水轮发电机转子轴系电磁激发横-扭耦合振动分析

针对大型水轮发电机组在暂态运行时,由于暂态径向电磁力、电磁力矩诱发的发水轮发电机组双质量系统横-扭耦合振动进行了分析,建立了描述横-扭耦合振动的双质量系统数学模型,探讨了由于机电参数激励与转子轴系耦合振动的动力学特性。分析结果表明,系统振动具有明显的混沌的特性,横向振动对扭振的影响十分显著,使转子系统扭转角位移的幅值明显增加,最大扭转振动幅值发生于频谱1/2分频处;偏心对振动的影响存在参数极值区,即当偏心值落在这个范围内时,混沌振动的振幅会随偏心剧增,但静偏心对轴系振动特性的影响较小。若电磁参数和机械参数处在影响系统振动的灵敏区域,将诱发机组激烈的混沌振动。     

转子偏心对高速电主轴机电耦合动力学特性的影响

由于加工或装配误差等原因,电主轴转子存在着一定的偏心量,这个偏心量影响电主轴系统的机电耦合特性。本文基于绕组函数法,计算电主轴在转子静态偏心状态下的电感参数,在此基础上建立高速电主轴转子存在静态偏心量时的机电耦合动力学数学模型,并对电主轴启动过程进行仿真分析。分析结果表明:转子静态偏心量的存在会使电主轴起动时间增长,电主轴进入额定状态后转子仍然存在较大的电流。该结论为进一步研究高速电主轴系统的机电耦合动力学特性提供理论基础。     

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。     

平行不对中叠片联轴器系统非线性动力学分析

研究叠片联轴器在平行不对中故障下系统的非线性动力学行为。首先,根据叠片联轴器不对中状况下的特征建立理想化的动力学模型,由第二类拉格朗日方程推导出不对中叠片联轴器系统的动力学微分方程。然后采用数值方法对微分方程进行仿真求解,绘制出系统运动随转速变化的分岔图及不同转速下的位移响应图、轴心轨迹图、相轨迹图,并对图像做出相应的非线性动力学分析。其分析结果将对叠片联轴器的工作转速选定、故障诊断及安全运行提供理论依据。     

双跨转子—轴承系统松动—碰摩耦合故障的非线性特性

建立了带有基础松动-碰摩耦合故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的动力学模型,并对系统非线性动力学特性进行了数值仿真研究.耦合故障转子系统周期运动失稳转速介于松动和碰摩单一故障之间;随着轴承松动支座质量的增加,当转子低频运转时,系统响应的混沌运动区间先增大,以后逐渐减小;在高转速区域(超临界转速区),拟周期运动消失,混沌运动区域逐渐减小,周期分频运动区域增加,且会出现明显的周期3运动区间.     

余热排出泵水中模态分析

为了真实反映转子在水中振动情况,基于流固耦合动力学方程,采用ANSYS WORKBENCH有限元软件,对余热排出泵转子进行水中模态分析.分别计算了转子在空气中,预应力下及水中模态分布,得到相应固有频率及振型,并对比分析预应力和水附加质量对转子振动性能的影响.分析结果表明,预应力提高转子固有频率,变化率为4.42%~22.41%,并且主要提高扭转方向固有频率;水附加质量降低转子固有频率,变化率为4.69%~11.5%,阶数越高,变化率越大,与振动方向无关.在此基础上,根据核电要求对余热排出泵转子临界转速进行计算校核.计算得:第一临界转速5 475.6 r/min和第一扭转临界转速6 694.2 r/min远远超过运行转速1 490 r/min,水力激振频率173.8 Hz也处在安全范围内,符合核电要求.     

