透平转子的可靠性设计

介绍透平转子的可靠性设计方法。该方法以传统的转子强度和振动的设计方法为基础,把透平转子的静应力、材料静强度、应力幅、尺寸系数、表面加工系数、应力集中系数、材料疲劳极限、热疲劳累积损伤程度、材料低周疲劳程度、蠕变寿命、固有频率、激振力频率、不平衡响应等处理为随机变量,使用机械概率设计法确定转子设计的可靠度。文中给出了透平转子静强度、疲劳强度、热疲劳、蠕变寿命、避开弯曲共振、避开扭转共振和限制不平稳响     

非线性转子——密封系统低频失稳机理研究：不平衡系统的亚谐共振

本文采用Ｍｕｓｚｙｎｓｋａ密封力模型分析单圆盘转子－－密封系统的低频自激振动。文（１）研究了平衡转子的稳定性和分岔，本文研究不平衡转子在临界平衡点附近自激振动（周期扰动Ｈｏｐｆ分岔）的亚谐共振，给出了不同参数条件下的振动性态，为识别转子的亚谐共振故障及预防提供了一些新理论依据。     

高速转子动平衡中的灵敏度分析及其应用

研究了几种经典柔性转子高速动平衡方法,应用灵敏度分析技术对高速动平衡方法中平衡截面位置的选取原则进行了探讨。给出了在盘山电厂600MW汽轮机低压转子高速动平衡中的应用实例。     

轴弯曲与不平衡柔性转子共振稳态响应随机分析

系统参数随机性是影响准确预测转子动力学行为的重要因素。为此,研究了具有初始轴弯曲的不平衡柔性转子在故障参数随机情况下的不确定性分析问题。首先,基于转子动力学梁元有限元理论,推导了不平衡和轴弯曲故障共同作用下的系统稳态动力学方程,并以轴心轨迹长半轴作为关键响应量建立了柔性转子共振稳态响应与输入参数间的模型函数;其次,联合广义多项式混沌展开、留一法交叉验证以及最小角回归技术实现了柔性转子共振稳态响应的非嵌入式自适应稀疏多项式混沌展开,并与基于普通最小二乘法的多项式混沌展开和基于Monte Carlo仿真的结果作了对比分析,验证了自适应稀疏展开方案的有效性、精度和效率;最后,以构建的自适应稀疏多项式混沌展开式作为近似模型,重点分析了转子圆盘处一阶共振稳态响应的随机特性,并基于Sobol指标获得了响应对各故障参数的全局灵敏度指标。     

柔性转子──挤压油膜阻尼器系统的突加不平衡响应

本文选择了一种可以无限逼近阶跃函数,具有无穷阶连续导数的表示转子突加不平衡的数学模型.用此模型分析了支承在同心型及非同心型挤压油膜阻尼器上的柔性转子的突加不平衡响应.研究了系统参数对突加不平衡响应的影响及不同转速下突加不平衡对系统双稳态响应的影响.证明了设计合理的挤压油膜阻尼器对突加不平衡具有抑制作用.此外,非同心型挤压油膜阻尼器抗突加不平衡的能力要比同心型挤压油膜阻尼器强,但非同心型挤压油膜阻尼器在突加不平衡时容易产生非协调响应.     

失衡转子的动力响应分析

转子失衡是现场机组转子的常见故障之一.究其故障起因可将转子失衡从理论上划分为力不平衡和力偶不平衡两种类型,而在转子的实际运行过程中,这两种失衡状态往往是相互耦合在一起共同对转子的不平衡响应发挥作用的,此特性无疑给现场转子不平衡响应的识别和诊断工作,以及转子的现场动平衡工作带来了极大的困难.本文基于全息谱技术,通过对失衡转子的工频振动进行再分解,从而在理论上得到了两种失衡状态的动力响应特征.试验结果表明,应用本文提出的识别指标得到的理论计算结果与试验结果完全吻合,识别指标可对两类失衡转子在不同运行工况下的动力响应特征做出准确、可靠的描述.这一研究结果将对现场转子主导失衡故障类型的诊断、故障严重程度的评估及现场转子的动平衡工作产生重要影响.     

