间隙环流作用下的转子动力学性能分析

转子动力学

转子动力学是固体力学的一个分支。本文主要研究转子支承系统在旋转状态下的振动，平衡和稳定性，特别是在接近或超过临界转速的情况下转子的横向振动。转子是涡轮机，电动机和其他旋转机械的主要旋转部件。 200多年来，工程和科学界一直关注转子振动。w.j.m. 1869年英格兰的兰金（Rankin）和1889年法国的拉瓦尔（c.g.p.de Laval）对挠性轴的测试是研究此问题的先驱。随着现代工业的发展，高速细长转子逐渐出现。由于它们通常在柔性状态下工作，因此它们的振动和稳定性变得越来越重要。转子动力学的主要研究内容如下： ①临界速度 由于制造误差，转子每个微小部分的质心与旋转轴略有偏离。当转子旋转时，由上述偏差引起的离心力将使转子产生横向振动。在某些速度（称为临界速度）下，这种振动似乎非常强烈。为了确保机器不会在工作速度范围内产生共振，临界速度应适当偏离工作速度，例如大于10％。临界速度与转子的弹性和质量分布有关。对于具有有限集总质量的离散旋转系统，临界速度的数量等于集总质量的数量；对于具有连续质量分布的弹性旋转系统，临界速

度是无限的。传递矩阵法是计算大型转子支撑系统临界转速的最常用数值方法。要点是：首先，将转子分成几个部分，每个部分左右两端的四个部分参数（挠度，挠度角，弯矩和剪切力）之间的关系可以通过传递来描述。该部分的矩阵。以此方式，可以获得系统的左端和右端的横截面参数之间的总传递矩阵。然后，根据边界条件和自然振动中非零解的条件，通过试错法求出各阶的临界速度，得到相应的振动模式。 ②通过临界速度的状态 通常，转子以可变速度通过临界速度，因此通过临界速度的状态是不稳定的。与以临界速度旋转时的静止状态不同，有两个方面：一是振幅的最大值小于静止状态的振幅，速度越大，振幅的最大值越小。另一个是振幅的最大值不会在像静止状态那样的临界速度下出现。在不稳定状态下，频率转换干扰力作用在转子上，这使分析变得困难。为了解决这种问题，在数值计算或非线性振动理论中必须使用渐近法或级数展开法。 ③动态响应

Ansys转子动力学

基于ANSYS的转子动力学分析 1、题目描述 如图1-1所示,利用有限原原理计算转子临界转速以及不平衡响应。 图 1-1 转子示意图及尺寸 2、题目分析 采用商业软件ANSYS进行分析，转子建模时用beam188三维梁单元,该单元基于Timoshenko梁理论，考虑转动惯量与剪切变形的影响。每个节点有6个(三个平动,三个转动)或7各自由度（第七个自由度为翘曲，可选）。 轴承用combine214单元模拟。该单元可以模拟交叉刚度和阻尼。只能模拟拉压刚度，不能模拟弯曲或扭转刚度。该单元如图2-1所示，其有两个节点组成，一个节点在转子上，另一个节点在基础上。

图 2-1 combine214单元 对于质量圆盘，可以用mass21单元模拟，该单元有6个自由度，可以模拟X,Y,Z 三个方向的平动质量以及转动惯性。 3、计算与结果分析 3.1 转子有限元模型 建模时，采用钢的参数，密度取37800/kg m ，弹性模量取112.1110pa ，泊松比取0.3。轴承刚度与阻尼如表1所示，不考虑交叉刚度与阻尼，且为各项同性。 Kxx Kyy Cxx Cyy 4e7N/m 4e7N/m 4e5N.s/m 4e5N.s/m 将转子划分为93个节点共92个单元。有限元模型如图3-1所示。

图 3-1 转子有限元模型 施加约束时，由于不考虑纵向振动与扭转振动，故约束每一节点的纵向与扭转自由度，同时约束轴承的基础节点。施加约束后的模型如3-2所示。 图 3-2 施加约束后的有限元模型 3.1 转子临界转速计算 在ANSYS中可以很方便的考虑陀螺力矩的影响。考虑陀螺力矩时，由于陀螺矩阵是反对称矩阵，所以求取特征值时要用特殊的方法。本文考虑陀螺力矩的影响，分析了在陀螺力矩的影响下，转子涡动频率随工作转速的变化趋势，其Campell图如图3-3所示。同时给出了转子的前四阶正进动涡动频率与反进动涡动频率以及固有频率。如表3-2所示。

