高速转子组件振动在线监测系统的研究与设计

转子组件是旋转机械的核心部件,转子组件稳定运行对旋转机械的安全而言意义重大;转子在高速运行时会产生振动信号,这些信号能全面反映出旋转机械的工作状态;文中以高速转子组件为研究对象,利用自主研发的采集模块进行振动信号数据测最;通过对转子振动信号的在线监测能对转子故障进行准确的判断,迅速找出故障原因;实验中主要对振动信号进行了自功率谱、振动烈度和轴心轨迹的分析,实验结果表明,系统能对转子组件的典型故障进行准确诊断,为旋转机械安全运行提供了保证.     

非线性刚度转子-轴承支承松动故障的特征分析

研究了非线性刚度转子系统发生松动故障时的振动问题.考虑了转轴材料的非线性因素,建立了在非稳态油膜力作用下的非线性刚度转子-滑动轴承系统松动模型,并用Runge-Kutta数值积分方法,得到了系统在不同的参数下的波形图、频谱图和轴心轨迹图的特征并通过实验数据验证了该方法的可行性数值分析结果为该类转子-轴承系统的设计和支承...     

主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能仿真研究

为了主动控制径向滑动轴承转子系统的振动性能,提出了调节径向滑动轴承可倾轴瓦的径向位移及周向角度的方法来实现主动控制,开展主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能理论仿真研究,以掌握该主动控制方法对轴承转子系统振动特性的影响规律。建立了不同径向位移和周向角度的可倾瓦轴承静动特性以及转子系统轴心轨迹理论计算方法,在控制不同可倾瓦径向位移及周向角度的情况下分析轴承的静动态性能,并对其轴心轨迹进行分析。理论研究结果表明,增加对轴瓦径向位移和周向角度的控制量可以有效减小转子轴颈振幅,提高轴承-转子系统的运行稳定性,为可倾瓦轴承-转子系统实现主动控制奠定了理论基础。     

汽轮机转子碰摩热弯曲动力特性研究

本文简化了汽轮机转子模型,并根据转子碰摩理论建立了一种简单的求解碰摩截面热分布的计算模型,使得碰摩截面热分布的计算大大简化.依据转子动力学理论推导了本模型的运动方程,并作无量纲化以便于MATLAB数值求解收敛,最终建立了转子系统由摩擦引起的弹性热弯曲——碰摩耦合故障动力模型.利用四阶Runge-Kutta方法求解微分方程组得到了在不平衡力、碰摩力和碰摩热弯矩耦合作用下转子系统的响应,并对低于、接近和高于临界转速下碰摩热弯曲转子的动力学特性进行了数值仿真研究,包括时域、频谱、轴心轨迹以及碰摩力的变化.结果表明,转子在低于和接近临界转速运行发生碰摩,转子的振动由平稳状态逐渐发散,而在高于临界转速发生碰摩时转子的振动会逐渐减小.     

基于多测点三维轴心轨迹旋转机械的快速诊断

首先定性分析了与多测点相比单测点轴心轨迹的不足之处,在合成多测点、三维轴心轨迹的基础上提出了融合相位及轴心轨迹半径两个指标的转子相对跳动量计算方法;定量提取了反应轴承状态的相对跳动量指标;结合轴心轨迹形状及绝对指标对旋转机械进行快速精确的诊断;最后,通过现场模拟实验证明了该计算方法的正确性和提取指标对旋转机械转子诊断的有效性.     

鼠笼局部断裂的刚度特性及其转子动力学特性分析

本文针对带有局部断裂的鼠笼刚度特性以及其支承的转子系统动力学特性开展研究.首先基于力学分析推导了鼠笼局部断裂刚度理论计算公式.其次,基于带有局部断裂的鼠笼有限元模型进行其刚度计算,并采用最小二乘法对有限元刚度计算结果进行分析,提出了鼠笼局部断裂后的拟合经验刚度公式,通过对比分析得出局部断裂对鼠笼刚度特性的影响.最后,建立带有鼠笼局部断裂的两支点弹性支承转子系统的动力学模型,并仿真获得了带有鼠笼局部断裂转子系统的固有特性和振动响应的变化规律.结果表明:鼠笼局部断裂导致其刚度下降以及支承刚度不对称,引起转子系统临界转速下降,且水平、垂直振动有差异,轴心轨迹呈椭圆形.     

