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.     

转子通过临界转速时碰摩热效应对振动特性的影响

转子-定子之间的碰撞与摩擦是一个危害性很大的现象,也是十分复杂的物理过程．这一过程消耗的机械能,绝大部分生成热能．尽管每次碰撞与摩擦的热效应对转子影响很小,但是由于热量的散失相对于转子的振动来说是一个较慢的过程,一旦出现较频繁的碰摩,热载荷的累积效应是不容忽视的．转子通过临界转速时,如果振动幅度过大就会导致碰摩．碰撞引起转子振动相位的变化,而碰摩产生的热挠曲将会延长碰摩过程．在建立了转子与定子之间的弹性碰撞接触、摩擦和热传导的简化模型的基础上,应用数值方法分析了转子通过临界转速时上述碰摩过程的一个简单例子．     

利用交叉耦合效应抑制转子系统碰摩的控制方法

为了揭示交叉耦合效应对转子/定子碰摩响应的影响,解析推导了考虑定子质量、碰摩面刚度及交叉耦合阻尼和刚度项的转子/定子模型的同频全周碰摩解,并分析了该解的稳定性.结果表明:碰摩时转子的交叉耦合刚度和定子的交叉耦合阻尼可以减少摩擦力向转子横向振动的能量输入,从而减小碰摩力和转子碰摩响应的幅值.依据此特性,本文提出了通过产生交叉耦合效应来主动抑制转子碰摩破坏的控制思想,并通过仿真计算说明了相应控制方法的有效性.     

基于自相关和经验模态分解的转子碰摩故障分析

针对转子故障振动信号具有周期性的特点,提出一种用于分离转子故障振动信号的新方法,该方法首先应用自相关处理对振动信号进行降噪处理,然后采用经验模态分解(EMD)对振动信号进行分解,得出各个本征模态函数(IMF),并对IMF进行频谱分析,从频谱图上可以清晰地观察出转子的故障特征频率.试验结果表明,振动信号经自相关处理后起到了很好的降噪效果,碰摩所产生的冲击信号上下不对称;EMD分解方法能有效地突出故障特征频率成分,该方法可广泛用于旋转机械振动信号时频分析领域.     

转子突加不平衡的碰摩响应

航空发动机等高速旋转机械在工作时会出现叶片掉块、飞失等突加不平衡情况,突加不平衡引发的碰摩可能导致转子失稳和系统的破坏.本文对一个具有非线性支承刚度的跨中转子在突加不平衡时的碰摩响应进行了数值仿真,计算发现系统在突加不平衡发生后将会出现6种不同的碰摩响应形式,给出了参数-突加不平衡转速平面上不同稳态动力学响应模式的边界曲线,同时针对系统在突加不平衡发生后减速通过临界转速时的失稳现象,给出了失稳边界,研究表明增大转子阻尼,降低转静接触刚度和摩擦系数,可以减小失稳的转速范围.分析了参数对系统瞬态响应的影响,瞬态响应随转速的变化会发生跳跃,而瞬态响应随突加不平衡偏心量的变化,在低于共振转速时是平缓增大的,而在高于共振转速时也会有跳跃发生.     

基于胞参考点映射法对转子/定子碰摩响应的全局分析

利用胞参考点映射法对两自由度(四维)分段光滑的转子/定子碰摩模型的全局响应特性进行了计算,着重对解析分析得到的碰摩系统典型的吸引子共存现象进行了验证,确定了相应吸引子的吸引域.此外,通过计算转子/定子碰摩系统全局特性随系统参数变化的演化特点,考察了吸引子与其吸引域边界对参数变化的敏感性,讨论了其对实际转子/定子碰摩系统...     

转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为及评估方法

本文针对转子-滑动轴承系统支承松动-碰摩故障动力学行为进行分析,并提出基于动力学行为非线性度量的转子-轴承系统支承松动状态评估方法.应用非线性短轴承油膜力模型、松动刚度模型、Hertz接触理论等建立了带有支座松动故障的转子系统局部碰摩动力学模型,研究并分析松动-碰摩故障转子系统随支承松动间隙变化的动力学行为规律.提出基于动力学行为非线性度量的转子-滑动轴承松动-碰摩故障下支承松动状态评估方法,采取泰勒展开获得线性近似动力学模型,量化比较非线性模型与线性近似模型动力学行为的差异.建立松动间隙与非线性度之间的对应关系,直观反映松动间隙对系统动力学行为的影响程度,实现对转子-滑动轴承系统支承松动状态的评估.本文的研究可为转子-滑动轴承系统支承松动状态评估提供理论基础和支撑.     

