轴向柱塞泵-电机组转子系统临界转速及不平衡响应分析

临界转速及不平衡响应分析是采用转子动力学研究转子系统动态特性的基础。以斜盘式轴向柱塞泵-电机组转子系统为研究对象,通过Riccati传递矩阵法、Prohl传递矩阵法和有限元法分别对转子系统进行了临界转速的计算,结果表明电机轴及联轴器的存在降低了轴向柱塞泵-电机组转子系统的临界转速,并证明了Riccati传递矩阵法在计算大型转子系统的优势;此外,通过模拟流量脉动及侧向径向压力引起的转子不平衡状态,得到转子系统的不平衡响应特性,结果可表明,流量脉动及侧向径向压力主要激发了转子系统的二阶固有频率,其不平衡响应最剧烈处位于转子系统两端。     

弹性基础对转子-可倾瓦径向滑动轴承系统瞬态响应的影响

提出一种分析转子-可倾瓦径向滑动轴承-弹性基础系统瞬态响应的方法,该方法考虑了轴颈涡动对可倾瓦径向滑动轴承动特性的影响,同时计入温度、流态变化的影响。建立转子-可倾瓦径向滑动轴承-弹性基础动力学方程,研究弹性基础振动参数对转子-可倾瓦径向滑动轴承系统瞬态响应的影响规律。结果表明,滑动轴承动特性可以改变转子轴心轨迹;随着基础刚度的减小,转子系统的瞬态响应增大,随着基础阻尼的增大,轴心轨迹响应曲线幅值变小;阻尼的增大不会改变转子轴心轨迹稳定时收敛的位置。     

核电厂电动主给水泵热启动的振动特性试验

试验研究了某国产压水堆核电机组(CPR 1000)电动主给水泵压力级转子热启动过程的振动特性,并提出优化运行措施。采用高采样率的振动数据采集设备,测试电动主给水泵在50%负荷、100%负荷联锁启动及再循环工况热启动时压力级泵的振动信号,发现启动过程中压力级转子存在振动较快上升然后缓慢下降至稳定的现象。通过分析振动趋势图、振动频谱图及振动轴心轨迹图等认为这属于渐变性强迫振动,振动变化至稳定的时间约为20min。根据压力级转子的结构特点,建立带初始热弯曲的Jeffcott转子动力学模型,分别研究弯曲变形和质量偏心的影响,认为压力级转子热备用期间存在暂态热弯曲是导致渐变性热致振动的主要原因,且通过实测壳体端面的热成像图得到验证。电动主给水泵的振动特性表明,热启动过程中应分别设置瞬态振动延时保护与稳定运行期间的振动定值保护。     

重型燃机转子的热弯曲变形及振动响应分析

转子的热弯曲变形是透平旋转机械热启动出现较大振动的原因之一。燃机停机后,转子在静置过程中与周围空气通过自然对流进行热交换,由于转子上下部冷却的热效率不对称,轴截面将产生温度梯度,转子发生热弯曲变形。分析了停机后的静置过程中,转子在自然对流冷却条件下截面的温度分布、温差变化及热弯曲变形。结果表明:随着静置时间延长,轴截面的温差和转子的热弯曲变形都先增大后减小,但二者的峰值时刻并不相同;若静置时间足够长,最终温差将趋于零,热弯曲变形消失。进一步通过求解弯曲转子的运动方程分析了不同时刻热弯曲变形转子热启动时的振动响应,给出了热弯曲转子热启动时,发生可接受振动水平的允许静置时间。同时验证了转子在发生最大热弯曲变形时刻热启动时,低速盘车对热弯曲变形的有效消除作用。计算结果对燃机转子的正常启停及安全运行具有现实参考意义。     

刚性飞轮转子-基础耦合系统的径向振动分析

以600Wh飞轮储能系统为研究对象,建立转子-基础系统的径向耦合动力学方程,通过数值积分法分别分析了不同飞轮转速对基础振动的影响和不同基础径向支承刚度对飞轮转子振动的影响,并采集了飞轮储能系统某一转速下的试验数据,与仿真结果对比,验证仿真结果的准确性。结果表明:定转子在平动和倾斜运动过程中都会受到转子固有频率,定子固有频率,不平衡量三个主要激励,改变飞轮转速或基础径向支承刚度会影响三个激励对应的频率分量和幅值。     

