轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障的振動特性分析與實驗研究.pdf

1、航空發(fā)動機、汽輪機、壓縮機、風(fēng)機、水泵等旋轉(zhuǎn)機械，在國防、能源、電力、交通和化工等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮著重要的作用。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機械的重要組成部分，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性決定著旋轉(zhuǎn)機械的工作性能和結(jié)構(gòu)安全。以航空發(fā)動機為代表的復(fù)雜而重要的旋轉(zhuǎn)機械裝備，有許多因素特別是多種故障因素都會造成其劇烈振動。在工程實際中，旋轉(zhuǎn)機械的不對中故障是非常普遍的，不對中故障占到了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障的60％以上。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對中故障將導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生軸向、徑向交

2、變力，進而引起軸向振動和徑向振動，振動會隨不對中嚴重程度的增加而增大。當(dāng)不對中量超差過大時，會對設(shè)備造成一系列有害的影響，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成威脅，嚴重時將造成災(zāi)難性事故。
　　本文主要研究的是旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障的振動特性問題，即運用轉(zhuǎn)子動力學(xué)理論和有限元理論，用數(shù)值分析和實驗方法研究了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在不對中故障時的振動特性。本文的工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)介紹了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動

3、力學(xué)的基本理論，以及基于有限元法進行轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析時所需的算法原理及實現(xiàn);
　　(2)建立了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的力學(xué)模型，用有限元法對不同不對中程度和不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動響應(yīng)進行了仿真分析;建立了單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對中故障實驗臺，并通過實驗驗證了仿真結(jié)果的合理性;
　　(3)建立了考慮不對中故障的串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障動力學(xué)方程，詳細推導(dǎo)了不對中激勵力的表達式，對具有不對中故障的串聯(lián)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動響應(yīng)進行數(shù)值仿真，模擬得到多種工

4、況下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動響應(yīng);
　　(4)針對內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行動力學(xué)分析，詳細介紹了內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元建模過程，并分析了內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子軸承耦合剛度和阻尼的計算方法。分別通過MATLAB和有限元軟件ANSYS計算了采用兩種不同支承形式的內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率和相應(yīng)的振型，并對其特點進行了對比分析;
　　(5)推導(dǎo)出了內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支承軸承和中介軸承不對中故障的動力學(xué)模型，介紹了兩種不對中故障不對中力的計算方法，對不同故障程度不