非线性油膜力下裂纹-碰摩故障转子动力学分析

在考虑裂纹轴时变刚度、碰摩力和非线性油膜力的基础上,建立了裂纹-碰摩双故障转子-轴承系统的非线性动力学模型,采用数值积分方法对其进行求解,结合分岔图、poincaré截面图、轴心轨迹图和最大Lyapunov指数(LLE)曲线图,从定性和定量的角度分析了无量纲裂纹深度和转速对系统响应、稳定性及碰摩力的影响.结果表明:该类转子-轴承系统出现了p-2、p-4、p-8、拟周期和混沌等丰富的非线性运动;随着无量纲裂纹深度的增加,系统首次分岔点转速提高,进入拟周期和混沌等运动的临界转速提前;在高速区间,随着无量纲裂纹深度的增加,系统响应由拟周期运动演变为混沌和多周期运动交替出现;在不同转速阶段,裂纹的加深对碰摩力的影响不同,在高速区间的影响更为明显.     

碰摩拉杆转子非线性动力学响应特性

对定点碰摩故障状态下拉杆转子的非线性动力学响应特性进行了研究.将轮盘之间的非线性接触特性等效为具有非线性抗弯刚度的弹簧,基于达朗贝尔原理建立了考虑轮盘之间非线性接触特性、非线性油膜力以及碰摩力作用的拉杆转子轴承系统运动方程,并采用数值积分方法对运动方程进行求解,分析了系统位移响应随轮盘的转速和碰摩刚度等参数变化的规律.结果表明:轮盘之间的非线性接触对系统位移响应特性影响较大;随着轮盘转速的升高,系统呈非线性特性;碰摩刚度是影响拉杆转子轴承系统运动状态的重要因素,若增大碰摩刚度,系统的运动状态将发生改变.     

转子-定子系统松动-碰摩耦合故障的动态响应分析

建立了考虑定子与基础之间的连接刚度和阻尼(包括定子本身运动)的转子-定子系统发生松动-碰摩时的动力学模型和微分方程，对系统在运行过程中的非线性行为进行了数值仿真分析，发现随着转速的变化过程，此类系统响应主要以拟周期或阵发性分岔进入混沌，而由拟周期或倍周期倒分岔离开混沌。在超临界转速区，系统的响应以混沌和周期k的分频运动为主要运动形式。该结果为转子-定子系统的故障诊断提供了依据和参考。     

碰摩转子-轴承系统周期运动稳定性分析

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转定子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,利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究了系统周期运动的稳定性。发现碰摩转子一轴承系统在不同的转速下会发生鞍结分岔、倍周期分岔和Hopf分岔等现象。研究结果为转子一轴承系统的故障诊断提供了一定的参考。     

碰摩转子的非线性动力学特性研究

文中应用非线性动力学现代理论对建立的碰摩转子模型进行了研究，结果表明，转速变化时，系统具有拟周期，周期，混沌运动交替出现的现象，且在不同的混沌区吸引子表现为不同的形状，Poinare截面上的高维拟周期轨道表现出特殊的封闭形式。同时，还揭示了阻尼对系统复杂运动的抑制作用和非线性刚度使系统运动进一步复杂化等现象。这些现象对于准确诊断转子故障和进一步了解转子的非线性特征都有很大的参考价值。     

非线性碰摩转子系统动力响应研究

建立了短轴承模型的非线性转子系统发生碰摩时的数学模型,结合数值仿真计算对碰摩转子所表现出的动力学特性进行研究,分析表明系统除具有各种形式的周期和拟周期振动以外,还具有丰富的混沌运动和分岔现象.用数值方法得到系统在某些参数域中的分岔图、轴心轨迹、庞加莱映射图、响应曲线和频谱图,直观显示了系统在某些参数域中的运行状态;同时研究了不平衡量对转子系统响应的影响,数值分析结果为该类转子系统的理论分析与故障诊断提供了参考.     

基于非线性理论的碰摩转子动力学特性研究

以大型汽机转子的碰摩故障为研究对象,建立了单盘转子动力学模型。应用数值方法计算转速、偏心量、阻尼系数、摩擦系数和定子刚度等参数对碰摩转子系统的影响。利用分岔图、波形图、轴心轨迹图和poincare截面图等工具分析了系统在碰摩后的非线性响应,得到了系统在进入和离开混沌、拟周期的道路及对应的参数范围。     

碰摩拉杆转子弯扭耦合非线性动力学响应特性

对碰摩故障状态下拉杆转子轴承系统弯扭耦合的非线性动力学特性进行了研究,建立了两端由滑动轴承支撑的双盘拉杆转子轴承系统模型,基于达朗贝尔原理得到其弯扭耦合的非线性动力学微分方程组,并采用四阶龙格库塔法法对方程组进行求解。结果表明:随着转速的提高,拉杆转子轴承系统的非线性动力学特性越强烈,扭振的影响越不能忽略不计,碰摩力逐渐成为影响拉杆转子轴承系统非线性动力学特性的主要因素。     

碰摩转子系统在轴向推力作用下的分岔研究

推导建立了碰摩转子在轴向推力作用下的非线性动力学方程,分别以质量偏心和转子转速比为控制参数,对碰摩转子横向振动和轴向振动的分岔等非线性特性进行了数值分析.仿真分析表明:转子横向振动分岔图中,存在周期1运动、周期2运动及复杂的拟周期运动等.同时,从转子轴向振动分岔图可以看到系统以一种拟周期路径方式运动,随着质量偏心的增大,系统会突变为混沌运动,且会一直持续下去.分析结果为实际转子系统的碰摩故障分析提供了必要的理论依据.     

