高速涡轮发电机转子振动特性试验

运用高速涡轮发电机试验台,通过试验研究转子升速过程中典型振动行为及轴承供气压力对转子振动特性的影响。采用时间-转速-幅值三维谱图、频谱图、轴心轨迹以及分岔图等非线性振动测试分析手段,呈现转子升速过程中临界转速、低频振动、转速飞升等典型动力学行为特征,并分析轴承供气压力对转子典型振动行为的影响规律,结果表明:轴承供气压力抑制转子低频涡动,消除转子转速飞升现象,提高转子运行稳定性与安全性。     

变负载工况下高速永磁电机转子动力学特性试验研究EI北大核心CSCD

设计搭建了由动静压混合气体轴承支承的45 k W高速永磁电机转子试验平台,基于该试验平台开展了接入不同额定负载工况下,轴系受到变不平衡磁拉力的动力学特性试验。共进行5次试验,供气压力均为0.80 MPa,接入额定负载分别为0 k W,15 k W,30 k W,60 k W,145 k W。接入额定负载增大,相同转速下轴系受到不平衡磁拉力增大,低频涡动出现转速提前,当接入额定负载为60 k W,145 k W时,转子单一低频涡动频率发展为双低频振动特性,并出现碰摩降速现象。试验结果表明增加电机额定负载,轴系受到不平衡磁拉力增加,造成低频涡动出现转速降低,稳定阈值降低,且在大额定负载下,单一涡动频率发展为双低频振动频率,出现轴系的碰摩失稳故障特性。     

摩擦激励下螺旋桨推进轴系自激振动特性分析

水润滑轴承摩擦诱导的螺旋桨推进轴系振动是造成舰艇艉部高频振动噪声的重要诱因。针对摩擦诱导的螺旋桨推进轴系非线性自激振动特性进行研究。基于拉格朗日方程和模态叠加方法建立摩擦激励下螺旋桨推进轴系的非线性动力学方程,轴承—轴颈的动摩擦特性采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型进行描述,同时考虑非线性摩擦、扭转振动和横向振动的耦合作用。运用Newmark-β和Newton-Raphson迭代相结合的方法求解系统非线性动力学响应。分析结果表明,在摩擦激励自激振动作用下系统动力学特性均被激发,系统的弯扭耦合振动特性易诱发螺旋桨推进轴系产生摩擦自激振动现象。     

变阻尼“O”型圈支承柔性转子动力学试验研究

建立由动静压混合气体轴承支承的10 kg单跨柔性转子试验平台以开展不同阻尼"O"型圈支承下气体轴承-转子系统动力学特性试验研究。基于该试验台,进行了相同气体轴承供气压力下,丁腈,氟胶,硅胶三种不同阻尼材料"O"型圈支承轴系的动力学特性试验。试验中轴系经过平动临界、锥动临界、一阶弯曲临界三阶临界转速,在前两阶临界处轴系振动幅值基本相同,在一阶弯曲临界转速处振幅增加,升速率降低。转速大于一阶弯曲临界转速时,丁腈、氟胶"O"型圈支承轴系出现低频振荡,振动幅值增加现象。试验表明:提高"O"型圈支承阻尼,如采用丁腈"O"型圈,可以提高一阶弯曲临界转速轴系稳定性,但会造成度过一阶弯曲临界转速后低频振荡出现转速提前,低频幅值增加,加大转子失稳风险。     

转子-轴承-密封系统非线性动力学特性研究

采用数值方法研究转速对转子-轴承-密封系统非线性动力学特性的影响,采用Muszynska非线性密封力模型和Capone圆轴承油膜力模型,建立超超临界汽轮发电机组高压端转子-轴承-密封系统的非线性动力模型。通过数值方法,研究转速对转子-轴承-密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子时间历程图、轴心轨迹图、Poincare图和频谱图,揭示了转速变化对转子非线性振动的影响规律。     

分布式摩擦激励下轴系振动研究

针对含水润滑橡胶轴承轴系在摩擦激励与弯扭耦合作用下产生自激振动并诱发异常噪声、而常用的点支承模型无法用于分析轴承分布支承力及轴承倾斜等因素对轴系振动影响,采用分布式轴承支承模型及速度依赖型Stribeck摩擦模型,利用拉格朗日方程及模态展开法建立摩擦激励下轴系动力学模型。用数值仿真研究轴系非线性振动与系统物理参数间关系,探讨接触力、转速、轴承倾斜等因素对轴系响应特性影响。结果表明,在相同摩擦系数、接触力、转速条件下轴承倾斜会使轴系更易产生自激失稳。     

推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析

螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动,振动经推力轴承基座传递至艇体,引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型,分析推进轴系─艇体的耦合振动模态,结果显示,艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场,分析表明,艇体第1阶纵向振动模态是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座间安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的传递,使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。     

