在能量空间中实现非线性双转子系统的碰摩振动机理表征

碰摩是转子系统发生失稳的一个重要原因。在碰摩故障发生时,转子与机壳随时间的推移在碰撞和脱离等状态间变化,容易产生能量交换,并引发复杂的振动现象。通过构建带碰摩故障的非线性双转子系统模型及动力学方程,采用龙格-库塔法进行数值仿真,在相空间中分析系统的非线性振动特性。在振动能量空间中使用非线性能量供给函数模拟碰摩故障发生后系统的转子振动能量变化,利用振动能量轨道的迁移表征碰摩振动机理。研究结果更好地揭示了非线性双转子系统发生碰摩故障后的碰摩振动机理,提出的方法为双转子系统的振动机理分析提供了新的视角。     

转子系统局部碰摩故障传递机制特性研究

旋转机械的高速化和高效化使系统转定子间的间隙越来越小,转子振动经常引发局部碰摩故障,进而使整个转子系统响应呈现非线性,影响系统的稳定运行,及时掌握碰摩转子系统的动力学特性为处理故障建立基础.以谐波平衡和有限元理论为基础,建立碰摩转子系统的有限元模型并利用系统振动响应各次谐波分量与频率响应矩阵之间的关系,提出转子系统局部碰摩故障传递机制,即系统某处发生故障后对其他位置产生的影响.通过数值仿真和实验验证了此机制的正确性.具有n个故障的转子系统,仅需要任意n+2个节点的响应就可以得到剩余所有节点的响应.对于不平衡、碰摩、不对中和裂纹等转子系统的常见故障,传递机制具有良好的适用性.     

基于遗传算法的碰摩位置辨识

为了在旋转机械故障诊断中确定转子碰摩的位置,提出了一种基于遗传算法的确定多盘转子系统碰摩位置的方法.该方法的基本思路是先建立碰摩转子系统的有限元模型,并将碰摩位置、定子刚度、定转子之间的间隙、系统的阻尼系数和定转子之间的摩擦因数等参数识别问题转化为多参数优化问题,进而利用遗传算法进行优化求解实现碰摩位置的识别.实验结果表明该方法在碰摩发生后能够有效地确定碰摩故障发生的位置.     

转子系统碰摩故障的实验研究

为了研究碰摩转子的非线性动力学行为,建立了多圆盘碰摩转子系统的实验台,并且设计了一种可以模拟整周碰摩的机构。观察碰摩转子在不同条件下的振动情况,同时利用波形图、频谱图、轴心轨迹图和Poincare图等工具分析了系统在碰摩发生后的非线性响应和分岔特性,并通过改变转速来研究转子系统的碰摩发展变化。结果表明:当转子发生碰摩时,系统会激发出高倍频和分数倍频,在系统发生严重碰摩时还会出现混沌现象。     

基于模态扩展与谐波分解的转子碰摩故障精确诊断

以某单跨双盘模型转子实验台为例,建立了该转子-轴承系统有限元模型,得到转子系统前两阶固有频率和振型向量等模态参数·基于转子系统碰摩力的周期性假设,利用模态扩展方法,对故障和健康转子系统振动信号的残差矩阵进行傅立叶级数的分频谐波近似,估算得到转子-轴承各节点的碰摩力·根据转子各结点估算碰摩力的频谱、时序以及等效碰摩力幅确定碰摩发生位置,进而对碰摩故障的程度进行定性评估·试验表明,这种方法可以对转子周期性碰摩进行较精确的诊断,并为其他转子-轴承系统故障诊断提供参考·     

转子系统不对中-碰摩耦合故障的动力学特性

针对由于轴承不对中而引起不对中-碰摩耦合故障的转子-轴承系统,建立了双盘不对中-碰摩耦合故障转子系统力学模型和有限元模型.基于非线性有限元方法,使用等效不对中力矩及接触理论研究了不同转速对系统动力学特性的影响.研究结果表明,不对中-碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主,并且二倍频出现较早及其峰值会急速增大.进一步运用小波基函数对故障信号进行等宽频带的划分,通过对故障转子系统频域响应中二倍频峰值变化趋势的分析研究发现,可将二倍频比例值作为含有不对中故障转子系统故障严重程度的一个判断依据.     

