旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)力學(xué)特性本章內(nèi)容

旋

轉(zhuǎn)機(jī)械

的

動(dòng)

力學(xué)特性本章內(nèi)容轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性自激振動(dòng)的機(jī)理油膜渦動(dòng)和油膜振蕩油膜失穩(wěn)的實(shí)例油膜失穩(wěn)的特點(diǎn)提高油膜穩(wěn)定性的措施間隙不均勻、碰摩、內(nèi)腔部分充液等引起的失穩(wěn)強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的比較轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速支承剛度對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響回轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響多跨轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)形象（平衡的理論和方法另題講授）轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象和動(dòng)力學(xué)特性，它是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造、安全運(yùn)行、故障診斷的力學(xué)基礎(chǔ)。主要內(nèi)容：▲

臨界轉(zhuǎn)速物理概念，確定方法，影響因素。▲不平衡響應(yīng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)形態(tài)，平衡理論和平衡方法?！€(wěn)定性失穩(wěn)因素，油膜振蕩等，提高穩(wěn)定性的措施。▲

其他問題如瞬態(tài)響應(yīng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、非線性問題等。▲

當(dāng)前熱點(diǎn)問題復(fù)雜轉(zhuǎn)子、失穩(wěn)因素研究、故障診斷、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的控制、非線性問題等。臨界轉(zhuǎn)速criticalspeed臨界轉(zhuǎn)速是共振轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象?！R界轉(zhuǎn)速在數(shù)值上一般等于轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)的固有頻率?！R界轉(zhuǎn)速的大小決定于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)（質(zhì)量和剛度的分布）和軸承的結(jié)構(gòu)(邊界條件)?！?/p>

一個(gè)實(shí)際的轉(zhuǎn)子往往有很多階臨界轉(zhuǎn)速，從低到高依次稱為第一階、第二階、第三階等等。▲每一階臨界轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的振型?！?/p>

臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)值可以用計(jì)算法求得，或用實(shí)驗(yàn)法測(cè)得。reAO

單圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速01r/ecCAmO

O’

kyx由上式中解出x和y,并求得振幅r。圓盤慣性力＋軸彈性力＝偏心的離心力單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型650MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

n1=604r/minn2=1840r/minn3=4651r/min多自由度轉(zhuǎn)子有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的振型支承剛度對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響

軟

支承剛度

硬臨界轉(zhuǎn)速0K支承剛度降低，臨界轉(zhuǎn)速隨之下降；反之亦然。振型也隨之變化。支承剛度對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響，在不同支承剛度范圍內(nèi)是很不同的。回轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響

回轉(zhuǎn)效應(yīng)是旋轉(zhuǎn)物體的慣性的表現(xiàn)，它增加軸的剛性，故提高轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。有懸臂的轉(zhuǎn)子上，回轉(zhuǎn)效應(yīng)表現(xiàn)得較明顯。此園盤軸線方向不變，沒有回轉(zhuǎn)效應(yīng)此園盤軸線方向變化，回轉(zhuǎn)效應(yīng)增加軸的剛性200MW汽輪發(fā)電機(jī)組高壓轉(zhuǎn)子中壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

多跨轉(zhuǎn)子軸系由高壓轉(zhuǎn)子、中壓轉(zhuǎn)子、低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組成。全長(zhǎng)30余米，共有7個(gè)軸承。多轉(zhuǎn)子軸系的臨界轉(zhuǎn)速和振型200MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型n1=1002r/min中壓轉(zhuǎn)子型n2=1470r/min高壓轉(zhuǎn)子型n3=1936r/min低壓轉(zhuǎn)子型n4=2014r/min發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型n5=2678r/min高壓轉(zhuǎn)子中壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

軸系各階振型中，一般有一個(gè)轉(zhuǎn)子起主導(dǎo)作用。多轉(zhuǎn)子軸系的固有頻率和振型單跨轉(zhuǎn)子與多跨軸系臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系200MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速高于相應(yīng)的單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。彈性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速低于剛性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)unbalanceresponse▲

振動(dòng)與轉(zhuǎn)子不平衡大小成正比?！^臨界轉(zhuǎn)速時(shí)有共振峰?！駝?dòng)大小及共振峰高低與阻尼大小有關(guān)?！枘彷^大時(shí)，轉(zhuǎn)子對(duì)不平衡不敏感。不敏感轉(zhuǎn)子阻尼小阻尼大轉(zhuǎn)速振幅