基于能量空间不对中非线性双转子振动特性分析

针对轴系质量不平衡、转子支点不同心等故障问题,建立具有偏角不对中的水平支撑非线性双转子系统模型及动力学方程。利用Runge-Kutta法求解系统的振动响应,发现低压转子出现多个超谐波共振峰。通过庞加莱映射和分岔图分析该系统的非线性振动机理。基于振动能量空间分析方法,研究双转子不同临界转速区域的振动能量轨道特性,初步定量地分析不对中故障对非线性双转子系统振动的影响。实现了具有不对中故障的非线性双转子系统的振动机理表征,研究结果可为多转子系统的复合故障诊断提供新的分析方法。     

泵喷分布式脉动压力激励下泵喷艇体耦合系统振动声辐射

针对suboff艇后泵喷推进器分布式脉动压力激励下的泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射响应计算和特性分析开展研究。建立计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型利用剪切应力输运(shear stress transfer, SST)k-ω模型进行suboff艇后泵喷推进器表面脉动压力的计算,利用耦合有限元法(finite element method, FEM)建立泵喷-轴系-艇体耦合系统动力学模型,结合自编径向基函数插值程序获得表面脉动压力在泵喷结构湿表面的空间分布,利用边界元法(boundary element method, BEM)计算泵喷-轴系-艇体耦合系统的声辐射特性。对泵喷-轴系-艇体的耦合模态特性、传递力、辐射声功率和指向性等开展分析。结果表明:声辐射以转子表面脉动压力的贡献为主;二阶轴频以上,纵向脉动压力的贡献占优;泵喷激励下,振动声辐射主要特征频率包括激励力特征线谱、艇体的纵振模态、转子同相振动模态(呼吸模态)、转子-轴系一阶纵振模态等;导管和定子脉动压力激励下振动声辐射响应峰值出现在叶频(blade passing frequency, BPF)和2倍叶频处,量级和转子表面脉动压力激励处于同一量级,但其和转子表面脉动压力共同作用时,由于相位相互抵消,响应幅值并没有显著增大。研究结果可为泵喷-轴系-艇体耦合系统振动声辐射的控制提供指导。     

推进轴系橡胶艉轴承刚度等效研究

研究推进轴系橡胶艉轴承刚度等效方法,给出重力作用下的轴系艉轴承的等效支承位置及刚度。建立转轴-轴承非线性接触有限元模型,获得轴承表面压力和位移分布,然后采用单点、多点支承模型进行刚度等效。结果表明,单点支承等效可以较为准确地描述转轴位移,但转角不够准确;5点支承等效较单点支承等效具有更高的精度,可以较为准确地描述轴系变形,而且动刚度等效也能较准确地描述频响特性(微幅振动条件下),尤其对于低频区域(小于60 Hz),与转轴-轴承接触模型的计算结果几乎一致。     

燃气轮机转子系统典型振动特性试验研究

搭建气体轴承支撑的微型燃气轮机发电机试验装置,试验呈现微型燃气轮机发电机气体轴承-转子系统升速过程典型区域振动特征,并基于试验数据关联分析振动参数与燃气轮机运行参数、气体轴承的关键参数之间的耦合关系,结果表明:压气机出口压力波动对转子轴向振动影响较大;微型燃气轮机转子径向振动受点火压力波动、主燃料燃烧压力波动以及压气机...     

三瓦双向箔片轴承-高速电机转子系统动力学研究

以10 kW,120 000 r/min的超高速永磁同步电机为实验样机,对三瓦双向箔片轴承-电机转子系统动力学行为进行实验研究.分析了三瓦双向箔片轴承的承载特点,在对轴承刚度和阻尼系数适当简化的基础上,计算了弹性支撑时的转子锥动模态频率和平动模态频率.在样机上进行了30 000 r/min,60 000 r/min的升...     

发动机双平衡轴系统设计分析

本文基于某直列四缸发动机的双平衡轴系统设计方案,利用Excite软件建立了发动机动力总成多体动力学分析模型,预测了动力总成振动噪声性能。分析了曲轴齿轮与平衡轴齿轮的啮合力对曲轴转速、主轴承反力的影响,探讨了搭载平衡轴系统后发动机振动响应的变化情况。利用传递路径分析方法,研究了双平衡轴系统对动力总成悬置2阶振动的减振效果及对车内噪声的改善情况。分析结果表明采用双平衡轴系统有助于提升发动机NVH性能、改善车内噪声水平。     

磁流变液阻尼器-转子-滑动轴承系统稳定性实验研究

通过实验研究了支承在磁流变液阻尼器和滑动轴承上的转子系统在振动主动控制过程中的运动稳定性问题，实验发现，当转子升速，控制电流稳定时，随着控制电流的增大，在一定转速范围内会出现由滑动轴承引起的油膜涡动和油膜振荡，而当转速稳定，突然施加或撤除控制电流时，转子的振动可在短时间内达到新的稳态，不会发生失稳，此后，在一定转速和控制电流条件下转子系统仍会发生失稳，但采用开关控制抑制转子临界振动时系统能稳定运转，研究表明，由控制电流决定的阻尼器支承刚度是影响转子系统稳定性的关键因素。     

燃气轮机转子-轴承系统的油膜涡动分析

建立了小平衡双盘转子-油膜轴承系统模型来分析某型燃气轮机转子-轴承系统的整体动力学特性,根据实际燃气轮发电机组的运行参数和结构特征,选取合理的参数,采用数值方法分析了在平稳升速过程中系统涡动的扩展过程,表明涡动的发展可分为三个阶段:(1)稳定的惯性同步涡动阶段;(2)油膜涡动的积累阶段,即振动能量由惯性涡动向半速油膜涡动迁移;(3)油膜振荡锁频阶段.分析了不平衡量对系统幅频特性和涡动扩展过程的影响,揭示了油膜振荡的跳跃特性.分析结果在多个实验研究文献中得到证实,表明所建立的模型可以用来分析燃气轮机转子系统的整体动力学特性.     

