电动离心泵组轴系磁固耦合振动分析

摘要

离心泵是一种常用的转子机械，在工业生产及社会生活中较为常见，与人们的生活密不可分。随着制造技术的不断发展，高效率、高转速的离心泵在工农业生产及生活给水设施中逐步推广，随之大功率高转速离心泵的振动噪声问题成为行业的研究热点。
　　电磁力是电机振动的重要激励源，本文对电机电磁力的分析方法及研究现状进行了总结，并介绍电磁力磁固耦合计算方法。离心泵转子系统作为离心泵的核心部件，对离心泵的振动特性具有重要作用。本文以此为研究对象，研究其在磁固流多种激励下的振动特性。
　　首先，以离心泵为研究对象建立了实体模型，进行了模态仿真分析及模态试验，并根据试验结果进行了仿真模型修正，得到了正确可靠的有限元模型。
　　其次，运用数值法分析了电机存在静、动偏心、混合偏心及转速波动情况下的电磁力特性，总结出各种情况下的电磁力主要特征，可用作电机故障诊断依据。最后研究了磁固强耦合时的电磁力特性，说明了考虑磁固强耦合的必要性。
　　再次，推导偏心质量作用下的转子振动方程，并运用龙格库塔积分法进行了求解。分析了在偏心质量作用下的弯扭耦合及非线性特性;推导了在静、动偏心、质量偏心及组合偏心条件下的转子振动微分方程，并用龙格库塔法进行方程的求解，研究了振动频谱特性;在MATLAB中运用有限元法建立离心泵轴系的分析模型，进行了轴系的回旋振动及扭转振动固有特性计算，并同ANSYS计算结果对比验证模型的正确性，随后运用该模型进行了在电磁激励及流激励作用下的回旋振动及扭振响应计算。
　　最后，运用ANSYS谐响应计算模块计算了离心泵在电磁力及流激力作用下的机脚加速度，同试验对比，分析误差产生的主要原因。同时探究了离心泵低振动设计的相关技术手段，得到了一些有益的结论。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景与意义

1．2电机电磁激励分析方法及研究现状

1．2．1电磁力解析法研究现状

1．2．2电磁力数值法研究现状

1．3转子偏心条件下电磁激励研究现状

1．4电磁力磁固耦合研究现状

1．5非定常流体激励研究现状

1．6离心泵转子轴承系统研究现状

1．7本文的研究内容

第2章离心泵固有特性分析

2．1泵组模型模态分析

2．1．1模态分析理论

2．1．2离心泵模型建立

2．1．3离C源模态计算及分析

2．2离心泵模态测试

2．3本章小结

第3章 电磁激励特性分析

3．1三相又寸称运行径向电磁力

3．2电机定转子磁势及磁导

3．2．1定转子绕组磁势

3．2．2定转子绕组磁导

3．2．3均匀气隙径向电磁力

3．3电机电磁力的数值计算

2．3．1二维电磁场的计算方法

3．3．1电机空载电磁分析

3．3．2偏心电磁力计算分析

3．4转速波动下的电磁力分析

3．5磁固强耦合下的电磁力分析及试验验证

3．6本章小结

第4章离心泵转子动力学特性研究

4．1离心泵转子横振分析

4．1．1转子振动方程

4．1．2基于有限元法的转子模型建立

4．1．3离心泵转子横振固有特性分析

4．1．4离心泵转子横振响应分析

4．2离心泵转子扭振分析

4．2．1振动方程

4．2．2离心泵轴系扭振固有特性计。算

4．2．3离心泵转子扭振响应分析

4．3不平衡磁拉力作用下的转子动力学特性研究

4．3．1转子在电磁力作用下的振动方程

4．3．2电磁力作用下转子动力学特性

4．4质量不平衡转子的弯扭耦合动力学特性

4．4．1系统动能

4．4．2系统势能

4．4．3系统广义力

4．4．4系统运动微分方程

4．4．5弯扭耦合仿真分析

4．5本章小结

第5章离心泵响应分析及设计优化

5．1离心泵响应计算

5．1．1计算模型

5．1．2响应计算及试验对比

5．2离心泵振动优化

5．2．1斜槽对电磁力的影响

5．2．2定子铁芯弹性安装对振动的影响

5．2．3机脚隔振对振动的影响

5．2．4静心泵口环支撑刚度对振动的影响

5．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