支承系统的刚度对转子动力特性的影响

转子的动力特性受到很多因素的影响,其中,支承系统的刚度是一个重要因素。通过在有限元分析软件ANSYS中建立某小型燃气轮机支承系统的三维有限元模型,分析了其静刚度和动刚度。以该燃气轮机的压气机转子为例,文中考察了支承系统的刚度对其临界转速和稳态不平衡响应的影响。计算结果表明,与仅考虑轴承的支承刚度相比,同时考虑支承系统刚度的情况下,压气机转子的第一阶临界转速下降了约54%,其第一级叶轮的稳态不平衡位移响应的峰值下降了56.9%。     

电磁轴承支承的透平膨胀机转子系统模态分析

针对电磁轴承支承的高速透平膨胀机转子系统,利用ANSYS软件建立详细的三维实体模型,并采用适当方法生成合理的有限元模型,对电磁轴承在转子系统中的模拟和作用进行探索.使用一组实测的控制器参数,结合电磁轴承系统的实际结构和刚度阻尼的计算方法,计算电磁轴承的刚度阻尼系数.并以此为输入参数,经ANSYS模态分析得到该转子系统的前8阶临界转速和模态振型.其中前6阶临界转速远低于系统工作转速,对应为系统的扭转、轴向平动或刚体摆动振动模态;后2阶临界转速接近系统工作转速,对应一阶弯曲振动模态.计算结果表明,系统在现有结构及参数条件下不能按预定的工作转速稳定运转,需要改进设计.由计算结果分析知道,轴向电磁轴承对转子系统动力特性有一定影响,某些情况下不能忽视.理论计算结果与试验情况基本吻合,可为该转子系统设计提供理论依据.此研究思路与方法可作为同类系统动力特性研究的一种参考.     

支承方式对变循环发动机转子临界转速的影响

分析某双涵道变循环发动机转子系统结构特点,建立转子-支承系统三维有限元模型,计算、分析转子支承方式的改变对转子临界转速的影响.结果表明:以低压转子为主激励,转速在20 000 r/min内,4支点支承比5支点支承临界转速多一阶,其中第一、三阶临界转速降低,第二阶升高,第四阶基本不变.5支点方式能有效地减少柔性低压转子弯曲振动模态出现,但是会增加低压风扇盘的上下偏摆振动模态,较易发生风扇叶片与机匣的碰磨.4支点方式结构更简单,但是转子系统在高转速时需要多经过一阶临界转速,会增加转子及整机的振动.     

基于刚体模态的弹性支承转子动平衡研究

针对弹性支承形式下转子动平衡时出现刚体模态振型的问题,对双平面影响系数法与模态N+2平面向前正交法的动平衡机理进行了研究,对低速平衡后转子一阶与二阶临界转速时的振动影响规律进行了归纳,提出了弹支刚性转子模态动平衡操作方法。利用DyRoBeS软件建立了弹支—多盘转子系统模型,进行了转子动力学振型仿真计算,同时搭建了鼠笼式弹性支承结构下多盘转子实验台,进行了两种动平衡方法的临界处振动控制效果实验。研究结果表明:对高阶振型仍表现为刚体模态的弹性支承转子系统进行动平衡,影响系数法低速动平衡后可以同时降低一阶与二阶临界转速处振动幅值;模态向前正交平衡法在一阶临界处动平衡后,可有效降低一阶临界转速时的振动,同时不影响二阶临界转速处的振动幅值。     

基于ANSYS的大型异步电机转子系统动态特性分析

采用有限元分析软件ANSYS建立了大型异步电机YKS1000-4TH转子系统的集中质量-梁单元有限元模型和三维有限元模型.采用Qr damped法对两种模型进行了模态分析,求得系统的前3阶固有频率和振型,并计算出相应的主轴临界转速.最后改变油膜支承刚度,分析系统临界转速随油膜刚度的变化规律,为大型异步电机转子系统的设计提供了理论依据.     

