旋转机械转子动静碰摩分析及其振动控制

发布时间：2017-09-25 20:36

  本文关键词：旋转机械转子动静碰摩分析及其振动控制

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【摘要】：随着现代工业化的进程,旋转机械逐渐高速化、精密化、智能化,同时大型机械结构越来越精密,转子与静子之间的间隙也越来越小,动静部件之间碰摩的概率也逐渐升高。碰摩带来的影响十分恶劣,轻则机械被磨损,重则停车检修,给工厂带来巨大的经济效益损失。因此如何在早期识别碰摩故障并消除碰摩对工业发展有重大意义。本文通过数值仿真、实验研究等手段分析了碰摩过程中的现象,使用时域和频域等在线监测的方法提取故障特征。在基于电磁轴承的控制平台上,采用PD控制和基于模型参考的振动控制方法来降低振动,使其小于转静子之间的间隙,从而消除碰摩。主要内容如下： 1.建立以间隙、刚度、摩擦系数为变量的多项表达式来模拟碰摩力,通过Dyrobes软件建立碰摩转子有限元模型,仿真分析升速过程中和工况中的振动特征,研究了刚度、摩擦系数、转速等因素对碰摩结果的影响。对碰摩转子的一倍频轴心轨迹进行正进动和反进动分解,根据正进动所占百分比来判断碰摩对转子稳定性的影响。在Bently小实验台上设计了三种碰摩方案,分析了碰摩刚度、摩擦系数、碰摩面面积、碰摩转速等因素对碰摩结果的影响,结合软件模拟仿真,验证了不同碰摩因素对碰摩结果造成的影响。 2.为模拟现场碰摩故障,搭建了更接近实际的以油膜轴承支撑的大转子-轴承实验台,通过不同的碰摩装置模拟了转子-密封碰摩,轴上物件(套筒)-转子碰摩故障,最后将其碰摩现象与小实验台上的碰摩现象进行对比,比较大型旋转机械和小型旋转机械在碰摩故障时的不同表现,为实际提供依据。 3.在基于电磁轴承的转子实验台上,通过实验对电磁力进行静态标定,得出电磁力-电流-间隙的关系,并建立了四个自由度的单平面转子振动控制模型,采用PD算法来控制电磁轴承,附加额外的刚度阻尼,来达到减振的目的,并通过试取不同的比例系数和积分系数,得到能使振动降低的最佳参数值。 4.建立BAR数学模型,在靠近电磁轴承的转子表面的测点上,计算出系统的刚度、阻尼系数；并以微小的不平衡力为输入,结合识别出来的系统参数建立参考模型,最终建立基于模型参考的振动控制结构,通过OR38在线监测振动信号。实验结果表明,这种控制算法能够有效地抑制振动。
【关键词】：碰摩故障 转子-轴承系统 电磁轴承 振动控制
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 课题来源及研究目的16-17
• 1.1.1 课题来源16
• 1.1.2 课题研究的目的和意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.2.1 转静子碰摩故障的研究现状17-19
• 1.2.2 基于电磁轴承的转子振动控制的国内外研究19-20
• 1.3 本文的主要研究内容20-21
• 1.4 本文创新点21-22
• 第二章 碰摩转子系统的非线性理论分析22-36
• 2.1 引言22-24
• 2.2 碰摩转子的非线性数值分析24-27
• 2.2.1 碰摩转子的受力分析24-26
• 2.2.2 转子轴心轨迹的分解26-27
• 2.3 碰摩转子系统Dyrobes有限元模拟分析27-30
• 2.3.1 转子轴承的有限元模型27-28
• 2.3.2 碰摩力的数值表达方式28-30
• 2.4 不同参数对碰摩结果的影响30-34
• 2.4.1 升速过程中的碰摩现象30-32
• 2.4.2 转速、摩擦系数、刚度对碰摩结果的影响32-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 基于Bently小实验台的碰摩实验研究36-56
• 3.1 引言36-37
• 3.2 基于Labview的数据采集和信号处理系统37-38
• 3.3 基于第一种实验方案的不同碰摩刚度对碰摩影响的研究38-41
• 3.3.1 基于小实验台的变刚度碰摩方案设计38-39
• 3.3.2 变刚度碰摩实验结果分析39-41
• 3.4 基于第二种实验方案的不同摩擦系数和转速对碰摩影响的研究41-51
• 3.4.1 第二种实验方案的设计41-42
• 3.4.2 变摩擦系数的碰摩实验结果分析42-49
• 3.4.3 变转速的碰摩实验结果分析49-51
• 3.5 基于第三种实验方案的碰摩研究51-52
• 3.6 转子碰摩时相位和转速变化的实验研究52-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第四章 低速重载的大型转子碰摩实验研究56-70
• 4.1 引言56
• 4.2 基于ROMAC实验台的碰摩实验研究56-61
• 4.2.1 ROMAC实验台碰摩实验装置设计56-58
• 4.2.2 ROMAC实验台碰摩实验设计及实验结果58-61
• 4.3 基于DSE中心转子实验台的碰摩故障研究61-68
• 4.3.1 DSE中心碰摩实验台的搭建及碰摩装置设计61-63
• 4.3.2 DSE中心碰摩实验结果分析63-68
• 4.4 三种碰摩实验台的结果比较68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 基于电磁轴承的转子轴承系统振动控制实验研究70-92
• 5.1 引言70
• 5.2 电磁力作用装置的工作原理及电磁力的线性化70-73
• 5.2.1 电磁轴承磁极的工作模式70-71
• 5.2.2 电磁力的作用原理71-73
• 5.3 电磁力的静态标定实验73-75
• 5.4 基于电磁轴承的转子振动控制实验装置75-77
• 5.5 基于BAR模型转子轴承系统参数识别的实验研究77-82
• 5.5.1 转子轴承系统的有限元模型77-79
• 5.5.2 基于BAR模型的转子-轴承系统的参数识别79-82
• 5.6 基于PD算法的振动控制实验研究82-88
• 5.6.1 PD控制模型的建立82-84
• 5.6.2 基于CCS操作平台的控制算法的实现84-85
• 5.6.3 基于PD算法的振动控制实验结果85-88
• 5.7 基于参考模型的振动控制实验研究88-90
• 5.7.1 基于参考模型的振动控制策略88-89
• 5.7.2 基于参考模型的转子振动控制实验结果89-90
• 5.8 本章小结90-92
• 第六章 结论与展望92-94
• 6.1 论文主要工作总结92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-100
• 研究成果和发表的学术论文100-102
• 作者和导师简介102-103
• 附件103-104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：919503