横向流体激振力作用下叶轮转子的分岔特性

将离心叶轮转子系统简化为Jeffcott转子,建立了带有支座松动与碰摩耦合故障的不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线性轴承油膜力作用下的振动分析模型,并推导了系统的无量纲运动方程.运用数值积分法研究了系统的分岔特性,最后分析了横向流体激振力对含有松动与碰摩的离心叶轮转子系统动力学性能的影响.结果表明:在转速较高时,横向流体激振力对该类转子的分岔特性有较大影响.     

轴承标高对多跨转子-轴承系统非线性稳定性的影响研究

建立了考虑转子-轴承标高与非线性油膜力的多跨转子-轴承系统高维非线性动力学模型。利用固定界面模态综合法对该模型进行降维,采用Newmark逐步积分法对降维后的动力学模型进行数值计算,可得到转子在各种标高情况下发生油膜失稳的转速门槛值和轴承标高变化对系统动力稳定性的影响规律。对200MW汽轮发电机组转子-轴承系统计算分析表明：由于低压转子后轴承的标高抬起,将导致发电机转子前轴承轴颈的失稳转速显著提前,系统的稳定性降低。分析结果从理论上解释了电站200MW汽轮发电机组发电机前轴承处转子易发生油膜失稳的原因,并且证明了本文所提出方法的有效性。     

200MW汽轮机低压转子-轴承系统的非线性动力学分析

采用数值计算方法对实际大型转子-轴承系统的非线性动力学特性进行了研究，计算结果能与现场的运行经验很好地吻合。用有限元法建立了200Mw汽轮机低压转子-轴承系统的非线性振动微分方程。采用Newmark逐步积分法对转子在升、降速过程中的振动响应进行了数值仿真，得到了转子发生油膜失稳的转速和油膜振荡的“惯性迟滞”现象。对转子的重力和不平衡量对系统的油膜涡动和油膜振荡的影响进行了计算和分析。计算得到了转子的振动随转子的偏心距、轴承的长径比、间隙比、润滑油粘度的变化规律，分析结果为定量和定性分析该类机组转子-轴承系统的稳定性提供了参考依据。图15表1参7     

重型燃气轮机转子-轴承系统综合试验平台

介绍了我国已建成的重型燃气轮机转子一轴承系统综合试验平台,并对某电厂的燃气轮机联合发电机组的轴系振动进行了现场测试．结果表明：在燃气轮机整个启停过程和在额定转速下运行时,转子轴承系统运行平稳,表明该转子轴承系统设计合理,转子动平衡良好．建成的燃气轮机转子轴承系统综合试验平台为我国重型燃气轮机转子一轴承系统的自主设计和发展提供了试验条件．     

气流力、油膜力和质量偏心共同作用下的转子非线性动力学研究

以Jeffcott转子系统模型为研究对象,利用气流力模型和非稳态油膜力模型对转子运动的动力学特性进行研究。研究方法采用数值模拟技术,研究了转子系统的分岔和混沌特性,并且对随转速变化和转子质量偏心率的变化时转子的运动特性进行了详细的分析和研究。研究结果表明,在转速变化时,系统在经历周期运动之后进入混沌状态,在质量偏心率增大时,系统在油膜力、气流力和不平衡偏心质量的影响下,系统由概周期运动进入混沌状态。     

连续转子轴承系统的非线性动力学行为研究

对一转子轴承系统,采用有限元方法建立了非线性连续转子轴承系统模型,分别采用直接积分法和模态综合法对偏心情况下转子的非线性动力学行为进行了分析,并对两种方法的结果进行比较发现,直接积分法对于求解非线性振动问题更有效。运用简单离散方法对该转子轴承系统进行了分析,其结果与有限元法偏差较大。有限元的分析结果表明,该转子轴承系统的动力学响应为一典型的油膜震荡过程,其非线性动力学运动形式为HOpf分叉。     

汽轮发电机轴振和轴承座振动非同步变化现象和分析

建立了转子-轴承系统动力学模型,分析启停机过程中轴振和轴承座振动随转速变化规律.研究结果表明,升速过程中不同转速区间内轴振和轴承座振动随转速变化趋势并不完全同步.转速较低和较高时,轴振和轴承座振动随转速变化基本同步,但在一定转速区间内有可能出现轴振和轴承座振动反向变化现象.当轴承座-支撑系统固有频率点位于工作频率点附近...     

高压比增压器转子轴承系统振动性能改进

针对我国铁路运用的大功率交流传动内燃机车研发了一款新型增压器,其压比和流量较现有产品大幅提高;由于压气机叶轮线速度和转子质量提高,现有的叶轮与主轴的连接方式不能满足新研发增压器的要求,研发了一种新型的压气机叶轮与主轴连接方式,并设计了新型轴承。对改进前后的转子轴承系统进行了临界转速、稳定性、瞬态响应和转子轴心轨迹分析,并进行试验测试,验证了新转子轴承系统完全达到要求。目前,改进转子结构后的增压器已经完成了平台型式试验、装车运用考核试验,实现批产。