某商用车鼓式制动器热固耦合分析

针对汽车制动鼓温度试验测试成本高、周期长等问题,利用Abaqus建立某商用车鼓式制动器有限元模型,采用完全热固耦合法分析制动鼓的温度场和热应力分布。仿真结果表明：紧急制动工况时,制动鼓的最高温度为156.5 ℃,最高热应力为130 MPa。有限元分析可快速获取制动器在工作状态时的温度和应力分布情况,有利于产品设计和改进,缩短产品迭代周期。     

碰摩转子映射系统的非线性反馈混沌控制

采用不连续穿越映射技术,Jeffcott碰摩转子系统的映射在擦边碰撞附近可以近似为在一个方向上有平方根伸缩的四维映射,本文对此映射的动力学行为进行了研究,而且发现了有大量的混沌现象存在.采用非线性反馈混沌控制方法,通过选取合适的控制增益参数,可将碰摩转子映射系统的混沌运动控制到有规则的擦边周期1轨道和单点碰摩周期2轨道.数值模拟证实了分析结果.     

发动机排气管流-固-热强耦合分析

为研究发动机排气管在流-固-热强耦合作用下的复杂工况,用INTESIM软件中流-固-热强耦合的方法计算某型发动机排气管在工作过程中流场、温度场、热变形和热应力的分布情况.结果表明,与传统的分析方法相比,INTESIM的强耦合方法收敛性更好,并且可以在同一软件平台下对模型耦合矩阵方程直接求解得到结构应力场、位移场、流场和温度场的所有结果.     

振动传感器特性及其在风力发电机中的应用

本文介绍了振动传感器的原理、特性以及针对风力发电机的应用需要考虑的问题等.根据对风力发电机振动信号来源以及振动测量和安全保护设计等应用进行了分析研究,提出了振动传感器在风力发电中的选型、安装以及系统的组成等问题.     

Multi-field coupling dynamic modeling and simulation of turbine test rig gas system

On the basis of early research on the 38-component system, this paper extends the established finite volume model to the multi-field coupling numerical system which can describe flow, heat transfer, combustion and rotation, and conducts, based on the experiment, dynamic modeling and simulation research on the turbine test rig gas system which includes turbine and load. The comparison among the simulation results, test data and early simulation results indicates the 42-component system established by this paper has made improvements against many weaknesses of the Previous simulation in an all-round way. Accordingly, it can be concluded that the case setting and algorithm improvement are effective. It is also found that the modeling of module with chemical reaction, the spool throttling modeling of various regulator valves, the modeling of the turbine characteristics and the modeling of wall heat transfer are four key factors which affect simulation accuracy, and that the coupling modeling of flow and combustion is the key factor which affects simulation stability.     

基于STM32的燃气轮机振动监测系统的设计

为了能够准确、实时的提取燃气轮机关键部位在关注频段内的振动数据,设计了一种燃气轮机振动监测系统.该系统以STM32为核心处理器,通过加速度传感器对振动信号进行采集,利用积分放大电路、外置高精度模数转换电路和数模转换电路等进行信号调理,辅助FIR的数字滤波窗函数进行频段内振动数据的提取,并用仿真分析验证其滤波算法的准确性.经实际试验结果验证,该振动监测系统具有工作稳定、精度高、频段提取准确的优点,能够满足实际工程要求.     

