基于旋转软化的汽轮发电机组轴系振动研究

利用有限元法建立了汽轮发电机组轴系试验台模型,分析了陀螺力矩、应力刚化及旋转软化效应对弯曲和扭振模态的影响,导出了相应的动力学方程,运用程序计算了该轴系试验台模型的扭转、弯曲及弯扭耦合振动.结果表明：扭转振动影响到轴系的安全运行,存在多种形式的弯扭耦合振动;旋转软化效应对第一、第二阶弯曲反进动模态产生显著影响;应力刚化效应进一步提高了第三阶弯曲正进动模态频率;考虑应力刚化及旋转软化效应的影响,可求得扭振模态频率及临界转速;与梁模型相比,采用实体单元时的仿真度高,计算结果更准确.     

小型风力发电机叶片模态特性分析

以800W水平轴风力发电机叶片为对象,研究其叶片的模态特性．从理论上介绍了应力刚化和旋转软化对叶片固有频率的影响,并给出了考虑应力刚化和旋转软化效应的振动方程;利用ANSYS软件建立了有限元模型,分别对风力发电机叶片在仅考虑应力刚化或旋转软化时,以及同时考虑应力刚化和旋转软化时的模态特性进行了计算分析．计算结果表明：应力刚化对固有频率的影响比旋转软化大;仅考虑旋转软化时,叶片的固有频率比零旋转角速度时低;而综合两者的影响时,叶片的固有频率比零旋转角速度时高．     

考虑旋转软化效应的涡轮叶片模态特性研究

在献（３）的基础上,进一步探讨了高速旋转时,离心惯性力产生的旋转软化效应对增压器涡轮叶片模态特性的影响。介绍了旋转软化效应的理论基础,给出了考虑旋转软化效应的三维振动方程有限元列式。在一维情形下,进行了旋转软化及应力刚化模态问题的讨论。对献（３）中的涡轮进行了仅考虑旋转软化效应及同时考虑旋转软化和应力刚化的模态分析。计算结果表明,仅考虑旋转软化时,旋转状态涡轮叶片的固有频率较零速时低;但与应力     

风力机旋转风轮振动模态分析

对水平轴风力机旋转风轮振动模态计算分析方法和影响固有频率计算结果的因素进行了研究。应用多体动力学的方法，探讨了旋转叶片动力刚化效应产生的原因；考察了叶片动力刚化效应以及玻璃钢／复合材料的各向异性性质对叶片振动模态的影响；通过自行开发的前处理软件建立叶片实体模型，运用ANSYS结构分析软件对所设计的600kW风力机旋转风轮的振动模态作了仿真分析，得到了风力机复合材料叶片动力刚化效应振动模态数值分析结果，并对结果进行了分析比较。     

基于一次近似模型的风力机叶片振动频率分析方法

为分析风力机叶片在旋转时的振动频率,采用刚-柔耦合一次近似模型,并考虑离心刚化效应,推导叶片在旋转时的动力学方程,并给出叶片的刚度和质量矩阵的表达式。最后,计算某风力机叶片在不同转速和不同轮毂半径下的振动频率。计算结果表明,一次近似模型中的刚-柔耦合效应对叶片旋转时的各阶振动频率均有较大影响。研究结果对风力机叶片的动力学设计具有一定参考价值。     

基于摄动模态分析的风电叶片动力学特性研究

针对大尺寸叶片运行状态下受旋转软化效应和动力刚化效应耦合作用从而导致其模态特性改变的现象，提出一种基于摄动模态分析的旋转叶片振动分析方法。建立0.89 m和61.5 m两种型号的叶片模型，通过数值模拟分析叶片在0～50 r/min转速范围内这两种效应对叶片频率的影响。基于计算的频率差值Δf的变化规律，研究叶片3种主要振型与这两种效应之间的关联关系。最后，为验证数值模拟的准确性，通过锤击法进行实验模态分析并与数值模拟结果进行比较。实验结果表明，其一、二阶模态频率误差均在1%以内，计算结果较为准确。     

考虑应力刚化影响的风力机叶片振动模态分析

利用ANSYS软件建立了500 W风力机叶片的有限元模型。基于振动分析的基本理论,分析了应力刚化对风力机叶片固有频率的影响,研究了旋转状态下叶片振型的变化规律。通过比较不同转速下的仿真结果发现,叶片旋转越快,应力刚化对固有频率的影响越大,特别是对低阶固有频率的影响最为明显,在叶片的动力学分析计算中应予以考虑。研究结果对风力机叶片的动力学设计及控制具有一定的参考价值。     

