转子临界转速的试验—解析法

实际的转子由于力学模型的建立，诸如支承刚度等的确定存在一些困难，因此单纯依据计算或试验难以精确地确定临界转速。本文采用试验－解析法确定某试验转子的一阶临界转速，并采用传递矩阵法计算转子的各阶纯弯曲临界转速和弯、扭耦合临界转速，以及各阶临界转速的位能分配。     

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。     

汽轮机转子临界转速的可靠性计算仿真

转子的临界转速可靠性分析对实际工程具有重要意义,文中针对某型号的汽轮机转子进行临界转速分析。对转子的轴段进行有限元网格划分后,利用DYNROT软件计算转子的各阶临界转速。在假定转子轴承支承刚度不确定,而是按照正态分布的前提下,利用转子频率可靠性理论,进一步计算了转子临界转速的可靠度。     

旋叶压滤机临界转速的计算与实测

采用求解转轴系统弹性线的微分方程和应用累试法计算了多转子悬臂轴系统的各阶临界转速,计算结果与实测结果基本吻合。     

基于Romax的高速齿轮转子临界转速的计算与分析

高速齿轮转子应用广泛,其动态特性影响着齿轮箱的运转稳定性和可靠性。通过Romax软件,对两种振动异常的高速齿轮转子进行动态分析,得到了两种转子的各阶固有频率,以及轴承支撑参数对各阶固有频率的影响。发现改进前两高速齿轮转子的运行转速接近1阶临界转速,同时在Romax中对轴系结构进行改进,使其工作转速远离临界转速;改进后试验表明,两转子各振动指标正常,齿轮箱运转良好;为高速齿轮转子的临界转速计算提供了一种精确有效的方法。     

支承动刚度对某涡轴发动机燃气发生器转子临界转速影响分析

本文针对支承动刚度对某涡轴发动机燃气发生器转子临界转速的影响进行了研究。采用实体单元建立了某涡轴发动机燃气发生器转子支承系统的有限元分析模型,运用ANSYS软件对支承系统的静刚度和动刚度进行了计算,随后计算了燃气发生器转子在静刚度和动刚度条件下的临界转速,并对临界转速进行了对比分析。研究表明:支承动刚度使转子的各阶临界转速均有不同程度的下降。因此,在使用静刚度进行转子系统临界转速设计时应再预留一定的裕度。     

基于ANSYS旋转机械模块的转子动力特性分析

利用ANSYS中的旋转结构分析模块对转子系统进行动力特性分析,特别是对不同结构的转子进行了临界转速的计算。在某种程度上,转子系统受到的激励载荷与转子系统的特性都与转速相关,因此确定转子的临界转速就显得十分重要。利用梁单元和弹簧单元建立了转子有限元模型,通过临界转速图谱法和同步响应法确定了转子的临界转速。     

涡轮减重前后增压器转子动力学分析及试验

以JP60C型车用增压器涡轮叶轮为研究对象,基于有限元分析的转子动力学分析软件DyRoBeS,对减重前后的增压器转子进行了临界转速分析;采用快速成型技术加工了蜡模,浇铸了减重优化的涡轮叶轮,对装配好的增压器进行了高速动平衡试验。分析及试验结果表明,由于涡轮重量的减轻降低了转子的柔性,减重优化后的轴承-转子系统的临界转速有所降低,但其工作转速仍工作在2阶临界转速和3阶临界转速之间,涡轮减重后增压器工作转速远离转子各阶临界转速,从而说明涡轮减重优化的合理性和有效性。     

调整微型涡喷发动机临界转速的方法

微型涡喷发动机工作转速高,其二阶或三阶临界转速往往在其工作转速之内。阐述了一种不增加额外装置而调整微型涡喷发动机转子系统临界转速的方法。首先采用有限元法对转子系统进行临界转速计算,并通过试验数据修正计算模型。然后对影响临界转速的要素进行敏感度计算,从中确定几个对临界转速影响较大的要素,并对其进行调整就可以达到调整临界转速的目的,具有方向明确,节省时间的特点。     