变摩擦力下板带轧机垂扭耦合振动控制技术

当前对板带轧机垂扭耦合振动的控制过程未考虑变摩擦力的影响，无法对振动特性进行准确分析，导致控制效果不理想。提出一种变摩擦力下基于振动摩擦模型的板带轧机垂扭耦合振动控制技术。将垂扭耦合振动参数作为输入向量，理想状态下变摩擦力作为输出向量，确定垂扭耦合振动参数。采用遗传算法对已确定的最优垂扭耦合振动参数进行辨识，构建振动摩擦模型，完成对垂扭耦合振动特性的准确分析，解决控制过程中的变摩擦力影响问题。利用振动摩擦模型对系统位移响应和频域响应振动特性进行控制，实现板带轧机垂扭耦合振动的控制。与传统控制技术进行对比，得出实验结果，所提控制技术控制精度可达98%，能够减小控制过程的变摩擦影响，可对振动特性进行准确地准确分析，大大提高了控制精度。     

基于FINE/Turbo的高压涡轮叶片流热耦合分析

为验证FINE/Turbo软件对高压涡轮流热耦合求解问题的准确性,将Mark Ⅱ型燃气涡轮叶片作为分析对象,选用不同的湍流模型和转捩模型进行数值模拟,得到叶片表面压力分布,B2B面的压力、温度、马赫数和湍流动能分布,叶片内部温度分布以及叶片表面传热系数分布,并与试验数据进行比较.结果表明:对于流热耦合问题,FINE/T...     

不平行接触下的螺栓连接刚度及其转子动态特性

针对航空发动机的典型螺栓连接结构,以高温合金螺栓连接为对象,提出了考虑螺栓端头支撑面不平行接触下的连接刚度演化机理及其对转子模态的影响规律.将螺栓与被连接件各结合面的几何误差表征为螺栓端头的不平行接触,建立了拧紧过程和轴向加载过程仿真模型.通过改变支撑面的不平行度模拟几何偏差的影响,分析了不平行度从0°到2°时的连接结构力学性能,揭示了非理想接触下螺栓预紧力的变化规律以及应力分布规律,建立了考虑连接结构不平行度的转子模态仿真模型,揭示了连接刚度不均匀分布下的转子模态变化规律,为转子连接结构的设计及服役性能的评估提供参考.     

Modelling the vibration response of a gas turbine using machine learning

This work deals with modelling the vibration response of a gas turbine obtained during the start-up process until reaching the nominal speed for power generation. Analysing the vibrations of a complex systems like a gas turbine is useful for the diagnostic of faults or damages in the internal mechanical components of the different stages that integrate a turbine. This work focuses on the study of the shaft vibrations of the bearing radial type mounted between the shaft and the bearing compressor associated with the speed of the turbine. This relationship is studied using experimental data collected from a particular gas turbine model. In particular, we propose a methodology to synthesize a computational model following a supervised learning approach implemented through different machine learning techniques, including a multi-layers perceptron network, support vector machine (SVM), random forest (RF) and genetic programming (GP) with local search. Results show that SVM, RF and GP perform very well in this task, producing accurate predictive models. Moreover, there are some interesting trade-offs between the methods, regarding generalization error, overfitting and model interpretability that are relevant for future applications and research.     

某汽轮机甩负荷运行工况强度分析

为分析汽轮机甩负荷运行时的应力状况,选取某机组高压第一级动叶片和转子轮槽为分析对象,采用有限元法分析在高压蒸汽4个阶段降温冲击下的应力.结果表明,动叶片以及转子材料内应力对温度的变化反应敏感;温度不变时,应力集中处的内应力需要很长时间才能消退并趋于均匀化;在该温度曲线的操纵下,逐步的降温造成应力累加,导致应力峰值呈波浪...     

基于模糊控制的微型燃机燃料压力控制

针对微型燃气轮机在控制时由于压力不恒定而导致的运行效率低的问题,将模糊PID控制思想运用到控制系统。在传统的PID控制下加入模糊控制,使其PID参数具有在线自整定功能。仿真结果表明,该方法能够很好地提高压力控制效果。     

磁悬浮刚性转子系统振动机理分析与动力学建模

磁悬浮惯性执行机构采用磁轴承支承,可通过主动控制实现极微振动,但磁悬浮惯性执行机构仍存在频谱分量丰富的振动.首先在转子动静不平衡和Sensor Runout振动机理分析的基础上,重点分析了Magnet Runout产生振动机理;然后,建立包含多振动源的系统动力学建模,并将整个动力学模型分解为平动和转动子系统,分析表明转子动静不平衡、Sensor Runout和Magnet Runout是通过不同的途径产生振动,不仅产生同频振动还包含倍频振动;最后,提出磁悬浮刚性转子系统主动振动控制的要求,为以后的主动振动控制研究奠定基础.