磁悬浮分子泵转子振动抑制研究

磁悬浮分子泵具有工作转速高、转子极转动惯量大等特点,针对磁悬浮分子泵转子在升速过程中出现的弯曲模态振动以及涡动模态振动,提出了一种基于滤波交叉反馈与陷波器的大转动惯量磁悬浮转子控制方法。建立磁悬浮轴承-大转动惯量刚性转子系统数学模型,求解得出转子涡动模态频率,根据该模型分析了滤波交叉反馈控制器对涡动模态振动的抑制效果,并且设计了陷波器用于抑制不同转速下的转子弯曲模态振动。试验结果表明,磁悬浮分子泵稳定升速至工作转速18 000 r/min,转子振动位移为35μm,弯曲模态振动以及涡动模态振动得到了有效抑制。     

拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

基于模态振型分析的大型汽轮机低压转子高速动平衡方法

针对目前传统影响系数法难以平衡某些大型汽轮机低压转子的难题,提出一种基于模态振型分析的大型柔性转子高速动平衡方法。在分析汽轮机转子系统结构的基础上,综合考虑了动平衡机摆架轴承座的动力特性,采用基于有限元的转子轴承动力学分析商业软件DyRoBeS建立了转子-轴承-摆架系统模型,分析转子系统临界转速和振型,从而根据转子的模态振型,结合柔性转子影响系数平衡法要点,设计合理的平衡工艺,有针对性的选择平衡校正面和平衡转速点,采取逐阶次平衡的方法,实现这类大型特殊柔性转子的动平衡。最后以哈汽产的66万千瓦大型汽轮机低压转子高速动平衡试验为例,应用结果表明采用该方法能有效平衡大型柔性转子,且减少了起机次数,节省了平衡费用。     

柔性转子动力学分析的区间B样条小波有限元法

构造Rayleigh-Euler区间B样条小波旋转梁单元,该单元边界节点具有6个自由度,即:3个移动和3个转动,而内部节点具有3个自由度,即:3个移动,分别表征横向弯曲及转角、轴向位移、扭转位移.建立柔性转子系统小波有限元模型,考虑陀螺效应、截面惯性矩、材料迟滞和粘性阻尼、轴承的交叉刚度与交叉阻尼的影响.数值算例表明:小波有限元法具有良好的性能,适合于工程中复杂柔性转子系统动力学分析.     

备用轴承碰撞副对电磁轴承失效后转子坠落瞬态响应的影响

在一个电磁轴承支撑的柔性转子实验系统上测量了电磁轴承失效后转子坠落在不同碰撞副滚动型备用轴承上的瞬态响应,分析了碰撞副的材料和润滑条件对转子坠落过程中瞬态响应的影响。结果发现碰撞副材料的不同配合和碰撞副间的润滑条件对转子坠落在备用轴承上的瞬态响应有明显的影响。适当地选择碰撞副材料以及保持碰撞副间良好的润滑有利于减小转子坠落过程对备用轴承和转子的影响,特别是能够避免出现对备用轴承有显著影响在整个间隙圆范围的碰撞型回转运动,提高备用轴承的抗冲击能力。     

微小轴承相对位移的测量

研究了微型电涡流位移传感器测量垂直安装的转子系统下端轴承副由于松动和不良摩擦引起的相对位移.通过实验并结合理论分析,说明该转子系统运行过程中轴与轴承之间微小的相对运动对转子动力学行为的影响.     

双圆盘立式悬臂转子-轴承系统碰摩-裂纹耦合故障分析

在考虑了非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩-裂纹耦合故障的双圆盘立式悬臂转子-轴承系统的动力学模型,在此基础上用数值仿真方法研究了该模型在四种不同工况下的动力学行为,即无故障、单一碰摩故障、单一裂纹故障、碰摩-裂纹耦合故障,通过对该转子-轴承系统在不同工况下位移响应随旋转角速度变化的分叉图分析,发现在各种不同工况下该转子轴承系统响应表现出不同的特点,并给出了一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和幅值谱图,分析了该转子系统在不同角转速下的运动状态.该研究结果为转子-轴承系统特别是立式悬臂转子-轴承系统的故障诊断提供了理论参考.     