基于叶尖间隙测量系统的轴心轨迹测量技术研究

经过数据提取、数据转换、拟合反算、轴心定位等处理步骤,可实现利用叶尖间隙测量系统的数据获取转子轴心轨迹的目的.该方法可用于轴心轨迹专用测试设备难于应用的场合或已配置叶尖间隙测量系统的低成本测试试验.     

随机共振在民航发动机转子振动中的应用研究

为有效降低航空发动机转子噪声对民航发动机转子振动信号提取的干扰,提高转子振动信号提取的准确性,将随机共振用于转子振动信号的处理.随机共振是一种在菲线性系统中噪声对目标信号起促进作用的反直观现象.首先介绍双稳随机共振的基本原理及其数学模型,再对某型民航发动机转子振动监测数据进行随机共振数值仿真.仿真结果表明,改进方法能有效提取发动机转子振动信号,并在强噪声条件下的转子振动信号提取中具有突出优势,且能监测到振动数据采集时的短时失效现象,较好地反应了转子的真实振动情况.     

航空发动机高压转子-滚动轴承系统非线性动力响应分析

基于有限元方法建立了航空发动机高压转子 滚动轴承系统的高维动力学模型,该模型考虑滚动轴承的非线性支撑力,转子的剪切变形、陀螺力矩和转动惯量.利用自适应步长Newmark-β方法计算了转子随转速变化的不平衡响应,得到了不同转速区间转子的振动特征.针对低转速区出现的VC(Varying Compliance)振动现象,计算分析了不同转速下转子不平衡量、轴承游隙对VC振动幅值的影响.结果表明：随着转速的升高,VC振动幅值先减小再增大,之后再减小直至基本消失;增大轴承游隙会使转子VC振动幅值增大,而转子VC振动幅值对不平衡量的变化并不敏感.     

滚动轴承支承下松动-裂纹耦合故障转子系统动力学特性分析

支座松动转子因两端刚度不对称而引发振动异常增大,进而可能导致转子出现裂纹故障,裂纹和松动故障耦合下的转子系统呈现强非线性特性.建立滚动轴承支承的支座松动-弓形裂纹转子动力学模型,研究转速、松动间隙、松动质量及裂纹角等对转子系统非线性动力学响应的影响.考虑非线性Hertz接触力,采用分段线性方程描述支座松动的刚度和阻尼,转子横向裂纹采用呼吸裂纹模型来研究,依据拉格朗日方程建立转子系统动力学方程,采用Runge Kutta法求解方程获得转子振动响应的分岔图、频谱图、轴心轨迹图、Poincaré图等.计算结果表明,当系统转速达到2300rad/s时,松动-裂纹耦合故障系统较仅裂纹系统在1/3分频处有明显的间谐波成分,混沌区域更为宽泛;当裂纹参数恒定时系统随着松动间隙减小会更加稳定;当松动质量ms＞41.25kg时,系统振幅剧增,发生“跳跃”现象.研究工作对松动-裂纹转子系统的故障诊断和健康监测具有重要的工程应用价值.     

相交轴转子系统当量化建模与扭振响应分析

齿轮联结的相交轴转子系统具有转子不同体、不同速、不同轴线等结构特点,使其动力学建模异于常规转子系统,论文采用当量化建模方法,将相交轴转子系统转化为同转速、同轴线的转子系统并建立动力学模型,通过与已有研究对比验证了文中基于DyRoBeS当量化建模方法的有效性.以相交轴齿轮联结转子系统典型结构——某型直升机尾传动系统为研究对象,建立了当量化转子系统动力学模型,分析了系统各阶扭振临界转速及其组成、联结齿轮啮合刚度对扭振的影响、联结齿轮转动惯量对系统临界转速的影响,结果表明:传动系统第1、2阶临界转速为派生临界转速,其余8阶均源于各组成轴;中、尾减啮合刚度值与扭振的各阶共振峰值存在映射关系,部分啮合刚度值会激发共振极大值,应尽量避免;中、尾减啮合刚度变化会引发系统临界转速的变化,尤其是第1、2阶临界转速;不同阶临界转速对各个联结齿轮转动惯量的敏感性亦不同.论文从转子动力学角度研究了齿轮联结的相交轴转子系统的动力学特性,可为此类转子系统的结构优化设计及运行维护提供理论依据.     

