非线性油膜力下裂纹-碰摩故障转子动力学分析

在考虑裂纹轴时变刚度、碰摩力和非线性油膜力的基础上,建立了裂纹-碰摩双故障转子-轴承系统的非线性动力学模型,采用数值积分方法对其进行求解,结合分岔图、poincaré截面图、轴心轨迹图和最大Lyapunov指数(LLE)曲线图,从定性和定量的角度分析了无量纲裂纹深度和转速对系统响应、稳定性及碰摩力的影响.结果表明:该类转子-轴承系统出现了p-2、p-4、p-8、拟周期和混沌等丰富的非线性运动;随着无量纲裂纹深度的增加,系统首次分岔点转速提高,进入拟周期和混沌等运动的临界转速提前;在高速区间,随着无量纲裂纹深度的增加,系统响应由拟周期运动演变为混沌和多周期运动交替出现;在不同转速阶段,裂纹的加深对碰摩力的影响不同,在高速区间的影响更为明显.     

非线性弹性转子系统碰摩的动态特性

在同时考虑轴承油膜力、转轴非线性弹性力和碰摩发生时转静件问的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上，构造了具有碰摩故障转子一轴承系统的动力学模型，对系统在运行过程中的非线性行为进行了数值仿真分析，发现在亚临界转速区，系统响应主要以周期运动为主，在半倍临界转速附近有短暂的混沌运动。在临界转速区，系统响应为周期运动，振幅相应增大。在超临界转速区，系统响应以混沌、周期分频和拟周期为主要运动形式。不同的速度影响因数对系统的响应也具有一定的影响。该结果为转子-轴承系统的故障诊断提供了一定的参考。     

碰摩转子系统在轴向推力作用下的分岔研究

推导建立了碰摩转子在轴向推力作用下的非线性动力学方程,分别以质量偏心和转子转速比为控制参数,对碰摩转子横向振动和轴向振动的分岔等非线性特性进行了数值分析.仿真分析表明:转子横向振动分岔图中,存在周期1运动、周期2运动及复杂的拟周期运动等.同时,从转子轴向振动分岔图可以看到系统以一种拟周期路径方式运动,随着质量偏心的增大,系统会突变为混沌运动,且会一直持续下去.分析结果为实际转子系统的碰摩故障分析提供了必要的理论依据.     

碰摩转子-轴承系统周期运动稳定性分析

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转定子问的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了具有碰摩故障转子一轴承系统的动力学模型,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究了系统周期运动的稳定性。发现碰摩转子一轴承系统在不同的转速下会发生鞍结分岔、倍周期分岔和Hopf分岔等现象。研究结果为转子一轴承系统的故障诊断提供了一定的参考。     

气流力、油膜力和质量偏心共同作用下的转子非线性动力学研究

以Jeffcott转子系统模型为研究对象,利用气流力模型和非稳态油膜力模型对转子运动的动力学特性进行研究。研究方法采用数值模拟技术,研究了转子系统的分岔和混沌特性,并且对随转速变化和转子质量偏心率的变化时转子的运动特性进行了详细的分析和研究。研究结果表明,在转速变化时,系统在经历周期运动之后进入混沌状态,在质量偏心率增大时,系统在油膜力、气流力和不平衡偏心质量的影响下,系统由概周期运动进入混沌状态。     

基于非线性理论的碰摩转子动力学特性研究

以大型汽机转子的碰摩故障为研究对象,建立了单盘转子动力学模型。应用数值方法计算转速、偏心量、阻尼系数、摩擦系数和定子刚度等参数对碰摩转子系统的影响。利用分岔图、波形图、轴心轨迹图和poincare截面图等工具分析了系统在碰摩后的非线性响应,得到了系统在进入和离开混沌、拟周期的道路及对应的参数范围。     

非线性碰摩转子系统动力响应研究

建立了短轴承模型的非线性转子系统发生碰摩时的数学模型,结合数值仿真计算对碰摩转子所表现出的动力学特性进行研究,分析表明系统除具有各种形式的周期和拟周期振动以外,还具有丰富的混沌运动和分岔现象.用数值方法得到系统在某些参数域中的分岔图、轴心轨迹、庞加莱映射图、响应曲线和频谱图,直观显示了系统在某些参数域中的运行状态;同时研究了不平衡量对转子系统响应的影响,数值分析结果为该类转子系统的理论分析与故障诊断提供了参考.     

考虑非线性油膜力的裂纹转子动力学特性仿真

在考虑裂纹轴时变刚度和非线性油膜力的基础上,建立了含裂纹故障的双盘转子-轴承系统的动力学模型,采用数值积分方法对其求解,结合分岔图、轴心轨迹图、Poincaré截面图和三维谱图等,分析了转速、裂纹深度和不平衡对系统响应、分岔情况以及稳定性的影响.结果表明:该类系统出现了多周期、拟周期、混沌等丰富的非线性动力学行为;在裂纹较深的情况下,在较低转速便会发生倍周期分岔和多周期运动,系统的非线性和不稳定性增强;不平衡力的增大简化了系统的动力学行为,使系统失稳滞后,但不影响油膜振荡.     

碰摩转子的非线性动力学特性研究

文中应用非线性动力学现代理论对建立的碰摩转子模型进行了研究，结果表明，转速变化时，系统具有拟周期，周期，混沌运动交替出现的现象，且在不同的混沌区吸引子表现为不同的形状，Poinare截面上的高维拟周期轨道表现出特殊的封闭形式。同时，还揭示了阻尼对系统复杂运动的抑制作用和非线性刚度使系统运动进一步复杂化等现象。这些现象对于准确诊断转子故障和进一步了解转子的非线性特征都有很大的参考价值。     

带非线性弹性支承的挤压油膜阻尼器转子振动特性研究

建立了带有非线性弹性支承的挤压油膜阻尼器转子系统动力学模型,采用Runge - Kutta数值方法计算得到了系统的非线性响应,同时分析了系统参数变化对系统响应的影响.研究结果表明:系统响应中存在周期、分叉、拟周期和混沌等多种运动形式,随着刚度非线性系数和偏心距的增加,系统的非线性特性变强.     