被动式电磁阻尼器的原理和实验研究

为了简单可靠地增加系统的稳定性、抑制转子的共振峰值 ,提出了一种新型的被动式电磁阻尼器 ,它的结构类似于电磁轴承 ,但无需闭环控制 ,采用直流电工作。通过分析发现 ,电磁阻尼器线圈内由于转子涡动时变化的磁场而产生的波动电流与转子位移间的相位差是产生阻尼的原因 ,推导了波动电流、阻尼系数的计算公式。实验结果显示该阻尼器提供的阻尼能够有效地抑制共振振幅     

电磁轴承失效后转子在坠落过程中的动力学特性

用有限元法建立了由滚动轴承组成的备用轴承-电磁轴承-转子系统在电磁轴承失效前后的动力学方程,分析了电磁轴承失效后转子在坠落过程中的动力特性,讨论了备用轴承的支撑阻尼对转子在坠落过程中动力特性的影响.     

非线性油膜力作用下叶片-转子-轴承系统弯扭耦合振动特性研究

建立了叶片-转子-轴承系统模型,并分析了考虑非线性油膜力作用下系统的弯扭耦合运动。为了考虑叶片弯曲变形的影响,将叶片模化为悬臂梁结构,利用假设模态法进行离散求解,通过Lagrange方法建立系统的运动方程,运用Runge-Kutta法对所得动力学方程进行数值求解,最终通过对分岔图、三维谱图、相图和Poincaré映射的分析,得到了叶片-转子-轴承系统中蕴含的各种复杂非线性动力学行为。通过与不考虑叶片的转子-轴承系统进行比较,指出叶片的弯曲振动使系统的不稳定区域提前,并在某些转速下激起系统的混沌运动。     

含横向裂纹的弹性转子-轴承系统的动力学研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础，分析了含有裂纹的弹性转子-轴承系统的复杂运动。针对短轴承油膜力强非线性的特点，用Runge—Kutta法在较宽范围内研究了各参数对转子系统动态特性的影响，发现了丰富的非线性现象。研究表明该裂纹转子-轴承系统在工作转速较高时有P-3运动窗口，而且随着裂纹深度的增加而增加，其结果可为转子-轴承系统故障诊断和安全运行提供参考。     

轮轨接触弹性约束下动力轮对转子系统振动特性分析

轮对柔性、旋转陀螺效应及其约束弹性是准确评估高速运行环境下动力轮对转子系统振动特性的关键。为此，系统开展了轮轨接触弹性约束下典型高速列车动力轮对转子系统的弯曲-扭转-轴向振动特性研究。首先，采用铁木辛柯柔性梁转子有限元理论建立了高速列车动力轮对转子系统的弯扭轴动力学方程，并分别采用刚度影响系数法和能量法推导了一种可以反映等效圆锥车轮踏面与钢轨接触特性的线性化轮轨接触单元；然后，编制了相应的MATLAB计算程序，并与建立的等效ANSYS模型作对比，验证了自编程序的正确性；其次，基于自编程序设计了四种模态模型，即弯曲模型、弯扭模型、弯轴模型和弯扭轴模型，详细对比分析了四种模型振动特性的异同和参数影响规律；最后，讨论了几种典型外部激励下动力轮对转子系统的共振稳定性。结果表明：弯扭轴模型的模态结果能够涵盖其他三种模型的所有模态信息，且模态数据保持一致；由轮轨接触刚度导致的轮对约束弹性(即支承刚度)在纵向和垂向差异显著，使轮对转子系统的1阶和2阶正涡动弯曲模态推迟出现在更高阶固有频率段，且相应的涡动轨迹呈现明显的扁平状；所讨论的典型外部激励中存在较多的能够诱发动力轮对转子系统发生共振的激励频率，...     

针对柔性转子系统的电磁轴承支承刚度阻尼参数识别

为了用传统转子动力学的理论和方法分析支承在电磁轴承上的转子系统动力特性,电磁轴承支承的等效刚度和等效阻尼是必须获知的重要参数。已有研究提出的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方法大多都是建立在单自由度模型或刚性转子模型上的。针对支承在电磁轴承上的柔性转子系统,提出了其等效刚度和等效阻尼参数的识别方法。首先,设计了静态力和动态力两种自由度凝聚方法,把柔性转子有限元模型凝聚到所需要的自由度,减少了模型中未知数的数量,并提取凝聚后转子模型中的激励与响应关系;然后建立电磁轴承激励和加配重激励两种情况下的电磁轴承等效刚度和等效阻尼的识别方程;最后,通过一个电磁轴承-柔性转子系统算例验证了识别方法的有效性。算例分析了由于柔性转子振动相位的变化和增加识别方程主自由度数量对识别精度和效果的影响。     

基于转速的磁悬浮轴承转子系统变参数控制

建立了磁悬浮轴承柔性转子系统数学模型.分析了磁悬浮轴承的支承特性、系统在不同控制参数下的稳态不平衡响应和在旋转状态下控制参数变化对系统稳定性的影响,提出了基于转速的变参数控制策略.构建了五自由度磁悬浮轴承转子系统试验台,将转速信号引入数字控制器,在不同转速区段采用不同PID参数控制磁悬浮轴承,进行了高速旋转试验.理论分析和试验结果表明,在不同转速区段采用不同控制参数,可以同时满足系统在低频段和高频段动态性能的要求,有效减小转子的不平衡振动,有利于系统平稳越过临界转速.     

