基于有限元法的离心泵转子系统动力学特性研究

本文应用基于有限元法的Workbench软件对离心泵"干态"和"湿态"条件下的转子系统进行模态分析,得到两种条件下的临界转速。应用计算流体力学(CFD)中的准静态法得到了密封口环处的流体激振力并将其添加到"湿态"模态分析中。结果发现,"湿态"条件下,转子的临界转速远大于"干态"条件下的临界转速,这说明密封口环间隙处的流体激振力对转子起到一定的支撑作用。     

密封间隙力对泵转子临界转速的影响分析

随着给水泵的大功率化、高转速化的发展,为保证多级离心泵转子部件的平稳运转,避免其在接近其临界转速时产生共振,需要对设计中的转子进行干态、湿态下的临界转速计算.论文以5级离心给水泵为主要模型,采用有限元法分别计算其在干态、湿态下的临界转速,通过对比,得出密封间隙力对转子临界转速的影响.干态情况下,分别用邓克莱法和有限元法计算给水泵的一阶临界转速;湿态情况下,分别计算密封设计间隙及二倍间隙不同情况下的临界转速,对比结果,表明密封间隙力对泵转子临界转速的影响非常大,并且与密封间隙的大小密切相关.     

流线隧道式涡轮增压器转子动力学特性分析

为研究流线隧道式涡轮对涡轮增压器转子动力学特性的影响,将某型号车用涡轮增压器叶片式涡轮替换为流线隧道式涡轮,建立了密封流体激振、叶尖间隙激振和隧道涡轮轮缘间隙激振耦合条件下的转子系统模型,计算分析了涡轮材料和轮缘间隙对转子临界转速、稳态响应以及瞬态响应的影响。结果表明,K418高温合金隧道涡轮转子一阶临界转速大幅降低,稳态响应稳定性较好,但瞬态响应振动剧烈、失稳,表明隧道涡轮采用K418高温合金需要调整结构设计;SiC陶瓷隧道涡轮转子一阶临界转速下降、稳态响应振幅增加,但对转子稳定性影响不大,二阶临界转速有微小增加,稳态响应振幅下降,瞬态响应稳定性较佳。     

超超临界汽轮机转子密封激振特性研究

考虑非线性密封激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子阻尼力、转子不平衡力与重力,建立超超临界600MW汽轮机高中压转子-密封系统的非线性动力学模型。该非线性转子-密封系统动力学方程组具有超大规模的维数,采用Newmark数值积分方法对其进行求解,模拟出运行在正常工况下与最大工况下转子不平衡响应与汽流激振的特性;对转子不平衡量和密封流体的周向平均流速对汽流激振现象的影响规律进行分析。结果表明:在一定的范围内,不平衡量大小对发生汽流激振的失稳转速影响很小;密封内流体周向平均速比是影响汽流激振的失稳转速的主要因素,适当减小密封内流体周向平均速比可提高汽流激振的失稳转速;超超临界机组运行在最大工况下高中压转子发生汽流激振的失稳转速明显低于正常工况下的失稳转速。     

口环密封对高压多级离心泵临界转速的影响

高压多级泵单级扬程较高,叶轮密封环前后压差大,口环密封的等效刚度对转子湿临界转速的影响较大。在计算转子的湿临界转速时需要求解口环密封的主刚度系数。使用Pro E件计算得出密封处的流场力,进而求解密封环的主刚度系数,并用轴承刚度定义进行验证。利用ANSYS-Workbench对高压多级泵进行模态分析,对比考虑口环密封前后,转子临界转速的变化情况。结果表明:口环密封使前两阶弯振临界转速大幅增加,随着转速的增加,口环密封对临界转速的影响越来越小;口环密封降低了扭转振动的临界转速,且对第一阶扭转振动的临界转速影响较大;口环密封可以降低陀螺效应对转子临界转速的影响。     

旋转碳纤维复合材料轴转子动力学特性的有限元分析与试验研究

轻质、高速旋转复合材料传动轴是航空和汽车领域先进传动系统设计中的关键部件。文中基于锤击激振测试方法和ANSYS有限元软件,对旋转复合材料轴进行转子动力学系统试验测试和有限元建模与分析,研究旋转碳/树脂复合材料轴的转子动力学特性。结果表明：铺层方式对旋转复合材料轴的转子动力学特性有重要的影响,纤维铺设角越小,临界转速和涡动频率越高;随着纤维铺设角的增大,临界转速和涡动频率降低。有限元仿真结果与转子动力学试验结果较为吻合,理论模型基本可靠。     

