风车不平衡模拟带弹性机匣的碰摩实验台的动力学特性研究

针对典型的民用大涵道比涡扇发动机风车不平衡振动问题,搭建了转子-轴承-弹性机匣系统风车不平衡模拟碰摩实验台,并应用Samcef/Rotor有限元软件建立了转子实验台的简化有限元模型,通过实验测试得到的临界转速验证了模型的有效性。在碰摩实验前,首先仿真分析了风车不平衡状态下不同的摩擦系数和碰摩刚度对转静碰摩系统的动力学响应的影响,为碰摩实验结果进行预估判断。分析结果表明:在低转速大不平衡量的风车不平衡模拟情况下,摩擦系数的变化会激发n X/2(n=1,5)的分频及2X、4X倍频的转频分量;碰摩刚度的变化会激发n X/2(1,5,7)的分频及2X、4X倍频的转频分量。     

风车不平衡模拟带弹性机匣碰摩实验台的动力学特性

针对典型的民用大涵道比涡扇发动机风车不平衡振动问题,搭建了转子-轴承-弹性机匣系统风车不平衡模拟碰摩实验台,并应用Samcef/Rotor有限元软件建立了转子实验台的简化有限元模型,通过实验测试得到的临界转速验证了模型的有效性。在碰摩实验前,首先仿真分析了风车不平衡状态下不同的摩擦系数和碰摩刚度对转静碰摩系统的动力学响应的影响,为碰摩实验结果进行预估判断。分析结果表明:在低转速大不平衡量的风车不平衡模拟情况下,摩擦系数的变化会激发n X/2(n=1,5)的分频及2X、4X倍频的转频分量;碰摩刚度的变化会激发n X/2(1,5,7)的分频及2X、4X倍频的转频分量。     

两跨四支撑轴系转子低速动平衡实验研究

针对两跨四支撑汽轮机组、压缩机组等轴系中各跨转子动平衡合格,但安装试车后仍发生轴系不平衡振动故障的问题,研究各跨转子残余不平衡量耦联效应对轴系转子振动特性的影响。搭建了两跨四支撑（2N支撑）轴系实验台,模拟开机启动过程,实验对比了针对轴系转子系统的两种低速动平衡方式。实验结果表明,对两跨四支撑转子整体进行组合的低速动平衡效果优于对转子1、2单独进行低速动平衡。     

基于轴向力自由控制的磁悬浮飞轮基座振动抑制

高速磁悬浮飞轮壳体或机座振动是影响运行精度的关键问题。对于外转子式飞轮结构,当转子轴向基准面与转子旋转轴线之间的垂直度精度在一定范围内时,这种形位误差会导致额外的基座振动。基座的同频振动幅值由转子自身的残余不平衡和位移传感器测量面的形位误差同时决定。因此,该文在传统力自由控制基础上提出了轴向力自由控制方法对基座的轴向振动进行抑制。通过实验比较了不开启不平衡控制、仅开启径向不平衡控制和同时开启径向、轴向不平衡控制3种情况,验证了在转子各自由度同时开启不平衡控制能更有效地减小基座振动。实验结果表明:在工作转速下,该方法能有效地消除转子轴向的同频振动力,抑制基座振动。同时,也证明了在承担重力方向同样也能实现力自由控制,与磁轴承仅有径向力自由的不平衡控制方法相比,拓宽了不平衡力自由控制方法的应用领域,取得了较好的振动控制效果。     

非对称转子动力学特性数值模拟

基于ANSYS的非线性瞬态动力学模块,以旋转位移约束模拟转动的方式数值计算了重力作用下径向非对称转子的振动特性,得到了重力引起的低速倍频共振、转子各方向振动相同的结论.外载分别考虑重力和不平衡力,研究了重力和不平衡力对系统振动的影响,结果表明系统的1倍频和2倍频振动不存在相互作用.最后研究了非对称转子的不平衡响应特性,得到了相同轴向位置不同相位的加重,转子的振幅和相位响应差别很大的结论,针对此结论提出了一种简单有效的基于影响系数法的非对称转子动平衡方法.通过实验验证了所采用的计算模型准确性,所得到的结论对卧螺离心机的故障诊断和高速动平衡具有一定的指导意义.     

