陀螺效应对不同质量转子系统的模态影响研究

为研究陀螺效应对不同质量转子系统振动特性的影响,在其他转子部件和轴承不变的情况下,通过更改转轴的内径,获得不同质量的转子系统。考虑陀螺效应,对各转子系统进行不同刚度下的临界转速计算,探究刚度变化对不同质量转子系统临界转速的影响规律。研究发现随刚度的增加,存在一个刚度值,使不同质量转子临界转速的变化趋势发生变化。对不同质量的转子系统分别进行有无陀螺效应影响下的模态计算,对比分析各阶临界转速在两种情况下的偏差值,发现考虑陀螺效应的临界转速比未考虑陀螺效应的临界转速要高,而且陀螺效应对各临界转速影响不同。通过对比不同质量转子系统临界转速的偏差值,发现转子系统质量的大小对陀螺效应的作用效果也有一定影响。研究成果可为旋转机械转子系统的设计和工程校核提供参考。     

单叶片螺旋离心泵水力平衡性能优化

为了研究螺旋离心泵水力平衡性能的优化效果,以一台单叶片螺旋离心泵为例,采用3种切割出口边形式,通过CFX15.0对泵流场进行非定常计算,对比分析了不同切割形式下径向力和扬程随时间的变化情况,利用SAMCEF研究了转子的临界转速及振型,并分析了在径向力激励下转子系统的瞬态响应。结果表明,不同切割形式下,作用于叶轮的径向力均呈周期性变化,周期与叶轮旋转的周期相同;径向力恒定值的大小随切割角度的增大而降低,扬程亦随切割角度的增大而降低;设计转速下,转子系统不会出现共振情况,振幅随切割角度的增大而减小,切割角度为30°时振动最小,且扬程达到要求。     

基于流固耦合的卧式轴流泵叶轮模态分析

研究轴流泵转轮的振动特性,对于避免轴流泵工作时发生共振、保证水泵安全稳定运行有重要意义。运用有限元软件ANSYS Workbench,结合流固耦合方法,分析某泵站卧式轴流泵的模态,计算轴流泵叶轮转子在空气和水中的各阶固有频率及其振型,并分析了叶轮固有频率的变化规律及其原因。结果表明,水介质会引起叶轮各阶固有频率的降低,各阶固有频率降低系数的范围为0.10~0.38,降低系数大小与各阶振型有关,水中振型和空气中的振型相似,振幅有所减小,水体的附加振动质量是引起叶轮各阶自振频率降低的原因。     

考虑陀螺效应的增压器转子动力特性分析

借鉴对称矩阵的子空间迭代法思想,将辛子空间迭代法应用于增压器系统,以某增压器转子为例,充分考虑涡轮增压器的特殊性,建立了涡轮增压器转子的有限元模型,并在计算模型中综合考虑了轮盘的陀螺力矩,转动惯量、支承和轴套等因素,分别计算了增压器转子在不同支承刚度下临界转速、振型的变化趋势,分析了支承刚度对增压器转子动力学特性的影响.计算结果表明:改变支承刚度可以有效地调整该增压器转子的临界转速,但对转子各阶临界转速振型影响不大.     

涡轮增压器转子系统的模态分析和临界转速计算

对涡轮增压器转子系统分别采用三维实体模型法和一维梁单元模型法进行了模态分析和临界转速计算,得到了其固有频率、临界转速及各阶振型。结果显示:三维实体模型法计算出的各阶振型与一维梁单元模型法得到的结果相同,但固有频率和临界转速略高于一维梁单元模型法得到的结果,说明三维实体模型的刚度大于一维梁单元模型的刚度。对临界转速和滑动轴承油膜刚度的关系进行了计算,计算结果表明:刚度在一定范围内,临界转速避开了涡轮增压器的工作转速。     

某500 MW汽轮机机组中压转子振动特性计算分析

为了分析某500 MW汽轮机机组中压转子在经过临界转速过程中的安全性,对该机组实际运行中发生振动最大的中压转子进行了振动特性计算与分析.采用自己开发的转子动力学软件计算得到中压转子的第一、第二阶临界转速,分别求得转子在第一阶临界转速和3 000 r/min转速下的最大弯曲静挠度,通过静挠度分析程序计算得到不同转速下对应的等效重力加速度,最后在Ansys中通过施加等效重力加速度模拟了不同转速下转子的不平衡离心力,并施加此离心力载荷来计算分析不同转速下转子的弯曲等效应力分布.结果表明:第一阶临界转速和3 000 r/min转速下的等效重力加速度分别为10 m/s2和1 m/s2;计算得到的各种工况下的最大弯曲等效应力均远小于该材料的屈服极限.     