油膜失稳引起的轴承碰摩故障研究

为了研究油膜失稳和转子-轴承碰摩两种单一故障相互作用形成的耦合故障,利用转子实验台模拟油膜失稳引起的轴承碰摩故障,采集发生此故障时转子系统升降速过程的振动信号.利用三维谱振图、重排小波尺度图、频谱图和轴心轨迹图对竖直方向振动信号进行分析,结果表明:重排小波尺度图可以很好地提取轴承碰摩时的时间和频率信息.当转子系统发生二者耦合故障时,油膜失稳占主导地位,油膜失稳引起的碰摩会产生转频和涡动频率的组合频率成分.此外,由于不可公约的组合频率出现,轴心轨迹变得混乱不规则.     

一类碰摩转子在弹性支撑下的分岔分析

分析了考虑重力因素后转子系统在弹性支撑下的运动状态,着重探究了双自由度含间隙、非对称转子弹性支撑的运动特性.根据非碰摩与碰摩转子的运动方程,探究了系统的稳定性.分析了非碰摩转子的共振频率,并通过分岔图、Poincare截面图、时间响应图分析了碰摩转子的相应阈值.最后,讨论了转子模型的不足和改进.     

激励频率影响下的碰摩Jeffcott转子的非线性动力学行为分析

机械设计中为提高旋转机械的输出功率,采用的重要措施之一就是缩小旋转机械转子与静子之间的间隙,从而导致转静子间的碰撞与摩擦的可能性增大。所以大型旋转机械中动静件间碰摩是机组运行中常见的故障,主要发生在机组动静叶片密封、转子轴封以及滑动轴承等处。如果碰摩现象经常发生,使转子或叶片长期受到冲击作用,就有可能导致叶片的断裂,甚至引发其他严重故障,造成重大经济损失甚至人员伤亡。因此,通过试验探究转子系统碰摩发生的振动特征,特别是早期碰摩特征,并设法检测这些特征,对于转子系统避免碰摩故障及急发性故障的发生以及机组的良好运行无疑具有现实的意义。     

考虑气流激振下汽轮机转子系统碰摩动力学特性研究

减小密封间隙是提高透平机械工作效率的一条重要途径,但同时也会因工作间隙减小而使动静结构件之间发生碰摩故障,为此针对某实际发生碰摩故障的汽轮机转子系统构建了有限元分析模型。在考虑气流激振作用的同时,通过对系统在不同位置发生碰摩时的动力学特性进行数值模拟分析,研究不同碰摩点处发生局部碰摩时轴承处的振动特征。分析结果表明：两支撑轴承处的轴心轨迹、频谱图等特征图呈现出一定的规律,系统主要为同频周期运动,但频谱中会出现高频成分;随着碰摩点靠近轴承或转子系统中心,系统的运动越来越复杂,出现了8字形和椭圆等轨迹,时域波形图中出现了削波现象;不同位置碰摩振动现象不同,可根据轴承处的响应特征图估计出碰摩故障发生的位置。     

碰摩转子轴承系统非线性振动特征的实验研究

建立了转子碰摩故障的实验装置,通过实验研究了转子系统碰摩故障的非线性振动特征,发现对油膜力影响较小的系统,转定子碰摩使系统产生了半频及高频分量,而对于滑动轴承支撑的系统,较小的碰摩间隙使得系统在油膜涡动之前产生碰摩,系统产生了丰富的高频分量;当碰摩间隙较大时,碰摩在油膜涡动之后发生,此时碰摩对系统的影响很小,轴承油膜力对系统的影响最大·     

碰摩转子系统的稳定性

为研究一个支承在油膜轴承上的单盘转子系统在发生动静件碰摩时系统的稳定性 ,假定轴承为短轴承近似和碰撞为弹性碰撞后 ,导出包括分段线性刚度和非线性油膜力的非线性运动微分方程 ;使用打靶法求系统的周期解并结合 Floquet理论分析解的稳定性 ,发现了在系统的运动中具有倍周期分岔和 Hopf分岔现象 ;研究结果对于更好地了解转子系统的碰摩故障以及其早期预测有意义     