转子动力学知识

2转子动力学主要研究那些问题 答：转子动力学是研究所有不旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性,包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。这门学科研究的主要范围包括：转子系统的动力学建模与分析计算方法；转子系统的临界转速、振型不平衡响应；支承转子的各类轴承的动力学特性；转子系统的稳定性分析；转子平衡技术；转子系统的故障机理、动态特性、监测方法和诊断技术；密封动力学；转子系统的非线性振动、分叉与混沌；转子系统的电磁激励与机电耦联振动；转子系统动态响应测试与分析技术；转子系统振动与稳定性控制技术；转子系统的线性与非线性设计技术与方法。 3转子动力学发展过程中的主要转折是什么 答：第一篇有记载的有关转子动力学的文章是1869年Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”一文,这篇文章得出的“转轴只能在一阶临界转速以下稳定运转”的结论使转子的转速一直限制在一阶临界以下。最简单的转子模型是由一根两端刚支的无质量的轴和在其中部的圆盘组成的,这一今天仍在使用的被称作Jeffcott转子的模型最早是由Foppl在1895年提出的,之所以被称作“Jeffcott”转子是由于Jeffcott教授在1919年首先解释了这一模型的转子动力学特性。他指出在超临界运行时,转子会产生自动定心现象，因而可以稳定工作。这一结论使得旋转机械的功率和使用范围大大提高了，许多工作转速超过临界的涡轮机、压缩机和泵等对工业革命起了很大的作用。但是随之而来的一系列事故使人们发现转子在超临界运行达到某一转速时会出现强烈的自激振动并造成失稳。这种不稳定现象首先被Newkirk发现是油膜轴承造成的,仍而确定了稳定性在转子动力学分析中的重要地位。有关油膜轴承稳定性的两篇重要的总结是由Newkirk和Lund写出的,他们两人也是转子动力学研究的里程碑人物。 4石化企业主要有哪些旋转机械，其基本工作原理是什么 汽轮机：将蒸汽的热能转换成机械能的涡轮式机械。工作原理：在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。作用与功能：主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活的供热需要。 燃气轮机：是一种以空气及燃气为介质，靠连续燃烧做功的旋转式热力发动机。主要结构由三部分：压气机，燃烧室，透平（动力涡轮）。作用与功能：以

转子动力学知识

转子动力学知识 2转子动力学主要研究那些问题？ 答：转子动力学是研究所有不旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性,包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。这门学科研究的主要范围包括：转子系统的动力学建模与分析计算方法；转子系统的临界转速、振型不平衡响应；支承转子的各类轴承的动力学特性；转子系统的稳定性分析；转子平衡技术；转子系统的故障机理、动态特性、监测方法和诊断技术；密封动力学；转子系统的非线性振动、分叉与混沌；转子系统的电磁激励与机电耦联振动；转子系统动态响应测试与分析技术；转子系统振动与稳定性控制技术；转子系统的线性与非线性设计技术与方法。 3转子动力学发展过程中的主要转折是什么？ 答：第一篇有记载的有关转子动力学的文章是1869年Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”一文,这篇文章得出的“转轴只能在一阶临界转速以下稳定运转”的结论使转子的转速一直限制在一阶临界以下。最简单的转子模型是由一根两端刚支的无质量的轴和在其中部的圆盘组成的,这一今天仍在使用的被称作Jeffcott转子的模型最早是由Foppl在1895年提出的,之所以被称作“Jeffcott”转子是由于Jeffcott教授在1919年首先解释了这一模型的转子动力学特性。他指出在超临界运行时,转子会产生自动定心现象，因而可以稳定工作。这一结论使得旋转机械的功率和使用范围大大提高了，许多工作转速超过临界的涡轮机、压缩机和泵等对工业革命起了很大的作用。但是随之而来的一系列事故使人们发现转子在超临界运行达到某一转速时会出现强烈的自激振动并造成失稳。这种不稳定现象首先被Newkirk发现是油膜轴承造成的,仍而确定了稳定性在转子动力学分析中的重要地位。有关油膜轴承稳定性的两篇重要的总结是由Newkirk和Lund写出的,他们两人也是转子动力学研究的里程碑人物。 4石化企业主要有哪些旋转机械，其基本工作原理是什么？ 汽轮机：将蒸汽的热能转换成机械能的涡轮式机械。工作原理：在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。作用与功能：主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活的供热需要。

