质量慢变碰摩故障转子系统动力学诊断研究

合集下载

转子动力学研究进展

转子动力学研究进展韩清凯;马辉【摘要】本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.【期刊名称】《动力学与控制学报》【年(卷),期】2018(016)006【总页数】2页(P481-482)【关键词】旋转机械;转子动力学;稳定性;振动控制;智能诊断【作者】韩清凯;马辉【作者单位】大连理工大学机械工程学院,大连 116024;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110819【正文语种】中文引言转子动力学是研究旋转机械转子及其部件和结构动力学特性的学科.转子动力学起源于十九世纪六十年代,目前已经成为机械动力学的重要分支.当代转子动力学的研究对象主要是以汽轮发电机组、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等重大装备为代表的复杂转子系统.转子系统的运动以涡动运动为典型形式.通常情况下,转子系统的振动问题一般比较突出,并且也十分复杂,不仅有转轴的弯曲振动和扭转振动,还包括叶轮的振动、叶轮上叶片的振动、机匣和基础振动,以及流体介质或轴承油膜等因素引起的涡动失稳等．目前转子动力学与振动研究主要涉及：1)转子系统动力学建模；2)临界转速和振动响应计算；3)柔性转子动平衡技术；4)支承转子的各类轴承动力学特性；5)转子系统动力稳定性；6)转子系统非线性动力学；7)转子系统振动故障及其诊断技术；8)转子系统振动控制；9)多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦联振动等.1 转子动力学的发展历程转子动力学的研究已有百年历史．关于转子振动分析的最早记录是1869年英国物理学家Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”的论文,该论文得出了转子只能在一阶临界转速以下稳定运转的错误结论．Foppl(1895年)和Jeffcott(1919年)指出了转子在超临界运转时会产生自动定心现象,因而转子可以稳定工作．随着转子超临界运转,Newkirk发现了油膜轴承导致自激振动失稳现象,从而确定了油膜轴承稳定性在转子动力学分析中的重要地位．在油膜轴承稳定性的研究方面,Newkirk、Lund、Child和Muszynska等做出了突出贡献.在国内转子动力学研究领域.众多学者和工程技术人员开展了大量的研究工作,包括复杂转子系统动力学建模、转子系统非线性理论与失稳分析、转子系统碰摩等多种故障以及耦合故障的机理研究、转子系统振动故障诊断技术、轴承或齿轮系统动力学与振动故障诊断、转子系统动力学设计技术、以及转子系统振动控制理论与技术等,经过多年的辛勤努力,取得了大量的高水平成果.这些研究成果不仅极大地提升了我国在转子动力学领域的国际学术地位,而且对推动我国诸多工程领域的产品与技术的发展,发挥了至关重要的作用.2 转子动力学未来发展当前转子动力学的研究进入了新阶段.一方面,针对具有复杂结构的转子系统,特别是转子系统与静子系统刚度接近、存在振动耦合的情况,转子和静子结构连接面多且形式复杂,考虑服役退化,以及整机动力学的研究,振动响应的高精度预估研究等,得到了人们的高度重视.另一方面,面向转子系统振动与故障机理与诊断研究,强调了大数据与智能预测方法研究,揭示故障表征的新模式,促进故障机理研究,开展基于大数据的转子系统智能诊断,也已成为目前研究的热点问题之一.转子系统振动控制技术也拓展应用到采用新材料、新结构和提高预测控制能力等方面,提高转子系统振动控制能力及其可靠性和准确度.目前转子动力学在以下六个方面,已经取得了一些代表性成果：1)大型复杂转子系统的力学建模和分析手段,主要涉及连接件建模、大型复杂柔性转子系统、柔性转子系统-柔性基础系统、非同步旋转机械、特殊转子系统.2)考虑非线性的大型转子系统降维理论,主要涉及高维非线性动力学系统的降维方法和提高现有非线性动力学理论能够求解的维数.3)失稳机理分析和非线性分析,主要涉及油膜力、密封力、叶尖气隙力(Alford力)、转轴的刚度不对称、转轴材料的粘弹性和转轴的结构阻尼、转子和静子在间隙内的相互碰摩引起干摩擦力、充液转子等诱发的失稳和非线性振动.4)基于大数据的转子-轴承系统智能故障诊断,主要涉及浅层稀疏网络特征提取方法,建立具有深层结构的深度学习网络,研究旋转机械装备健康状态的多标记体系,全面高效地描述大数据下旋转机械系统的故障信息,形成融合多物理信息源的深度学习模型.5)转子-轴承系统的非线性动力学设计,主要涉及多目标优化设计,不但要设计合理的稳定裕度,还要设计失稳转速使其对参数变化最不敏感,使稳定裕度对一定范围内的制造工艺偏差及运行条件变化最不敏感.6)转子-轴承系统的振动控制,如采用弹性支承加挤压油膜阻尼器的低刚度、高阻尼特性的“滚动轴承与减振元件一体化”结构.3 专刊内容本专刊所收录的论文来自于2018年5月在苏州召开的第13届全国转子动力学会议.它包括复杂转子-支承系统动力学特性与振动响应分析、齿轮转子系统和考虑螺栓连接结合面的转子系统动力学特性研究、滚动轴承动力学特性研究、以及转子系统动力学吸振器减振研究等.期望专刊的出版能对我国转子系统动力学与振动的研究以及相关学科的发展起到积极的促进作用.。