求具有任意个准循环坐标的拟线性运动方程组概周期解的一个方法及其应用

引言 在具有高速转子的现代机器中,降低转子不平衡引起的振动有重大的意义。为了消除振动,重要的方法是在制造或安装机器时对转子进行平衡。如果这时转子的挠性和不平衡度对各阶临界频率都消失,则因为其不平衡度在工作过程中是不变的,机组在所有速度条件下就都能够平稳地工作。但是由于转子零件在运转过程中出现位移、磨损和发热等因素,动平衡所达到的转子平衡状态在运转过程中可能遭到不同程度的破坏。因     

非线性转子——轴承系统1／2亚谐共振全局分岔研究

本文以采用短轴承模型的具有不平衡质量单园盘非线性刚性转子－－轴承变研究对象，利用中心流形定理和平均法相结合的方法，以及Ｔａｋｅｎｓ又特性值理论方法，在其临界点处对其有１／２亚谱共振情况下的周期振动、调幅和调相振动、以及同窠、异宿轨道的分岔性态进行了研究，给出了控制系统稳定运行的结构参数区域，为大型复杂转子系统的油膜失稳控制提供了某些理论依据。     

各向异性支承中的单盘转子过临界点时的瞬态响应

本文使用分析动力学和Bogoliubov-Mitropolskii渐近方法研究位于各向异性支承中的单盘转子在有限能源驱动下通过临界点时的非定常、非线性瞬态响应.通过推导,得到一阶微分方程组,然后数值积分求解.文中讨论了转子盘的陀螺效应,静、动不平衡,内、外阻尼和静不平衡量的初相角等多种因素对瞬态响应的影响.     

Poincare型胞映射分析方法及其应用

本文用Poincare型胞映射方法对平衡及不平．衡轴承转子非线性动力系统的全局特性进行了分析研究,同时求得了一定状态空间内系统存在的周期解及其在各不同Poincare截面上的吸引域,得到了一些新的现象和规律,并通过对平衡及不平衡轴承转子系统的全局特性异同的比较,说明了要建立既适用于平衡轴承转子系统又适用于不平衡轴承转子系统的非线性稳定性准则应注意的几个问题     

Steady-state behaviour of flexible rotordynamic systems with oil journal bearings

This paper deals with the long term behaviour of flexible rotor systems, which are supported by nonlinear bearings. A system consisting of a rotor and a shaft which is supported by one oil journal bearing is investigated numerically. The shaft is modelled using finite elements and reduced using a component mode synthesis method. The bearings are modelled using the finite-length bearing theory. Branches of periodic solutions are calculated for three models of the system with an unbalance at the rotor. Also self-excited oscillations are calculated for the three models if no mass unbalance is present. The results show that a mass unbalance can stabilize rotor oscillations.     

Drop Dynamics of a High-Speed Unbalanced Rotor in Active Magnetic Bearing Machinery*

The transient nonlinear dynamics of a high-speed unbalanced rigid rotor dropping onto rigid sliding bearings is investigated. The equations of motion are formulated and solved numerically to examine dynamics of the rotor for different regimes of the touchdown process. The contribution of parameters such as unbalance, air gap, coefficient of friction, and coefficient of restitution to drop dynamics of the rotor are examined. When the unbalance is small, the resulting motion is also small. As the level of unbalance increases, the motion of the rotor becomes larger, so there is potential for damage to the rotor and the backup bearings. The orbits of the rotor in the backup bearings after the rotor drops, velocities, and power loss during sliding-whirling stages are presented for various initial conditions and system parameters. Finally, based on simulation results, some design guidelines and suggestions are given.     

Rotordynamic model for electromagnetic excitation caused by an eccentric and angular rotor core in an induction motor

The paper shows a rotordynamic model for electromagnetic excitation caused by an eccentric and angular rotor core in an induction motor. It is shown that an eccentric rotor core leads to an electromagnetic force and an angular rotor core to an electromagnetic moment, which both force the rotor to vibrate. For these two kinds of magnetic unbalance, a rotordynamic model was developed considering the influence of the oil film stiffness and damping of the sleeve bearings, the stiffness of the end-shields and bearing housings, the stiffness of the rotor, the electromagnetic stiffness—radial and angular electromagnetic stiffness—the mass moment of inertia and the gyroscopic effect of the rotor. With this model, the absolute orbits of the shaft centre, the shaft journals and the bearing housings can be calculated, as well as the relative orbits between the shaft journals and the bearing housings. Additionally, the bearing housing velocities can also be computed. In addition to the mathematical derivation of the model, also a numerical example is shown for clarification. The aim of the paper is, on the one hand, to show the mathematical coherences—based on an analytical model—between rotordynamics and the electromagnetics for an induction motor with an eccentric and angular rotor core and, on the other hand, to derive a calculation method for evaluating the vibration sensitivity regarding these two different kinds of magnetic unbalance.     