汽轮发电机组轴系扭振冲击和共振响应的主动控制

在多级阶梯轴系扭振弹性波解析分析的基础上 ,建立了一般转子轴系扭振主动控制的理论模型 ,提出了一种适合工程应用的转子轴系扭振主动控制方法 ,并以总扭振能最小为控制目标 ,对一台 30 0 MW汽轮发电机组轴系在多种激励下的扭振响应及其主动控制特性进行了计算机模拟 ,还利用扭振模拟实验台对轴系出现共振时的扭振稳态响应及其主动减振效果进行了考核     

单、双径向轴承安装时三叉式万向联轴器的附加弯矩分析

为找出三叉式万向联轴器在安装和使用过程中出现振动、噪声的原因,分析采用单、双径向轴承安装三叉式万向联轴器输出轴时联轴器附加弯矩随输入轴转角及偏转角的分布规律。首先建立2种安装方式下联轴器的运动简图,应用空间机构坐标变换技术建立输入轴与输出轴的关系方程,推导出系统存在偏转角时输出轴的运动方程,表明输出轴采用单径向轴承安装时三叉式万向联轴器为准等角速传动,采用双径向轴承安装时其具有等角速传动特性。其次分析这2种安装方式下作用在输入轴和输出轴上的附加弯矩分量,根据虚位移原理确定三叉式万向联轴器输出轴在2种安装方式下系统均出现附加弯矩。通过分析发现:采用单径向轴承安装时,存在偏转弯矩,且一个运动周期内附加弯矩的波动频率是输入轴的3倍,呈正弦曲线变化,且附加弯矩的变化趋势为随偏转角的增大呈直线上升;双径向轴承安装时,偏转弯矩为零,附加弯矩随偏转角的增大而逐渐增大,未出现波动。结果表明:2种安装方式下三叉式万向联轴器上均产生附加弯矩,从而使系统产生振动效应。该结果对研究系统产生振动的原因、确定系统非线性动力学行为具有重要的意义。     

轧机转速波动测量的扭振监测实验研究

通过弹性转轴和电机轴的转速波动研究轧机扭振的动特性。用动力学理论推导,得到转轴瞬时转速波动的非平稳描述。通过合理抽象轧机主传动系统为二质量自由度转动惯量系统,得到弹性接轴模型的转轴瞬时转速的辨识方法。在扭振实验平台模拟轧制过程的实验验证了瞬时转速波动的表达式;扭振抑制实验表明了转速波动监测扭振的意义及其应用可行性。这项研究也为重型复杂机械传动系统实时在线扭振监测提供了一种实用的实现途径。     

Additional bending moment analysis of the trigeminal universal joint installed by single or twin radial bearing北大核心CSCD

To find out the causes of vibration and noise of the trigeminal universal joint which appeared in the installation and use process, the additional moment distribution with the varies of the input shaft angular and the deflection angle was analyzed. Kinematics diagrams of the trigeminal universal joint when the output shaft installed by single radial bearing or twin radial bearing were established. The system coordinates were established under the two installation ways, and the motion equations were established by the direction cosine matrix tools. It indicated that the trigeminal universal joint installed by the single radial bearing was an approximately isometric speed transmission, and was a constant velocity transmission with twin radial bearing installed. Furthermore, the additional moment component on the input shaft and the output shaft was analyzed under the two installation ways. According to the virtual displacement principle, the additional moment on the tripod universal joint when the output shaft installed by twin radial bearing and single radial bearing were determined. When installed by single radial bearing, the deflection moment exists and the vibration frequency of additional moment was three times of the input shaft as a sine curve. The variation trend of the additional moment was straight up with the increase of deflection angle. When installed by twin radial bearing, the deflection moment was zero and the additional moment increased gradually with the increase of deflection angle but did not fluctuate. The analysis revealed that additional moment existed in the trigeminal universal joint system under both installation ways would produce bending vibration. This study is of great significance to study the causes of vibration and determine the nonlinear dynamics of the system.     

客车异常振动噪声的分析和控制

某款轻型客车样车在90 km/h左右速度行驶时,车厢地板出现剧烈振动并伴随共鸣噪声,严重影响汽车NVH性能。通过试验手段,在五档加速工况对振动频率进行时间跟踪,找到可能的激励源。从三维频谱图识别出车内主要振动和噪声频率与传动轴的1阶和2阶转动频率相同。对此进行加强传动轴支架,支架加橡胶垫和改换悬置为进口悬置的改进。由此可使整车振动噪声水平大幅度降低。