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.     

转子系统早期碰摩故障特征提取方法研究

航空发动机转子系统是发动机的核心部件,针对发动机转子系统早期碰摩故障难以检测的特点,通过对碰摩机理分析及早期故障特征的研究,提出了基于小波变换对原始信号降噪和虚拟仪器对转子系统振动数据采集相结合的方法,对转子系统早期碰摩故障特征进行提取,并在转子试验台上进行了实验验证。结果表明,采用LabVIEW程序采集转子系统振动数据并存储,然后应用小波变换进行数据分析和处理,能够对转子早期碰摩故障特征进行有效地提取。     

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.     

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.     

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.     

基于飞参数据的发动机碰摩故障检测模型仿真

在飞行实时状态监控过程中,强震动环境下的发动机碰摩故障检测的准确性,关系到飞行的安全.在强震动环境下,发动机转静容易发生碰摩故障,多个碰摩故障往往是同时发生的,但是,故障的振动信号之间不存在之间关联.碰摩故障特征彼此独立,故障特征数据之间缺少可直接建立的关联.传统的故障挖掘方法在发动机转静碰摩故障检测的过程中,只能 根据振动信号对这种故障进行检测,振动信号本身存在很多干扰,也很难包括所有的碰摩故障特征,导致故障检测不准确.为解决上述问题,提出采用改进关联规则挖掘的强震动环境下的发动机碰摩故障检测方法.针对飞机发动机碰摩数据进行关联聚类处理,获取样本空间的分类矩阵,并对发动机碰摩数据进行更新.根据更新结果,计算发动机碰摩数据关联概率值,得到概率决策,针对飞行器碰摩数据进行关联规则挖掘,实现发动机碰摩数据故障优化检测.实验结果表明,利用改进关联规则算法进行强震动环境下的发动机转静碰摩故障检测,极大的缩短了检测时间,降低了漏检率,提高了检测精确度.     

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．     

某单级压气机试验件叶顶碰摩特性研究

对某型压气机单级试验件气动性能试验中轴系振动特性进行了监测与分析,结果表明,背压变化会导致动叶叶顶与机匣发生碰摩现象,引发轴系低频高幅冲击振动,并给出了引发该型压气机叶顶碰摩的主要因素,以及避免碰摩引起高幅振动的主要改进措施,为轴流压气机级气动特性试验的安全运行提供参考.     

基于非线性动力学的水电机组操作油管振动故障研究

贯流式机组操作油管与受油器浮动瓦碰摩现象会引起操作油管的异常振动，导致漏油、窜油现象，为更好地保证水电机组的安全运行，在考虑水电机组运行过程中常见频发性故障的情况下，建立包含定转子电磁激励影响和操作油管不对中故障的操作油管-转子振动碰摩的动力学模型及微分方程，采用数值积分法对操作油管径向振动随油管不对中量、励磁电流大小和定子刚度系数等参数变化的非线性动力学特征进行分析，使用时域波形图、频谱、轴心轨迹图、庞加莱截面图和分岔图等多种手段表征系统耦合故障下的动力学响应，发现碰撞摩擦、不平衡磁拉力等因素对机组振动的影响较大，相关研究可为工程实际中多故障源激励耦合造成机组异常运行、停机等现象提供耦合故障类型诊断思路。     

基于小波包分析及神经网络的汽轮机转子振动故障诊断

根据Bently实验台所采集的碰摩、松动、不对中、不平衡4种典型汽轮机转子振动故障信号,运用小波包分析方法对其进行能量分析并提取故障特征.分析结果表明:小波包分析与信号能量分解的故障特征提取方法,可以获得汽轮机转子振动的故障状态,有较好的故障区分度;另外由于经过小波包分解再重构后所提取的故障特征参数浓缩了汽轮机转子振动故障的全部信息,而BP神经网络具有优良的非线性映射能力,对提取的故障特征参数应用BP神经网络映射,可对汽轮机转子振动故障进行进一步的诊断.诊断结果表明:基于小波包分析及神经网络的故障诊断方法,具有较高的故障识别能力.     

三维实体转子系统热-结构耦合响应分析

以某型航空发动机高压转子系统为研究对象,基于不均匀分布稳态温度场,建立了某高压转子系统三维实体单元有限元模型以及稳态温度场下转子系统热-结构耦合振动方程,利用热-结构-动力学耦合理论,采用间接耦合法,通过稳态温度场分析和静力分析生成热应力,然后进行预应力模态分析,最后利用模态叠加法进行不平衡量和热弯曲耦合响应分析,实现热-结构-动力学耦合计算.通过稳态温度场对典型级盘稳态响应影响的分析以及不平衡量与热弯曲耦合稳态响应分析,发现耦合响应对转子系统各级盘的振动响应有较大影响.     

大型汽轮发电机组现场动平衡试验研究进展

对于高参数、高效率、复杂轴系的大型超临界汽轮发电机组,启停成本过高,提高轴系动平衡的精度与效率,成为降低轴系动平衡的成本的关键要素。介绍了转子不平衡故障机理与振动特征,梳理了基于振动信号处理及深度学习的轴系不平衡故障识别方法,并列举了多种轴系动不平衡量的计算方法,建立了现场轴系动平衡治理框架。该框架融合了转子不平衡识别、动平衡修正以及轴系动平衡的影响系数数据库的建立,提高现场动不平衡识别精度。分析表明,高效动平衡能有效降低轴系振动,并成功应用于转子热弯曲、动静碰磨等多种故障预防中,提高汽轮发电机组的安全可靠性。同时,若加重量较大时,应采用高密度平衡块,能降低不平衡块的分散度,可进一步提高动平衡的效果。     

热致轴向窜动引发的双盘转子扭转振动分析

以航空发动机整机系统的结构特点及复杂的运行环境为研究背景,运用Lagrange方法建立双盘转子在不平衡激励和轴向窜动影响下的弯扭耦合动力学模型;针对温度非均匀分布以及热膨胀性质引起的转轴轴向窜动,导出转/静盘面接触时环带面摩擦力与摩擦力矩表达式;最后采用4阶Runge-Kutta方法对系统进行数值求解.对系统进行动力学分析的结果表明,对于非对称双盘转子结构,热膨胀所积蓄的温度内力引发的转子轴向窜动将改变转子系统的固有特性,所产生转静件盘面环带面摩擦力与力矩,是造成转轴扭转振动的关键因素之一.     

转子动力学研究进展

本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.     

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.     

某发动机外场地面试车振动监测限制值确定研究

针对某发动机缺乏外场地面试车振动监测限制值,严重影响安全使用的客观事实,在对该型发动机结构特点分析的基础上,借助于转子动力学有限元技术,建模分析了该发动机的转子动力学特性,明确了应重点监测燃气涡轮机匣处振动,为外场振动实测提供了理论指导.结合大量的外场实测振动数据分析,基于旋转机械振动监测限制值确定的通用原则,初步给出了工程适用的外场地面试车振动监测限制值建议.     

罗茨真空泵转子磨碰故障的诊断与在线监控

通过对罗茨真空泵转子磨碰故障机理进行研究,以及对现场故障模拟分析发现,罗茨真空泵的转子磨碰故障的特征实际上表现在啮合齿轮载荷波动引起的啮合振动及其边频,通过对齿轮啮合频率及其边频的实时在线监测,可以有效地捕捉到早期故障信息,避免重大恶性事故。本文提出的冲击能量捕捉法对于监测其他转子磨碰故障也有很大的实际意义。