含不平衡-碰摩-基础松动耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力响应分析

动故障的耦合振动。运用数值积分方法分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙、碰摩刚度、转子偏心量及轴承座质量对系统动力响应的影响，并运用分又图、相平面图、频谱图以及Ｐｉｃｒｏｎａ６映射研究了系统分又与混沌特征，发现了含不平衡、摩碰
及基础松动耦合故障的转子一滚动轴承系统的非线性动力响应规律。关键词：转子动力学；滚动轴承；不平衡；碰摩；基础松动中图分类号：０２；Ｈ１３１３２Ｔ１．文献标识码：Ａ
维普资讯
振
第２７卷第９期
动
与
冲
击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＡＴＯＮＢＲＩＡＮＤＨＯＣＫＳ
含不平衡－摩－础松动耦合故障的转子－动轴承碰基滚
系统非线性动力响应分析
陈果
２０１）１０６
（南京航空航天大学民航学院，南京
摘要：建立了滚动轴承支承下的转子系统的不平衡一碰摩一基础松动耦合故障动力学模型。充分考虑了滚动轴
承的间隙、线性赫兹接触力以及由变柔性ｖＶｒｉｇｃｍｐａｃ）非ｃ（ａｎｏｌｎｅ振动，ｙｉ综合考虑了转子不平衡、转静碰摩以及基础松
将转子和滚动轴承一体化建模，同时，综合考虑不平衡、碰摩及基础松动耦合故障、分考虑滚动轴承的间充隙、非线性赫兹接触以及支承刚度的周期变化等非线性因素。最后，用数值仿真研究转子转速、承间运轴隙、碰摩刚度以及转子偏心量对系统响应的影响以及耦合故障规律，分叉图、用频谱图、平面图及Ｐｉｃｒ相ｏａ６ｎ映射图来对系统响应进行分叉和混沌特征分析。

转子系统动静件间尖锐碰摩时的振动特征试验研究

胡茑庆张雨刘耀宗胡晓棠温熙森
摘要：过试验研究了转子系统中动静件间尖锐硅摩时的振动特征规通
律。根据硅摩的发展历程，碰摩严重程度划分为４个阶段：把刚开始触碰、早
期尖锐型触碰、中期丰尖锐型碰摩和晚期平钝型碰摩早期碰摩阶段，在发现
义见图３。
ｒ刚开蛄触碰ｊ卜—— 早期生锐型触碰．
求解方法
但对转子碰摩现象在机组实际运
行环境中所表现出的振动特征规律的试验研究、实测分析、有效检测手段和早期诊断策略研究却相对较少。。本文在试验室条件下研究了转子动静。件间尖锐碰摩时的振动特性，可望为实测分析和早期诊断提供一定依据。
时间短且有时位置不确定，因而这种故障现象相对难以检测和捕捉。如果碰摩现象经常发生，使转子或叶片长期受冲击作用，有可能导致叶片的断就裂，甚至引发其它严重故障的发生，成重大经济造损失甚至人员伤亡。因此，探究转子系统碰摩发生
ｊ，期碰ｌｐ晚平型Ｉｉｅ钝犀
ｆ
１试验原理、验装置及测试系统试
见图ｌ在转轴上固定１圆盘，定子支承：个在
Ｊ
Ｊ
上安装１个经淬火后的钢制顶秆．＿顶秆与圆盘的间
收稿日期：０００－３２０－８１基金项目：国家自然科学基金资助项目（９７０５５７５２）