抽芯式斜流泵启动过程中转子动力学特性

针对抽芯式斜流泵异常振动现象,通过现场测试分析其振动诱因,进而基于能量守恒的拉格朗日方程建立机组转子非线性动力学模型,并通过与实测信号的峰峰值、振动频率等参数进行比较,验证仿真模型精度,重点研究泵组启动过程中轴心轨迹、振动频率等特征参数的动态响应,寻找降低水泵振动的技术措施.实测信号分析表明,抽芯式斜流泵异常振动诱因是机组启动伴生冲击力导致主轴发生偏移,当机组转速达到额定转速后,主轴偏移虽有所减小,却始终存在,造成机组产生不对中故障;仿真结果不仅证明了试验分析的准确性,同时也揭示了伴生冲击力与机组振动的内在联系:较强的冲击力会加剧转子不对中现象,形成剧烈机组振动,反之则相反.改善机组开机方式是降低伴生冲击力、减弱机组振动和提高机组运行可靠性的有力措施.     

故障受油器影响下灯泡贯流式机组非线性振动特性

针对故障受油器引发的灯泡贯流式机组事故,为提高机组运行的安全性和稳定性,基于构建复合偏心影响下不平衡磁拉力模型,建立多振源激励下含故障受油器灯泡贯流式机组轴系模型及其运动微分方程.应用数值计算方法分析有无故障受油器系统动态特性的差异,对系统在励磁电流、气隙静偏心以及动偏心变化过程中的非线性振动特性进行研究.结果表明：故障受油器的存在虽加大了转子非稳态运动范围并激发转子不利振动形式,但其对抑制系统振幅、削弱谐波成分表现出一定的积极作用,使机组受迫振动程度得以减缓;相比于数值固定的静偏心,随机组转动而不断变化的动偏心可使系统产生拟周期、周期二等丰富的动态响应形式,并进一步缩减了系统整体稳定运行范围,需引起足够重视.研究结果可为灯泡贯流式机组安全运行及稳定性分析提供一定借鉴.     

双盘悬臂转子-轴承系统基础松动故障分析

工艺操作变动造成的非正常振动以及安装不良等,均可能造成旋转机械的转子、支座及基础出现松动故障。综合考虑各种支座松动模型的优缺点,提出了一种松动模型,并基于非线性有限元理论,通过实验分析了松动故障对双盘悬臂转子系统的非线性动力学特性的影响,对机组的安全运行和延长机组工作时间具有重要的工程意义。     

水轮机组振动故障诊断和试验研究

振动故障严重影响水轮机组的正常运行和发电效益,要清除振动故障,必须认清振动的原因,找准振源。从机械、水力、电气等三个方面分析了引起水轮机组振动的主要原因及特征。介绍了转速、励磁和负荷试验在水轮机振动故障诊断中的应用,通过分析某电站现场振动试验中各部位振动及水压脉动的幅值随机组运行工况变化的规律,找出了引起该机组振动的原因和处理方法,具体说明了试验法在水轮机组振动故障诊断和处理中的应用。     

蓄能机组转子系统三维动力特性研究

受机械、电磁、水力等因素的影响,抽水蓄能发电机组轴系临界转速分析是复杂的转子动力学问题。采用SAMCEF ROTOR程序建立了抽水蓄能发电机组转子-轴承-电磁系统三维有限元模型,计算了不平衡磁拉力刚度系数以及轴系的临界转速和振型。讨论了发电机不平衡磁拉力、导轴承刚度系数变化对临界转速的影响。结果表明,不平衡磁拉力随着励磁电流和转子偏心距的增加呈非线性增加,并使一阶临界转速降低;轴系的临界转速随导轴承轴承刚度的增加而增加。水导轴承对2阶临界转速影响较大。上、下导轴承对1、3阶临界转速影响较明显。     