基于ARMA的汽轮机转子振动故障序列的预测

汽轮机转子振动系统是一个确定性复杂系统,振动序列由多种频率成分的分量复合而成,建立尽可能完整与精确的系统振动数学模型是提取故障征兆信息及故障预测的保证．文中根据Bently实验台所采集的碰摩、松动、不对中和不平衡四种典型汽轮机转子振动故障水平方向与垂直方向的数据,剔除趋势项及周期项,所余的随机平稳噪声项经平稳性检验后,建立了汽轮机转子振动故障序列自回归滑移平均(ARMA)模型．计算结果表明,所建立的8个汽轮机转子振动故障ARMA模型一个半周期的预测值的平均误差μ均小于0．55μm,确定性因子r^2均大于0．9915,具有较高的预测精度,为进一步提取故障征兆信息及故障发展趋势预测提供了条件．     

基于LabVIEW的多功能转子故障模拟测试系统设计

不平衡、不对中、弯曲、松动、碰摩等故障常导致旋转机械动态特性恶化。对转子振动信号的监测与分析,是判断设备故障类型及预测故障发展趋势的主要手段。本文开发出一种可实现故障模拟的多功能转子振动测试系统。通过改变轮盘的不平衡质量、调整轴承座的高度、控制润滑状态等方法模拟转子动平衡、不对中、轴承故障等多项实验。测试系统由转子实验台、传感器与信号调理设备、NI公司的6009数据采集卡及计算机组成。采用LabVIEW8．5设计了测试系统软件,详细讨论了转速、加速度及位移信号的采集与处理方法。测试结果表明,不同工作状态下轴承座振动信号的时域、频域波形和转子轴心轨迹形状可用于表征转子各单项及综合故障。     

基于模型参考自适应系统的电磁轴承支承转子不平衡量辨识及振动抑制

针对电磁轴承支承转子质量不平衡引起的同频振动问题，提出了一种基于模型参考自适应系统(model reference adaptive systems, MRAS)的转子不平衡量辨识与在线补偿相结合的算法，该算法鲁棒性强且能够有效简化控制器结构。针对转子在两个轴承平面内的等效不平衡量，提出了基于模型参考自适应的不平衡量辨识算法，根据Popov超稳定性理论进行自适应律设计并通过设计相位补偿角保证辨识算法在全转速范围内的稳定性；针对模型误差和复杂工况带来的系统参数变化，根据辨识结果生成补偿电流的初始值，并利用同样的模型参考自适应算法对补偿电流进行在线微调，从而在保证补偿精度的前提下大大提高了算法的收敛速度。仿真分析和实验研究结果表明：所提算法能够使两端轴承处的转子振幅在0.2 s内迅速衰减并保持稳定，对振动位移中的转速同频分量抑制效果达到90%以上，且能够自适应转速的变化。所提算法能快速准确地抑制不平衡所引起的转子振动，可满足多种场合下对转子高回转精度的要求。     

轮毂电机气隙偏心下不平衡电磁力与转子系统振动特性分析

相对于传统电机,轮毂电机在电动车行驶过程中,由于路面激励等外界因素的作用,定转子之间会更容易产生偏心,造成轮毂电机气隙不均匀而产生不平衡磁拉力,影响轮毂电机的运行。以一种表贴式永磁同步轮毂电机为研究对象,建立等效的转子动力学模型。通过解析计算和Maxwell Ansoft软件分析了气隙偏心下轮毂电机电磁力的变化情况,并将不平衡电磁力带入等效转子系统运动方程,运用隐式Newmark积分法对转子系统在不平衡电磁力、质量偏心和初始误差偏心影响下的动力响应进行计算。结果表明:气隙偏心会产生特定频率的不平衡磁拉力,增大质量偏心会减轻不平衡磁拉力对转子系统的影响,并且初始位置误差偏心会使转子轴心朝偏心方向偏移,并会与重力相互作用。研究结果可为分析电动车用轮毂电机定转子的振动和后续的控制奠定基础。     

回转轴振动测控实验系统的设计

本文研究了回转轴振动测控实验汞统的设计,通过在主轴上安装多相电磁式制动器,利用设备状态监测和故障诊断系统能及时发现主轴早期异常振动,有效的保证设备的可靠运行.     