第四章 旋转机械的动力学特性

第四章旋转机械的动力学特性机械系统动力学 第四章旋转机械的动力学特性 旋转机械 的 动力学特性 第四章旋转机械的动力学特性第四章第四章转子动力学的任务和内容 第四章临界转速critical speed

第四章转子系统临界转速的概念 中经过某一转速附近时，支撑系统经常会发生剧烈振动 第四章旋转机械的动力学特性 由于材料、工艺等因素使圆盘的质心偏离轴线，偏心距为e 。当转子以等角速度ω自转时，偏心引起的离心惯性力将使轴弯曲，产生动挠度。 转子的临界转速 第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性 第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性

第四章旋转机械的动力学特性 可见，这时质心的坐标为（0，0）。质心C 与旋转中心O 1重合，圆盘和弯曲的轴都绕着质心C 旋转。自动定心现象 第四章旋转机械的动力学特性 第四章转机械的动力学特性 单转子的临界转速和振型 多自由度转子有多个临界转速和相应的振型 第四章支承刚度对临界转速的影响 支承刚度对临界转速的影响，在不同支承刚度范围内是很不同的。 第四章学特回转效应对临界转速的影响 回转效应是旋转物体惯性的表现，它增加轴此圆盘轴线方向不变，没有回转效应 此圆盘轴线方向变化，回转效应增加轴的刚性 第四章械的动力学特性 高压转子中压转子低压转子发电机转子 多跨转子轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子组成。 全长30余米，共 。

第四章力学特多转子轴系的临界转速和振型 200MW 高压转子中压转子 低压转子 发电机转子 轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用第四章旋转机械的动力学特性 多转子轴系的固有频率和振型 第四章200MW 汽轮发电机组轴系 第四章第四章转子的不平衡响应 对不平衡不敏感。不敏感转子 阻尼小阻尼大第四章转子的稳定性stability 对称 第四章旋转机械的动力学特性 产生的稳定的周期性振动,叫自激振动。

ANSYS中的转子动力学计算

ANSYS 中的转子动力学计算 安世亚太 许明财 转子动力学是固体力学的一个重要分支，它主要研究旋转机械的“转子－支承”系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，其主要研究内容有几个方面：临界转速、动力响应、稳定性、动平衡技术和支承设计。在旋转机械研究设计中，转子动力学的性能分析是极其重要的一个方面。 旋转机械广泛应用于以下领域: y 涡轮机械 y 能量站 y 机械工具 y 汽车 y 家用器械 y 航空领域 y 船舶推进系统 y 医疗器械 y 计算机设备 传统的转子动力学分析采用传递矩阵方法进行，由于将大量的结构信息简化为极为简单的集中质量—梁模型，不能确保模型的完整性和分析的准确度；而有限元在处理转子动力学问题时，可以很好地兼顾模型的完整性和计算的效率，但多年来转子的“陀螺效应”一直是 制约转子动力学有限元分析的“瓶颈”问题。 ANSYS 很好地解决了动力特性分析中“陀螺效应”影响的问题，而且陀螺效应的考虑不受计算模型上的限制，使得转子动力学有限元分析变得简单高效。 本文对ANSYS 的转子动力学计算功能进行简要介绍。 1 ANSYS 转子动力学的理论基础 ANSYS 转子动力学分析中，两种参考坐标系可供选择：静止坐标系和旋转坐标系。空间点P 在静止坐标系（其原点在O′）下的位置矢量为r′，在旋转坐标系（其原点在O）下的位置矢量为r。 在静止坐标系下转子的动力方程为： [][][]{}F {u}K }u ]){gyr [C C (}u {M =+++&&& 式中:为陀螺效应矩阵 ]gyr [C