基于局域波和混沌的转子系统早期碰摩故障诊断

为实现低信噪比下的微弱信号检测,提出一种基于局域波和混沌的微弱信号检测方法.将微弱的故障信号分解为有限的并且具有不同基本模式的分量,每个分量为单一成分信号,实现了信噪分离.将局域波分量输入所设计的混沌振子,混沌振子系统行为由混沌状态变为大周期运动状态,表明检测信号中含有特征成分,实现了利用混沌振子对低信噪比微弱信号的检测识别.对转子系统早期碰摩故障信号检测结果说明了该方法的有效性.     

碰摩转子系统的混沌特性

基于旋转机械故障诊断的需要，分析了一个由油膜轴承支承的转子系统在转子与定子碰摩时的振动特征，模型考虑了碰撞时定子的线性变形以及摩擦时的库仑摩擦。分析表明，系统除具有各种形式的周期和概周期振动以外，还具有丰富的混沌运动与分叉现象。碰摩转子系统所展示的混沌运动以及所具有的各种现象，作为这类系统的显著特征，可以用于诊断汽轮发电机组中经常发生的碰摩故障     

非对称油膜力作用下碰摩转子系统动力学分析

综合考虑非对称油膜力、非线性刚度和非线性摩擦力的影响,建立了碰摩转子系统动力学模型.采用数值分析方法分析了碰摩转子系统的非线性动力学行为,研究了转速、非线性刚度比和速度影响因数对碰摩转子系统分岔和混沌行为的影响.发现非对称油膜力、非线性刚度和非线性摩擦力对转子系统动力学行为的影响与转速有很大关系,碰摩转子系统可以在较大参数范围内出现混沌运动状态,并且混沌运动的演化规律更为复杂.研究结果为今后有效识别同类转子故障提供可靠的理论基础和参考依据.     

考虑油膜力的弹性转子系统碰摩故障研究

以现代非线性动力学和转子动力学理论为基础,分析了带有碰摩故障的弹性转子系统的动力学行为·针对短轴承油膜力的强非线性特点,用RungeKutta法在较宽范围内研究了定子刚度和激励频率等参数对该碰摩转子系统动态特性的影响,发现参数变化时系统存在周期、拟周期和混沌运动等丰富的非线性现象:该碰摩转子系统在一阶临界转速附近系统响应为混沌运动,转速较高时系统响应表现为拟周期运动,定子刚度很大时系统响应处于工频状态·该研究结果为转子轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供理论参考·     

非对称油膜力作用下碰摩转子系统动力学分析

综合考虑非对称油膜力、非线性刚度和非线性摩擦力的影响,建立了碰摩转子系统动力学模型。采用数值分析方法分析了碰摩转子系统的非线性动力学行为,研究了转速、非线性刚度比和速度影响因数对碰摩转子系统分岔和混沌行为的影响。发现非对称油膜力、非线性刚度和非线性摩擦力对转子系统动力学行为的影响与转速有很大关系,碰摩转子系统可以在较大参数范围内出现混沌运动状态,并且混沌运动的演化规律更为复杂。研究结果为今后有效识别同类转子故障提供可靠的理论基础和参考依据。     

弹性转子系统动力学行为

提出了考虑机匣弹性、机匣与定子间的弹性联接和陀螺效应的碰摩转子动力学系统模型;运用数值积分方法获取了系统响应,分析了机匣与圆盘质量比和双圆盘偏心矩比对转子系统分岔与混沌行为的影响.结果发现,系统进入混沌的路径主要是阵发性混沌和周期3经倍分岔进入混沌;与刚性支承的情况加以比较,发现系统的弹性对混沌响应有一定的抑制作用.分析结果表明:机匣弹性使混沌响应的区域缩小,高阶临界转速减小,对高阶临界转速和共振振幅的影响比较大,而对低阶临界转速和共振振幅的影响较小.