二叉树支持向量机的旋转机械故障诊断

针对SVM二叉树多类分类优先级的确定问题,通过旋转机械故障实验平台和数据采集系统,采集旋转机械故障实验台转子正常、转子不平衡、转子不对中、转子轴承内圈裂缝、转子轴承外圈裂缝5种工况下的振动信号,进行零均值化处理;选择信号的主要频段进行信号重组,提取其时域无量纲特征值,利用并联式SVM的正检率大小确定SVM二叉树多类分类的优先级,进行故障类型的识别。通过实验,实现了训练样本的完全可分,说明此种方法的有效性。     

高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析

针对高速气浮电主轴转速高,动力学行为复杂,对不平衡激励敏感的特点,基于推广的拉格朗日方程,建立了高速电主轴转子气体轴承系统的动力学数学模型,获得了自由振动微分方程与强迫振动微分方程。在分析气浮电主轴系统残余不平衡质量产生的惯性离心力及不平衡磁拉力的作用机理的基础上,利用有限元方法,对某最高工作转速为250000 r／min 的高速气浮电主轴转子系统进行了不平衡激励的谐响应分析,揭示了运行于超临界模式的高速气浮电主轴在不平衡激励下的动力学行为,为实际工程应用中的高速气浮电主轴转子系统的优化设计、振动控制等提供了理论依据。     

静载荷作用下偏心转子电磁振动特性

偏心转子不仅受动载荷作用,还受静载荷作用。该文推导了转子同时考虑动、静偏心的气隙长度统一公式,利用数值方法计算出作用于转子的不平衡磁拉力(UMP),建立了UMP、静载荷(重力)、不平衡质量激励力作用下转子系统的运动微分方程。分析了动偏心和动静复合偏心情形下不计静载荷时和考虑静载荷时转子系统的轴心轨迹和位移频谱,讨论了静偏心方向、初始静偏心量对转子系统振动特性的影响。结果表明:静偏心方向影响转子轴心轨迹的位置分布,使位移频谱中幅值周期性变化,静偏心量的增加使位移频谱中出现4倍旋转频率的振动分量。静载荷对转子系统的作用可视为该静载荷方向上大小恒定的静偏心。     

机床柔性主轴转子低速无试重动平衡方法研究

为解决机床柔性主轴转子动平衡过程中需要在高速下试重的问题,提出一种柔性主轴转子低速无试重动平衡方法。在构建机床主轴动力学模型的基础上,根据刚体力学理论,通过对不平衡量与振动响应之间映射关系的提取,实现了工作转速下采集一次振动数据即可完成不平衡量的无试重识别;为了在非真实失衡面对呈现柔性特征的主轴转子失衡振动进行有效抑制,分析了柔性状态下的不平衡主轴模态振动行为,并基于此提出了不平衡量校正位置迁移方法。在高速柔性电主轴动平衡平台上进行了仿真与实验分析,实验在7 200r/min时进行,结果表明:基于一阶临界转速下所采集的振动数据,可得到迁移至两侧配重平面的等效不平衡量,对该不平衡量予以校正之后,一阶临界转速下主轴振动幅值下降了74.7%,且临界转速前后的振动降幅也较为明显,有效抑制了高速振型不平衡。     

双磁流变阻尼器对转子系统振动抑制实验研究

针对大型旋转机械通过临界转速时振动过大问题，搭建双磁流变阻尼器转子实验台模拟试车过程。在不改变转子原有支撑形式的情况下，于转轴两端分别安装一台自主设计的磁流变阻尼器，并提出一种基于转速的双阻尼器开关控制策略，通过实验对比研究了不同数量阻尼器及阻尼器位于不同位置时对转子系统振动的影响规律。实验结果表明，单阻尼器作用可抑制转子振动58.70%，而双阻尼器抑制转子振动可达72.77%；随着阻尼器距离转盘中心距离不断缩小，振动幅值随之减小，振动降幅最大可达84.10%。     

