转子碰摩故障非线性特征的数值仿真分析

在考虑到轴承油膜力作用的同时，构造了碰摩转子系统的动力学模型，并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了研究，结果验证了碰摩转子模型的正确性，给转子的故障诊断提供了理论依据。     

碰摩转子动力学特性的有限元分析

采用有限元方法对转子结构进行动力学建模,把碰摩作为力边界条件来处理,并对转子的碰摩进行了仿真分析。结果表明：将碰摩简化为碰摩力边界条件施加到转子有限元模型中进行转子碰摩分析,方便、有效,可推广到高维实际转子系统的碰摩分析。转子结构的碰摩具有较强的非线性,并表现出复杂的振动形式。当转子发生严重碰摩时,转子振动表现出混沌运动的一些特征。     

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.     

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.     

碰摩转子轴心运动加速度信号的仿真分析

针对早期碰摩时转子振动特征与其它旋转机械常见故障特征相重复的问题,研究转子轴心运动加速度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,从中计算出转子轴心运动加速度信号并进行了分析。结果表明发生早期碰摩时,转子轴心加速度信号会在碰摩点处发生瞬间剧烈波动,可用来指示碰摩故障及部位,故障特征远比轴心振动位移信号和轴心轨迹图明显,可望用于早期碰摩故障的诊断。     

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.     

旋转机械径向碰摩模型分析

转子系统动静碰摩是汽轮发电机组等大型旋转机械时常出现的故障之一。对碰摩故障的深入研究和准确诊断是确保汽轮发电机组安全运行的重要技术手段。对转子系统动静碰摩的研究主要包括两个方面:精确的模型和有效的振动诊断特征信息。分析了转子与定子发生径向碰摩的各种物理模型和力学模型。通过对刚性支承和弹性支承等碰摩的物理模型和碰摩的各种法向力和切向力模型的对比,分析了各个模型的特点及其应用范围。介绍了动静碰摩的系统动力学模型,指出建立多参数、通用、精确的法向力和切向力模型以及精确的系统动力学模型是碰摩振动故障研究的发展方向。     

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.     

碰摩转子系统的非线性动力学模型

基于故障诊断的迫切需要,在考虑到轴承膜力作用的同时,构造了碰摩转子系统的非线性动力学模型,为转子系统的故障诊断提供了理论依据。     

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。     

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.     

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。     

转子系统碰摩故障的理论与实验研究

针对发生全周碰摩故障的转子-短油膜轴承系统,从数值仿真和实验验证两个方面研究了碰摩转子的非线性特征和故障特征。在理论上运用Runge-Kutta方法对运动方程求取数值解,通过周期分岔图及轴心轨迹图研究其非线性特征;在实验上通过对转子碰摩模型系统的实验数据进行频谱分析研究其故障特征。数值仿真和实验的分析结果保持基本一致,所给出的结论可以作为碰摩转子故障诊断的依据。     

基于LabVIEW的声发射信号小波降噪方法研究

针对电厂汽轮机的滑动轴承碰摩故障,提出了一种有效的故障诊断方法.该方法首先采用声发射传感器来采集轴承的声发射信号,然后通过小波降噪的方法对所提取的信号进行去噪处理,再对处理后的声发射信号进行频谱分析,从而判断轴承的碰摩情况.通过在300MW汽轮机转子模拟试验台上实施碰摩试验并进行分析研究,结果表明：运用上述方法能够准确地预测汽轮机的转子碰摩故障,了解碰摩的严重程度,实现对汽轮机的在线监测,大大提高了机组安全性.     

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.     

碰摩转子弯扭耦合振动特性仿真实验研究

建立了一碰摩转子弯扭耦合数学模型,应用非线性动力学理论对碰摩转子弯扭耦合数学模型的动态响应进行仿真。仿真结果表明,碰摩使转子的扭转振动和弯曲振动相互影响,产生复杂的运动形态。本文的研究结果对深入认识转子的碰摩机理和准确地诊断碰摩故障具有一定的参考价值。     

基于Hertz接触模型的碰摩转子动力学响应研究

根据Jeffcott转子的碰摩原理,在线性碰摩微分方程的基础上,基于Hertz弹性接触理论描述非线性碰摩力,建立了非线性碰摩模型,对线性模型和Hertz模型进行了比较.鉴于汽轮机碰摩位置的碰摩半径、材料都不相同,利用Hertz模型研究的不同刚度下的碰摩动力响应对判断碰摩位置有指导意义.     

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.     

基于全谱分析的转子非线性动力学研究

为研究刚性支承下故障转子系统的进动问题,建立了转子系统非线性动力学模型,通过数值仿真得到裂纹故障、碰摩故障以及裂纹-碰摩故障的进动信号,并基于全谱图分析了其变化规律和特点,最后利用Bently转子实验台对裂纹-碰摩故障下转子系统的全谱图进行了实验验证。结果表明:全谱图不仅反映了转子振动幅值的变化,而且包含了转子进动方向的信息;碰摩故障和裂纹-碰摩故障下转子的响应中出现-nX高倍频成分,转速比为0.55时-2X成分幅值高于2X成分幅值,呈现2阶反进动特征;碰摩故障和裂纹-碰摩故障时转子系统在高转速下的非线性特征更复杂,全谱图中出现±1/2X成分,此时转子系统处于周期2运动状态。