主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的非线性动力学

用有限元法建立了任意个由滚动轴承组成的固定间隙备用轴承-主动电磁轴承-多盘多质量转子系统在主动电磁轴承失效前后的动力学方程,以一个多盘转子系统为例分析了主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的瞬态非线性动力学特性,讨论了柔性备用轴承的支撑刚度、支撑阻尼和间隙对转子在坠落过程中动力特性的影响。结果表明采用具有较大阻尼柔性结构的备用轴承能够显著地改善转子坠落在备用轴承上的瞬态动力特性,抑制转子在坠落过程中可能出现具有较大振动和冲击力的全间隙区的涡动运动,减小转子坠落对备用轴承寿命和可靠性的影响。柔性结构备用轴承的支撑阻尼越大,支撑刚度越小,间隙越大,转子坠落后出现全间隙区涡动运动的可能性越小。     

滚轮支承卧式离心铸造机横向振动性能分析

为抑制不良振动并提高炉管产品的品质,需准确分析离心铸造机的横向振动特性.对滚轮式离心铸造机滚轮支承的刚度和阻尼进行了分析计算.在综合考虑支承偏转刚度、型管转动惯量和陀螺效应的情况下对经典的传递矩阵法进行了改进,建立了更为准确的离心铸造机转子系统振动模型,得到了离心铸造机转子系统横向振动的各阶有阻尼固有频率以及不平衡响应曲线.分析了不同支承间距对离心铸造机转子系统横向振动特性的影响,为离心铸造机滚轮支承的结构优化和合理布置提供理论依据.     

多平行轴齿轮耦合转子系统的振动响应

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统膨胀机子系统为研究对象,建立了斜齿轮啮合副动力学模型和转子系统有限元模型,考虑了齿轮啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向的影响,推导出齿轮啮合刚度矩阵。基于模态叠加法,对弯-扭耦合转子系统膨胀机子系统进行了固有特性分析和瞬态方式的不平衡响应分析,得到齿轮啮合前、后系统加载处的不平衡响应变化曲线。研究表明,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,系统可能会在某个非固有频率处不平衡响应进行积累叠加,出现最大振动的现象,同时识别出共振峰的产生机理。齿轮耦合对转子系统动力学特性产生了很大的影响,使系统振型表现为耦合振型,必须以耦合的方式分析系统的振动特性,为防止系统发生大的振动提供依据,对齿轮系统的设计和故障分析具有指导意义。     

变频电机转子临界转速有限元计算

采用有限元法对某变频电机转子进行了模态分析,计算得到了转子的临界转速、固有频率和振型.通过临界转速和振型图分析了转子的振动特性.计算结果表明,转子的设计具有良好的结构刚度,转子系统临界转速安全系数合理.最后对比了有限元法和传递矩阵法的临界转速计算结果,证实了有限元法的准确性.     

不同自由度耦合斜齿轮转子系统的振动特性

以一个两对斜齿轮耦合的三平行轴转子系统为研究对象,考虑静态传递误差和齿轮几何偏心等因素的影响,建立了全自由度通用齿轮啮合动力学模型。将其与转子系统有限元模型进行耦合,建立了平行轴系齿轮转子系统有限元模型。转子系统采用梁单元模拟,齿轮之间的啮合通过啮合刚度矩阵和阻尼矩阵模拟,并分析了不同自由度耦合下系统的固有特性和振动响应特性。研究结果表明,考虑弯扭耦合和弯扭轴摆耦合会产生较多的弯扭耦合频率,响应计算结果出现的峰值点均对应系统的固有频率,而考虑弯扭轴摆耦合可以更好地表征系统的不同自由度的耦合振动情况。此研究结果可为齿轮耦合转子系统设计提供参考。     

转子热弯曲变形及其影响的数值分析方法

研究了转子热弯曲及其对振动影响的数值分析方法。采用三维有限元法计算轴的温度场及热弯曲变形，或采用一阶振型分配法估算轴的热弯曲变形，采用传递矩阵法计算热弯曲振动响应，计算结果与有关理论解吻合良好。这些方法在热弯曲试验器分析中得到了验证。本文提出的数值分析方法可以用于实际发动机转子热弯曲及其影响的分析     

转子对高压涡轮叶尖间隙变化规律的影响

基于涡轮叶尖间隙主动控制的需要,初步分析了涡轮叶尖间隙的变化机理,建立了机匣、叶片和转子的简化模型。在此基础上,分别仿真计算转速变化和发动机起动过程瞬态温度下转子的径向变化,讨论了转子在飞行器机动飞行情况下的振动幅值对叶尖间隙的影响。结果表明,转子振动幅值和径向位移对叶尖间隙变化有重要作用。     

