转子系统自激振动非线性振动特性研究

摘要

随着科学技术的发展和超超临界机组的应用，由于自激振动引起的转子系统故障逐渐受到人们的关注。叶顶间隙激振力、流体密封力、油膜力引起的自激振动对机组运行的稳定性、安全性有重要影响。转子的自激振动具有很强的非线性，振动特性复杂，对其振动的故障诊断存在很大难度。
　　本文针对转子系统，应用非线性理论和转子动力学理论，采用了数值计算方法利用Matlab软件研究了叶顶间隙激振力、流体密封力、油膜力三种激振力分别作用下的转子系统的振动响应特性，分析其非线性振动特征。同时建立了转子系统在这三种激振力耦合作用下的动力学模型，对比分析转子系统在单个激振力和多种激振力耦合作用下的非线性振动特性。采用了试验方法利用Dasp软件研究了自激振动的在线监测及振动的抑制措施。本文主要研究工作如下:
　　(1)阐述了分岔、混沌的基本理论和研究方法，并且介绍了叶顶间隙激振力、流体密封力、油膜力这三种自激振动激振力模型。
　　(2)建立叶顶间隙激振力、流体密封力、油膜力分别单独作用下转子系统模型，在模型以及给定参数条件下，分析了三种模型在不同转速下的振动特征。同时，在叶顶间隙激振力单独作用下研究了相对进气速度与叶顶间隙激振力产生的等效交叉刚度的关系;在流体密封力单独作用下研究了密封压降和密封间隙对系统的响应的影响;在油膜力单独作用下研究了油膜粘性系数对转子振动特性的影响。
　　(3)建立叶顶间隙激振力、流体密封力、油膜力耦合作用下转子系统模型，在此模型以及给定参数条件下，研究了不同转速下转子系统的振动响应，和单个激振力作用下振动的非线性特性进行对比分析。
　　(4)开展了滑动轴承支撑下转子自激振动的在线监测及振动抑制的试验研究。进行了在不同轴承供气压力下转子振动特性的在线监测试验，研究不同轴承供气压力下转子系统自激振动特性;通过在线监测试验在支座和试验台之间添加硅胶垫片，分析试验转子振动特性变化，探讨抑制转子系统自激振动的措施。
　　本文研究结果对研究涡轮动力及汽轮发电机组自激振动的失稳机理及非线性转子系统系统的突变性、复杂性提供一定的理论参考，为转子自激振动的在线监测及振动抑制提供一定的试验参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 自激振动激振力国内外研究现状

1．2．1 叶顶间隙激振力研究现状

1．2．2 流体密封力研究现状

1．2．3 油膜力研究现状

1．3 转子系统非线性振动特性研究现状

1．4 本文主要内容

第2章 转子动力学非线性自激振动理论基础

2．1 分岔、混沌基本理论

2．1．1 分岔理论

2．1．2 混沌理论

2．2 数值计算结果和试验结果研究方法

2．3 自激振动非线性激振力模型建立

2．3．1 叶顶间隙激振力模型

2．3．2 流体密封力模型

2．3．3 油膜力模型

2．4 本章小结

第3章 单激振力作用下转子系统自激振动非线性振动特性研究

3．1 叶顶间隙激振力作用下转子系统振动特性

3．1．1 转子系统动力学模型

3．1．2 转速对转子系统振动特悻的影响

3．1．3 相对进气速度对叶顶间隙激振力和转子系统振动特性的影响

3．2 流体密封力作用下转子系统振动特性

3．2．1 转子系统动力学模型

3．2．2 转速对转子系统振动特性的影响

3．2．3 密封压降对转予系统振动特性的影响

3．2．4 密封间隙对转子系统振动特性的影响

3．3 油膜力作用下转子系统振动特性

3．3．1 转子系统动力学模型

3．3．2 转速对转子系统振动特性的影响

3．3．3 油膜粘性系数对转子系统振动特性的影响

3．4 本章小结

第4章 耦合激振力作用下转子系统自激振动非线性振动特性研究

4．1 转子系统动力学模型

4．2 转速对转子系统振动特性的影响

4．3 本章小结

第5章 转子系统自激振动在线监测及振动抑制试验研究

5．1 试验系统介绍和转子系统模型研究

5．1．1 试验系统介绍

5．1．2 气体轴承．转子系统介绍和物理模型研究

5．2 不同轴承供气压力作用下转子系统自激振动特性在线监测和试验研究

5．2．1 轴承供气压力0．3MPa升速过程中试验现象

5．2．2 轴承供气压力0．5MPa升速过程中试验现象

5．2．3 改变轴承供气压力对转子系统自激振动特性影响分析

5．3 添加底座硅胶垫转子系统自激振动特性在线监测和试验研究

5．3．1 未加硅胶垫时转子升速过程中试验现象

5．3．2 添加硅胶垫时转子升速过程中试验现象

5．3．3 添加硅胶垫对转子系统自激振动的振动特性分析

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 本文总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