高速渦輪發(fā)電轉(zhuǎn)子振動特性試驗(yàn)研究.pdf

1、應(yīng)用了氣體軸承的高速微型燃?xì)廨啓C(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、做功功率密度大、高轉(zhuǎn)速、軸承功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此以其為核心動力裝置的移動式分布式能源系統(tǒng)將是未來能源清潔技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。然而，由于氣體軸承潤滑介質(zhì)氣體自身的粘度小，導(dǎo)致了氣體潤滑軸承承載能力差、摩擦系數(shù)小，高速下的穩(wěn)定性差等劣勢，因而將氣體軸承潤滑軸承應(yīng)用在高速微型燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一在于氣體潤滑軸承支承下的高速轉(zhuǎn)子的振動特性和穩(wěn)定性研究。
　　本文基于高速渦輪發(fā)電轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺，

2、試驗(yàn)研究了氣體軸承支承下的高速渦輪發(fā)電轉(zhuǎn)子的振動特性和軸承供氣壓力、基礎(chǔ)特性對軸系穩(wěn)定性的影響，主要的工作內(nèi)容如下:
　　1.基于Jeffcott轉(zhuǎn)子模型，給出了轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速幅頻及相頻響應(yīng)表達(dá)式。在輕載荷情況下，結(jié)合軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程，給出了半速渦動表達(dá)式，并基于此給出了半速渦動和氣膜振蕩兩者的特征。
　　2.結(jié)合ANSYS軟件，對氣體軸承支承下的四圓磁盤單跨雙止推盤面的高速渦輪發(fā)電轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，進(jìn)行了氣膜直接剛度從1

3、.0×106N/m變化到6.0×106N/m的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的模態(tài)分析，獲得了高速渦輪發(fā)電轉(zhuǎn)子系統(tǒng)前6階臨界轉(zhuǎn)速隨著氣膜直接剛度變化的情況。
　　3.基于時間三維譜圖、分岔圖、伯德圖等非線性振動行為分析圖譜，從工頻振動、低頻振動和轉(zhuǎn)子碰摩故障這三個方面給出了氣體軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動測試和分析方法，為后面轉(zhuǎn)子振動特性及穩(wěn)定性試驗(yàn)研究提供分析方法和故障識別依據(jù)。
　　4.搭建了高速渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺。從功能和性能兩個方面分別闡

4、述了包括供氣系統(tǒng)、試驗(yàn)臺本體部分、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)在內(nèi)的整個試驗(yàn)臺系統(tǒng)，試驗(yàn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)軸承供氣的可控、可測量，轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)的采集、離線儲存和分析，并且能夠?qū)崿F(xiàn)整個實(shí)驗(yàn)過程的在線監(jiān)測。
　　5.試驗(yàn)研究了氣體軸承支承下的高速渦輪轉(zhuǎn)子的典型振動特征。基于時間三維譜圖、分岔圖、伯德圖、頻譜圖等非線性振動測試和分析方法，試驗(yàn)呈現(xiàn)了軸系的臨界轉(zhuǎn)速、半速渦動、氣膜振蕩、雙低頻渦動、轉(zhuǎn)速飛升和碰摩故障等轉(zhuǎn)子典型的振動特征，為氣體軸承

5、——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)典型的非線性振動特征識別提供相應(yīng)的試驗(yàn)依據(jù)。
　　6.試驗(yàn)研究了軸承供氣壓力和基礎(chǔ)加硅膠墊對高速渦輪發(fā)電轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1）軸承供氣壓力的增加能夠提高有效地提高轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、推遲分頻渦動（半速渦動、氣膜振蕩和雙低頻渦動）的產(chǎn)生;同時，軸承供氣壓力的增加導(dǎo)致了系統(tǒng)的阻尼減少，進(jìn)而使得轉(zhuǎn)子臨界振動幅值的增大、充分發(fā)展后的半速渦動低頻和氣膜振蕩低頻幅值的增大;2）試驗(yàn)臺基礎(chǔ)加硅膠墊能夠有效地增加軸系的外