新转子动特性(王正).ppt

本 章 内 容 转子的稳定性 自激振动的机理 油膜涡动和油膜振荡 油膜失稳的实例 油膜失稳的特点 提高油膜稳定性的措施 间隙不均匀、碰摩、内腔部分充液等引起的失稳 强迫振动和自激振动的比较 转子动力学的任务和内容 转子动力学研究旋转机械的动力学现象和动力学特性，它是旋转机械的设计、制造、安全运行、故障诊断的力学基础。主要内容： ▲ 临界转速 物理概念，确定方法，影响因素。 ▲ 不平衡响应 转子运动形态，平衡理论和平衡方法。 ▲ 稳定性 失稳因素，油膜振荡等，提高稳定性的措施。 临界转速 critical speed ? 临界转速是共振转速，转子在临界转速下会发生共振现象。 ▲ 临界转速在数值上一般等于转子横向振动的固有频率。 ▲ 临界转速的大小决定于转子的结构（质量和刚度的分布）和轴承的结构(边界条件)。 ▲ 一个实际的转子往往有很多阶临界转速，从低到高依次称为第一阶、第二阶、第三阶??等等。 ▲ 每一阶临界转速下，转子有一个相对应的振型。 ▲ 临界转速的数值可以用计算法求得，或用实验法测得。 单圆盘转子的临界转速 单转子的临界转速和振型 支承刚度对临界转速的影响 回转效应对临界转速的影响 200MW汽轮发电机组 多转子轴系的临界转速和振型 多转子轴系的固有频率和振型 单跨转子与多跨轴系临界转速的关系 转子的不平衡响应 unbalance response ▲ 振动与转子不平衡 大小成正比。 ▲ 过临界转速时有共振峰。 ▲ 振动大小及共振峰高低与阻尼大小有关。 ▲ 阻尼较大时，转子对不平衡不敏感。 单圆盘转子的不平衡响应 转子的同步正进动 ▲ 定转速时，转子作 刚体弓形回转（同步正进动），转子上轴向的各纤维不受交变力。 200MW机组转子的不平衡响应 转子的稳定性 stability 造成转子失稳的因素 ★滑动轴承的油膜力 ★密封中的流体力 ★定、转子间径向间隙不均匀 ★转轴的材料内阻和结构内阻 ★转子内腔部分充液 ★转子和定子的碰摩 ★转子质量和刚性在各径向不对称 恒定的能源提供振动的能量。 反馈机制控制能量的适时输入。 自激振动实例－提琴弦的振动 自激振动实例－荡秋千 风致自激振动美国 Tacoma 吊桥的垮塌 (1940年) 油膜失稳的实例 油膜轴承工作原理 油膜失稳的机理 油膜轴承的半速涡动 流入油 0.5R? (C+e) 流出油 0.5R? (C-e) 故多余的油为R? e 如轴颈绕O 作角速度为? 的涡动，就留出空间 2R? e 为维持流量平衡，就有 2R? e = R? e 得 ? = 0.5? ，是为半速涡动 半速涡动的运动形态 ▲ 公转（涡动）速度?为自转速度? 的一半。 ▲ 转子上轴向的各纤维受交变力，交变的频率为?-? 。 油膜振荡的发生 从油膜涡动发展到油膜振荡 油膜涡动的波形和轴心轨迹 油膜振荡的波形和轴心轨迹 油膜振荡的防治措施 临时措施 ▲ 增加油温。 ▲ 更换粘度较低的油。 ▲ 减小轴承的宽度，以增 加比压。 ▲ 抬高失稳轴承的标高，增加轴承的负载。 ▲ 减小轴承的间隙。 间隙不均匀引起的失稳 间隙小处效率高，所需的切向力Ft2小。 最后，切向力Ft 推动转子绕O点作正向涡动? 。 转子内腔充液引起的失稳 由于内阻，液体偏向前面一个角度?。 液体离心力有一分力Ft。 最后，切向力Ft 推动转子绕 O 点作正向涡动?。 转子与定子碰摩引起的失稳 强迫振动和自激振动的比较 自激振动和强迫振动相比较，无论从原因、机理，还是振动特性都有根本差别。 详细比较见下页。 强迫振动和自激振动的比较 根本措施 ▲ 改变轴瓦的结构。 增加预负荷，开油槽，改变供油方式等 ▲ 改用稳定性较好的轴承。 圆瓦—椭圆瓦—多油叶瓦—多油楔瓦—可倾瓦 ▲ 改变转子结构，将其临界转速提高到工作转速的一半以上。 间隙小处效率高，产生的切向力Ft2大。 最后，切向力Ft 推动转子绕O点作正向涡动? 。 汽轮机 压气机 转子与定子相碰时，有摩擦力Ft。 切向力Ft 推动转子绕 O 点作反向涡动? 。 反馈 机制 恒定 能源 振动 系统 响应 激励 交变 能源 振动 系统 响应 激励 强迫振动 自激振动 * * 旋 转 机 械的动 力 学 特 性 转子动力学的任务和内容 转子的临界转速 支承刚度对临界转速的影响 回转效应对临界转速的影响 多跨转子的临界转速和振型 转子的不平衡响应 转子的运动形象 （平衡的理论和方法 另题讲授） ▲ 其他问题 如瞬态响应、扭转振动、非线性问题等。 ▲ 当前热点问题 复杂转子、失稳因素研究、故障诊断、 转子运动的控制、非线性问题等。 r e A