在旋转坐标系下转子的动力方程为： [][][]{}F }r ]){u spin [K K (}r u ]){cor [C C (}r u {M =?+++&&& 式中:为哥氏效应矩阵, 为旋转软化效应刚度矩阵 ]cor [C ]spin [K 2 ANSYS 转子动力学的计算功能和新技术 ANSYS 转子动力学计算包含如下功能： y 无阻尼临界转速分析 y 不平衡响应分析 y 阻尼特征值分析 y 涡动和稳定性预测 典型的应用包括: y 轴的弯曲变形 y 扭转振动 y 转子轴未对准 y 旋转部分的平衡 y 流制振动 为了分析时计入哥氏效应、陀螺效应和支承的影响，ANSYS 发展了下列新技术单元： SHELL181 4节点有限应变壳单元 PLANE182 二维4节点结构实体单元 PLANE183 二维8节点结构实体单元 SOLID185 三维8节点结构实体单元 SOLID186 三维20节点结构实体单元 SOLID187 三维10节点四面体结构实体单元 BEAM188 三维一次有限应变梁单元 BEAM189 三维二次有限应变梁单元 SOLSH190 三维8节点层合实体-壳单元 COMBIN214 二维轴承单元(可变刚度和阻尼) ANSYS 考虑陀螺效应时没有计算模型上的限制，故可选择一维（梁、管）、二维（轴对称）和三维复杂计算模型进行分析。同时，ANSYS 还提供了一系列功能以完善转子动力学的计算，包括： y CMOMEGA 可以通过组（component CM_NAME）对多个转子指定不同的转速 y CORIOLIS 可以考虑哥氏效应在不同参考坐标系下的影响 y PLCAMP 可绘制坎贝尔图，为临界转速的确定提供了方便 y PRCAMP 可打印固有频率和临界转速 y CAMPB 可绘制预应力结构的坎贝尔图。 y PRORB 可打印出转子涡动幅值 y PLORB 可绘制转子不同截面的涡动轨迹 y SYNCHRO 可以指定激励频率是否与结构速度同步 y 多轴转子 y 正向/反向旋转和不稳定性 3 实例 实例1：梁单元与实体单元比较