基于EMD和Multi-fractal spectrum的BP水机故障诊断

为了准确判断水轮机组的故障,提高水轮机组诊断的精确性,建立了EMD-Multi-fractal spectrum和改进BP神经网络相结合的机组振动故障诊断模型.选取水轮发电机组不同工况下的轴系正常、轴承油膜涡动、转子部件不平衡、转子不对中等状态,采集各状态下的振动信号.经过经验模态分解得到振动信号波各种故障信号的EMD分量,根据信号波形趋势图由EMD系数提取出波形样本,再由多重分形谱算法提取波形样本的特征值alpha(q), f(q),将该特征向量作为BP神经网络的输入进行分类识别.将训练好的神经网络应用于全部样本,得到测试正确率为100%.该模型用波形提取信号特征代替了传统的频谱特性,并结合先进的多重分形谱进行诊断识别,为水轮发电机组故障诊断提供了一种新的思路.应用信号采集于水电厂运行的水轮机,根据诊断的结果对轴系各个部件进行局部校正,通过检测发现振动和摆度都大大减弱.该方法提高了检测精度,增强了人机交互性,具有重要的理论意义和实用价值.     

八级离心泵转子临界转速分析

针对多级离心泵扬程高、转速高的特点,应用转子动力学对该泵的运行可靠性进行了研究。采用数值模拟的方法对整个转子振动模态进行分析,得到转子5阶固有频率和相应振型图。以转子部件固有频率作为基础,计算得到转子部件的"干"临界转速。通过流固耦合的研究方法,分析有预应力的模态计算,得到转子部件的"湿"临界转速。研究结果表明,相同阶时"湿"临界转速小于"干"临界转速。转子部件一阶"湿"临界转速为5 074 r/min,远大于实际额定转速的2 980 r/min,表明所设计的泵转子符合结构动力学设计要求。     

基于无水启动试验数据计算水泵轴系特征参数

将立式水泵机组轴系结构简化为三支承二圆盘的集中参数模型,建立了电动机转子和水泵转轮形心轨迹的运动方程,进而获得稳态下形心轨迹的解析表达式.利用水泵机组无水启动试验的特殊性和近似处理,给出了电动机转子和水泵转轮固有频率和阻尼比的计算方法.以某泵站无水启动的轴系摆度实测数据为例,根据轴系几何结构拟合轴系摆度形态,结合多转速下的测试数据,采用多项式拟合方法获得转子和转轮摆度数据.利用拟合得到的转子和转轮摆度数据计算水泵机组轴系特征参数,并对计算中的相关问题进行了分析说明.采用文中所提出的方法,可计算得到水泵转轮和电动机转子的固有频率转速、阻尼比和质量偏心等振动特征参数,且计算结果具有一定的数值稳定性.由于采用实测数据进行计算,所获得的振动特征参数包含了安装、调试等不确定性因素的影响,对于已安装运行的水泵机组振动研究具有参考价值.     

基于无为原理的柱塞泵故障诊断研究

轴向柱塞泵作为农业机械设备中的关键元件,健康状态直接影响到系统运行的可靠性。目前,柱塞泵的故障诊断方法主要是利用壳体的振动信号,分析元件的运行状态和诊断故障原因。由于液压系统的多场域和多尺度的强耦合给故障诊断带来了困难,研究提出采用瞬时转速信号来反映故障信息,以便对各种运行状态、正常或故障状态时的斜盘式轴向柱塞泵进行监测诊断。在机电液系统的柱塞泵上测取了配流盘正常、磨损状态下的瞬时转速信号,利用无为原理对瞬时转速波动信号进行了滤波处理,通过阶次分析实现了故障识别。研究表明瞬时转速信号可以作为一种有效手段来反映配流盘磨损故障,并为液压元件故障诊断提供了一种新的检测方式。     

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.     

随机水力激励下机组轴系的动力响应

简要分析了水轮发电机组轴系上的作用力,包括导轴承上的非线性油膜力、转子与转轮上的机械不平衡力、转子上的不平衡磁拉力和转轮上的水力不平衡力.采用零均值i.i.d.随机数序列模拟作用于水轮机转轮上的随机水力激励,通过调整随机数方差来改变随机水力激励的大小,建立了水轮发电机组轴系的非线性动力学模型.求解得到了机组轴系关键部位(转子、转轮和3个导轴承)响应的时域波形图、轴心轨迹图、频谱图和庞加莱图,以及系统响应的分岔图.结果表明:水轮机转轮上作用的随机水力激励对于轴系上部的上导轴承、发电机转子影响较小,对于下导轴承影响适中,对于轴系下部的水导轴承和水轮机转轮影响比较大.随着随机水力激励增强,水导轴承处和水轮机转轮处轴的横向摆度均发生明显的分叉,已明显影响了轴系的振动形态和振动稳定性.     