牵引电机转子振动对高速列车动力学性能的影响

为了分析牵引电机转子振动对车辆动力学性能的影响,建立了包括驱动系统的动车非线性动力学模型,模型中考虑了转子-轴承系统的非线性力.通过数值仿真,研究了转子-轴承系统非线性反力对牵引电机振动的影响,对比分析了考虑与不考虑转子轴承非线性反力时车辆在驱动、匀速和惰行工况下的动力学特性.结果表明,电机转子的振动是由轴承变刚度频率...     

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。     

松动碰摩转子轴承系统周期运动稳定性研究

根据松动碰摩耦合故障转子轴承系统的非线性动力学方程，利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶方法，对系统周期运动的稳定性及其失稳规律进行了研究，得到了系统在不平衡量-转速、碰摩间隙-转速等参数域内的分岔集。分析表明：在较大和较小的不平衡量下，系统的周期运动分别以Hopf分岔形式和倍周期分岔形式失稳；耦合故障转子轴承系统表现出与碰摩转子轴承系统相似的分岔失稳规律；随着系统动静件之间的碰摩间隙减小，系统的Hopf分岔集区间变大而且失稳转速降低。该结论可以为转子系统的故障诊断、安全稳定运行及振动控制提供理论依据。     

旋转冲压转子-动静混合气体轴承系统振动特性仿真研究

本文研究了旋转冲压压缩转子涡动时,在进气道压缩气流激力作用下的动静压混合气体轴承-柔性转子系统非线性动力学特性。首先对压缩进气道的内部流场进行分析,获得作用在转子上的非线性复杂激振力模型;同时采用有限单元法对旋转冲压发动机中动静压混合气体轴承转子系统（多自由度）进行建模,对含时间项的气体润滑雷诺方程与转子运动学方程进行耦合求解。通过动力学仿真获得了该系统在不同供气压力及不同偏心距作用下的轴心轨迹图与频谱图。研究结果表明,适当的选择供气压力与偏心距,可以降低旋转冲压压缩转子-动静混合气体轴承系统的振动幅值并提高其稳定性。     

通过附加轴承静载荷在线消除油膜振荡故障

提出了一种在线非接触式施加轴承静载荷的方法，以达到增加系统稳定性、在线消除油膜振荡故障的目的。首先运用达朗伯原理结合里茨法建立了非线性非稳态油膜力作用下的多自由度转子-轴承系统的运动方程，并运用变步长的Newmark数值积分方法对非线性系统的稳定性以及附加静载荷对油膜振荡的影响等问题进行了研究。计算结果表明：增加静载荷可以在线改变系统的涡动中心，增加系统的稳定性，从而在线消除油膜振荡，使原来失稳的转子系统又回到稳定的周期运动状态。然后针对这一结论，在一台较大型的高速转子试验台进行试验，通过设计和安装的一个电磁执行器来施加静载荷，并进行了多次实验研究，实验结果和理论结果基本一致。     

Alford力和磁悬浮轴承对转子系统动力学特性的影响

以磁悬浮轴承支承的航空发动机高压模拟转子为对象,研究了在压气机叶尖气流激振力和磁悬浮轴承电磁力共同作用下的转子系统动力学特性。采用Timoshenko梁理论建立了模拟转子的有限元模型,在模型中引入由PID方法控制的差动磁悬浮轴承电磁力以及由Alford力表示的压气机叶尖气流激振力,利用Newmark-β法求解了转子系统的动力学响应。计算结果表明,在非线性Alford力和磁轴承电磁力共同作用下,转子系统表现出了较复杂的动力学特征;磁悬浮轴承的控制参数对转子系统特性有较大影响,不同取值可能导致转子出现单周期、多周期拟周期甚至失稳等不同动力学行为;因此,对由磁悬浮轴承支承并含轴流压气机的转子,需考虑叶尖气流激振力与电磁轴承力的相互影响进而确定轴承控制参数。