转子-滚动轴承耦合系统的转静碰摩故障分析与智能诊断

第１０期
周海仑等：转子一动轴承耦合系统的转静碰摩故障分析与智能诊断滚
９１
与定子的间隙时，转静碰摩故障将产生。０为轴承则几何中心，，０为转子几何中心，０为转子质心，为静
无质量弹性轴，子两端采用对称结构的滚动轴承支转
故障诊断中，献［、］文５６分别研究了神经网络、持向支量机在碰摩故障诊断中的应用，是目前碰摩故障的但诊断往往需要大量的故障样本，而实际的碰摩故障样本获取并不容易，因此，如何利用碰摩故障动力学仿真
＝
∑ｃ（ｃｓｙｎ — ・。。，＋ｓＯｒｉｊ）
ＯＸＣＳ＋ｙｉｓｎ — ｒ。
子刚度，为弹性轴刚度，为转静间摩擦系数，，转ｃ为
统动力学模型，并对滚动轴承进行了详细建模，考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触及变柔性ＶＣ振动等非线性因素。近年来，工智能已被广泛地应用于碰摩人
转子－动轴承耦合系统碰摩故障动力学模型，用数滚运值积分方法研究了碰摩故障特征，获取了大量碰摩并
转静碰摩故障机理，提取故障特征，对碰摩故障诊断具有重要意义。
由于航空发动机普遍采用滚动轴承，因此，需要研
究滚动轴承支承下的转静碰摩故障。文献［］立了２建轴承一转子一定子多自由度系统碰摩故障模型，究了具研有局部碰摩的滚动轴承．子．子系统的非线性特性，转定但是该模型滚动轴承建模过于简单；文献［］［］３和４建立了具有碰摩耦合故障的转子一动轴承．匣耦合系滚机

转子系统碰摩故障的理论与实验研究

式中．、分别为碰摩力在、，ＦＦｌ方向的分量；Ｆ分Ｆ、
０前
言
别为油膜力在、方向的分量。ｙ
性研摩的者究均用ｌｌ — 的问“前学研点利线１【＿＋｝】理究转混热题。国的重是非论碰目沌点内篓子 ‘ ．＿＿ＩＩ
分析结果保持基本一致，所给出的结论可以作为碰摩转子故障诊断的依据。
关键词：碰摩；非线性；混沌；故障诊断
分类号：Ｈ１３Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：０１５８（０７Ｏ－０７０１０・８４２０１０３－３Ｊ
ＴｅｒｉａｄＥｐｒｅｔｌｅｅｒｈｏｕａｌｏｏｏｙｔｍｈｏｅｃｎｘｅｉｎａＲｓａｃｎＲｂＦｕｔｆｔｒｓｔｍＲＳｅ
（空军雷达学院电子对抗系，武汉４０１）３０９
摘要：针对发生全周碰摩故障的转子一短油膜轴承系统，从数值仿真和实验验证两个方面研究了碰摩转子的非线性特征和故障特征。在理论上运用ＲｎｅＫｔｕｇ．ｕｔａ方法对运动方程求取数值解，通过周期分岔图及轴心轨迹图研究其非线性特征；在实验上通过对转子碰摩模型系统的实验数据进行频谱分析研究其故障特征。数值仿真和实验的
维普资讯
第４９卷第１期
２００７年２月
汽
轮
机
技术
Ｖｏ．９Ｎｏ１１４．Ｆｂ．０７ｅ２０
ＴＵＲＢＮＥＨＮＯＬＩＥＴＣＯＧＹ
转子系统碰摩故障的理论与实验研究

基于非线性理论的碰摩转子动力学特性研究

子的几何中心Ｄ，当
／ Ⅳ Ｆ
ｆ、・ｏ ∞ ’ ¨ 一
Ｏ０达到轴承的半径间隙时，两者将发生碰摩。这时在转子上的碰摩点产生了相互作用的力，如图ｌ所示：向作用径
图１Ｊｅｔｅｏ转子模型磋摩受力图ｆｔ
（１华北电力大学机械工程学院，河北保定０１０；中国原子能科学研究院，７０３２北京１２１）０４３
摘要：以大型汽机转子的碰摩故障为研究对象，了单盘转子动力学模型。应用数值方法计算转速、建立偏心量、阻
尼系数、摩擦系数和定子刚度等参数对碰摩转子系统的影响。利用分岔图、波形图、轴心轨迹图和ｐｉａｅ面图ｏｎｒ截ｅ等工具分析了系统在碰摩后的非线性响应，得到了系统在进入和离开混沌、拟周期的道路及对应的参数范围。关键词：碰摩转子；非线性；混沌；分岔分类号：Ｈ１３Ｔ３文献标识码：Ａ文章编号：０１５８Ｉ０６０－２－４１０－８４２０）６０２０４
ＡｂｔａｔＲｂｉｇｆｕｔｏｏｏｙｔｍｎｌｒｅｓａｅｕｂ－ｅｅａｏｃｉｅｙｉｅｅｒｈｄａｄａｄｎｍｉｍｏｅｆｓｒｃ：ｕｂｎａｌｆｒｔｒｓｓｅｉａｇ－ｃｌｄｔｒｏｇｎｒｔｒｍａｈｎｒｓｒｓａｃｅｎｙａｃｄｌｏｒｂｉｇｒｔｒｉｐｅｅｔｎｔｉｅｉ．Ｃｍｂｎｎｉｔｎｗａｅｏｍ，ｏｂｔｏｎａｅｍａｄｂｆｒａｉｎｄ哪匝，ｕｂｎｏｏｒｓｎｅｉｓｔｓｓｏｉｉｇｗｔｍｏｉｖｆｒｓｄｈｈｈｏｒｉ，ｐｉｃｒｐａｉｃｔｉｎｕｏｈｏｌａｅｐｎｅｏｔｏｏｂｅｄｅｄｒｖｒｏｓｐｒｍｅｅｓｓｃ８ｒｔｔｐｅｔｅｎｎｉｅｒｒｓｏｓｆｅｒｔｒｉｏｓ￣ｅｎｅａｉｕａａｔｒ，ｕｈａｏａｉｇｓｅｄ，ｉａａｃ，ａｉｇｏｅｏｎｈｓｎｍｂｌｎｅｄｍｐｎｏｆｉｅｔｔｅｆｓｏ，ｒｂｉｇｃｅｉｉｎ．Ｔｈａｔｄａａｔｒｍｈｏｎｅｉｄａｄｎｉｒａｏｈｅｃｒｆｉｎ，ｓｉｎｓｏｔｔｒｕｂｎｏｆｃｅｔｃｆｓａｅｗｙｉｏａｐｒｏｃａ６ａｄｐｒｄｉｇｂｆｃｔｎ，ｔｏｒｎｎｆｏｕｉ￣ｓｎｉｇｐｒｍｅｅｃｌｏｃｕｅ．ｏｐｄｎａａｔｒｓａｅｉｃｎｌｄｓｄ