單圓盤轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)01r/ecreAO

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重點(diǎn)高點(diǎn)C轉(zhuǎn)子的同步正進(jìn)動(dòng)▲定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子作剛體弓形回轉(zhuǎn)（同步正進(jìn)動(dòng)），轉(zhuǎn)子上軸向的各纖維不受交變力。▲軸心線形狀決定于不平衡分布、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速的分布?！?/p>

變轉(zhuǎn)速時(shí)，軸心線形狀、彎曲大小和相位均變化。自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)200MW機(jī)組轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速3000r/min轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性stability

造成轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的因素★滑動(dòng)軸承的油膜力★密封中的流體力★定、轉(zhuǎn)子間徑向間隙不均勻★轉(zhuǎn)軸的材料內(nèi)阻和結(jié)構(gòu)內(nèi)阻★轉(zhuǎn)子內(nèi)腔部分充液★轉(zhuǎn)子和定子的碰摩★轉(zhuǎn)子質(zhì)量和剛性在各徑向不對(duì)稱

轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的危害★突發(fā)性一般無明顯的先兆?！锸Х€(wěn)運(yùn)動(dòng)一般規(guī)模很大。★低周渦動(dòng)，轉(zhuǎn)軸受交變應(yīng)力。引起疲勞破壞。恒定的能源提供振動(dòng)的能量。反饋機(jī)制控制能量的適時(shí)輸入。反饋機(jī)制恒定能源振動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)激勵(lì)自激振動(dòng)的機(jī)理實(shí)例：弦樂器發(fā)聲蕩秋千吊橋、輸電線的風(fēng)致振動(dòng)機(jī)械鐘表的擺動(dòng)機(jī)床切削振動(dòng)，等自激振動(dòng)段實(shí)例－提琴弦的噸振動(dòng)VvF2VvF1F1F2相對(duì)速度0相對(duì)速嚴(yán)度（V–跟v）<刊（V+物v）摩擦力F1>F2能量W(輸入)=F1s>W(輸出)女=F2s每振動(dòng)便一周能仍量有積骨累，引壤起自激網(wǎng)振動(dòng)相對(duì)速度的變化弓的拉動(dòng)琴弦振動(dòng)變化的摩擦力摩擦力下擺重力做領(lǐng)功W(入)=mgl(1-滿cos)W(入)=mgl下(1-cos)上擺重力做玩功W(出)=爐–mgl(1-沸cos)W(出)=–mgl上(1-cos)能量W(入)=W(出)W(入)瞎>W(出)結(jié)果由于阻力羞振動(dòng)衰減克服阻繞力建立止自激振晨動(dòng)自激振撐動(dòng)實(shí)例瞞－蕩秋千mgl蹲下起立普通擺秋千人的起蹲重力秋千擺動(dòng)重心變化mg蹲下l上l下風(fēng)致自趕激振動(dòng)美國(guó)Taco憑ma吊橋的誓垮塌雙(19日40年膨)油膜失穩(wěn)偵的實(shí)例1972嘉年2月權(quán)朝陽電廠壤1號(hào)機(jī)榴組－20房誠(chéng)0MW油膜軸援承工作伸原理oo1eW發(fā)散楔收斂楔最小油膜間隙最大油膜間隙油膜壓力分布油膜失盈穩(wěn)的機(jī)哈理油膜力軸頸渦動(dòng)浙軌跡油膜力做棚的功常大于零恒小于死零較小可不篇計(jì)如W>0，就可能刻會(huì)失穩(wěn)微。彈性力糧阻搖尼力失oxykyycyykxxcxxkxycxykyxcyx油膜軸承雷的半速渦章動(dòng)流入油0.5R(C+e)流出油0.5R(C-e)故多余的授油為Re如軸頸羨繞O作角速黨度為的渦動(dòng)蔽，就留漫出空間2Re為維持老流量平懷衡，就號(hào)有2Re=Re得=0.5，是為半速渦動(dòng)分析流經(jīng)龜此直徑的淘油流o1eC-eC+eoR半速渦草動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)▲公轉(zhuǎn)（渦趙動(dòng)）速籠度為自轉(zhuǎn)蚊速度的一半劉?！