Application of the ensemble empirical mode decomposition and Hilbert transform to pedestal looseness study of direct-drive wind turbine

The fault signal problems of wind turbine are non-linear and non-stationary, thus it is difficult to obtain the obvious fault features. In this study, a time-frequency method based on EEMD (ensemble empirical mode decomposition) and Hilbert transform is presented to investigate the bearing pedestal looseness fault of direct-drive wind turbine. The real vibration signals are analyzed using IMFs (intrinsic mode functions) extracted by ensemble empirical mode decomposition and Hilbert spectrum in the proposed method. The experimental results indicate that the proposed method is effective to extract the fault features of bearing pedestal looseness of wind turbine. And the results also demonstrate that fault features of front bearing pedestal looseness are different from rear bearing pedestal looseness with the same looseness gap. The fluctuation of rotational frequency increases with the occurrence of front bearing pedestal looseness fault, especially the half rotational frequency and high-frequency components, and the shaft orbit is complex. Besides, we found that when the rear bearing pedestal is loosen, the fluctuation of rotational frequency also increases, and the half rotational frequency component can be found. But for the high-frequency components, it is not obvious, and the shaft orbit is an approximate ellipse. Although the fault features of front and rear bearing pedestal looseness are obvious, the powers generated by wind turbine generator only change slightly.     

转子动力响应计算的显式直接积分方法

介绍了一个新的用于线性、非线性动力响应数值计算的显式算法。算法的显式特性不需要阻尼矩阵对角化的假设,这优于传统的中心有限差分方法。对基础松动与碰摩耦合的转子系统的非线性动力学响应,使用本文算法和Runge-Kutta算法的比较计算结果表明该算法是有效的,可以推广到更广泛的转子动力学问题。     

Double-diffusive Marangoni convection in a rectangular cavity: Transition to chaos

Transition to chaos in double-diffusive Marangoni convection in a rectangular cavity with horizontal temperature and concentration gradients is considered. Attention is restricted to the special case when the resultant thermal and solutal Marangoni effects are equal and opposing. Direct numerical simulation is used and some techniques from nonlinear dynamics are adopted to identify the different dynamic regimes. It is found that the supercritical solution branch takes a quasi-periodicity and phase locking route to chaos while the subcritical branch follows the Ruelle–Takens–Newhouse scenario. Transient intermittency in the supercritical branch is observed and physical instability mechanisms of the subcritical branch are identified.     

碰摩转子系统动力学特性的实验研究

针对旋转机械常见的碰摩故障,在不同的转子系统结构以及不同的不平衡量的3种条件下对系统的动力学特性进行了实验研究,发现了转子系统当发生碰摩时其运动轨迹有明显的碰撞折返特点、振动波形有明显的削波现象、振动频谱中既包含工频,也有明显的高频谐波分量。这些特征可为准确诊断转子系统的碰摩故障提供依据。     

基于Hertz接触模型的碰摩转子动力学响应研究

根据Jeffcott转子的碰摩原理,在线性碰摩微分方程的基础上,基于Hertz弹性接触理论描述非线性碰摩力,建立了非线性碰摩模型,对线性模型和Hertz模型进行了比较.鉴于汽轮机碰摩位置的碰摩半径、材料都不相同,利用Hertz模型研究的不同刚度下的碰摩动力响应对判断碰摩位置有指导意义.     

小波变换在转子动静碰摩故障诊断中的应用

转子动静件碰摩时存在奇异性，而信号中的奇异点及不规则突变部分常带有比较重要的信息。利用小波变换具有空间局部化的性质，并通过一维小波变换工具对碰摩信号进行多尺度小波分解获取细节信号。从而对信号中的奇异点进行检测，明确地指出转子动静碰摩时奇异点的位置和奇异度的大小，为汽轮发电机组碰摩识别提供了有效的方法。     

Numerical modeling of the hydraulic blade pitch actuator in a spar‐type floating wind turbine considering fault conditions and their effects on global dynamic responses

This paper deals with numerical modeling of the hydraulic blade pitch actuator and its effect on the dynamic responses of a floating spar‐type wind turbine under valve fault conditions. A spar‐type floating wind turbine concept is modeled and simulated using an aero‐hydro‐servo‐elastic simulation tool (Simo‐Riflex [SR]). Because the blade pitch system has the highest failure rate, a numerical model of the hydraulic blade pitch actuator with/without valve faults is developed and linked to SR to study the effects of faults on global responses of the spar‐type floating wind turbine for different faults, fault magnitudes, and environmental conditions. The consequence of valve faults in the pitch actuator is that the blade cannot be pitched to the desired angle, so there may be a delay in the response due to excessive friction and the wrong voltage, or slit lock may cause runaway blade pitch. A short circuit may cause the blade to get stuck at a particular pitch angle. These faults contribute to rotor imbalance, which result in different effects on the turbine structure and the platform motions. The proposed method for combining global and hydraulic actuator models is demonstrated in case studies with stochastic wind and wave conditions and different types of valve faults.     

滑动轴承油膜刚度参数的识别

提出了根据实测的转子临界转速、轴承座的动刚度值和已知的转子结构参数识别轴承油膜刚度的新方法。并以300MW汽轮发电机现场试验数据为例验证了识别方法。该方法识别精度较高而且不需要对运行中的转子进行加载,因而实用性较强。图3表5参10