非线性油膜力作用下的碰摩转子系统动力学分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇｔｈｅｉｓｓｕｅｏｆｒｕｂｉｍｐａｃｔｆｏｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｆｎｏｏｎｌｉｎｅａｒｒｕｂ－ｉｍｐａｃｔｆｏｅｅｒｉｓｎｅｅｄｅｄｔｏｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｒｕｂｂｉｎｇｆｏｒｃｅｂａｓｅｄｏｎＨｅｔｒｚｃｏｎｔｃｔａ
接触理论碰摩力模型仿真出的结果非线性特性更强，系统碰摩特征更加明显，有利于判断碰摩故障的发生；结论：结合相关实验结果，验证了Ｈｅｔｒｚ碰摩模型的正确性及将其运用在碰摩故障转子系统建模中的可行性。关键词：Ｈｅｒｆｚ接触理论；碰摩转子；非线性；碰摩刚度；油膜力；转子实验台；Ｒｕｎｇｅ — Ｋｕｔｔａ法；嵌入深度
中图分类号：ＴＨ１６；ＴＵ６６；ＴＨ１１３．１文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）０３ — ００３５ — ０３
ＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＲｕｂｂｉｎｇＲｏｔｏｒＳｙｓｔｅｍＳｕｐｐｏｒｔｅｄｏｎＮｏｎ－ＬｉｎｅａｒＯｉｌＦ＿ｌｍＢｅａｒｉｎｇｓ

不平衡-碰摩-松动耦合故障的转子动力学建模与盲分离研究

Ａｂｓｒｃ：ｔａｔＡｎｍｉｍｏｅｆｒｔｒｗｉｂｌｎｅｒｂｎ・ｏｓｎｓｏｐｅｆｕｔｗａｅｔｂｉｈｄＩｔｅｄｙａｃｄｌｏｏｏｔｕｎａａｃ —ｕｂｉｇｌｏｅｅｓｃｕｌｄａｌｈｓｓｓａｌｅ．ｎｈｓ
ｓｃｉｎ．Ｔｅｄｆｅｅｔｌｅｕｔｎｆｔｅｓｓｅｗｅｅｅｔｂｉｈｄ，ｕｉｄａｔｕｃｔｎｍｅｈｄ．Ｔｈｎｔｅｉｒｔｎｅｔｏｈｉｆｒｎｉｑａｉｓｏｈｙｔｍｒｓａｌｅａｏｓｓｎｇｍｏｌｒｎａｉｔｏｏｅｈｖｂａｉｏ
振第３第６期Ｏ卷
动
与
冲
击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＡＴＩＢＲＯＮＡＮＤＨＯＣＳＫ
不平衡一碰摩一松动耦合故障的转子动力学建模与盲分离研究
Байду номын сангаас曲秀秀，陈果，乔保栋
２０１）１０６
（南京航空航天大学民航学院，京南
Ｑｉ—ｉ，ＣＥｕ，ＱＡａ —ｏｇｕＸｕｘｕＨＮＧｏＩＯＢｏｄｎ
（ｏｅｅｏＣｖｖｔｎＮｎｉｇＵｉｒｔｏＡｒａｔｓａｄＡｔｎｕｉ，Ｎｎｉｇ１０６Ｃｉ）Ｃｌｇｆｉｌｉｉ，ａｊｎｖｓｙｆｅｎｕｉｎｓｏａｔｓａｊ０１，ｈｎｌｉＡａｏｎｅｉｏｃｒｃｎ２ａ
碰摩故障作为典型的二次／生故障 ¨ 具有明显孪，

