裂纹引起刚度时变的转子过临界转速的瞬态振动,分析了裂纹大小、方向角和重力对线性加速转子瞬态振动的影响,以及定功率加速瞬态过程中系统振动响应及稳定性。结果发现,瞬态条件下带呼吸裂纹转子系统亚谐波共振并不明显;裂纹越大,过临界转速时瞬态振幅越大;在临界转速附近裂纹瞬时张开会激起很大的振动;定功率加速过程下,若功率不足够提供转子顺利穿过临界转速,则会出现外界扭矩与瞬态振动的能量耦合,大裂纹还可能造成瞬态振动发展成混沌。     

转轴上裂纹在通过临界转速过程中的呼吸特征

为了研究复杂涡动引起的裂纹非线性呼吸行为对转子临界转速的影响,在恒速裂纹转子运动方程的基础上构建带横向裂纹Jeffcott转子的通用运动方程,对裂纹转子加速通过临界转速的过程进行了数值研究。结果表明:不平衡量方位角对临界转速有较大影响;在临界转速附近,裂纹的呼吸减弱;在恒加速过程中裂纹转子的最大响应滞后于重心转向。在转子实验台上进行裂纹转子通过临界转速的实验验证,观察数据支持理论研究结果。     

叶轮转子碰摩的非线性动力学响应

叶轮转子的碰摩是旋转机械的常见故障,严重的碰摩可能导致转子失稳、叶片断裂等后果。针对叶轮转子-机匣的碰摩进行研究,将叶片简化为一端固支的悬臂梁,考虑其在旋转状态下的离心刚化效应,机匣的局部变形采用Hertz模型表征,推导了叶片-机匣接触力的表达式,分析了叶片长度、截面惯性矩、叶片截面积和转速对接触力的影响,结果表明当叶片长度越小、截面惯性矩越大、转速越高接触力越大。基于所得的接触关系,给出了叶轮转子碰摩力模型,对叶轮转子碰摩的稳态响应进行数值模拟,结果表明系统在碰摩时的响应频率主要包括转速激励频率、反向进动频率及其线性组合,叶片的扰动将导致主要响应频率附近出现边频,边频在不同转速情况下存在多种不同形式。当反向进动频率相对于转速近似线性变化时,边频和转速与叶片数目线性相关。     

单支撑1000MW超超临界汽轮机轴系不平衡响应分析

建立单支撑1 000 MW超超临界汽轮机不平衡响应分析有限元模型,计算升速过程中轴系不平衡响应特性,比较单、双支撑机组不平衡响应差别。研究结果表明,不平衡响应分析时可将转子两侧单支撑轴承视为该转子的双支撑,由此两轴承振动分析不平衡面及不平衡型式。单支撑汽轮机转子之间振动耦联性较强,突显于相邻转子两临界转速附近。工作转速远离临界转速时相互间影响并不大。虽转子二阶临界转速远高于工作转速,但采用单支撑模式机组转子不平衡力偶与振动间相位滞后角大多在120°以上。通过对1 000 MW汽轮机组进行低压转子现场高速动平衡试验,不平衡响应分析结果获得试验验证。     

支承非线性特性对双转子系统的响应特性影响研究

以双转子试验器为研究对象,开展高维复杂双转子系统的建模方法和动力特性的研究。将双转子系统划分为模态子结构和连接子结构,利用有限元方法和固定界面模态综合进行模态子结构的建模及维数缩减,将连接子结构保留在物理空间中,通过界面对接条件实现子结构的组装,利用Newmark法进行含局部非线性的双转子系统运动方程的数值求解。进行了计算模型的试验验证,并研究了转子系统的响应规律。研究结果表明:随转速的变化,转子响应中出现了滚动轴承的变刚度振动频率、不平衡激励频率及相关组合频率;同步不平衡响应的变化规律与支承位置、转子各轮盘的不平衡量及临界振型有着密切的联系。     

动静件有干摩擦的转子系统动态特性分析

本文用动力学基本理论建立了转子和定子之间有干摩擦的转子系统动态特性分析的数学模型。对该模型的动态特性分析表明：这类问题的失稳运动在不同条件下可以是正进动,也可以是反进动;转子转速在临界转速以下时也会发生反进动失稳运动;摩擦力在系统未失稳时起推迟发生正进动失稳的作用,但是也有扩大反进动失稳转速范围的作用。     

部分充液悬臂柔性转子系统不稳定特性的实验研究

从实验上详细地观察和研究了部分充液柔性转子系统不稳定产生的过程、失稳过程中转子系统的动力特性以及充液量对转子系统振动和稳定性的影响。结果表明部分充液转子系统的不稳定特性与转子系统中其它失稳因素引起的不稳定特性之间存在着明显的差异。部分充液转子系统失稳的门坎转速在充液转子的一阶临界转速之上，并且在空转子系统的一阶临界转速附近。转子在不稳定区内的涡动频率既不是一个固定的频率，也不是转子系统的某阶固有频率，转子的涡动频率随转速的增大而增大，随充液量的增大而减小。     