某型微型发动机转子动力学分析

分析了某型微型发动机转子结构特点,建立了转子传递矩阵法计算模型,基于传递矩阵法进行了转子动力学分析。计算了转子临界转速,为转子工作转速设计提供理论参考;计算不同的支承刚度下临界转速的变化情况,结果表明可通过调整支承刚度实现转子临界转速的调整,以便获得满足需求的工作转速下的支承设计;最后,计算了转子的不平衡响应谱,为转子振动向机匣和机身传递的研究提供理论参考。     

高炉煤气余压透平膨胀机转子动力特性

针对TRT转子振动过高及机组运行效率低等问题,开展TRT转子动力特性的研究。采用三维软件UG进行了转子的几何建模,导入Ansys Workbench中建立了有限元分析模型,对转子动力特性-模态、临界转速和稳态不平衡响应进行了计算与分析,在此基础上用有限元模型分析了不同支承刚度和不同支承位置对转子动力特性的影响规律,并在高速转子试验台上进行了试验。研究表明,计算与试验结果相差3%以内,有限元分析结果能真实反映出转子的动力特性。支承刚度与支承位置均对转子的第1、2阶临界转速有明显影响。不平衡响应中1阶最敏感的为二级叶片位置,2阶最敏感的为头部(联轴器)位置。为其他同类型转子的动力特性计算与分析提供了参考。     

燃气轮机低压压气机转子动力特性研究

基于某型船用燃气轮机低压压气机转子的实体模型,应用网格划分软件Hypermesh,通过手动网格划分建立了压气机转子的有限元模型。利用数值仿真软件求解了转子的临界转速及转子第2级、4级、6级分别存在不平衡下的稳态不平衡响应。计算结果表明：转子具有良好的整体结构刚度,一阶临界转速安全系数合理。在压气机的设计及制造工艺中需要对转子第4级附近盘鼓的结构强度给予一定重视。     

基于ANSYS的磁悬浮挠性转子模态分析与设计

以一台磁悬浮挠性实验转子为例,结合ANSYS软件,探讨了磁悬浮挠性转子的模态设计方法,研究了支承刚度对转子模态频率和模态振型的影响,在此基础上,分析了过临界转速的磁悬浮挠性转子支承刚度的设定原则,并给出了磁悬浮实验转子的合理支承刚度范围。研究表明：影响转子模态可观性和可控性的一个重要因素是径向磁力轴承转子和位移检测环的长度之和与转子总长度的比值;支承刚度除了影响转子的模态频率外,还影响转子的模态振型,并且当支承刚度高到一定程度后,模态的可控性和可观性严重恶化,甚至可能导致磁悬浮转子过临界转速时失稳。     

轴流压缩机转子动力学特性研究

转子广泛应用于压缩机、航空发动机、汽轮发电机等旋转机械中。转子系统的临界转速和稳定性往往影响着机组是否安全运行。支承系统的刚度是影响转子动力学特性的重要因素。通过在有限元软件中建立某轴流压缩机壳体的三维有限元模型,计算得到其静刚度和动刚度,并与油膜刚度相结合,系统的研究了不同支承刚度条件下,转子系统的临界转速。在考虑等效支承刚度的基础上,根据API标准,计算转子的预期交叉耦合刚度,进而分析了该转子系统的稳定性。临界转速计算结果表明,考虑壳体刚度会降低转子系统的临界转速;稳定性计算结果表明,转子系统的稳定性符合API标准对稳定性裕度的要求。     

整体齿轮压缩机复杂系统临界负荷故障现象及机理研究

整体齿轮压缩机具有结构紧凑、效率高等特点,广泛应用在现代流程工业中。通过对实际生产中的一台整体齿轮压缩机监测,发现由于负荷调整而导致的共振现象,称为临界负荷故障。通过公式推导建立了支承刚度与临界转速之间的关系,并揭示了临界负荷故障机理。以某整体齿轮压缩机为研究对象,使用DyRoBes软件建立了该压缩机齿轮系统模型、轴承系统模型以及转子系统模型,并对比分析了负荷对齿轮系统、轴承系统和转子系统的影响,计算获得了该压缩机3个输出轴负荷与临界转速的关系。通过对比3个输出轴的额定工作转速与模型计算结果发现：该压缩机3个输出轴在负荷调整过程中,均可能发生临界负荷故障,使用多项式拟合负荷与临界转速的关系,进而计算得到3个输出轴发生临界负荷故障现象时的负荷。     

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。     

多平行轴系离心压缩机振动耦合传递特性研究

整体齿轮增速式压缩机由于其结构紧凑、效率高而在现代流程工业中得到广泛的应用,然而由于该类型压缩机为多平行轴系结构,其轴承载荷随着压缩机负荷而发生变化,使得该类转子的动力学分析异常复杂。本文以某实际压缩机组为研究对象,建立了齿轮-轴承-转子的弯曲-扭转耦合系统有限元模型。首先对未耦合的单转子进行刚性支撑下的模态分析和弹性支撑下的不平衡响应分析,并同实测结果对比以确定分析结果的可靠性。在此基础上,研究并揭示了轴承载荷导致的刚度系数变化对转子临界转速和不平衡响应的影响规律,同时对比分析不平衡振动在各个转子之间的传递特性。研究结果表明转子振动幅值会随着压缩机负荷的增加而增加,而齿轮啮合刚度会增大转子振动对不平衡的敏感程度。本论文研究结果可为齿轮增速式离心压缩机的设计以及基于模型的压缩机故障诊断提供一定的理论参考。     