裂纹—碰摩耦合故障转子系统的非线性研究

ｅｅｎａｉｇｏｏ－ａｉｇｓｓｅｗｉｒｃｄｒｂｉａｔａｏｇｗｉｔｎｎｉｅｙａｃｌｍｅｔｂｒ，ｒｔｒｂｒｎｙｔｍｔｃａｋａ－ｍｐｃｎｔｉｏｌａｄｎｍｉｓｅｎｅｈｎｕｌｈｓｎｒｍｏｅ，ｅｂｆｒａｏｉｇａ，ｏｎａｅｍａｐｎｄｆｅｕｎｙｓｅｔｕｄａｒｆｅｓｓｅｕｄｒｄｌｔｉｕｃｔｎｄａｒｍｐｉｃｐｉｇａｑｅｃｐｃｒｍｉｇａｏｙｔｍｎｅｈｉｒｎｒｍｈｔｃｒａｎｐａｔｒｒｂａｎｄｂｕｒａｌａｙｉｔｕｇ－ｕｔｔｏ，ｉｈｉｄｃｔｄｔｅｅｔｉａｍｅｅｓｒｗｅｅｏｔｉｅｙｎｍｅｉｌｙａｌｓｓｈＲｎｅｋｔｍｅｄｗｈｃｉａｅｃｎｗｉａｈｎｈ
故障转子系统的动力学特性及故障机理的研究有着重要的理论及实际意义。本文根据裂纹碰摩耦合故障转子轴承系统的非线性动力学模型，分析了系统在不平衡量转速、碰摩间隙转速、裂纹深度转速等参数域内周期运动的稳定性及其失稳规律，并用实验验证了主要理论结果。本文的研究为该类转子系统的安全稳定
ｄａｃｆｔｅｓｔｍｎｕｉｉｅｙ．Ａｎｔｅｆｕｌｃｒａｔｒｓｃｒｓｔｄｉｄ．ｅｒｓｔｒｕｈｔｙｎｍｉｓｏｙｓｅｉｔｔｖｌｈｄａｔｈａｃｅｉｔｓｗｅｅａｏｓｈｉｌｕｅＴｈｅｕｌｂｏｇｓ

汽轮机转子动静碰摩理论分析及判别特征

系增加了１或数个支点，态刚度增加，有可能个动则
８ｏｔ
Ａｌ＂（＂一（一￡ｒ８ｒ２￡（３ｒｒ））：）
（）２
使转子的正常Ｔ作转速接近临界转速而导致振动
失稳
式中时出现峰值。２２动静碰摩时汽轮机的影响．当转子发生动静碰摩时，会出现轴系刚度变
汽轮机组正常运行时的振动信号时域波形为
正弦波（通强迫振动）当发生碰摩后，障振动普，故波形必然会发生改变，当碰摩较为严重时从波形上能够明显看到削波现象
轴心运动轨迹会因为只有１碰撞点而出现８形个字
等＋宰＋ｍＯＯ）０（）ｃ＝ｅ２Ｓ￡Ｆ．（一１ＪＣ
ＵＵ
式中：为当量阻尼；当量质量：当量刚度；ｃＭ为Ｋ为 ∞ 为圆盘旋转角速度；为圆盘质量偏心的偏心距；１ｇ／１
为圆盘质量。
通过推导可得转子系统的一阶临界转速为∞ ＝
图１转子动静碰摩简化模型
脉冲的激振力，这个激振力会改变汽轮机组的振动形态，轮机转子一承系统的各阶固有频率都汽轴有可能被这个脉冲激振力激发出来，所以此时发生动静碰摩的振动频谱是由工频分量为主的旋转激振力造成的强迫振动和碰摩产生的冲击脉冲激振力造成的自由振动叠加而成的，使振动的高频分量增加。碰撞在转子上产生较大的法向力和切向力。碰摩点限制了转子运动，从而使振动波形发生畸变，波形上出现削波现象。（）系刚度变化效应３轴

