第四章转子振动

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一、单圆盘转子的临界转速
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转子临界转速的计算方法


能量法
工厂常用的、计算单跨转子一阶临界转速的方法 。 能量法的原则是：在振动周期内转子的最大位能和最 大动能相等。根据这一条件来确定自振圆频率，从而 可以求出转子的临界转速。
量。

传感器质量小，可测很高振级。 现场测量要注意电磁场、声场 和接地回路的干扰。
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一类周期性结构的振动分析 哈尔滨工业大学总体研究室 黄文虎 哈尔滨电站设备成套设计研究所 邓连超 赵王昌 哈尔滨工业大学学报，１９７９ 周期性结构的振动—涡轮机末级叶轮上整圈连接长叶片组 的振动。利用传递矩阵法给出了这种闭合的周期性结构自 由振动的计算程序 。还探讨了叶片组在周期性激振力作用 下的受迫振动, 分析了激起共振的条件, 并提出了叶片设计 的“三重点” 调频准则。
1 600.22 4 812.89 7 1629.9 10 2936.9
2 600.22 5 812.89 8 1650.6
3 653.48 6 1629.9 9 2936.9
轮系振动的自振频率随节点直径的增加而加大。
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第一节 轮系振动

叶轮—叶片系统的具有节点直径的振动，简称为轮系振动
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三重点共振条件就是： （１）叶片组的节径数为ｍ 的振型的自然频率ω ｍ等于激振力第ｋ 阶谐波的频率ｋω，即 ωｍ ＝ｋω （２）节径数ｍ 等于谐波数ｋ，即 ｍ ＝ｋ
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大型离心压缩机闭式叶轮动力特性分析 大连理工大学学报 ２０１２年５月 验证了三重点共振条件有效性的同时，指出了其 局限性，需要进一步研究闭式叶轮这类循环对称 结构的共振机理，以完善三重点共振条件． 对于叶轮叶片强迫响应问题，传统的分析方法是 用坎贝尔图来预测叶轮机的强迫共振转速．
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3、轴系的临界转速和联轴器的影响
轴系临界转速比单个升高 联轴器增加了转子的约束，提高了刚性。 刚性联轴器连接：计算时忽略联轴器弹性 半挠性（波形联轴器）：考虑刚性，采用柔度系数。 齿式联轴器：考虑刚性时，简化为铰链连接。



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转子临界转速的校核标准


1、尽可能避开共振；
固定转速运行透平： ncr>(1.2-1.25)n; 1.4ncr1<n<0.7ncr2 电力部门：固定发电用汽轮机—避开15%



2、转子进行精确的平衡。
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引起转子振动的因素
二阶振动阶型
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二阶振动阶型
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二阶振动阶型
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三阶振动阶型
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三阶振动阶型
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实践证明，对于两端支承的转子，如果用静载荷（重力） 作用下的静挠度曲线作为转子横向振动时的最大挠度曲线， 可以得到相当准确的结果。
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初参数法计算转子的临界转速

在计算转子的临界转速时，除了计算一阶的，还 要计算二阶的，甚至更高阶次的临界转速源自文库 除了考虑单个转子，还要考虑若干个转子串联组 成的轴系的临界转速。 还要考虑各种因素对临界转速的影响。 用能量法来计算就不能满足工程上的需要了。目 前我国广泛采用的是初参数法（Prohl法）。
第四章 转子振动
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旋转叶轮模态分析



密度：7000kg/m3 弹性模量：2.0×105MN/m2 泊松比：0.25 转速：1200 r/min 结构尺寸如下：
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一阶振动阶型
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转速为2100r/min时二维频谱图
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转速为1500r/min时二维频谱图
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旋转机械振动测量框图
测量电路
磁带记录仪



转子质量不平衡：原始质量不平衡，转动部件脱落和 松动，转子热弯曲； 油膜涡动、油膜振荡：滑动轴承的次同步振动。 汽流激振：叶顶间隙激振力，密封流体力，部分进汽 形成的静态蒸汽力。 轴系不对中：联轴器不对中，轴承中心标高偏差，转 子静子不同心 转子发生裂纹
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2、转子结构型式
整锻转子：轮盘与轴为一体，影响轴的惯性矩， 考虑对轴刚度的影响。与轮盘的厚度及轮盘间的距离 有关。 影响较小，考虑后计算提高2-4%。

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套装转子：对轴刚度的影响与轮毂的宽度、外径、内 径及轮盘与轴之间的过盈值有关。 考虑叶轮对轴的刚度的影响后，轮毂宽度不大的中 压转子，计算值提高约10%；轮毂较宽的低压转子提高 可达25%。

基频检测仪
频谱分析仪
数据采集和


分析系统
记录仪 绘图仪 打印机 存储设备

汽轮机 齿轮增速箱 压缩机 涡流传感器 速度传感器 加速度传感 器 键相传感器
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压电加速度传感器

测量非转动部件的绝对振动的 加速度。

适应高频振动和瞬态振动的测

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5、叶轮回转力矩的影响


转子弯曲，形成弓形转动。 转子以工作转速转动，还以一定角速度绕转子轴承中 心联线作弓形回转，这种现象叫进动。 转子质量偏心常常引起正进动。 叶轮给轴作用力矩，为回转力矩。 转速较高，叶轮尺寸较大，叶轮不再两端支撑中间对 称位置，叶轮在悬臂端，回转力矩较大，对临界转速 影响大。 考虑回转力矩，转子临界转速与横向自振频率不同。
国产300MW汽轮发电机组临界转速

一个高压，一个中压，两个低压转子，发电机转子
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4、支撑弹性的影响
小型转子轴承可以按刚性处理。 大型转子按弹性支撑，实际临界转速低。 轴承座的动刚度系数，油膜的刚度系数随转速下降 临界转速的阶次越高，支撑影响越大。
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转子主振型曲线的绝对数值大小是求不出来的，只能 求出各点振幅的相对值，或者主振型函数。
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影响临界转速的因素

1、转子温度沿轴向变化
引起弹性模量变化

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轮系振动的自振频率随节点直径的增加而加大。 当节点直径数不断增大时，轮系的自振频率将趋向于 叶片一阶轴向振动的自振频率。
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第二节 转子的临界转速
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