五级导叶式离心泵轴心轨迹的试验测量

鉴于多级离心泵轴心轨迹研究较少的问题,对五级导叶式离心泵的能量性能和轴心轨迹进行了试验测量。结果表明,设计工况下五级导叶式离心泵的扬程为165.40m、效率为72.84%;测点的轴心轨迹时域在x向呈现周期性的畸形正弦波,在y向呈现周期性的畸形余弦波;前轴承测点A1的轴振变化幅度大于后轴承测点A2的轴振变化幅度,前轴承B2的振动比后轴承B1的振动更强;设计工况下,前轴承测点A1的轴心轨迹呈现近似八字形分布,后轴承测点A2的轴心轨迹呈现近似椭圆分布。研究成果可为多级离心泵的振动特性分析提供参考。     

大型汽轮发电机组基础-轴系耦合振动的一种计算方法

介绍了用子结构传递矩阵法计算大型汽轮发电机组基础-轴系耦合振动.利用该法可以在IBM-PC机上方便地计算轴系-轴承-基础组成的复杂系统的转子临界转速、基础固有频率、振型和不平衡激振力的响应.     

基于流固耦合的离心风机叶轮动力特性分析

采用数值计算软件CFX和Ansys对离心风机叶轮进行了流固耦合模拟研究,对叶轮的强度、模态和振动特性进行了计算和分析.结果表明:考虑流固耦合作用后,风机的气动性能几乎没有变化,但是叶轮最大总变形量减小2.5％,最大等效应力增大3.6％;考虑预应力效应后,叶轮的固有频率提高,且不同阶次条件下的提高幅度不同;在稳定运行工况下,叶轮周围气流压力的主要脉动频率与叶片通过频率相同;叶轮的固有频率部分落入局部共振区域,该区域的等效应力远小于叶轮材料的疲劳极限,不会导致叶轮疲劳破坏.     

汽轮机转子模型振动特性的实验与计算分析

搭建了最高转速为8 000 r·min-1的转子振动测试实验台,使其可以实现单双跨转子动平衡和临界转速的振动测试。用幅频图法测量转子模型的临界转速,实验测得转子的转速—振幅图,由于副临界转速的存在,所以不能确定振幅波峰是转子的临界转速还是副临界转速。为了区分副临界转速和临界转速,利用ANSYS软件对转子进行模态模拟计算,判定了转子的临界转速和副临界转速。用影响系数法将不平衡转子进行实验配平,通过动平衡前后振动波形图、幅频特性图和轴心轨迹图的比较,证明了动平衡实验取得了良好的效果。     

基于流固耦合的风力机模态分析

风力机大型化的发展趋势对风力机自身动力学特性的要求越来越高,开展风力机模态分析对于风力机的设计至关重要。文章采用k-ωSST紊流模型和滑移网格技术,对美国国家可再生能源实验室5 MW海上风力机进行了流固耦合模态分析。结果表明,旋转风轮中各叶片变形相互影响,并与轮毂的弹性变形成为一个耦合系统,其固有频率相对于单叶片有较大幅度降低;动力刚化效应使得叶片的固有模态频率增加;考虑风轮的流固耦合效应时,风轮的自振频率要比不考虑流固耦合效应时低;整机在流固耦合作用下一阶模态值大于旋转频率,大于波浪的频率,不会发生共振。     

多跨转子系统联轴器偏角不对中试验研究

为了减少多跨转子系统联轴器不对中故障,建立了双跨-三支撑转子系统试验装置,对试验转子系统进行有限元分析,将有限元结果与试验测得的临界转速进行对比验证,并测得联轴器偏角不对中条件下转子系统频谱图、轴心轨迹和时域波形。结果表明:随着偏角不对中量的不断增大,转子系统在通过临界转速时,1倍频振幅的提升倍率呈递增趋势;转子升速过程中,在不对中量的影响下,2倍频伴随整个升速过程,且轴心轨迹呈现"8"字形;在不对中量的影响下,3倍频在通过临界转速时的振幅提升倍率最大;对于双跨-三支撑转子系统,与联轴器在异侧的转子受联轴器偏角不对中振动的影响很小。     

汽轮机轮盘质量及位置对转子临界转速影响试验研究

汽轮发电机组在临界转速时转子的振幅急剧增大,造成动静之间碰摩,给机组带来一定的危害。转子临界转速的计算方法多种,但是往往计算结果与实际误差较大。通过伯德图法、频谱分析法和李莎茹图法进行转子临界转速测量,实验结果显示3种方法所测结果基本一致,并确定选取伯德图法测量转子临界转速较为准确;通过改变转子上轮盘的质量和位置变化,利用伯德图进行转子临界转速测量,得出随着质量的增大转子临界转速会减小,在偏离转子中心位置较远处影响不大;相同质量情况下,轮盘偏离转子中心越远,转子临界转速增加得越快。该试验结论可指导工程实践,对现场临界转速的计算、仿真和实验起到一定的借鉴作用。     