故障转子系统的动力学行为分析

１一ｚ２一Ｙ２ ’
向位移为ｅ＝￣Ｘ＋，为不考虑速度影响下的／２ｆ库伦摩擦系数，ａ为速度影响系数，ｋ为转子与定子之间的径向刚度，Ｎ为径向碰摩力，ＴＰＦ为切向
摩擦力， ∞为转子转动的角速度，为碰摩点的法向与ｚ轴的夹角，且转子与定子之间满足库伦摩擦
＝￥ —２～Ｆ２一１３ｍ（一１３ｒ（２ｙｙｉ］ｏ一Ｘ２１］２一）￣［２一）＋ｙ１３２＋。２譬（ｘｘ一２ｘｘ２一一）ｒＥｒ２ｘ－Ｘ ∞ ｓ６ｒ】＝∈ ２～Ｆ２一ｌ３［ｚ３２（２ｙＹｏ］ — 一１＇］２ｙｙ一（ — 一）ｒ２一－３２＋ｒＧ一－（ — ）２ｘｘｉ一一）ｒＥ￣ＹｘｓｙｎｏｓＸ一Ｘ，－Ｆｘｘ＿Ｘ）＋３Ｙｉ］￣１］３２萼（ｒ（一）ｒ３：＝３譬（＿）３３ｙ２２＋ｓｎＹＹ叩１譬ｌ３ｙ一（～ｒ（一２ｓ＋３３如－Ｆ（一２萼＇ｘｓ一，Ｙｏ］ — 一Ｙ）ｘ）ｙ）ｒ砣ｃ２一Ｇ
（）６
的碰摩力；为圆盘质心与轴心的偏心距；为转子的ｅ转速；，为轴承底座与基础之间的刚度和阻尼，走ｃ并
且按照间隙条件为分段线性函数，表达式为：其
２，，￡以到ｘ艾，） ∞可得，３ｒ，４寺，
：，
００３
。
兰彳塞三蓄苎拿妻盒璺篓
，
…
…
特
．和平瞢
喜裂舅
差磊莅篆夏茬主： ‘ ’，：．：＝

某核电站主泵转子-轴承系统碰摩故障分析

关键词核电站主泵非线性有限元转子一承系统轴
中图分类号ＴＵ３５６
碰摩故障
轴承、封、壳等许多零部件组成的一个复杂机密机
引言
核电站主泵是核电站核岛中使用的主循环泵，
械，图１所示。其核心部分可以简化为一个由转如
系统远端的影响也是比较大的¨ 。８］
转子系统的动力学影响，必须对故障转子系统进行
非线性研究。因此，利用非线性有限元方法、代非现线性理论与转子动力学理论对核泵进行合理建模，
预先估计、分析其可能出现的各种故障及故障对其
结构阻尼的作用下，统很快平稳下来。系对整个时间
范围内作ＦＴ变换得到的幅值谱图显示，频成分Ｆ工占绝对统治地位，他的频率成分为转子系统的固其有频率。由此可见，子系统在开始阶段的响应由受转
一
方便，里把它逆时针旋转９。这Ｏ横放）。
０申机重心．
轴承一础系统，中转轴与叶轮可以认为是转子，基其
轴承和密封等属于静子。由于核泵结构的复杂性以
及核泵运行的安全性、期性、定性等要求，须长稳必对核泵的运行进行实时监测，出现的各种故障以对及故障程度进行准确诊断，大限度的提高其工作最

转子系统碰摩故障特征分析

收稿日期２ｏ — Ｏ一ｏｏＯ７３
… ｃ（）ｎ）ｃ孚 … （ｏｓ等
ｒ
ＬＦ
基盒礓目，国家九五” 攀置计划预选项目（Ｄ９２８Ｐ５１０）９
ｖＪ
一一
『
一
Ｌｆ
１
，ｘ儿Ｊ］］［ｙ
・４１・５
一
溺翟圈
假定系统参数为转子等效集中质量；为
轴刚度；Ｃ为轴阻尼； “为转子质量偏心矩可以列出系统的运动方程为
（一）＋ｃ（一ｏ一言ｓｓａｉ）＋ｎ
对全周碰摩
，｛一ｅ ≥ ，Ｎ０ｔ＝（＜ｄ一 ≥
（）瞬时位置ｂ
ｏ转子质量一一质量中心ｄ均布间隙一
Ｆ－。￣［＝丽
一
＋＋
］］
０轴承中心。（ｃ一转子几何中心一ｃｄ
甩丽［
的偏移角，Ｎ碰章力径向分量，Ｔ碰章力切向分量一一州一转子瞬时转动角速度
中图分类号：ＴＨＩ３Ｉ文献标识码：Ａ
李晓峰博士
如何诊断转子系统的碰摩故障，一直是众多
ＣＳ一５ｓａ（￣ｃｎ一赴；０）￣ｉ一２．ｉＪｃ口一ＫｃｎＦ一０（ｓｓｅ１）
式中，一；为转子转动角速度；彳。一ｇ为转子重量；
露甄ｉ磊黧薹驻
翼■ — ＿
维普资讯
中国机械工程第１３卷第６期２００２年３月下半月

