涡轮机支承动刚度及其对转子临界转速的影响

为了避免机组在运行中发生剧烈的振动,在设计中必须正确地确定转子的临界转速。实践证明,转子支承的动刚度和油膜刚度对转子的临界转速有较大影响。通常,电站汽轮机弹性支承转子的临界转速值较刚性支承转子的临界转速值下降10～30%,个别的甚至下降40%以上,在一般情况下,临界转速的阶次愈高,下降的幅度也愈大。因此,为了正确地计算转子临界转速,必须测定支承动刚度和油膜刚度等数据。本文仅就支承动刚度的测定及其对转子临界转速的影响进行了计算和分析,所得数据可供有关设计部门参考。     

转子-SFDB系统临界转速及稳定性的一种迭代解法

本文研究装有挤压油膜阻尼器(SFDB)的转子-轴承-支承系统的临界转速计算及运动稳定性分析,探讨了不同的油膜阻尼器设计参数对转子系统临界转速及运动稳定性的影响。文章首先建立起考虑各种因素在内的转子系统的运动微分方程;然后通过复数运算,找出转子系统通过此非线性支承时的传递矩阵;进而用一种新的迭代方法计算转子系统的临界转速及稳定性边界。通过对以上振动特性进行分析,找到挤压油膜轴承-转子系统获得最佳设计时的参数范围。     

计算转子—轴承系统临界转速的新方法

本文提出了一种计算转子—轴承系统临界转速的新方法,用本方法计算转子—轴承系统的临界转速,不用对转子进行简化,并且考虑了油膜的刚度、油膜的阻尼、滑动轴承座的质量、基础的刚度、基础的阻尼。建立了滑动轴承—基础系统的机械网络,导出了滑动支承的总刚度系数K的表达式。该方法在分析多轴系统时,只把联轴节作为一个边界条件,不象传递矩阵和有限元等方法那样,必须重新建立方程,因而使分析过程大大简化。     

采用电磁轴承控制柔性转子临界转速分布的建模和仿真分析

提出了采用电磁轴承支承柔性转子,通过支承特性的调节,改变柔性转子的各阶临界转速的分布位置,使柔性转子顺利实现超临界运行.将电磁轴承支承特性建模融入到经典转子动力学的柔性转子有限元建模理论中去,构建了电磁轴承支承的柔性转子系统模型进行仿真.仿真结果表明:通过调节电磁轴承的等效刚度,可以明显改变柔性转子平动和锥动两个刚体临界转速,而对一阶弯曲和二阶弯曲两个弯曲临界转速影响不大.调节等效阻尼可明显减小转子过临界时的振动.     

采用电磁轴承控制柔性转子临界转速分布的建模和仿真分析

提出了采用电磁轴承支承柔性转子,通过支承特性的调节,改变柔性转子的各阶临界转速的分布位置,使柔性转子顺利实现超临界运行。将电磁轴承支承特性建模融入到经典转子动力学的柔性转子有限元建模理论中去,构建了电磁轴承支承的柔性转子系统模型进行仿真。仿真结果表明:通过调节电磁轴承的等效刚度,可以明显改变柔性转子平动和锥动两个刚体临界转速,而对一阶弯曲和二阶弯曲两个弯曲临界转速影响不大。调节等效阻尼可明显减小转子过临界时的振动。     

支承刚度耦合对转子系统临界转速影响分析

转子系统临界转速作为转子系统动力学特性的重要组成部分,一直受到广泛关注。在对航空发动机转子系统的临界转速进行有限元计算时,由于考虑到计算机的硬件限制,可以将带机匣的转子系统拆分成机匣和转子系统进行分别计算。通过一个带圆筒的双转子模型模拟发动机的整机模型,通过计算可知:将带机匣的转子系统拆分计算相对于整体计算而言是有误差的,其误差主要来源于未考虑机匣支承间的刚度耦合。     

安装在弹性支承上带盘转子临界转速和应力问题的研究

本文研究了安装在弹性支承上带盘的转子临界转速和应力问题,理论上将动刚度法和选代渐近法应用于有弹性支承的转子系统并用以计算双弹性支承转子临界转速试验装置的自振频率,计算结果得到了实验验证。对转轴应力的实验研究作了初步探讨,提出用矩阵法作为间接测定转轴应力的分析依据。     