基于应变能理论的端齿弯曲刚度及其转子动力学特性影响研究

应变能理论在多载荷条件或复杂模型的弯曲刚度计算方面具有重要意义,对转子系统动力学研究也具有一定指导作用。通过燃气轮机转子轮盘端齿的几何参数关系,构建端齿的参数化模型。在此基础上采用三维有限元计算与应变能理论相结合的方法,分析了端齿的弯曲刚度特性,结果与文献中结果吻合较好。研究了端齿弯曲刚度损失比例与发生损失的位置对转子模态特性的影响规律,结果显示,随着端齿弯曲刚度损失的增大,转子临界转速呈现加速下降的趋势,且靠近转子前支点的1级端齿对转子系统刚度与模态特性的影响最大。     

核电汽轮机高中压转子弯曲故障评估及处理系统

研究HN1089型百万千瓦级核电半转速饱和蒸汽汽轮机轴系的动不平衡响应特性,首次建立高中压转子现场弯曲故障的评估及处理系统。采用转子动力学专业分析软件ARMD,先计算支撑轴承的静、动特性的性能参数,其次采用应变能法对轴系的带空腔焊接转子进行模化,并计入减振弹簧基础的参振质量和刚度,建立基础-轴承-转子的动力学模型计算轴系的动态特性。现场实测轴系固有频率结果与计算结果基本一致,证明模型正确。计算高中压转子加配重时轴系的振动响应与自身一阶振型弯曲时的振动响应,发现加重响应敏感性远低于同容量的火电机组,仅当高中压转子重心处弯曲值不超过0.06mm时,可以采取不揭缸在线安装最大质量配重螺钉的方式处理弯曲故障,但此时在线偏心传感器已无法正确评估该类弯曲故障的影响。借助该型汽轮机高中压缸特有的中间轴封体连接管孔,通过电涡流传感器可以测量转子实际弯曲度,并建立评估现场不揭缸动平衡处理可行性的系统,为快速决策高中压转子现场弯曲故障的处理提供重要参考。     

基于旋转软化的风力发电机叶片动力学研究

在考虑旋转软化效应的条件下,研究了风力发电机叶片在不同转动状态下的挥舞、摆振、扭转及耦合振动.结果表明:叶片各阶振动频率随转动速度的增大而增大,旋转软化导致振动频率相应降低;旋转软化对低频摆振的影响很大,对其他振动模态影响较小.随着旋转速度的变化,叶片各阶振动频率的变化幅度也不同,会导致相互之间的耦合振动.耦合振动时,扭转振动模态中含有挥舞振动模态,挥舞振动模态中又含有扭转振动模态.耦合振动具有更大的破坏性.     

突变偏心距激励下两级离心泵转子系统动力学分析

为分析两级离心泵叶轮偏心距激励突变时转子系统产生振动和冲击的机理,改进了将质量集中于叶轮的方法并建立了悬臂式两级离心泵转子系统动力学方程,得到了2个叶轮在不同方向振动量的无量纲化解析式,提出了无量纲化的偏心距效应系数,以判别不同叶轮偏心距激励突变对整个转子系统振动的影响,最后对叶轮偏心距激励突变时其弯曲振动特性和几何中...     

给水泵汽轮机转子热结构振动计算方法及应用

给出了一种给水泵汽轮机热结构耦合振动的计算方法。首先利用转子叶片二维热分析获得转子三维热边界条件,考虑转子热结构非轴对称特性进行三维热结构耦合计算,得到转子轴线温度和热变形曲线;然后利用一维梁单元模型进行转子动力学特性计算。结合某给水泵汽轮机热致振动发飘现象,建立了热结构动力学模型并求解;通过数值计算,发现转轴线膨胀系数的非轴对称分布会导致工频响应幅值增大,且转子进动幅值和温度呈线性关系,计算结果和试车数据吻合。研究成果可为汽轮机转子振动爬升故障分析处理及热平衡提供参考。     

基于有限元法的水轮发电机转子偏心运行轴系模态分析

针对发电机质量偏心问题,分别探讨了偏心距离及导轴承刚度变化对机组振动特性的影响。首先对导轴承进行参数化处理,整机轴系建模后,通过FEM模态分析方法计算得到前10阶临界频率及振型的模态分析结果,进一步确定位移变形集中的危险点。然后对比不同约束条件下振型、临界频率、导轴承中心点振型轨迹,获得转子质量不对中造成的机组振动特性为因机组的转子偏心旋转造成轴瓦间隙逐步扩大,而机组振动信号中主频不变,计算结果与现场实际测量数据一致。     

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.     