基于遗传算法的转子结构优化设计

采用基于遗传算法的转子结构优化设计方法,以转子系统的各阶临界转速与设定的各阶临界转速偏差最小为目标函数对轮盘位置进行优化设计。提出综合采用随机权重和、稳态繁殖及精英保留优化策略,改善了优化性能。通过单跨转子的优化设计,验证了该方法的优越性。     

非线性弹性转子系统碰摩的动态特性

在同时考虑轴承油膜力、转轴非线性弹性力和碰摩发生时转静件问的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上，构造了具有碰摩故障转子一轴承系统的动力学模型，对系统在运行过程中的非线性行为进行了数值仿真分析，发现在亚临界转速区，系统响应主要以周期运动为主，在半倍临界转速附近有短暂的混沌运动。在临界转速区，系统响应为周期运动，振幅相应增大。在超临界转速区，系统响应以混沌、周期分频和拟周期为主要运动形式。不同的速度影响因数对系统的响应也具有一定的影响。该结果为转子-轴承系统的故障诊断提供了一定的参考。     

转速对导叶式液力回收透平性能的影响

为了研究转速对导叶式液力回收透平性能影响的特征和规律,采用CFD方法对960～2 960 r/min(间隔500 r/min共5组)转速下运行的含导叶部件的离心泵反转作液力透平进行了数值计算。结果表明:不同转速下透平的外特性曲线变化趋势基本一致,最佳工况的效率及比转速较为接近,改变转速对提高透平在偏工况下的运行效率效果显著;降低转速在外部流量和压差均降低的条件下较为适宜,提高转速在外部流量和压差均升高的条件下较为适宜,当调节转速不能完全适应外部条件的变化时,需采取其他调节方式配合实施;提高转速后透平的工作流量范围变宽,该范围内扬程和功率曲线变陡;降低转速工作流量范围缩小,该范围内的扬程与功率曲线相对平坦;随着转速的提高,流量换算系数K_Q、扬程换算系数K_H及功率换算系数K_P均呈先增大后减小的趋势,各换算系数均接近于1,表明比例定律能够较好地预测导叶式液力透平的最佳工况性能。     

电站轴流风机旋转失速工况下的叶轮静力特性研究

基于Realizable k-ε湍流模型对某电站轴流风机旋转失速工况下的流场进行了数值模拟,并基于有限元分析方法结合流固耦合理论,利用Ansys软件对旋转失速工况下的风机叶轮进行流固耦合研究.结果表明:风机进入旋转失速状态后,叶轮内存在一个与叶轮旋转方向相同的失速团;叶轮的等效应力分布主要受离心力载荷的影响,旋转失速对叶轮等效应力分布的影响较小,叶轮的最大等效应力小于材料的屈服强度,未达到屈服状态;气动力载荷对叶轮的总变形量有显著影响,旋转失速发生后,失速团中心所在区域的总变形量最大,较设计工况下增大了72.2%.     

水轮发电机组在不平衡磁拉力及密封力下振动特性分析

通过将气隙磁导展开为Fourier级数得到不平衡磁拉力的解析式,建立了考虑电机磁极对数分布的不平衡磁拉力及水轮机转轮线性密封力的水轮发电机组轴系动力学模型,并推导了其运动微分方程.基于Matlab仿真工具采用四阶五级Runge-Kutta法对系统进行了数值分析计算,对比了发电机励磁电流及发电机转予质量偏心对转子转轮系统横向振动的影响.结果表明,励磁电流及质量偏心对转子转轮横向振动的影响均较为明显;同质量偏心相比,励磁电流增加到某一程度会显著加大发电机转子的振幅.     

双跨转子联轴器偏角不对中试验测量与分析

转子系统联轴器不对中是旋转机械频发的故障之一,尤其体现在多跨多轴系转子系统。模拟双跨-三支撑转子系统建立有限元模型,利用坎贝尔图得出一阶临界转速;搭建双跨-三支撑转子系统试验装置,试验测得在联轴器偏角不对中故障影响下,转子系统振动的频谱图、轴心轨迹和时域波形,分析转子系统振动特性。试验结果表明:随着偏角不对中量的不断增大,转子系统在通过临界转速时,1倍频振幅的增长倍率呈现递增趋势;转子在升速过程中,在偏角不对中故障影响下,2倍频伴随升速过程,且轴心轨迹会呈现"8"字形;在偏角不对中故障影响下,3倍频在通过临界转速时,其增长倍率最大;对于三支撑系统,与联轴器不同侧的转子系统受到联轴器偏角不对中振动的影响很小。     

600MW汽轮发电机组转子-轴承系统的模态分析

针对600MW汽轮发电机组转子-轴承系统,建立了系统运动方程和转子模型,采用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,计算汽轮机转子的固有频率和临界转速,从而避免工作转速接近临界转速产生共振.最后通过临界转速和振型图分析转子的特性.