基于转子动力学及振动传递路径的轴向柱塞泵振动研究

基于转子动力学及振动传递路径理论,提出一种研究高速高压轴向柱塞泵振动产生及传递的新思路。以轴向柱塞泵旋转组件、联轴器及电机旋转组件为对象,构建泵-电机组转子系统,采用转子动力学和复杂机械系统振动传递理论研究转子系统动力学行为及声振特性演化规律。主要研究内容有：泵-电机组干转子系统动力学建模及其动力学行为分析;间隙环流作用下泵-电机组湿转子系统动力学行为分析;轴向柱塞泵机械多维振动传递机理及声振特性传播分析。预期获得的研究成果,将为揭示高速高压轴向柱塞泵振动机理,实现精准振动控制奠定理论和技术基础。     

航空发动机轴承性能试验中磁悬浮电动机失稳现象分析

针对磁悬浮电动机在航空发动机轴承磨合试验中发生的失稳现象,建立转子系统有限元模型进行仿真分析,结果表明电动机失稳转速与转子系统一阶临界转速一致,可通过降低转子系统由于不对中产生的激振力水平确保其平稳跨过一阶临界转速.对转子系统对中方式和轴向载荷加载方式进行优化以改善转子运行状态,并通过试验验证了该技术方案的可行性,改进...     

船舶脱硫泵转子系统临界转速计算及不平衡响应分析

为提高船用脱硫泵运行可靠性,利用有限元分析软件对脱硫泵转子系统进行了临界转速计算与不平衡响应分析,得到转子系统"干态"和"湿态"两种工况下的临界转速与不平衡响应曲线.分析泵轴材料密度以及水动力刚度对转子系统临界转速的影响;对比转子系统"干态"和"湿态"两种工况下的不平衡响应幅值,分析转子系统阻尼系数对不平衡响应幅值的影...     

迷宫密封对立式安注泵转子动力特性的影响研究

本文针对某型立式低压安注泵机组的转子-轴承系统的动力学特性展开研究,分别建立了干态(不考虑密封)和湿态(考虑密封)两种分析模型,且对每种分析模型分别进行了无阻尼固有频率分析和复模态分析。根据API 610标准的要求,湿态模型中考虑密封1倍间隙和2倍间隙两种工况。无阻尼固有频率分析得到了干态和湿态两种间隙下的前六阶固有频率,分析结果表明,密封能提高转子系统的临界转速,密封间隙的变化对临界转速的影响较小。复模态分析得到了干态和湿态两种间隙下的前六阶阻尼固有频率及相应的对数衰减率。分析结果表明,该转子为柔性转子,考虑密封后对数衰减率变化较大,稳定性满足设计要求。     

离散时间传递矩阵法在燃气轮机动力学计算中的应用

在处理时变系统,模拟激振力作用转子振动响应时,离散时间传递矩阵法有着十分明显的优势。以燃气轮机为研究对象,建立了燃气轮机低压、高压转子动力学简化模型;推导典型结构单元离散时间传递矩阵,计算转子临界特性;以流体激振和转子热变形两种故障模式为例,引入时变激振力,计算转子异常振动响应。通过实测数据验证,计算结果正确,建模方法、单元离散时间传递矩阵表达式和故障模拟方法可靠,可以直接应用到燃气轮机动力学计算中。     

带有支座松动故障的离心泵叶轮转子分岔特性分析

将离心泵叶轮转子系统简化为中间带有刚性圆盘的柔性转子,在引入非线性横向流体激振力的条件下,建立带有支座松动故障的不平衡离心叶轮转子在非线性轴承油膜力作用下的振动模型,并推导系统的无量纲运动方程.运用数值积分法研究系统的分岔特性,分析横向流体激振力以及松动端轴承支座质量对该类离心泵叶轮转子系统非线性动力学特性的影响.     

裂纹角的大小对裂纹转子振动特性的影响

将离心叶轮转子系统简化为Jeffcott转子系统,在考虑非线性油膜力的基础上,综合考虑了系统的流体激振力,建立了含有裂纹故障转子的动力学模型。运用数值积分法分析了不同裂纹角下系统响应随转速变化的分岔图、相图和Poincare映射图等,结果表明,裂纹深度一定的情况下,随着裂纹角的增大,流体激振力和非线性油膜力对转子系统分岔特性的影响也逐渐增大。     

核电常规岛主给水泵转子动力学分析

本文以核电常规岛主给水泵为研究对象,采用ANSYS12.0软件对主给水泵的转子部件进行转子动力学分析,在考虑密封间隙内的流体对转子施加的横向力基础上,对给水泵的临界转速与稳态响应进行分析。结果表明:在所有预定工况下,转子系统临界转速高于工作转速(4889 r/min)的120%,满足安全运行要求;转子上各个关键位置的稳态响应值都低于限值,系统不会发生动静干涉。     

