水轮发电机组主轴系统的水流激励特性

以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,应用有限单元法建立包含电磁参数、结构参数和水力参数的混流式水轮发电机组主轴系统全局耦合动力学模型.在此动力学模型基础上,针对水轮发电机组主轴系统转轮处存在横振和扭振的情形,推导通过转轮叶片这一中间传递元件作用在混流式水轮发电机组主轴系统上的水流激励,揭示混流式水轮发电机组主轴系统的振动特性与水流激励之间的内在关系.结果表明：水流激励通过转轮叶片这一中间传递元件作用在主轴系统上,是造成水轮机主轴系统激烈振动的主要原因之一;水流激励不仅与转轮内复杂压力脉动及主轴系统的结构参数有关,而且还与主轴系统的振动特性有关;水流激励和主轴系统的振动相互作用、相互影响,从而使混流式水轮发电机组主轴系统产生流固耦合振动现象.最后通过实例讨论水流激励对混流式水轮发电机组主轴系统动态特性的影响.     

机电耦合对MHEV动力系统轴系振动的影响

对引起轻度混合动力电动汽车(MHEV)动力系统轴系振动的电磁因素进行了分析,揭示了机械和电磁两方面相互耦合作用对振动的影响规律。电机转子的电磁转矩、扭转刚度和阻尼的作用将改变原发动机系统轴系的动态特性。对电机助推和发电2种不同模式下系统轴系振动特性进行了理论仿真和实验的定性研究,两者结果体现了较好的一致性。     

大型水轮发电机组轴系振动稳定性

随着水电事业的发展，在我国的大型电站中，所用水轮发电机组的容量、尺寸及比转速在不断提高，所采用的材料强度也在不断提高，从而导致水轮发电机组刚度相对降低，因此弄清水轮发电机组的动态特性是必不可少的。利用转子轴承系统动力学，可建立水轮发电机组轮机主轴的数学模型，用以描述水轮发电机组轴系的弯曲振动和对水轮发电机组进行较系统的动力分析。以某电站水轮发电机组为例，建立了水轮发电机组主轴系统稳定性分析的计算模型，利用Riccati传递矩阵法计算了机组的临界转速，并对影响机组轴系临界转速的各个因素进行了计算分析，为以后对大型水轮发电机组的轴系动力特性分析提供参考和技术支持。随着计算机技术的不断发展，以及转子动力学理论的进一步完善，针对大型机械转子系统的动力学仿真将对机组的安全稳定运行发挥越来越大的作用。     

1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系的扭振特性

为研究1 000 MW级核电站离心式上充泵转子轴系扭振特性,应用Pro／E和ICEM软件对水体部件进行三维造型和网格划分,借助现代CAE技术,并采用有限元分析软件Ansys对上充泵转子轴系的扭转振动特性进行数值计算,通过扭振分析得到转子轴系在不同转速下的扭转振幅．结果表明:采用三支撑转子轴系的结构稳定性相比于两端支撑的转子轴系各阶固有频率都有明显提高,这有助于减小上充泵运行时的振动和噪声;在4 900 r／min的转速下转子轴系发生了较为明显的一阶扭转共振,引起共振的主要原因是电动机驱动力矩的6次谐波分量频率和转子轴系的一阶扭振固有频率的整数倍接近;上充泵设计运行转速为4 500 r／min,转速与转子轴系各阶临界转速值相差较大,其转子轴系的扭转振幅较小,不会发生扭转共振,表明所设计的转子轴系结构是合理的．     

基于有限元法的水轮发电机组临界转速研究

研究水轮发电机组的临界转速对于其故障诊断与结构优化具有重要意义，但由于现场试验困难、工况与边界条件复杂，使得临界转速的高精度求解成为难题。以某水电站的二导悬式水轮发电机组为例，采用大型通用有限元分析软件ANSYS，综合考虑各类轴承边界条件的耦合作用，基于流体润滑Reynold方程建立轴承动力特性参数的计算模型，求解水导、上导、推力轴承的刚度与阻尼，以此为基础分别构建无机械故障、转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中的三维有限元分析模型，随后考虑陀螺效应进行转子动力学分析，采用QR Damped法提取模态，并绘制Campbell图求得临界转速从而分析轴系动力学特性。结果表明，正常工况下机组飞逸转速远小于第一阶临界转速，其动态性能满足设计要求，且在转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中等工况下临界转速受到的影响很小，机组依旧能够保持稳定运行。     