一种硅/二氧化硅双层微悬臂梁温度传感器

利用IC工艺和微机械加工技术制作了一种硅／二氧化硅双层微悬臂梁温度传感器。基于硅和二氧化硅两种材料热膨胀系数的差异，不同温度下梁的挠度不同，其形变可通过位于梁根部的压敏电桥检测。理论计算和实验结果表明：压敏电桥输出电压与温度成线性关系。对器件结构进行了优化设计，实验探索了提高传感器测量重复性的时效处理工艺。该温度传感器可用于瞬态温度的测量。     

Characteristics analysis of aero-engine whole vibration response with rolling bearing radial clearance

For the influence of rolling bearing radial clearance on the whole vibration in the aero-engine whole system, a real engine rotorbearing- casing whole model is established. The rotor and casing systems are modeled by means of FEM; the support systems are modeled by lumped-mass model; rolling bearing radial clearance and strong-nonlinearity of Hertz contact force at four different supports are considered. The coupled system response is obtained by the numerical integral method. The characteristics of the whole vibration response are analyzed. For rolling bearing at a typical support, the rotor, outer ring of rolling bearing and casing response characteristics at different rotating speeds are analyzed. The changing law of contact forces for each ball and the global contact forces at different speeds are analyzed. The influence of the radical clearance on the contact forces on the whole vibration is analyzed. The results show that the contact forces will be larger and the acceleration amplitude jumps obviously when the radial clearance is increased, and due to the variable stiffness of the rolling bearing, the natural frequency will appear when the stiffness changes fiercely, that is frequency-locked phenomenon. When the radical clearance is larger and the rotating speed is between two critical speeds, the rotor squeezes the outer ring now and then. Reducing the radical clearance can reduce the whole vibration and increase the rotor’s stability.     

Three-Dimensional Flow–Heat Coupling Model of a Wavy-Tilt-Dam Mechanical Seal

A three-dimensional flow–heat coupling model of a wavy-tilt-dam (WTD) mechanical seal is established to study the heat transfer in both the fluid and the solid domains. The upwind scheme is used to ensure the convergence of the numerical calculation. The inlet temperature boundary condition is discussed and two modified inlet boundary condition methods are proposed to eliminate the noncontinuity of the film inlet temperature. The method where the temperature gradient in the radial direction is assumed constant gives more reasonable results than the method where the temperature is assumed to vary linearly along the film thickness direction. The results show that the highest temperature is located near the inlet due to the waves, which will cause a backflow along the converging spaces formed between the rotor and seal faces (convex segments of the wave) in the circumferential direction. The thermal deformation in the radial direction is larger than the deformation that is caused by waves in the circumferential direction. In addition the deformation will increase the taper, which will result in an increase in the minimum film thickness. A parametric study shows that the maximum temperature of the film will decrease as the wave number increases. The rotor speed and pressure difference will obviously affect the performance of the WTD seal.     

The nonlinear and ball pass effects of a ball bearing on rotor vibration

A ball bearing is generally assumed as a linear spring in rotor dynamic analysis. In real case, the force equilibrium of the bearing is changed as the relative position, of each ball with respect to the direction of radial force. So, the stiffness of the bearing is also changed and is a function of time and position. In this study, the nonlinear characteristics of a ball bearing are considered in analyzing the vibration response of a rotating shaft due to an unbalance force. A finite element method is used to analyze the vibration characteristics of a rotor-bearing system and a direct numerical integration is performed to calculate the transient response of the rotor system. The responses are converted to the frequency domain and the effects of the parametric excitation due to a ball bearing are examined. The test rig for the investigation of the effect of a ball bearing on the rotor vibration is set up and the results are compared with those of numerical calculation. The calculation results show that the amplitudes of the nonlinear model are larger than those of the linear one. The frequencies of the calculations can be matched to the measured frequencies.     

圆柱轴类零件径向与轴向热变形异常现象研究

通过实验发现了直径和长度相同的轴在径向和轴向具有不同的热变形量,传统的热力学理论不能解释这一现象。利用固体物理学晶格振动理论,推导了晶体体积膨胀系数与线膨胀系数之间的关系;将金属材料近似为晶体材料,利用线膨胀系数与体积膨胀系数的关系并结合对材料线膨胀系数研究的成果,建立了轴类零件径向热变形模型,理论分析证实了轴类零件径向热膨胀系数与轴向热膨胀系数不同。实验结果表明:轴类零件径向热变形模型计算结果较传统热力学计算结果更接近实验结果,且径向和轴向具有不同的热膨胀系数,在高精度领域,轴类零件的径向热变形不能使用轴向热膨胀系数进行计算。     

微型涡轮发动机转子系统振动性能研究

以某微型涡轮发动机转子系统为对象,建立了两种不同的有限元模型对转子系统进行了振动性能研究.在考虑轴承径向刚度的基础上,分析了支承刚度对转子系统振动性能的影响.