支承间距对十一柱塞航空液压泵转子系统临界转速的影响分析

以十一柱塞高速轴向航空柱塞泵为研究对象,建立航空泵转子系统集中质量模型,采用传递矩阵法分析其临界转速;通过修正轴向支承位置等参数,研究其对系统临界转速的影响;最后,通过转子试验台完成对转子系统临界转速验证实验。针对实验模型,按照提出的方法进行建模,并采用传递矩阵法分析实验转子系统临界转速验证所用方法的正确性。     

海水泵转子系统的临界转速计算分析

为了增强海水泵的可靠性能,需要对海水泵转子-轴承系统进行临界转速分析。采用横向和纵向综合分析新型模态方法,通过有限元软件Workbench研究导轴承刚度、联轴器的扭转刚度、支撑间隙对海水泵转子系统临界转速的影响。通过改变轴承之间的支撑间距发现:轴的一阶及二阶临界转速随着轴承间距的增加而增加;从转子"干"和"湿"的横向和纵向的模态分析发现:转子的一阶临界转速远离转子系统的固定频率及倍频处,满足API设计标准。同时采用理论值与有限元计算值对比分析,提高模拟计算准确性,增强泵的安全可靠性。     

透平式能量回收一体机水润滑转子稳定性研究

为了保障膜法海水淡化系统中透平式能量回收一体机的稳定运行,对一体机水润滑转子的稳定性展开研究。基于流体动压滑动轴承理论,同时考虑水润滑轴承和口环间隙水膜的流体动压润滑效应,在MATLAB平台上利用有限差分法、扰动增量法求解雷诺方程,得到水润滑滑动轴承及口环的动力特性系数,并对水润滑转子系统的动力学特征方程进行求解,进而判别转子系统的稳定性,研究了临界状态下系统转速与质量的关系。结果表明：口环间隙水膜的承载力在转子稳定性分析中不可忽略,否则将产生较大误差;考虑口环产生的动压润滑效应后,滑动轴承处水膜压力约减小40%,系统动力特性系数增加,系统的临界转速相较仅考虑滑动轴承时提升了3 000 r/min,临界质量提升了8.4%;滑动轴承的主刚度系数与交叉阻尼系数受转速的影响明显高于口环处。研究结果为提高海水淡化一体机水润滑转子系统的可靠性提供了参考。     

大间隙环流中轴承支承的单质量转子系统特征值分析

建立了大间隙环流中动压滑动轴承支承的单质量转子系统运动方程和特征方程，分析了系统参数对特征值的影响。结果表明，动压滑动轴承特性系数（如刚度和阻尼系数）、大间隙环流特性参数（如流体动力质量、壁面摩擦因数和无量纲间隙比）以及单质量转子系统参数（如系统固有频率）对系统特征值有不同程度的影响。结果表明：随着表征轴承刚度特性的ω1的增大，失稳转速增加，最终γ趋近于2，即相当于Jeffcott转子系统，同时临界转速也随之提高；随着表征轴承阻尼特性ζ的增大，失稳转速不变，临界转速提高；随着表征大间隙环流特性的流体动力质量α的增大，失稳转速不变，临界转速下降；随着表征大间隙环流特性的壁面摩擦因数和无量纲间隙比值β的增大，失稳转速和临界转速均不发生变化：随着表征单质量转子特性的固有频率ω0的增大．失稳转速下降．临界转速降低．     

新型机械增压器转子系统模态分析

针对新型机械增压器四叶、160°扭转角转子系统的结构及工作配合要求,将转子系统进行合理简化后和用三维造型软件进行实体建模.将转子实体模型进行网格化离散处理,施加接触、约束等边界条件,采用无外激振力、忽略阻尼的求解模型进行模态求解.求解后得到其前六阶振动频率和振型,并由振动频率求得临界转速.通过机械增压器工作转速与临界转速的比较,可知其转速裕度能够满足避免发生共振的要求.分析结论为机械增压器降低工作噪声以及后序设计提供了理论依据.     

基于有限元法的锅炉给水泵转子系统分析

为了研究多级锅炉给水泵转子系统应力应变以及干态和湿态下临界转速,通过ANSYS软件中的Workbench组件对给水泵转子系统进行应力应变分析,同时采用APDL组件对给水泵的转子系统分别进行干态和湿态的对比计算。通过上述数值计算,获得了转子系统的应力应变以及干态和湿态下的临界转速,可以看出,在转子系统装配中叶轮的装配位置上径向变化较大,对比显示湿态下转子系统的临界转速比干态下临界转速大幅提高,更符合真实状态;预估了在湿态下临界转速数值结果。所采用的针对某型锅炉给水泵的应力应变及临界转速的研究方法,可为同类的给水泵产品转子系统的研究提供参考。