部分充有两种不相溶流体转子系统振动和稳定性的实验研究

实验研究了部分充有两种互不相溶混合流体转子系统的振动和稳定性，分析了充液量对转子系统振动和稳定性的影响。结果表明，部分充有两种互不相溶混合流体转子系统的失稳过程比充有单一流体转子系统的失稳过程更为复杂，其动力特性不仅与自由表面有关，而且还与不同流体分界面上旋转波的特性密切相关。充有两种互不相溶混合流体的转子系统与充有单一流体的转子系统一样，一般在转速超过了其一阶临界转速后就会出现不稳定。转子在不稳定区内既不以一个固定值或转子系统的某阶固有频率进行涡动，也不以转速的某恒比率频率进行涡动。随着转速的增大，转子在不稳定区的涡动频率随之增大。     

可同步旋转双转子稳态响应数值分析

介绍可同步微速差双转子动平衡实验装置,建立该转子系统的动力学模型。应用有限元方法分析其临界转速,不平衡响应等动力学特性。比较双转子系统在单个转子运行(内转子或者外转子)、内外转子同步运行和内外转子微速差运行三种不同工作状态下的动力学特性。并对装置的动力学特性进行了实测,结果表明该实验装置满足了可同步微速差双转子动平衡原理研究的需要。     

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。     

航空发动机双转子系统高/低压涡轮碰摩振动分析

针对航空发动机碰摩问题,考虑高压涡轮与低压涡轮碰摩,建立了五点支承的航空发动机双转子系统动力学模型.碰摩力模型采用Lankarani-Nikravesh滞回力模型.利用龙格-库塔法进行数值计算,并研究了双转子系统的频谱特性、幅频特性.最后,基于双转子实验台,部分验证了数值计算结果.结果表明:(1)双转子系统碰摩会使系统...     

飞行器内碰摩转子模型的光滑处理及非线性研究

利用一无穷次可微且可无限逼近阶跃函数的实函数对不连续的Jeffcott转子碰摩系统进行了光滑处理，建立了机动飞行的飞行器内碰摩转子系统的力学模型，光滑处理后的系统成为连续的非线性系统。数值研究结果表明：(1)由于机动飞行所引起飞行器倾角变化的影响．碰摩转子系统的非线性响应形态会发生变化，可能在周期解、拟周期解、浑沌解之间相互转变；(2)飞行器加速时，转子系统响应中会出现新的频率成分，而且随着加速时间的延长．这些暂态频率会迁移并逐渐减弱甚至消失；(3)飞行器的加速还会使振幅增加．从而使原未碰摩的转子系统可能发生碰摩，或使原来的碰摩加剧；(4)飞行器的加速可能改变转子系统的稳定性。     

燃气轮机转子系统典型振动特性试验研究

搭建气体轴承支撑的微型燃气轮机发电机试验装置,试验呈现微型燃气轮机发电机气体轴承-转子系统升速过程典型区域振动特征,并基于试验数据关联分析振动参数与燃气轮机运行参数、气体轴承的关键参数之间的耦合关系,结果表明:压气机出口压力波动对转子轴向振动影响较大;微型燃气轮机转子径向振动受点火压力波动、主燃料燃烧压力波动以及压气机...     

转子-滑动轴承系统动力学相似性研究

针对转子-滑动轴承系统缩比模型与原型是否满足动力学相似的问题,采用量纲分析法建立了考虑陀螺力矩和滑动轴承非线性油膜力的转子-轴承系统相似准则,确立了模型与原型各物理量相似比。理论研究表明,通过采用模化转子滑动轴承静载荷补偿措施,可使转子-轴承系统满足动力学相似要求。补偿处理后的模型和原型转子系统的临界转速、失稳转速、不平衡响应均具有相似性。并通过算例对比分析转子几何比、材料密度模化比和弹性模量模化比对轴系不平衡响应特性相似性的影响规律,验证了所推导的转子动力学相似准则的正确性。     

碰摩转子刚度增加现象的相位特征

研究了碰摩转子刚度增加现象的相位特征。转子与定子的全局碰摩在通过并远离临界转速后仍然可以持续。理论证明了,发生稳态全局碰摩时,该现象具有确定的相位特征,即激励与响应的相位差随着转速的增加逐渐接近 。当激励与响应的相位差略微大于 后,相位突然转迁到接近 。此时,全局碰摩结束,振幅跳跃到非碰摩运动状态。结合解析和数值结果,解释了这一现象以及其物理机制,并对全局碰摩失稳后,系统运动状态的相位特征进行了初步探讨。     

内外双转子系统的支撑轴承的不对中分析

针对航空发动机内外双转子系统不对中问题,以某航空发动机转子系统为对象,运用转子动力学有限元分析方法,给出内外双转子系统中介轴承的处理方法,建立内外双转子系统动力学模型。通过数值计算,得到该双转子系统的固有频率和振型,对比分析考虑外转子(高压转子)支撑轴承不对中的转子振动响应。