汽轮机组高背压供热改造轴系振动特性分析

以国产200MW汽轮机组高背压改造项目轴系为研究目标,细致分析了该类型轴系的结构特点,并基于双转子互换等问题,提出了基于应变能法的轴系离散化方法,建立了更为精确的动力学模型。考虑三支点支承轴系的特殊性,给出适合这类轴系的找中设计理念和方法及计算结果,并进行了对比分析。在此基础上,结合双转子互换情况下高背压改造对低压转子的影响,研究了两组轴系的振动固有特性和响应特性,对各阶临界转速、模态振型、振动幅值、涡动轨迹、轴系变形及轴系稳定性问题进行了全方位研究,深入挖掘200MW汽轮机组高背压改造前后的轴系动力学行为。     

谐振式曲轴弯曲疲劳试验系统的瞬态动力学分析

尽管谐振式曲轴弯曲疲劳试验获得了广泛的应用,但其动力学特性仍有待深入研究.首先对试验系统两自由度等效简化模型进行受迫振动响应的理论分析,得到了瞬态响应的形式,并讨论了系统阻尼比、频率比对瞬态响应的影响.进一步进行了试验系统的有限元模态计算,并利用模态测试对有限元计算的有效性进行了验证.然后根据模态计算的结果和模态测试得到的阻尼比,采用模态叠加法进行曲轴弯曲疲劳试验瞬态动力学计算,得到系统位移响应,并研究了瞬态响应的形式及其对疲劳试验结果的影响.最后通过模态扩展计算得到圆角危险截面圆弧上各点在疲劳试验过程中的弯曲正应力幅值.     

早期碰摩故障下转子进动信号变化规律的仿真分析

针对早期碰摩时转子振动特征与其它旋转机械常见故障(如不对中)特征相重复的问题,研究转子进动信号中蕴含的早期碰摩故障特征.建立了转子动力学模型并求解得到仿真转子振动信号,从中计算出4项转子进动信号(公转半径、径向运动速度、公转转速、公转加速度)并进行了分析.结果表明发生早期碰摩时,转子进动信号的波动幅度会急剧加大,其中公转加速度信号会在碰摩点处发生瞬间剧烈波动,可用来指示碰摩部位;频谱中高阶倍频成分大大增加,大部分情况下高阶倍频代替转频成为主要成分.这些特征与正常状况有显著区别,可望用于碰摩故障的诊断.     

平衡目标选择与全息动平衡法的改进研究

讨论了全息动平衡法中作为平衡目标的工频轨迹初相矢在描述转子平衡状态上所存在的问题.通过对转子工频轨迹的进动分解,详细分析了转子失衡量对正、反进动分量的不同影响.结果表明:反进动分量并非转子平衡状态的直接反映.在大偏心率轨迹的情况下反进动分量给失衡量估计带来的干扰不可忽略.在此基础上,提出了一种以转子正进动分量轨迹初相矢为平衡目标的改进全息动平衡方法.在不影响原全息动平衡法平衡精度的条件下,简化了配重方案计算过程,相比传统平衡方法而言更为准确和高效.现场应用实例验证了本方法的可靠性与有效性.     

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。     

弯曲和质量失衡对转子弯扭耦合振动影响的探讨

建立基于单质量柔性转子模型的弯扭耦合振动数学模型,模型中考虑了质量失衡及转子弯曲等因素,对数学模型进行的数值计算结果表明质量失衡和弯曲对转子的弯扭耦合振动具有重要的影响,一定程度的转子质量失衡是转子发生弯扭耦合振动的必要条件,仿真计算表明当偏心率及弯曲度大到一定程度时,转子转速会出现两个耦合区,质量偏心与转子弯曲的相位差会影响耦合区的大小及耦合区内的耦合振动,转子扭转刚度较大时的耦合效应较弱。