汽轮机动静碰磨现象及诊断(完整版)ppt资料课件

四、碰摩发生的机理
12
五、碰摩的种类
按转子在旋转一周内与静止部件的接触情况分:
• 全周碰摩 • 转子在它转动的一周中始终与静子保持接触。 • 发生全周碰摩的静子在360°周向都要接触，转子可以是只有局部弧
段接触，也可以是全局接触。
• 局部碰摩
• 转子在它转动的一周中只有局部弧段接触。
• 局部碰摩在静子上只有局部弧段接触。
汽轮机动静碰磨现象及诊断
1
• 汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障。随着现代机组动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加。
• 碰摩使转子产生非常复杂的振动，是转子系统发生失稳的一个重要原因，轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯曲，甚至整个轴系毁坏。
• 对碰摩的故障特征，进行了许多研究，但是，这些研究结果和实际情况还有距离，因为相同的特征对应着许多其它的故障。
22
2、振动信号的频谱特征
旋转机械碰摩振动具有丰富的频谱特征。其中，振动信号中出现亚谐波和高次谐波，是转子发生碰摩的重要特征信号之一。
●频率连续分布，成分丰富； ● 在突出的频率成分中，有工频〔1X)、2X 、3X 、4X成分，也有≥5X的高频成分。这里X表示旋转频率; ● 还有 (0～0.39) fr 、(0.4～0.49) fr 、0.5 fr 和(0.51～0.99) fr 的低频成分。
13
按摩擦的部位可分为径向碰摩、轴向碰摩和组合碰摩:
轴向碰摩
径向碰摩组合碰摩
转子
静子
动静碰摩的几种类型
按照摩擦的程度分为早期、中期和晚期碰摩。
14
六、碰摩的三种物理现象
• 碰撞 • 由于碰撞，使转子在不平衡引起的强迫同步响应的根底上叠

不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下柔性转子-滚动轴承系统动力学分析与实验

函数，义为＝Ｔ定 —Ｖ，Ｔ和分别表示柔性体的动
立了简化模型进行计算，而文献［采用有限元迭代６］法对不同轴承间隙、轴承宽度、润滑油黏度及变载荷
作用下曲轴一承系统的动力学行为进行研究，轴但耦
合的故障种类较少．因此，笔者基于有限元与数值计算联合仿真方法，建立了耦合故障下柔性转子．轴承
力；ＦＱ为作用在柔性体上除变形引起的弹性力以外的全部主动力的广义力．
１２滚动轴承模型．
１系统模型与基本理论
１１柔性多体系统动力学模型．在研究故障下转子．动轴承系统动力学问题滚
统动力学模型，并自行编程建立非线性轴承力、碰摩力与不对中激振力模型．分析对比了系统在各种故障耦合作用
下的振动特征图．结果表明，不对中故障对转子系统的整体振动影响较明显，不对中故障较严重时，整个系统振动形式更加复杂，并且仿真分析结果与实验结果能够较好的吻合，因此该方法可有效研究转子一轴承系统的不平衡．碰摩一不对中耦合故障特征．
天
津
大
学
学
报
第４５卷
第１期０
系统的控制系统模型，并分析了该系统变载荷作用下的动力学行为．文献【】４基于有限元分析的迭代计算方法，多支承轴系的超静定和受力分配问题进行分对
析．献［］文５运用有限元结合模态缩减法研究了转子．滑动轴承系统轴心轨迹和载荷响应，用数值求解建采

转子动力学问题的计算方法研究

转子动力学问题的计算方法研究随着机械制造技术的不断发展和进步，机械设备的运行质量也变得越来越高。

而作为机械设备的重要组成部分，转子动力学问题一直备受人们的关注。

因此，针对转子动力学问题的计算方法研究显得尤为重要。

一、转子动力学问题的定义及研究意义转子动力学问题是指在高速旋转机械中，由于各种错误设计、制造质量问题、工作负荷等原因所产生的运动不稳定问题。

当转子在高速运转时，出现了由于惯性力、离心力与刚度作用而产生的扰动，导致转子振动、噪声增大、疲劳寿命下降、严重者会形成裂纹和磨损，从而引起质量事故。

因此，转子动力学问题研究对于提高机械设备的可靠性、延长使用寿命具有重要意义。

二、转子动力学问题的计算方法研究现状在过去的几十年里，转子动力学问题的研究取得了很大的进展，不少学者针对此类问题提出了不同的研究方法。

1. 理论计算法通过对转子的运动学、动力学进行建模，并假设初始状态的成形，以刚体力学及振动力学原理为基础，利用微分方程、矩阵方程等数学方法求解转子的振动响应，确定转子的固有频率和振型等动态特性参数。