02---Samcef Rotor在发动机转子动力特性分析中的应用---周传月

Samcef Rotor在发动机转子动力特性分析中的应用 周月1 ，宗克勤2 传 （1.北京东方极峰科技有限公司，北京100081 ；2.哈尔滨第703研究所，哈尔滨100036） 摘 要：本文首先介绍了依托Samcef Field和Samcef Rotor软件搭建的发动机转子动力特性集成仿真分析系统。其次介绍了转子动力特性分析软件Samcef Rotor的特点、模型及分析功能。最后以四个工程应用实例，着重介绍了Samcef Rotor软件在发动机转子动力特性分析中的应用。 关键词：Samcef Rotor，转子，动力特性，有限元分析 1 引言 随着工业的高速发展，旋转机械转速不断增加，性能不断提高。特别是航空燃气涡轮发动机和舰船用燃气轮机，由于其转速加大，推重比不断提高，因而带来了转子部件的负荷的增加。旋转机械的动力学问题历来就是发动机设计和研究人员关注的问题。发动机是高技术和高可靠性的复杂产品，尤其是高速旋转的转子系统，在其产品开发中有着极其复杂和严格的要求。发动机转子动力学问题是发动机研制和开发的一个重要问题。在转子动力学研究中，计算仿真分析（CAE）具有很重要的地位。无论是讨论转子的动力学特性，分析转子的各种动力学现象，还是进行转子系统的设计，解决旋转机械的有关工程问题等，都离不开计算分析工作。在转子动力学的发展历史中，计算方法与理论研究和工程应用是同步发展的。随着计算机技术和软件技术的飞速发展，计算仿真分析的重要性更为突出。甚至一些无法用理论分析方法解决的复杂问题，也可以使用数值计算的方法得到结果，或通过计算机仿真，揭示某些难以用理论分析方法或实验观察获得的新现象。 在传统的转子动力学分析中，计算分析的主要内容是关于转子弯曲振动的临界转速、不平衡响应和稳定性。有时，还有各种激励下的谐波响应和瞬态响应计算。有些转子系统还需要计算扭转振动的固有频率和响应。随着转子动力学研究工作的深入发展，人们发现轴承、轴承座、支承基础，以及其它有关结构对转子的动力学特性有很大的影响，因而有必要把轴承、轴承座、密封，甚至设备的基础也纳入到转子系统中。SAMTECH公司一直致力于转子动力学数值计算方法的研究，在著名的发动机公司的支持下，开发了大型商业化转子动力学分析软件Samcef Rotor。 SAMTECH公司（https://www.sodocs.net/doc/7c9045290.html,）是欧洲最大的CAE软件公司之一，是著名的有限元分析软件Samcef的开发商。SAMTECH公司的前身是比利时列日大学（University of Liege）的宇航实验室，该实验室自从1965年就从事开发商业化的有限元分析软件Samcef的开发。Samcef软件的开发者于1986年脱离列日大学而创建了SAMTECH公司。SAMTECH与航空和航天工业（SNECMA, EADS, AIRBUS, …），以及防卫、汽车、能源、造船和机床等工业有密切的合作。 Samcef系列软件是世界上广泛应用的有限元分析软件。Samcef包括通用有限元分析软件，如前后处理软件Samcef Field、线性分析软件Samcef Linear和非线性分析软件Samcef Mecano等，以及很多特定的专业软件，如转子动力分析软件Samcef Rotor，高压电缆静动力学分析软件Samcef HVS等。其中转子动力分析模块Samcef Rotor是目前世界上唯一的单轴或多轴转子动力学特性大型有限元分析软件。图1是依托Samcef Rotor软件和Samcef Field软件搭建的发动机的转子动力特性集成仿真分析系统。此系统是一完整的转子建模和仿真分析环境，包含发动机转子动力特性分析的各个方面。

非线性转子 动力学

航空发动机非线性转子碰磨研究 XXX （XXXX 机械工程上海200072） 摘要：综述了国内外非线性转子动力学的研究现状,讨论了非线性转子动力学研究中的7个主要问题,并引述了大量相应的国内外文献,包括:非线性转子动力学研究的一般方法;求解非线性转子动力学问题的数值积分方法;大型转子-轴承系统高维非线性动力学问题的降维求解;基于微分流形的动力系统理论方法;转子非线性动力学行为的机理研究和实验研究;高速转子-轴承系统的非线性动力学设计,最后讨论了非线性转子动力学研究中存在的问题及展望。 关键词：非线性；高速转子；数值积分法 The research for Aeroengine nonlinear rotor WANG Qing-long (Shanghai university mechainal engineering 20072 shanghai) Abstract: Reviewed the research status of nonlinear rotor dynamics both at home and abroad, discusses the seven main in the study of nonlinear rotor dynamics. To questions, and cited a large number of relevant literature both at home and abroad, include: common methods of nonlinear rotor dynamics; To solve the non-linear. Rotor dynamics problems of numerical integral method; Rotor - bearing system of large dimension reduction solution for high dimensional nonlinear dynamics; In the theory of differential dynamic system of the manifold method; Rotor nonlinear dynamics behavior of mechanism research and experiment research; High speed rotor shaft. Bearing system of the nonlinear dynamics design, and finally discusses the problems of nonlinear rotor dynamics research and prospects. Key words: nonlinear; High speed rotor; The numerical integral method. 由于旋转机械系统中各种异常振动的存在,常常引发灾难性的事故。过去研究转子-轴承-基础系统大多采用基于线性转子动力学理论。例如传统转子动力学对转子-轴承系统稳定性问题的研究,一般采用8个线性化的刚度与阻尼特性系数的油膜力模型。对于大型旋转机械中存在的油膜力、密封力、不均匀蒸汽间隙力等严重的非线性激励源,由于数学模型不够完善,以致系统中存在的许多由非线性因素引起的多种复杂动力学行为尚没有彻底搞清,不能满足现代工程设计的需要,迫切需要建立转子-轴承系统的非线性动力学理论,揭示系统存在的各种非线性动力学行为,提出转子-轴承系统的非线性动力学设计方法,研究旋转机械中存在的各种实际问题,这对提高旋转机械运行的稳定性、安全性、可靠性具有重要的现实意义和实际工程背景。 随着非线性动力学理论的发展,非线性转子动力学理论和方法也受到了关注,大量的研究成果使转子动力学面貌一新。但现有的非线性动力学理论和方法在解决高维动力系统方面还存在困难,而工程实际中的转子-轴承-基础系统是一个复杂的高维系统,从而吸引了更多的研究者从事这方面的研究,特别是现代非线性动力学理论在转子动力学中的应用,已成为当今国