600MW超临界机组汽动给水泵转子振动研究

为了从根本上解决600MW超临界机组汽动给水泵存在的振动问题,本文首先在分析汽动给水泵转子的结构特点基础上,建立了汽动给水泵转子支承系统的有限元振动分析模型。然后,应用该模型计算了转子系统的临界转速及其模态振型。最后,通过在叶轮上施加不同不平衡品质的原始不平衡质量方法,计算了转子系统的不平衡响应,分析了不平衡响应与叶轮不平衡品质的关系。研究结果表明,600MW超临界机组汽动给水泵转子为刚性转子,在工作转速下,转子振动对出水口处叶轮的偏心质量比较敏感;提高叶轮的不平衡等级可以减小转子的振动,但是需要同时提高各个叶轮的不平衡等级才能获得的明显效果。因此,为了控制汽动给水泵转子的振动,需要从转子支承系统整体考虑,提高转子部件特别是叶轮的加工、安装和调试精度。     

不同安装位置下主动阻尼装置对管道振动的控制效果研究

在设备运行过程中，管道经常会产生振动问题，给设备的安全运行带来严重的隐患。针对管道振动问题，采用主动阻尼装置，通过惯性作动器向振动管道系统施加作动力，实现了对管道振动的主动控制。以某化工企业往复式压缩机出口管线25 Hz的振动为例，搭建门型管道振动实验台进行实验，利用SAP2000软件模拟仿真了主动阻尼装置的减振效果。实验研究了惯性作动器在不同安装位置时主动阻尼装置对管道振动的控制效果，探究了惯性作动器的安装位置对管道系统振动控制效果的影响规律。通过对比惯性作动器安装在所选取的4个位置时的减振效果，得出当作动器安装在振动最大的位置上时，主动阻尼装置对管道整体的减振效果最好。     

裂纹转子振动的非线性特性分析

在裂纹转子的非线性特性分析中考虑了裂纹产生对转子两个方向刚度的影响，此为基础在旋转坐标下建立了裂纹转子的非线性动力学模型，裂纹的“开闭”取决于转子振动，不平衡与重力的综合作用，利用数值方法对裂纹转子的拓动响响进行了计算，并根据数值计算的结果分析转子系统振动随不平衡，转速等参数变化的分叉混沌特性，同时，对系统响应描率谱进行计算得出，亚谐波与高次谐波分量可作为识别裂纹的重要特征。     

考虑不对中-不平衡耦合故障影响下的转子系统振动抑制研究

不对中-不平衡耦合故障是旋转机械中典型的耦合故障,极易引起转子系统的大幅振动,对其运行安全性和平稳性造成不利影响。为了有效规避大幅振动的发生,利用非线性能量阱(NES)的定向能量转移策略和宽频减振优势,对不对中-不平衡耦合故障影响下的转子系统振动抑制进行研究。通过质量集中法构建了转子系统,将转子系统与不平衡、不对中故障耦合,然后使用TMD与NES两种吸振器对该耦合系统进行振动抑制,然后推导出了含吸振器的耦合转子系统的运动方程,使用Matlab求出了数值仿真解,发现吸振器的安装位置以及结构参数对减振效果有很大影响,然后比较了两种吸振器的振动抑制效果,结果表明NES吸振器有更好的振动抑制效果。     

一种用于离心压缩机转子稳定性控制的电磁阻尼器设计及应用

为提升转子稳定性,解决流程工业对高参数(高流量、高压比)压缩机的需求,针对密封力会降低系统稳定性的情况,在转子的解析模型中引入交叉刚度项,进行了转子失稳的理论分析,并指出了其失稳的机理和抑制失稳的方法;基于抑制失稳的机理,设计了反向交叉刚度控制和主动阻尼控制两种控制策略。设计了用于控制的电磁阻尼器,理论预测并实验标定了其电磁力性能参数。搭建了柔性转子稳定性控制的实验台,模拟制造干扰的交叉刚度力使得转子出现低频并进入濒临失稳状态;采用反向交叉刚度和主动阻尼的控制策略进行了稳定性控制实验,结果表明两种方法均能有效消除转子失稳时的分频振动响应。