基于临界转速与振型相似的涡轴发动机模拟转子实验台设计方法

针对涡轴发动机由于燃发转子零部件多、转速高、流固热耦合导致振动特性复杂,难以通过整机试验揭示振动特性机理的问题,在结构相似的基础上,采用相似设计基本理论,提出通过各阶临界转速之比相等和振型相似的涡轴发动机模拟转子实验台的设计方法.首先阐述了相似设计理论并推导出转子系统质量、刚度和固有频率之间的相似关系表达式.然后以某型涡轴发动机燃发转子模拟实验台设计为例,在其工作转速的基础上,依照各阶临界转速之比相等与振型相似的设计原则,对涡轮盘、转轴、弹性支撑等模拟转子结构件进行反求等效设计,从而构建出同原型机动力学特性相似的模拟转子有限元模型,分析其前3阶临界转速及对应的振型,与原型机相应临界转速值最大误差为3.5％.最后通过试验测试该模拟转子实验台临界转速与振动响应,验证了该相似设计方法的正确性.该方法可拓展到类似转子结构的设计过程.     

Fluid-structure interaction analysis of annular seals and rotor systems in multi-stage pumps

Annular seals play an important role in determining the vibrational behavior of rotors in multi-stage pumps. To determine the critical speeds and unbalanced responses of rotor systems which consider annular seals, a fluid-structure interaction (FSI) method was developed, and the numerical method was verified by experiments conducted on a model rotor. In a typical FSI process, rotor systems are modeled based on a node-element method, and the motion equations are expressed in a type of matrix. To consider the influence of annular seals, dynamic coefficients of annular seals were introduced into the motion equations through matrix transformation. The test results of the model rotor showed good agreement with the calculated results. Based on the FSI method proposed here, the governing equations of annular seals were solved in two different ways. The results showed that the Childs method is more accurate in predicting a rotor’s critical speed. The critical speeds of the model rotor were calculated at different clearance sizes and length/diameter ratios. Tilting coefficients of long seals were added to the dynamic coefficients to consider the influence of tilting. The critical speeds reached their maximum value when the L/D ratio was around 1.25, and tilting enhanced the rotor’s stability when long annular seals were located in either end of the shaft.     

磁流变液阻尼器-柔性转子系统振动特性与控制的再研究

对先前提出的理论分析模型进行适当改进，用新模型对支承在磁流变液阻尼器上的单盘悬臂柔性转子系统的振动特性和控制技术进行再研究。研究表明，随着磁流变液阻尼器的库仑阻尼力的增大，系统在无阻尼临界转速处振幅明显下降，但在两阶临界转速之间的一定转速区振幅增加；同时，随着库仑阻尼力的增加，阻尼器轴承处的振幅在几乎所有转速时都被减小，甚至在某些转速区间该轴承被“锁住”，而且轴承能够振动的区间越来越窄。这说明转子系统从一个弹性支承系统逐步转化为一个准刚性支承系统，阻尼器支承的有效刚度越来越大，使得一阶有阻尼临界转速逐渐提高，并逐渐接近刚支临界转速。根据这些特性，提出通过开关控制抑止转子通过两阶临界转速过程中的振动，并使转子振幅在全转速区达到最小。仿真结果表明，系统能平稳通过两阶临界转速。     

转速对转子振动频率的影响

本文研究转速对转子振动频率的影响。首先对SOLID WORKS有限元软件进行模态分析的可靠性结果进行验证,然后计算了27种不同转速下前10阶转子振动频率,并分析其变化规律,提出使用SOLIDWORKS有限元法求解实际工程上临界转速的新方法。研究结果表明,随着转速增加,转子的振动频率将相应增加,且其增加具有非线性;随着转速的变化,转子的高阶次振动频率将发生组合和分离,其临界点发生在临界线（＂振动频率=转速对应频率＂直线）上;利用有限元法和临界线,求解实际工程临界转速的新方法比其他方法的准确性更高。     

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.     

