转子系统非线性动力学特性分析

发布时间：2017-06-25 07:18

  本文关键词：转子系统非线性动力学特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：转子系统是工业部门广泛应用的机械设备常见结构，如汽轮机、燃气轮机、水轮机、压缩机、发电机、航空发动机、风机等机械设备。随着科学技术的发展，工程实际对故障诊断技术产生了迫切要求，转子系统故障的非线性动力学研究在深度和广度两方面都有了一定进展，受到了越来越多的重视。本文主要以旋转机械的转子-轴承系统为研究对象，研究转子-轴承系统的故障机理及其特点。在现代非线性理论和转子动力学理论的指导下，重点对转子的油膜力问题及油膜力支撑下的转子油膜失稳、气流激振问题的故障特征等内容进行了研究。 1）本文利用Capone修正的短圆柱瓦轴承非线性油膜力模型分别建立了刚性不平衡转子-轴承系统和柔性不平衡转子-轴承系统，分别对两种转子-轴承系统进行非线性特性研究，结合瀑布图对比分析了柔性转子-轴承系统在不同不平衡量下油膜失稳特性与非线性动力学特性，指出了油膜失稳对应的非线性动力学形态。发现在较大的不平衡量下，柔性转子-轴承系统的油膜失稳故障较为明显。 2）综合利用迷宫密封力模型和修正的capone短圆柱瓦轴承非线性油膜力模型分别建立了不平衡转子-密封系统和不平衡转子-轴承-密封耦合系统，对比分析两种系统的非线性动力学特性，研究发现非线性油膜力降低了转子系统的稳定性区域，系统较早出现倍周期分岔。不平衡量对转子-轴承-密封耦合系统的非线性动力学特性的影响较大，随着不平衡量增加，系统出现了混沌运动等复杂的非线性运动。 3）采用非线性动力学行为进行不确定转子—轴承—密封耦合系统经验参数的研究。基于上面建立的耦合模型，研究了该系统在平均周向速比常数影响下的分岔特性及其影响规律，发现随着平均周向速比常数的增大，系统提前出现倍周期分岔，不稳定性增加，并基于上述结论，给出了合理的平均周向速比常数取值范围。 4）通过在RK4-Bently转子实验台上进行典型的油膜涡动和油膜振荡实验研究，利用HHT分析了油膜失稳特性。模拟实验台建立双圆盘不对称不平衡转子一轴承系统的模型，给出了该模型转子油膜失稳特性及其对应的非线性动力学行为，研究发现仿真模型结果与实验结果相近。
【关键词】：非线性 转子-轴承系统 迷宫密封 不平衡 Bently转子台 油膜失稳
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 研究领域及现状10-14
• 1.2.1 国内外转子—轴承系统油膜力与非线性动力学的研究11-13
• 1.2.2 国内外转子—密封系统气流激振力与非线性动力学的研究13-14
• 1.3 故障转子系统非线性动力学中的分岔与混沌的研究方法14-15
• 1.4 本文主要研究的内容15-17
• 第二章 不平衡刚性单圆盘转子-轴承系统非线性动力学分析17-24
• 2.1 刚性转子轴一承系统的 Jeffcott 模型17-18
• 2.2 刚性支承的单圆盘转子的动力学方程18-19
• 2.3 转子转速影响下的系统非线性动力学行为19-22
• 2.4 不平衡量的变化对系统的非线性特性影响22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 不平衡柔性单圆盘转子-轴承系统非线性动力学分析24-34
• 3.1 不平衡柔性转子-轴承系统动力学方程24-25
• 3.2 数值计算参数25
• 3.3 无量纲不平衡量为 0.1 时转子非线性动力学特性25-28
• 3.3.1 非线性分岔特性25-27
• 3.3.2 油膜失稳对比分析27-28
• 3.4 无量纲不平衡量为 0.2 的转子非线性动力学特性28-31
• 3.4.1 非线性分岔特性28-30
• 3.4.2 油膜失稳对比分析30-31
• 3.5 无量纲不平衡量为 0.3 的转子非线性动力学特性31-33
• 3.5.1 非线性分岔特性31-33
• 3.5.2 油膜失稳对比分析33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 不平衡转子-密封-轴承耦合系统非线性动力学特性分析34-50
• 4.1 转子非线性动力学方程34-35
• 4.2 密封力非线性模型35
• 4.3 油膜力非线性模型35-36
• 4.4 转子—轴承—密封系统非线性方程36-37
• 4.5 数值计算参数37-38
• 4.6 转速影响下的转子系统非线性动力学特性38-40
• 4.6.1 转速影响下的转子-密封系统非线性动力学响应38-39
• 4.6.2 转速影响下的转子-轴承-密封系统响应与对比39-40
• 4.7 不平衡量影响下的转子系统非线性动力学特性40-45
• 4.7.1 不同转子不平衡量下的转子非线性动力学响应40-43
• 4.7.2 不平衡量变化影响下的转子系统非线性动力学响应43-45
• 4.8 平均周向速比常数影响下的转子系统非线性动力学特性45-49
• 4.8.1 平均周向速比常数变化下的非线性动力学响应45-46
• 4.8.2 不同常数下系统的非线性动力学行为46-49
• 4.9 本章小结49-50
• 第五章 转子一轴承系统的实验数据时频分析与数学仿真对比50-69
• 5.1 实验装置简介50-51
• 5.2 振动信号的分析方法51-54
• 5.2.1 EMD 方法基本原理51-52
• 5.2.2 瞬时频率/Hilbert 变换52-54
• 5.3 实验数据分析54-60
• 5.3.1 油膜涡动过程分析54-57
• 5.3.2 油膜振荡分析57-60
• 5.4 Bently 不平衡双圆盘不对称转子系统模拟仿真60-68
• 5.4.1 系统建模60-63
• 5.4.2 数值计算63-64
• 5.4.3 单跨不平衡双圆盘不对称转子-轴承系统动力学分析与油膜失稳特性分析64-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 结论69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果74-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张彦梅,陆启韶;非稳态油膜力作用下转子振动的分岔与稳定性分析[J];航空学报;2003年01期

2 李松涛,许庆余;迷宫密封—滑动轴承—转子系统的非线性动力稳定性[J];航空学报;2003年03期

3 阮金彪，孙亦定，刘树春，刘荣强，，张飞虎;带挤压油膜阻尼器柔性双转子系统的动力特性分析[J];机械工程师;1995年03期

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10 李松涛,许庆余,万方义;迷宫密封转子系统非线性动力稳定性的研究[J];应用力学学报;2002年02期

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本文编号：481257