基于PSO-SVM-RF的离心泵转子故障诊断研究

转子是离心泵的重要组件之一，对转子运行状态的检测和诊断的研究具有重要意义。转子不平衡、不对中故障引发的故障特征较为相似，为了有效识别离心泵这两种转子故障。通过在离心泵进口法兰位置布置振动加速度传感器进行信号采集，提取原信号时频域特征，并利用随机森林算法筛选出重要性较高6个特征并将随机森林得到的分类结果作为PSO-SVM的输入，进而来区分正常、转子不对中、转子不平衡故障，同时还比较了该方法与传统PSO-SVM的故障识别率。结果表明，该模型PSO优化迭代次数更少、具有更高的识别率，对故障的识别率达到99.36%。     

透平增压泵轴承-转子系统动力学特性

针对海水淡化液力透平增压泵的高速运转稳定性问题,以核心部件水润滑轴承-转子系统为研究对象,通过轴承模化与Matlab编程计算得到水润滑轴承的8个特性系数,并建立起水润滑轴承-转子耦合系统的物理模型和有限元模型;利用转子动力学分析软件Samcef Rotor,计算得到了转子系统前4阶临界转速与模态振型;利用CFX14.5对透平增压泵内部流场进行非定常计算,统计得到不同流量工况下流体作用在透平叶轮和增压泵叶轮上的径向力,并以叶轮不平衡质量和径向力为外部激励,对水润滑轴承-转子系统进行瞬态响应分析.研究结果表明:转子系统的第一阶弯曲临界转速为36 298 r/min,远大于设计转速16 000 r/min,说明该海水淡化液力透平增压泵的转子为刚性转子;当只给透平叶轮与增压泵叶轮同时施加不平衡质量激励时,透平端与泵端相比较瞬态响应更明显,振动位移幅值更大;当两端同时施加不平衡质量与流体激励径向力时,转子系统的振动与仅施加不平衡质量激励时相比明显加强,且不同流量工况下转子系统的振动位移幅值不同,在设计流量工况1.0Q_d下振幅最小,转子运行最稳定.     

偏心振动压实式筑埂机的仿真分析及试验

简要描述了偏心振动压实式筑埂机的工作原理,对振动压实装置的运动轨迹进行了理论推导;运用Adams仿真软件对镇压筑埂装置作业时的振动状态进行分析,重点模拟了偏心振动压实装置中偏心块的质量、中心轴转速对镇压筑埂装置的振动影响;通过将Adams与Edem仿真软件耦合,对偏心振动压实式筑埂机的镇压筑埂情况进行了仿真;最后,通过整机试验对以上分析进一步验证并得出结论。研究结果表明：筑埂机在偏心质量为20kg、中心轴转速为1r/s、前进速度为0.1m/s时,偏心振动压实装置的工作振幅为38mm,中心轴最大加速度为800m/s²,此工况下镇压滚筒筑埂时振幅较大,适用于在首次筑埂时对旋耕集土后的松散土堆进行一次镇压成型;当偏心块质量为5kg、中心轴转速为4r/s、前进速度为0.4m/s时,工作振幅为8mm,中心轴加速度为1200m/s²,振幅较小、离心力较大,此工况适用于土埂成型后的二次压实固埂。仿真分析表明：不加偏心振动的普通筑埂机在作业时,滚筒所受的正压力为2000N;加振动压实后的一次筑埂时正压力约2500N,二次固埂时正压力约3000N,相比与传统筑...