考虑轴承及密封的水电机组轴系特性分析

水轮发电机组轴系的转子动力学特性对机组振动特性和稳定性有很大的影响。基于弹性支承的刚性转子模型,并在充分考虑轴承油膜动力特性和转轮密封处的刚度和阻尼作用下,模拟在实际运行条件下的上、下导轴承,水导轴承及考虑转轮密封处的等效刚度和阻尼,对某高水头混流式机组轴系的弯振、扭振及轴系的稳定性3个方面进行计算分析。计算得到机组在额定转速和飞逸转速运行时的临界转速及对数衰减和临界阻尼比,客观地反映描述了机组运行过程中的轴系特性。     

考虑主轴扭转变形的轴系振动模型

针对大型水力发电机组传统上忽略轴系扭转变形的假设可能导致轴系振动分析出现较大偏差的问题,采用Lagrange方法建立轴系振动方程和含轴系扭转效应的转子运动方程,通过定义广义动量,将这2个方程构建为统一形式的一阶微分方程组.以发电机转子上的阻力矩和水轮机转轮上的动力矩为纽带,构建包括水力系统、发电机、励磁、调速系统在内的完整水力机组模拟运行系统,并采用二阶Runge-Kutta法进行仿真计算.计算结果表明,在机组故障扰动条件下,计入轴系的弹性对轴系横向振动的影响不大,主轴扭转刚度对稳定工况下轴的扭转变形影响较大;故障扰动下,发电机转子和水轮机转轮之间的扭转角变化趋势与有功变化趋势基本一致.仿真表明,所建立的轴系扭振模型能反映轴系振动的基本特征,模型是合理的.     

多物理场作用下的水轮发电机组转子振动分析

以某水电站混流式水轮发电机组为例,通过求解雷诺方程对机组各导轴承进行求解得到轴承动力参数;利用CFD全流道数值模拟计算了水力不平衡力;采用Muszynska模型用平均流速描述转轮密封力得到转轮上冠、下环密封的等效刚度和阻尼;建立转动部件用于分析的动力学模型,分析了机组在正常运行工况和飞逸工况下的振动特性。通过对机组转动部件在水力、电磁不平衡力以及机械力耦合作用下动力特性分析,得到了机组的前六阶模态、振型以及机组轴线的振动情况,对水轮发电机组转子系统的设计有一定的指导意义。     

混合动力轴系机电耦合振动的理论研究

以混合动力系统为研究对象,分析研究了混合动力系统电动机的主要特性参数;在合理简化的基础上,建立了包括曲轴柔性体部件模型、活塞连杆组和电动机转子在内的刚性体部件模型以及构件间约束和作用力模型,并将它们综合建立了系统轴系的多体动力学分析模型;然后分别对电动机发电和助推两种不同模式下系统轴系动力学特性进行了全面的分析,揭示了机械和电磁两方面相互耦合作用对混合动力系统轴系振动的影响规律,并与发动机模式下系统振动特性进行了对比,得出一些有益的结论。     

耦合故障下水轮机振动特性分析

针对水轮机转子质量偏心和不对中等故障,建立水轮机转子非线性动力学模型,并分析质量偏心、不对中量和转速等对水轮机振动的影响,探索水轮机转子的非线性动力学特性。仿真结果表明,同样条件下耦合故障对水轮机运行状态的影响要大于单故障情况,且随着转速增加,多故障耦合下水轮机振动不仅剧烈,且水轮机运行状态复杂,可分为平稳运行状态、周期性碰摩状态和混沌运行状态等3种类型,这为分析和研究水轮机振动现象及故障诊断提供了理论依据,具有重要的学术意义和实用价值。     

汽车动力总成-整车系统耦合振动分析

针对汽车发动机引起的整车振动问题,本文将动力总成悬置系统置于整车环境,研究其耦合振动特性。建立了包含动力总成和整车、车身和悬架系统的多体动力学模型,分析了动力总成与整车系统的耦合振动问题。研究结果表明,整车模型的振动特性与6自由度悬置系统模型的振动特性存在差异。经对悬置系统进行参数优化,其减振效果得到了有效改善。     

车辆怠速共振测试分析与控制

针对车辆怠速共振问题,采用噪声、振动测量技术,分析了发动机振动的传递途径、声振耦合情况,查明该车怠速共振是由于悬置系统对发动机横向振动衰减不够,导致发动机二倍转频与车身固有频率产生耦合.运用汽车动力学设计方法对原悬置系统重新设计,改变了悬置刚度及悬置系统固有频率,提高了隔振性能,有效地控制了怠速共振现象,提高了乘座的舒适性.     