立式重载储能飞轮转子动力学特性分析

飞轮转子-轴承系统的动力学建模及动特性分析是立式重载储能飞轮系统的关键问题。针对重载储能飞轮转子具有重量大、转速高等特点，考虑了电机转子的质量和刚度，建立了飞轮转子-电机转子-轴承系统的集中质量动力学数学模型，计算得到飞轮转子-电机转子-轴承系统的固有频率、临界转速等动力学特性。通过对飞轮转子进行升速瞬态响应分析发现飞轮转子在升降速过程中存在两阶临界转速，容易发生共振，损害轴承。因此为了避免共振或者降低共振峰值，研究了轴承支撑刚度、阻尼以及升速速率对飞轮转子临界转速和共振峰值的影响，计算结果表明，飞轮转子的前两阶临界转速受支撑刚度的影响，随着支撑刚度的增大，飞轮转子的临界转速增大，当支撑刚度增加至一定程度，转子临界转速不再改变。转子临界转速受阻尼影响较小，随阻尼变化而小幅度改变。此外，研究了升速速率对转子振动特性的影响，发现通过提升转子升速速率亦可以有效降低转子振动幅值。为了验证飞轮转子轴承系统动力学模型的合理性，对飞轮转子系统进行升速试验，发现仿真计算结果与试验结果一致，证明了该模型的合理性。     

磁流变液阻尼器在磁悬浮轴承中的应用

设计了一种磁流变液阻尼器并应用于磁悬浮轴承系统中,由于临界转速分析是转子支承系统设计中最重要的内容之一,针对基于磁流变液阻尼器的高速磁悬浮柔性转子,利用有限元法分析了不同刚度和不同阻尼分别对磁悬浮转子临界转速的影响程度,从理论上得出了磁流变液阻尼器支承刚度在104～105 N/m之间、阻尼在700 N·s/m附近时对转子临界转速影响较大的结论,分析结果有助于指导磁流变液阻尼器的设计.     

基于Madyn 2000超高压多级离心泵转子动力学分析

针对35 MPa超高压多级离心泵转子系统,采用有限元法计算和实验法测试在不考虑密封且刚性支承下的临界转速和静弯曲挠度,得到Madyn2000二维轴对称转子计算模型;通过计算叶轮前后密封口环、螺旋密封轴套在0. 25mm和0. 5 mm两种密封间隙下的压差、刚度、阻尼以及质量动力特性系数,得出了两种密封间隙作用下转子的坎贝尔图和前两阶临界转速;通过计算转子不平衡阻尼位移响应,得出了其共振放大系数为2. 02,小于隔离裕度临界共振放大系数2. 5,额定工作转速下的转子最大位移响应为7. 22μm,小于密封间隙0. 25 mm,满足API工况设计要求。分析表明,离心泵转子系统的密封结构和密封间隙直接影响其临界转速、模态振型以及频率响应。     

球轴承-转子系统动特性的整体分析方法

针对轴承刚度计算精度不高的问题,求解滚动轴承内圈方程组的雅可比矩阵得到滚动轴承五维刚度,对轴承刚度特性分析表明,刚度随工况变化呈显著非线性变化.考虑转子外力和不平衡力作用于轴承的载荷变化和工况变化对轴承刚度的影响以及轴承刚度对转子系统动特性的影响,提出了滚动轴承-转子系统动态特性计算的整体分析方法,使用最速下降法结合牛顿-拉夫逊法求解系统的特征值,建立了转子失稳门槛的优化模型.对某多圆盘转子的临界转速、失稳门槛计算的结果表明:考虑轴承和转子相互作用对系统动特性的影响较为显著,优化转子直径提高了失稳门槛值.本研究为转子系统动特性的准确计算提供了方法.     

求单盘无重轴转子的临界转速图线

本文用动刚度法导出各种支承型式的单盘等截面、无重轴转子的各个基本频率方程。经过对各主要参数的无固次化处理及计算后,得出能供实际使用的临界转速计算图线用此图线能快而准的求得各式转子的临界转速。     

带弹性支承的挤压油膜阻尼器转子响应与分叉

研究了弹性支承下的挤压油膜阻尼器(SFD)转子系统的非线性响应,及其响应的分叉情况。推导了弹性支承、带挤压油膜阻尼器的单盘转子系统的运动微分方程。提出了一种通过求解微扰方程的数值解来计算F loquet乘子的新方法,用来分析转子系统周期解的稳定性,并判断周期解发生分叉的类型。由数值仿真的结果可以看出,响应的分叉主要为鞍结分叉与二次Hopf分叉;支承刚度对油膜力与轴承响应影响很大,支承刚度过大时会引起SFD的油膜涡动。     