D(zhuǎn)子上軸偽向的各纖啦維受交變遞力，交變篩的頻率為-。自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)油膜振蕩掩的發(fā)生升速降速t2cc0渦動(dòng)振幅轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速降速tc2c0渦動(dòng)頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速突發(fā)性：到達(dá)狼閾速t時(shí)，突然亂發(fā)生。閾廢速大于2誤倍固有夾頻率。破壞性：振幅貍一般很扯大。鳥渦陳動(dòng)頻率娘鎖住在c；低周正帝向進(jìn)動(dòng)納，軸纖廳維受交已變應(yīng)力娃。慣性：消攜失滯后于碑發(fā)生。從油膜渦田動(dòng)發(fā)展到澆油膜振蕩渦動(dòng)頻率c/m闖in轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)既速r/m敢in油膜渦動(dòng)竟的波形和的軸心軌跡渦動(dòng)頻會(huì)率約為飽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)屆速的一距半，并疫隨轉(zhuǎn)速左變化。渦動(dòng)方向俊為正向進(jìn)捐動(dòng)。軸心校軌跡出現(xiàn)喇雙內(nèi)環(huán)。渦動(dòng)的茫幅度并乒不很大垃。油膜振激蕩的波電形和軸劫心軌跡到達(dá)閾殿速時(shí)突氏然發(fā)生舌，幅度騰一般很雪大。渦動(dòng)頻蟲率鎖定悶在轉(zhuǎn)子災(zāi)的固有熱頻率，怪不再隨陷轉(zhuǎn)速變芹化。渦動(dòng)方彩向?yàn)檎齽兿蜻M(jìn)動(dòng)宅。軸心貴軌跡為波多重橢彈圓。一旦發(fā)憑生不易比消失，夏有慣性繞效應(yīng)捧。油膜振蕩那的防治措貧施臨時(shí)措施▲增加油身溫。▲更換粘度小較低的油顏?！鴾p小軸承世的寬度，嫁以增牛加比壓?！Ц呤浞€(wěn)軸承規(guī)的標(biāo)高潛，增加撲軸承的這負(fù)載?！鴾p小軸慌承的間眠隙。根本措施▲改變軸序瓦的結(jié)駛構(gòu)。增加預(yù)援負(fù)荷，坐開油槽微，改變謙供油方論式等▲改用穩(wěn)溉定性較求好的軸遵承。圓瓦—允橢圓瓦木—多油弄葉瓦—垃多油楔乎瓦—可傭傾瓦▲改變轉(zhuǎn)子遇結(jié)構(gòu)，將兄其臨界轉(zhuǎn)粉速提高到定工作轉(zhuǎn)速?zèng)龅囊话胍酝吧稀ｉg隙不呼均勻引醉起的失銳穩(wěn)間隙小處亡效率高，嗽所需的切覽向力Ft2小。最后，歇切向力Ft推動(dòng)轉(zhuǎn)纖子繞O點(diǎn)作正向沾渦動(dòng)。間隙小召處效率董高，產(chǎn)晉生的切弊向力Ft2大。最后，軍切向力Ft推動(dòng)轉(zhuǎn)子陡繞O點(diǎn)作正向州渦動(dòng)。汽輪機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)冒腔充液寒引起的低失穩(wěn)由于內(nèi)股阻，液腫體偏向散前面一溫個(gè)角度。液體離心香力有一分沒力Ft。最后，減切向力Ft推動(dòng)轉(zhuǎn)子刪繞O點(diǎn)作正向哈渦動(dòng)。轉(zhuǎn)子與椒定子碰要摩引起茄的失穩(wěn)轉(zhuǎn)子與定授子相碰時(shí)坡，有摩擦封力Ft。切向力Ft推動(dòng)轉(zhuǎn)拒子繞O點(diǎn)作反向脈渦動(dòng)。強(qiáng)迫振歡動(dòng)和自完激振動(dòng)歉的比較自激振屢動(dòng)和強(qiáng)駐迫振動(dòng)芒相比較到，無論低從原因壓、機(jī)理老，還是鐮振動(dòng)特沫性都有慈根本差擴(kuò)別。詳細(xì)比較蠢見下頁。反饋機(jī)制恒定能源振動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)激勵(lì)交變能源振動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)激勵(lì)強(qiáng)迫振戚動(dòng)自激振呆動(dòng)強(qiáng)迫振疾動(dòng)和自傍激振動(dòng)柜的比較謝謝觀師看/歡迎下洞載BY辯FAI糾TH