故障诊断毕业设计

华北电力大学 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名：班级：机械1003 所在院系：机械工程系所在专业：机械设计 设计（论文）题目：转子裂纹与松动的非线性特性分析 指导教师： 2014 年 4 月10 日 毕业设计（论文）开题报告 一、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不低于2000字的文献综述。（另附） 二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 随着科学的进步与发展，对旋转机械转速、效率的要求不断提高，转子系统的工作环境越来越恶劣，转子故障时常发生。其中，转轴裂纹和轴承系统松动是比较常见的转子故障，它们对系统的稳定性和安全性有重要的影响。因此，对裂纹转子系统和基础松动进行非线性动态特性分析，对有效提高转子系统的特性和准确地进行故障诊断有重要意义。 本课题主要是分析Jeffcott转子系统中转轴裂纹与松动故障的相关问题。通过查阅大量文献资料，建立了带有裂纹故障的Jeffcott转子系统动力学模型，以MATLAB软件为平台，采用龙格库塔法对系统的动力学方程进行数值仿真计算，编程作出系统在不同参数输入情况下对应的多个分岔图。最后分析比较分岔图情况，得出相应结论。 三、指导教师意见： 对“文献综述”的评语： 2．对学生前期工作情况的评价（包括确定的研究方法、手段是否合理等方面）： 指导教师： 年月日 文献综述 ——非线性转子动力学 摘要：文章综述了非线性转子动力学的研究意义，简要介绍了近年来旋转机械转轴裂纹损伤故障诊断研究的主要成果和发展前景，对旋转机械转子系统的基础松动以及转轴裂纹损伤非线性特性的研究方法、刚度模型和非线性动力学特性问题的国内外研究现状进行了概述，总结了非线性转子动力学研究中存在的一些问题和发展趋势。 关键词：非线性；裂纹损伤；松动 前言 旋转机械被广泛地应用于包括燃气轮机，航空发动机，工业压缩机及各种电动机等机械装置