该方法在理论计算方面有很大的突破，但其耗费计算时间、计算规模较大，准确性需要进一步探讨。

2. 数值计算法通过对转子的动力学本质进行数值模拟，解决由于不同环境产生的振动和局部流体衰减的问题。

其中包括有限元方法、边界元法、有限差分法、有限体积法、模态超元法等，通常步骤包括对出现的问题进行分析建模、进行数值计算并筛查结果、最终落实所得结果。

此方法在节省计算时间方面优势明显，但要想获取高精度的计算结果，需要付出更多的计算复杂度。

3. 实验法通过实验获得转子系统的实际运行状态、振动特性和振动模式等数据，并由此分析其振动原因及解决方案。

从而通过实验验证的方式获取转子动力学问题的解。

该方法可以解决转子问题的实际运行情况，但是测试成本显著上升。

三、转子动力学问题的计算方法研究展望虽然现有的计算方法可以解决转子动力学问题，但还有待进一步提高其计算效率和计算精度，同时也需要提高其计算规模能力。

转子有碰摩和支承松动故障时的非线性特性研究

２系统的运动方程
考虑如图ｌ示的Ｊｆ￣Ｒ转子，其运动方程为：所ｅｏ
’国家重点基础研究发展规划项目（ｏＧ１９００２）Ｎ．９８２３１本文于２００２年２月４日收到
维普资讯
力特性，为转子系统的故障诊断提供依据．
本文首先分析了转子系统碰摩和支承松动的机理，得到转子系统的运动微分方程，然后用数值分析的方法来分析系统的非线性特性，研究转子系统在碰摩和支承松动作用下的分叉与混沌等复杂非线性现象．
４４
非线性动力学学报
２００２年
＋＋
＝＋ｇ＋ｃｓ＋）Ｐ０（
（ａ１）（ｂ１）
ｍ，ｙ＋＠＋ｋｙ＝＋ｍｃｓ（ｙｅｏｉｏ￣）ｎｘ＋ｏ
其中，ｍ为盘的质量，ｃ为轴的阻尼，ｋ（＝Ｙ），ｉ，为考虑裂纹后轴的刚度，
（）３
其中，Ｇ＝－Ｒ一Ｈ（）
，
Ｈ（）Ｒ一为一个开关函数，满足
（｛Ｒ）一＜一＝－０）６
维普资讯
ｊ＝一ｎｏ＋Ｆｎｑｊ＝一ｎｉｑ一ＦｓＸＦｓｃｒｉ￣ｓ，ｙＦｎ￣ｒｏｓｃ
考到＝ｘ，Ｙｃ，标方的可表为下式虑Ｒ√ ＋ｓ，。．ｍｓ坐轴向力以示如形责

碰摩和油膜耦合故障转子系统周期运动分岔分析

；．０２７２东北大学机械工程与自动化学院，阳沈１００）１０４
摘要：根据碰摩和油膜耦合故障转子系统的非线性动力学方程，利用求解非线性非自治动力系统周期解的延拓
打靶算法，究了该类转子系统在不平衡量一转速、研碰摩间隙一转速参数域内周期运动的分岔及失稳规律，并与只含油膜
为转子在轴承处阻尼系数，为转子圆盘阻尼系数。转ｃ子在轴承处集中质量为ｍ。在圆盘处的等效集中质量，为ｍ，子圆盘与轴承之间为无质量弹性轴。转不考虑摩擦的热效应，并假设转定子为弹性碰撞，碰摩为局部碰摩，子局部碰摩力模型如图ｌ示。转ｂ所图中Ｐ为径向碰撞力，Ｐ为切向摩擦力，为碰摩点的法向与轴的夹角。∞ 为转子转动角速度，为转子轴ｅ心位移，转定子间的摩擦系数为，隙为氐。转子系间统碰摩力在、Ｙ方向的分量Ｐ、Ｐ分别为
故障的转子系统的分岔失稳规律进行了比较。结果发现：碰摩的出现和加剧，使得在较小偏心量下系统的失稳方式由倍周期分岔变为拟周期分岔形式。碰摩推迟了油膜涡动的产生，．使得系统的失稳转速较高。碰摩间隙较大时，系统周期运
动失稳转速值基本不变。关键词：转子系统；摩；碰油膜；岔；分稳定性中图分类号：Ｔ２３６Ｋ６．文献标识码：Ａ
１转子轴承系统的数学模型
本文研究的转子轴承系统如图ｌ示。转子两ａ所端用滑动轴承支承，Ｏ为轴瓦几何中心，转子几何Ｏ为中心，Ｏ为转子质心，为定子刚度，弹性轴刚度，。后后为ｃ