微电机临界转速计算方法研究

为了减少微电机临界转速对电机的危害,对微电机转子临界转速计算方法进行了研究。以分析法为基础设计了适合各种类型的微电机转子临界转速的计算程序,介绍了计算程序考虑各种主要因素。以轴承支承类型设计了两种转子支承夹具,对样品进行了频率响应测试。实验测量结果显示,两种支承计算和测试数据误差在10%以内。由此可见,该计算程序可以计算各种类型微型电机转子,对工程实践具有重要的指导意义。     

飞机水平盘旋下弹性支承转子的特性研究

为研究转子系统在一定的外激励下的特性,使得研究与实际状况更加吻合,采用Jeffcott转子弹性支承模型,建立飞机处于水平盘旋状态下弹性支承转子系统的运动微分方程.运用Runge-Kutta数值法研究了飞机水平盘旋下处于一定角速度的刚性和弹性不同支承情况下的瞬态响应,并对仿真结果进行对比分析.结果表明,由于弹性支承使其转轴刚度降低,其临界转速随之降低;处于同一角速度下的弹性支承比刚性支承进入稳定振动的时间长,比刚性支承振动幅度大;弹性支承和刚性支承在同样的情况下转动都会产生稳定的周期解;因此可以通过对转子系统支承刚度的适当调节,可以达到优化系统性能的目的.     

横向裂纹多盘柔性转子系统的动力学特性

采用Rayleigh方法计算横向裂纹轴单元的刚度模型,基于有限元法建立具有横向裂纹的多盘柔性转子-轴承系统的数学模型.分析裂纹对多盘柔性转子-轴承系统的动力特性的影响,研究由于裂纹的存在而产生的超谐波共振和亚谐波共振,讨论了这些共振的特点,特别是系统的2倍频和3倍频谐波分量的特性,分析了靠近1/2和1/3倍第一临界转速时的轨迹变化以及裂纹的位置和深度对非线性特性的影响.结果表明,与两端刚性支承的简单Jeff-cott转子相比,利用在次临界转速处2倍频和3倍频超谐波成分作为检测多盘转子系统中的裂纹指标是可行的.     

大型机组电机转子振动特性的有限元分析

电机转子是石化机组设备中的关键设备。针对某大型机组中电机转子振动偏大问题,利用有限元法对该转子的动力学建模,并考虑了轴承支承刚度和阻尼随转数变化的非线性,计算了转子系统的临界转速和稳态不平衡响应等问题,研究不平衡量分布对转子振动特性的影响,找出了影响转子动力学特性的主要因素,为转子系统的故障诊断和排除提供了理论依据。     

一种非线性弹性支承转子系统的非线性特性研究

研究了在飞机水平盘旋下非线性弹性支承转子系统的非线性响应,及其分叉和混沌现象.建立了非线性弹性支承下转子系统的模型和运动微分方程,运用Runge-Kutta法对系统进行仿真计算,对在同一非线性情况下转子和支承响应进行分析比较.数值仿真结果表明:由于非线性因素产生在支承处,非线性出现在一倍和二倍临界转速处,并在临界转速附近会出现较复杂的混沌运动;当转速较高时,多出现倍周期、拟周期、周期运动,同时非线性弹性支承转子系统仍具有自动定心功能.     

非线性弹性支承对转子系统瞬态过程的影响

转子系统在启动、停车等瞬态过程中常常会产生剧烈的振动,如果让转子系统快速通过共振区则可以有效地降低转子系统瞬态过程的最大振幅．但是实际工况表明,有时转子通过设计的临界转速达到工作转速之后,振幅仍然很大,这一现象利用线性转子系统模型不能得到合理的解释．本文考虑转子支承非线性刚度的影响,建立了转子—支承系统的多自由度非线性模型,利用摄动理论和数值仿真解释了这一现象．此外本文还定量研究了起动、制动加速度的大小对转子系统瞬态过程最大振幅的影响．     

非线性转子-机匣系统碰撞稳定性分析

转子与机匣的碰撞在一定条件下可能诱发转子失稳。以转子．机匣系统为研究对象,将转子和机匣视为弹性体并考虑了阻尼的效应,建立了非线性转子一机匣系统的碰磨模型和动力学方程。利用Lyapunov运动稳定性理论和Routh—Hurwitz稳定性准则分析了系统的碰撞和失稳条件,通过数值方法和Matlab程序得到了碰撞和失稳的临界转速以及系统参数对临界转速的影响。理论分析和实例计算表明,转子及机匣的刚度和阻尼对临界转速的影响较大,增大机匣刚度和转子的阻尼可以增大碰撞的临界转速,失稳发生在转速较高时,且失稳的临界转速比碰撞得临界转速高的多。具有重要的工程实用价值,为旋转机械的设计和参数优化提供了理论基础。