反向旋转双转子系统动力特性分析

反向旋转的双转子系统已被相当一部分航空发动机采用,以利于减小高、低压转子陀螺力矩的影响,降低机匣负荷,提高飞机机动性能。本文分析了一种中介联接方式较特殊的反向旋转双转子结构,即其中介轴承外圈与低压转子联接,内圈与高压转子联接。针对这种结构,本文应用传递矩阵法,结合边界条件,提出了一种较为简便的改进方法,分析了反向旋转双转子结构前3阶临界转速特性和振型特点,研究了支承刚度对结构的前3阶临界转速的影响。此外,本文对不同支承刚度下双转子结构的1阶临界转速进行了试验研究,并与计算值进行了对比,吻合较好。     

拉杆转子临界转速随拉紧力变化规律试验

为了研究拉杆转子临界转速随拧紧力的变化规律,搭建了拉紧力测量试验台,测量拉杆拉紧力随拧紧力矩的变化。设计并加工了模化拉杆转子,搭建了拉杆转子转动试验台,测量在不同拉紧力下拉杆转子的动力学响应。根据5组不同拧紧力矩下的动力学响应得到了拉杆转子前两阶临界转速,分析了临界转速随拉紧力的变化规律,并与理论计算结果进行了对比分析。结果表明,随着拉紧力的增加,拉杆转子在升速和降速过程中的前两阶临界转速随着拉紧力的增加而增加。与理论计算结果对比发现,理论模型计算的前两阶临界转速与试验结果比较接近,但仍需要进一步改进以更好地反映拉杆拉紧力对临界转速的影响。     

无油涡轮增压器的设计及其试验研究

对采用空气箔片轴承支承的无油涡轮增压器进行了设计和试验性研究。详细阐述了无油涡轮增压器以及所采用的空气箔片轴承的设计过程。通过静态加载试验预估了空气箔片轴承的名义间隙,采用Link-Spring模型预测了空气箔片轴承支承结构的刚度,结合Link-Spring模型和雷诺方程,采用扰动法对轴承的动态刚度和阻尼系数进行了有效预测。线性转子动力学分析表明设计的无油涡轮增压器转子的前两阶刚体模态临界转速均在所用空气箔片轴承的起飞转速之下,转子的正常运行转速在一阶弯曲模态临界转速之下并具有足够的安全裕度。对整个转子系统进行了转子动力学分析与计算之后,在此基础上搭建了无油涡轮增压器试验台,初步的升降速试验结果表明：转子在20 kr/min~60 kr/min出现较大的次同步振动,但是转子在68 kr/min时次同步振动显著减小,转子在68 kr/min稳速时的轨迹以及FFT分析表明转子在该转速下的主要振动来自同步振动,这表明增压器可以在68 kr/min稳定运行。同时,实时测量了推力轴承和径向轴承的温度,在68 kr/min稳速期间,推力轴承和径向轴承温度分别在52℃和32℃处小幅波动,说明了该转子-轴承系统的相对稳定性。     

基于双频Bode图的磁悬浮控制力矩陀螺转子弹性自激振动抑制用陷波器设计

由于强陀螺效应和控制系统的高频滞后,磁悬浮控制力矩陀螺转子存在高频弹性自激振动,需要采用陷波器（Notch Filter－NF）进行相位校正和抑制,但是目前仍然缺乏有效的NF参数设计方法。本文提出一种基于双频Bode图的NF参数设计方法,采用双频Bode图分析转子弹性模态稳定性,得出不同转子转速下对NF相位校正角的要求,然后在保证转子章动稳定性的前提下优化设计NF参数。采用该方法设计的NF有效抑制了转子的弹性自激振动,使所研制的磁悬浮控制力矩陀螺稳定升速到20000r/min,验证了该方法的实用性和有效性。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。