压缩机转子动力特性及常见振动原因解析

109中国 设备 工程Engineer ing hina C P l ant 中国设备工程 2019.06 （上）压缩机转子与振动情况是影响设备运行性能与效率的重 要关键因素，本文将通过对压缩机转子的结构特点和基本原理分析，对其运动特性进行详细的解析，同时对压缩机上常 见的振动问题及原因进行系统的剖析分解。 1?转子系统特性 转子系统是一种连接轴承与支座组成的旋转部件系统， 是旋转机械中的主要工作部件。转子系统的运动特性是一个 复杂的系统，转子运转常伴有相关系列振动，给设备带来噪 声，甚至严重的元件损坏和转子失稳等害处，极大地影响了 设备的工作效率和使用寿命。见图1。图1?转子简图2?转子动力特性解析2.1 轴承动态运动特性本文以径向轴承为依据，其理想模型状态工作状况为：轴承的中心为一条静态稳定线上浮，在油膜产生的合力作用下达到载荷稳定时，轴颈的中心便达到静态稳定线的某一点和稳定。而当轴承的工作角度因为工作关系工作角度不断地增大，轴承的表面与轴颈之间形成的收敛卷吸作用不断地加大，导致转子不断地被抬起。在常规的工作状态下，转子的工作状态不断受到外界的扰动影响，轴承不仅受油膜的静态油膜托起力，还会因外界的移动和速度等因素扰动产生附加的动态油膜力，所以转子是在静态油膜力与动态油膜力共同作用下工作的非定工作状态。轴承的非定动态方程为公式（1）。（1）式中：r 为轴承轴颈的半径，mm；φ为油膜的厚度，mm；p 为油膜压力值，MPa；u 为油的动力黏度值，Ns/mm 2；ω为转子角速度。2.2 轴承系统的稳定特性轴承的稳定特性，即压缩机处于静态的一种稳定或者动态的一种稳定，静态稳定即转子的外径与长度的比值大于或者等于5时，转子系统此时无论是工作转动速度快还是慢，压缩机转子动力特性及常见振动原因解析 官文超? （沈阳鼓风机集团股份有限公司研究院，辽宁?沈阳?110869） 摘要：压缩机是工业原料生产重要的生产设备之一，其广泛使用在化工、能源、机械等行业。而压缩机的转子动力特性与振动情况将直接影响设备的整体性能和运行效率。本文对压缩机转子动力特性、振动情况等进行了分析研究。 关键词：压缩机；转子；动力特性；振动 中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）06（上）-0109-02 系统只须静态稳定。动态稳定是指转子的长度大于半径时，系统转子工作转动速度大于1000时，此时进行动态稳定。当轴承系统处于稳定状态时，就可以避免一系列的设备振动现象。当系统出现非稳定性振动的时候，转子与转轴之间的力学便出现破坏，设备便会出现一些破坏性的振动现象。2.3 转子系统运动平衡特性转子的振动一般对设备是有害的，但是却无法杜绝这一现象，怎样平衡转子系统的运转振动，使其系统达到一个平衡的高性能状态。其实只要将转子的振动设定在一定范围内，达到一定的转动与振动平衡状态，就可消除危害性的振动现 象。所谓的转子振动平衡即是将转子振动频率限制在转速的 1/10，即可达到转子振动平衡状态。而主要的处理手段是将 转子的外径与长度比值降低来达到转子振动平衡状态。 2.4 齿轮传动系统特性 研究表明，齿轮系统的耦合传动振动特性模型与设备的 固定频率、稳定性能与弯曲、扭转振动模型有着很大的区别。 建立相关斜齿传动模型的分析模型，分析得出斜齿传动系统 振动不仅存在扭曲振动、轴向振动、弯曲振动常规的振动， 还存在动态合力产生的扭摆动。齿轮空间存在6个自由度， 整个系统存在12个自由度，轮齿的重合度为整数，整个啮 合过程中呈现出一个周期性的变化，且同时有部分的轮齿出 现变形现象。斜齿系统的啮合开始于轮齿的一端，然后慢慢 扩展到整个齿面，最后从轮齿一端退出啮合的过程，此时的 轮齿整体性刚度有局部变化，但是较直齿刚度阶跃性的变动， 斜齿只是一小部分的微小波动，如图2为斜齿轮与振动稳定 关系图。综上述分析可知，轮齿的刚度影响有轮齿的齿形（齿 高和齿厚等）、轮齿材料、轮齿的重合度、旋转角度、轮齿 啮合误差等因素。 3?转子振动原因及分析 3.1 压缩机转子振动原理 压缩机主要通过转子的高速转动产生离心力使其具备压 缩功能，出现振动的主要机理是转子振动频率与设备自身振 动频率相接近，导致共振现象，继而出现振动现象。如转子 与转轴的契合不严密时，还可能引起其他的振动效应。 3.2 压缩机机组稳定性引起的振动 机组如出现失稳即可出现转子的不平衡振动，引起的主 要原因是压缩机内部的零件契合度不达标，如转子与转轴的 契合度不够造成的机组失稳，以及离心机基座之间的连接紧