螺桨转子颤振涡动的一种算法

介绍螺桨转子系统颤振涡动的一种算法。本算法考察桨叶的振动变形，桨轴－支承系统的振动特性，以及螺转子的不平衡力。利用本算法对一模型螺桨转子和一实际螺桨转子进行了分析计算，对螺桨转子轴头动刚度、浆叶弹性变形、桨盘不平衡度等因素对螺桨转子系统颤振涡动的影响进行了分析，表明螺桨转子轴头动刚度下降时，螺浆发生颤振涡动的极限飞行速度下降。模型螺桨转子的计算结果与风洞试验结果相当吻合，证明本算法是正确的。     

高速涡轮增压器轴承-转子系统不平衡响应及稳定性分析

汽车涡轮增压器广泛采用浮环轴承支承的小型轻质转子系统,以实现100 000~300 000 r/min的工作转速,提高发动机功率和动力性能,并降低燃油消耗和排放. 在此超高速工况下,动压油膜的强非线性作用和转子固有的不平衡效应使该系统呈现出复杂的动力学现象,其中油膜涡动、振荡、跳跃、倍周期分岔和混沌等非线性动力学行为对增压器的健康运转意义重大,因而备受关注. 本文作者从摩擦学动力学耦合的角度出发,基于流体动压轴承润滑理论和有限差分法计算非稳态油膜压力,结合达朗贝尔原理和传递矩阵法建立了转子离散化动力学方程,提出了一种由双油膜浮环支承的涡轮增压器转子系统动力学模型,并从转子轨迹、轴承偏心率、频谱响应、庞加莱映射和分岔特性等方面比较分析,描述了该非线性轴承-转子系统的不平衡效应及油膜失稳特征. 结果表明:转子一般在相对低速下作稳定的单周期不平衡振动,在高转速下其被油膜失稳引起的次同步涡动所抑制,但不平衡量的增加可阻碍转子以拟周期运动通向混沌运动的路径;适当不平衡补偿下,由于内、外油膜间交互的非线性刚度和阻尼作用,在油膜失稳区间之间的中高速区会出现适合增压器健康运转的稳定区间.      

求解转子系统突加不平衡响应方法的研究

本文提出并研究了用传递函数分析法求转子系统的突加不平衡响应,讨论了求这一响应的最佳数值积分方法。用本文提出的理论解方法及三种常用的数值积分法:尤拉后差法,纽马克法,及呼伯特法,对一模型转子算例进行了分析计算,结果表明;尤拉后差法最适用于求转子系统的突加不平衡响应。本文提出的传递函数分析法,可以和试验模态分析方法相结合,以求解复杂转子系统的突加不平衡响应。     

涡轮泵转子-迷宫密封系统的非线性稳定性和分岔

研究迷宫密封对某一工程涡轮泵转子系统动力特性的影响,迷宫密封力采用Muszynska非线性力模型,应用有限元法建立转子系统的动力学方程,采取系统动力学方程中包含的高阶线性自由度和低阶的非线性自由度进行分块处理的方法,有效地缩短了求解时间。根据Floquet理论,判别系统的临界失稳转速,并由Floquet乘子来确定系统失稳后分岔方式。采用分块-Newmark法数值模拟了转子二涡轮盘的轴心轨迹。最后分析了涡轮泵转子二涡轮盘的质量偏心同相位和存在90度相位差时对转子系统运动特性的影响。     

挤压油膜阻尼在储能飞轮转子支承系统中应用研究

在飞轮储能系统实验研究中,利用永磁轴承-螺旋槽流体动压锥轴承的混合支承,并采用了挤压油膜阻尼为转子支承系统提供阻尼。基于流体润滑理论的雷诺方程和长轴承近似理论,推导出一端封闭、一端开口边界的挤压油膜的压力分布近似解析解,得到等效油膜刚度和阻尼系数。最后对比分析了飞轮转子支承系统不平衡响应的计算与试验结果。     

主动磁悬浮控制力矩陀螺的系统仿真

以刚体动力学为基础，考虑功放延时、转子不平衡、磁轴承非线性等因素，建立了磁轴承反馈控制控制系统模型，对不同的控制律进行了仿真分析。仿真结果表明，应用状态反馈进行解耦控制能够有效抑制转子系统的陀螺效应对系统稳定性的影响，且在初始偏差下可以快速线性收敛，稳定性很好。