驱动合成气压缩机用工业汽轮机设计分析

针对某化工企业用合成气汽轮机高参数、高转速、高功率等要求的问题,基于透平热力学理论,提出了一种反动式工业汽轮机设计方案。使用透平强度理论对汽轮机直叶片的应力进行了详细计算,使用有限元分析对调节级叶片、末级扭叶片的应力进行了详细研究,使用转子动力学理论对汽轮机转子4种不同振型的不平衡响应振动进行了详细分析。利用动平衡机对转子进行了高速动平衡试验,同时通过汽轮机空负荷试验,检查了转子的实际振动情况。试验结果表明,汽轮机的功率与转速均满足用户的要求,叶片的应力在许用范围之内,叶片强度满足要求,转子的临界转速具有足够的避开余量,转子的振幅不超过25μm,符合API612的要求;该设计方案可满足用户的要求,能广泛满足合成气压缩机的驱动需求。     

高速膜片联轴器所致离心压缩机试车振动故障的诊断与处理

针对某高速离心压缩机在厂内试车出现异常振动,通过分析试车振动现象和振动图谱,得出膜片联轴器刚度差、联轴器横向振动频率接近转子转速频率、联轴器制造精度差并存在不平衡量是造成转子试车振动异常的主要原因。最终通过增加联轴器膜片组厚度来提高膜片联轴器刚度,改变原有膜片联接螺栓的安装方向,联轴器外圆打表找最佳平衡位置的方法,使压缩机试车振动达到标准。     

双滑片椭圆转子压缩机径向间隙泄漏研究

建立了双滑片椭圆转子压缩机的径向间隙泄漏模型,对不同径向间隙的泄漏量进行了计算和分析,并和相同规格的滚动转子压缩机进行比较。结果表明:椭圆转子压缩机的径向间隙泄漏量在相同条件下大于滚动转子压缩机,两者的差值随着间隙的增大而增大,在间隙为80μm时,椭圆转子压缩机的径向间隙泄漏量最多可比滚动转子压缩机大2.352 g/s;压比对泄漏量的影响较大,在压比一定时,转速和转子椭圆面短轴和长轴之比对泄漏的影响并不明显。严格控制的径向间隙是提高椭圆转子压缩机容积效率的主要因素。     

Vibratory behaviors of Jeffcott system on cylindrical roller bearings

A Jeffcott rotor system on cylindrical roller bearings is studied in detail. Its critical speed is calculated by a new calculation method with roller bearing stiffness and damping. The influences of bearing parameters, such as the roller length, rotor mass, distance between the bearings and the kinematics viscosity of lubrication on the system critical speed are numerically studied, and the influences of an oil film and damping on the critical speed are also studied. Regular curves of the relationship between the geometric parameters and the system critical speed are obtained. The results show that with increasing roller length and radial load, the critical speed increases; and with increasing rotor mass and the distance between the bearings and the kinematics viscosity, the critical speed decreases. This means that an oil film will decrease the critical rotational speed of the rotor system.     

Unbalance Response of a Super-Critical Rotor Supported by Foil Bearings—Comparison with Test Results©

This article compares theoretical and experimental results on the unbalance response of a super-critical rotor supported by two kinds of gas foil bearings. Analysis of the super-critical rotor is performed with viscoelastic foil bearings (VEFB) and conventional bump foil bearings and compared with early published experimental data. The vibration orbits obtained by theoretical investigation on the viscoelastic foil bearings (VEFB) and the conventional bump foil bearings are compared with the experimental vibration orbits of the super-critical rotor supported by both foil bearings. A numerical analysis program can calculate the static and dynamic characteristics of the elastically supported gas foil bearing using the measured stiffness and damping of the elastic foundation. After the stiffness and damping of both foil bearings are calculated using the perturbation method, vibration orbits of the flexible rotor modeled by the finite element method are calculated. Vibration orbits calculated by numerical analysis agree well with experimental data when the vibration amplitude is small and the rotating speed is below the bending critical speed. The numerical results also show that the enhanced structural damping of the elastic foundation reduces vibration near the bending critical speed.