水田激光耙浆平地机振动特性研究

激光耙浆平地机代表了水田耕整机的智能化和精准化发展方向,如何提高其作业精度是当前研究的重点,而激光信号接收精度是保证水田耕整机作业精度的关键因素之一。为此,从整机角度出发,分析了其振动特性对激光信号接收精度的影响。耙浆平地机是自由振动和受迫振动的耦合,振动给激光接收器和支撑杆带来较大的空间摆动,造成接收器偏离激光信号。根据动力学方程和四参数法建立双层隔振模型,采用模糊优化方法对隔振系统进行优化求解,在此基础上完成隔振系统结构设计。试验结果表明:该隔振系统可有效地降低整机振动对支撑杆的激励,支撑杆摆角从25°减小到2°左右,激光接收器横向振动振幅控制在6cm以下,隔振系统传递率稳定。     

制冷机组发动机隔振仿真分析及机架结构优化

利用已建立的制冷机组发动机隔振系统动力学模型及其解耦分析,运用ADAMS10.0建立了发动机隔振系统现有支承和半解耦支承形式的仿真模型,并进行线性模态分析。分析表明：发动机现有支承存在严重的振动耦合;采用半解耦支承形式,其质心的动态响应显著减小,即X和Y方向的位移减至0.79811mm和1.6095mm,解决了发动机的振动耦合问题。运用I-DEAS8.0软件,对原机组的机架进行了振动模态分析和动态响应仿真分析,现有机架固有频率54.6Hz时发生整体变形,最大变形为1.08mm,原机架的整体动刚度差;通过对原机架的结构改进,使机架发生整体变形的固有频率提高到129.5Hz,机架最大变形减小为0.359mm,显著改善了机架的结构动态性能,提高了制冷机组的动态工作性能。     

车辆悬架中高频振动传递分析与橡胶衬套刚度优化

利用ADAMS与NASTRAN软件建立了某微型轿车整车刚柔耦合动力学模型.通过ADAMS/Vibration模块建立虚拟激振台,分析悬架在路面中高频段激励下的振动响应与传递特性.从提高悬架隔振性能的角度出发,分析了底盘/悬架系统中副车架、扭转梁和橡胶衬套对整车振动的影响.采用ADAMS中的DOE技术对悬架系统中几个主要连接衬套的刚度进行灵敏度分析,在ADAMS/Insight中对衬套刚度进行优化,通过改变衬套刚度提高整车振动性能.仿真结果显示,地板处的垂向加速度均方根值在整个研究频率范围内由477.9 mm/s2降至454.2 mm/s2,降低了5％.     

空间柔性闭链机器人动力学建模与振动仿真

空间闭链机器人的柔性连杆在高速运行状态下产生的弹性变形对系统振动效应具有重要影响。为准确分析柔性连杆对空间柔性闭链机器人振动特性的影响,采用有限单元法对柔性构件进行离散,基于浮动坐标系法描述构件位移场,最后通过Lagrange方程建立空间刚柔耦合闭链机器人动力学模型及振动方程,并分析系统固有频率和振型函数。基于同等参数,利用ADAMS/Vibration模块建立了空间刚柔耦合闭链机器人的自激振动仿真模型,研究系统固有频率和对应模态的变化,以及不同激振力作用下的频率响应特征。结果表明:理论模型和仿真模型的动平台运动轨迹基本一致,并且理论模型与振动仿真模型的固有频率也具有一致性,验证了振动仿真模型建立的正确性。随着激振力幅值的增大,系统响应增强。同一激振频率动平台质心处Y方向响应最大,X方向次之,Z方向最小。其中,系统第11、12阶模态对应的系统变形量最大,对应的激振频率为40~60 Hz。     

水轮发电机组轴系刚度近似计算方法

为了提出一种基于摆度测试数据的近似计算方法,基于水力发电机组转子和转轮形心轨迹运动方程,利用转子和转轮摆度比值关系对运动方程中的刚度耦合项进行解耦;然后,根据轴系振动的稳态特征,忽略轴系扭转、不计作用于发电机转子和水轮机转轮阻尼系数的影响,得到稳态下的简化形心轨迹运动方程,进而导出轴系等效刚度的近似计算模型;同时,结合水力机组特殊运行工况,对转轮、转子处附加外力做近似处理,给出了利用特殊运行工况振动测试数据近似计算轴系刚度的计算方法.同时,利用机组运行模拟系统进行仿真计算,仿真结果表明,提出的近似计算方法所获取的刚度数据与仿真系统给定刚度数据虽然存在一定的误差,但是基本反映了轴系刚度与振动的关系,对于实际工程具有一定的参考价值.     

两级先导式电磁阀主阀芯动力学分

对动力系统用两级先导式电磁阀进行了动力学分析.建立了基于电磁阀阀芯振动与流体流动相耦合的系统动力学模型.模型充分考虑了阀芯自激振动,阀内各腔以及阀前后管路内压力变化.分析了不同工作条件下阀芯的稳定性,研究了工作压力、工作流量对电磁阀动力学特性的影响.