转盘偏置对转子系统动力学特性的影响研究

以Jeffcott转子系统为对象,研究转盘在转轴上不同偏置安装位置所引起的陀螺效应,以及对转子系统固有特性和弯曲振动模式的影响规律.基于所建立的集中质量模型,数值计算和比较的结果表明,不同的转盘安装偏置量会对转子系统临界转速和不平衡响应产生明显影响.偏置程度越大,陀螺效应对临界转速及不平衡响应的影响越大,而在转子系统完全对称的情况下,陀螺效应则可以忽略.     

矿井提升机的变频调速改造

目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升方式。传统的斜井提升机普遍采用交流绕线式异步电动机转子串接电阻调速方式，为克服该调速方式速度精度低、机械特性差和能耗大等缺点，采用了变频调速技术来改造矿井提升机的传动控制系统，可实现全频率（0-50Hz）范围内的恒转矩控制，并可获得显著的节能效果。     

高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析

为克服大型高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析的不足,根据多柔体动力学、有限元法和模态综合理论,用MSC Adams对未耦合和耦合的齿轮转子系统质量不平衡响应进行时域分析,发现当高速端和低速端齿轮转子同时存在质量不平衡时,耦合系统响应为分别在其上施加不平衡时响应的叠加,与相关文献采用传递矩阵法得到的结果一致.用Field力元模拟滑动轴承的油膜支撑,得到弹性支撑的单个齿轮转子的不平衡响应,涡动轨迹为椭圆,结果与相关文献对弹性支撑的圆盘转子不平衡响应分析的解一致.     

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

具有轴承不对中的多跨柔性转子系统非线性动力学研究

主要研究了具有不对中轴承支承的柔性多转子耦合系统的动力学建模和非线性动力学行为.首先在短轴承假设、小轴承的不对中量和圆盘不平衡量等几个基本假设条件下,考虑了转子的柔度、不对中轴承的非线性油膜力和圆盘的不平衡等因素后,建立了一个具有轴承不对中的10自由度多跨转子系统非线性动力学模型；最后采用数值方法研究了系统的非线性动力...     

盘轴系统配合松动的振动特性研究

在采用过盈配合的大型盘轴转动机构中,由于转轴的输入转速太大,可能会导致盘与轴之间出现配合松动,影响系统振动特性.为了研究此系统的振动特性,建立了一个盘轴系统的动力学模型,模型的接触法向力、接触应力有两个线性阶段.通过仿真发现轴的输入转速大于某个转速后,盘轴系统的振动会在第一个线性阶段发散,到第二个线性阶段收敛,从而导致盘、轴的转速差,系统振动变成两个不同频率振动的叠加.第二线性阶段代表盘、轴出现间隙,表明此时出现松动.     

基于浸入—不变集的三旋翼无人机高度系统自适应控制器设计

针对三旋翼无人机的研究集中于数学模型分析、简单的控制算法设计等起步阶段,且高度系统空气阻尼系数未知的情况,研究了三旋翼无人机高度系统的控制问题。基于浸入—不变集方法设计了一种控制三旋翼无人机跟踪目标高度的自适应控制器,根据三旋翼无人机飞行运动特点,推导了三旋翼无人机运动数学模型,完成了控制器参数设计和气动参数选择,采用Lyapunov分析方法对所设计控制器的渐近稳定性进行了理论证明,并对未知空气阻尼系数进行了在线估计,最终在三旋翼无人机实验平台上在环仿真实验验证。实验结果表明,高度跟踪误差在0-6秒可较好地趋于收敛,控制阻尼系数估计值也较好地收敛于合理的范围,表明该算法稳态误差小,收敛速度快,具有较好的控制性能和较强的实用性。     

基于DSP的直升机旋翼转速信号变换器设计

针对直升机旋翼转速指示系统的特点,以高性能DSP芯片TMS320F2812为核心,采用数字化检测和信号处理技术,对原模拟式旋翼转速信号变换器进行了系统级兼容的改型设计.数字化技术的应用使得系统质量减轻,且精度和可靠性大为提高,实践证明新设计在保留原有电气接口特性的同时又达到了旋翼转速的指示要求.     

Prediction of dynamic properties of rotor supported by hydrodynamic bearings using the finite element method

The purpose of this paper is to present general programs for rotor bearing analysis using the Finite Element Method. A consistent representation of both mass and stiffness is used for the rotor shaft, while hydrodynamic bearings are calculated by solving Reynolds equation. Dynamic characteristics of these bearings are then obtained with a perturbation method.These programs are first compared with both numerical and experimental results from literature. We also study the influence of bearing characteristics on stability threshold and unbalance response of a rotor.