轴承—转子—机匣系统碰摩的非线性动力学特性研究

发布时间：2020-11-19 04:07

　　 本文就大型旋转机械中的转子系统稳定性做了大量的研究工作,其中主要针对非线性碰摩力和非稳态油膜力对转子系统稳定性的影响做了较为系统的理论研究和数值仿真,为转子系统安全运行和故障诊断提供了依据和参考。 1.综述了转子动力学的工程背景、意义及研究现状,详细叙述了影响转子系统稳定性的各种非线性力,并介绍了非线性动力学和混沌的发展历程。 2.在考虑非线性碰摩力的基础上,建立了Jeffcott转子系统碰摩的动力学模型,并对动力学模型进行了无量纲化:通过数值仿真的方法,对转子系统碰摩故障在运行过程中的非线性行为进行了研究,分析了转速和偏心量等参数对转子分叉混沌的影响,得到了该转子系统在某些有实际意义的参数领域内非线性响应的碰摩力、时程曲线、相图、轴心轨迹、庞加莱映射和幅值谱图等特性曲线,发现该系统存在非线性混沌行为。 3.当碰摩发生时,转子与机匣都受到碰摩力的作用。机匣在碰摩力的作用下发生振动,影响转子系统的稳定性。以非线性碰摩力为基础,考虑机匣振动的影响,建立了转子一机匣系统碰摩的动力学模型,并对动力学模型进行了无量纲化;利用计算机仿真对转子的碰摩故障进行了数值模拟, 研究了转子一机匣系统发生碰摩时的分岔与混沌行为,进而讨论了转子系统参数的变化对转子混沌运动状态的影响,发现了具有非线性碰摩力的局部碰摩转子系统的各种多周期运动和混沌运动。 4.非稳态油膜力是影响转子系统稳定性的重要原因之一。以短轴承非稳态油膜力和非线性碰摩力耦合为基础,考虑机匣振动的影响,建立了轴承—转子—机匣系统碰摩的动力学模型,并对动力学模型进行了无量纲化;用Runge-Kutta法对轴承—转子—机匣系统由非稳态油膜力和非线性碰摩力耦合引起的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,得到了该系统随转速及偏心量参数变化发生碰摩的分岔和混沌特性,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、概周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象。
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH113
【部分图文】：

旋转机械向高速、重载、轻型化和自动化方向发展，一些重大的旋转机械在生产中的作用显得十分突出，运转中出现的故障越来越引起人们的关注。通过对旋转机械在工程实践中普遍存在的低频振动分量过大和振幅超标问题的分析和研究，现在已逐渐认识到:转子系统的非线性因素对转子系统的整体动力学性能有很大的影响‘’一5]。许多非线性动力学现象与规律，如振幅跳跃、分岔、混沌、亚谐振动等，在旋转机械中常常出现，对设备的安全运行构成了严重的威胁，甚至可以引发恶性事故。1972年日本海南电厂的一台60万千瓦汽轮发电机组在试运过程中，发生异常振动，长达51米的主轴断裂飞逸，整台机组全部被毁坏。1956年3月4日，美国亚利桑那(Ariozha)电站，GE公司制造的147MW发电机组在平衡过程中，当转速达至3400/rmin时，发电机转子发生断裂;1956年3月18日，美国匹兹堡电站，GE公司制造的169MW发电机组在进超速试验时，发电机转子发生断裂;1986年4月27日，前苏联切尔诺贝利核电站，四号机组发生严重振动而导致核泄漏，致使两千人死亡，经济损失高达数十亿美元，并带来不可恢复的环境影响。进入八十年代后，我国投运的大容量机组，也相继发生了多起断轴及其它严重事故。1985年10月29日，山西大同第二热电厂，一台国产200MW汽轮发电机组在移交电厂投运10个月后，发生断轴事故;1988年2月21日，陕西秦岭电厂，另一台国产ZooMW汽轮发电机组在移交电厂投运两年后，由于油膜失稳导致轴系失稳，轴系断为13段;华能上安电厂，GE公司制造的两台350MW机组，1号机组在投产半年后，机组振动出现增大现象，又经过约12个月，轴和轴承振动幅值大大超标，被迫停机;2号机组在试运行时，因定速后汽轮机轴振动值不断增大，曾经9次打闸停机;华能福州电厂，日本三菱公司制造的两台350Mw机组，在安装移?

旋转机械向高速、重载、轻型化和自动化方向发展，一些重大的旋转机械在生产中的作用显得十分突出，运转中出现的故障越来越引起人们的关注。通过对旋转机械在工程实践中普遍存在的低频振动分量过大和振幅超标问题的分析和研究，现在已逐渐认识到:转子系统的非线性因素对转子系统的整体动力学性能有很大的影响‘’一5]。许多非线性动力学现象与规律，如振幅跳跃、分岔、混沌、亚谐振动等，在旋转机械中常常出现，对设备的安全运行构成了严重的威胁，甚至可以引发恶性事故。1972年日本海南电厂的一台60万千瓦汽轮发电机组在试运过程中，发生异常振动，长达51米的主轴断裂飞逸，整台机组全部被毁坏。1956年3月4日，美国亚利桑那(Ariozha)电站，GE公司制造的147MW发电机组在平衡过程中，当转速达至3400/rmin时，发电机转子发生断裂;1956年3月18日，美国匹兹堡电站，GE公司制造的169MW发电机组在进超速试验时，发电机转子发生断裂;1986年4月27日，前苏联切尔诺贝利核电站，四号机组发生严重振动而导致核泄漏，致使两千人死亡，经济损失高达数十亿美元，并带来不可恢复的环境影响。进入八十年代后，我国投运的大容量机组，也相继发生了多起断轴及其它严重事故。1985年10月29日，山西大同第二热电厂，一台国产200MW汽轮发电机组在移交电厂投运10个月后，发生断轴事故;1988年2月21日，陕西秦岭电厂，另一台国产ZooMW汽轮发电机组在移交电厂投运两年后，由于油膜失稳导致轴系失稳，轴系断为13段;华能上安电厂，GE公司制造的两台350MW机组，1号机组在投产半年后，机组振动出现增大现象，又经过约12个月，轴和轴承振动幅值大大超标，被迫停机;2号机组在试运行时，因定速后汽轮机轴振动值不断增大，曾经9次打闸停机;华能福州电厂，日本三菱公司制造的两台350Mw机组，在安装移?
【引证文献】

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本文编号：2889672