ANSYS 中的转子动力学计算

ANSYS 中的转子动力学计算 雷先华 安世亚太 转子动力学是固体力学的一个重要分支，它主要研究旋转机械的“转子－支承”系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，其主要研究内容有几个方面：临界转速、动力响应、稳定性、动平衡技术和支承设计。在旋转机械研究设计中，转子动力学的性能分析是极其重要的一个方面。 传统的转子动力学分析采用传递矩阵方法进行，由于将大量的结构信息简化为极为简单的集中质量—梁模型，不能确保模型的完整性和分析的准确度；而有限元在处理转子动力学问题时，可以很好地兼顾模型的完整性和计算的效率，但多年来转子的“陀螺效应”一直是制约转子动力学有限元分析的“瓶颈”问题。ANSYS 很好地解决了动力特性分析中“陀螺效应”影响的问题，而且陀螺效应的考虑不受计算模型上的限制，使得转子动力学有限元分析变得简单高效。 本文对ANSYS 的转子动力学计算功能进行简要介绍。 1 ANSYS 转子动力学的理论基础 ANSYS 转子动力学分析中，两种参考坐标系可供选择：静止坐标系和旋转坐标系。空间点P 在静止坐标系（其原点在O ′）下的位置矢量为r ′，在旋转坐标系（其原点在O ）下的位置矢量为r 。 在静止坐标系下转子的动力方程为： [][][]{}{}([]){}{}M u C C u K u F gyr +++=&&& []C gyr 为陀螺效应矩阵。 在旋转坐标系下转子的动力方程为： [][][]{}{}([]){}([]){}M u C C u K K u F cor spin r r r +++?=&&& []C cor 为哥氏效应矩阵，[]K spin 为旋转软化效应刚度矩阵。 2 ANSYS 转子动力学的计算功能和新技术 ANSYS 转子动力学计算包含如下功能： – 无阻尼临界转速分析 – 不平衡响应分析 – 阻尼特征值分析

基于ANSYS的电机转子的动力学分析

现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。本文使用ansys研究了电机转子动力学问题，得出ansys可以计算转子动力学问题。 1 引言 转子动力学的研究，最早可追溯到十九世纪六十年代。一个多世纪以来，随着大工业的发展，转子系统被广泛地应用于包括燃气轮机、航空发动机、工业压缩机等机械装置中，在电力、航空、机械、化工、纺织等领域中起着非常重要的作用。因而，转子动力学有着极强的工程应用背景，其相关的研究工作也越来越受到人们的重视。 由于材质的不均匀，制造、加工及安装误差等，转子系统不可避免的存在着质量偏心，同时转子在工作过程中还可能产生热变形以及磨损和介质的姑附等现象，这些因素或多或少都会导致转子不平衡的增大从而使转子的不平衡振动增大。由过大的不平衡量引起的转子系统的振动是十分有害的，它使机械的效率降低、载荷增加，使一些零部件易于磨损、疲劳而缩短寿命，较大的振动还会恶化操作人员的劳动环境，甚至会导致发生机毁人亡的严重事故。消除或者减小转子系统的振动首先考虑是对转子进行平衡。 现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。转子设计和发展的这种趋势对转子的质量不平衡提出了严格的限制。这种情况下，转子的动力学变得更加突出和重要。本文使用ansys研究了某电机转子的动力学问题，为转子动力学设计找到了一个新的途径。 2 模型的建立及计算 如图1所示，为电子转子的有限元模型，使用BEAM188单元模拟转子的轴，使用MASS21单元模拟转子，使用单元COMBI214模拟轴承。 图1 电机转子的有限元模型（不显示单元）图2 电机转子的有限元模型 （显示单元） 图3给出了Beam188 单元的几何简图。Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，该单元基于铁木辛哥梁结构理论，并考虑了剪切变形的影

迷宫密封转子动力学特性的数值模拟

收稿日期:2008-04-14;　修订日期:2008-12-08 基金项目:国家重点基础研究计划(973计划)基金资助项目(2007C B707705);新世纪优秀人才支持计划基金资助项目(NCET -07-0669)作者简介:晏　鑫(1983-),男,湖北黄冈人,西安交通大学博士研究生. 文章编号:1001-2060(2009)05-0566-05 迷宫密封转子动力学特性的数值模拟 晏　鑫1,蒋玉娥2,李　军1,丰镇平1 (11西安交通大学叶轮机械研究所,陕西西安710049;21河南泰隆科技开发应用有限公司,河南郑州450007) 摘　要:采用数值求解三维Reynolds -Averaged Navier -S tokes (RANS )方程,研究了具有16个齿的迷宫密封转子动力学特 性,分析了在两种转速条件下进口预旋对迷宫密封转子动力特性系数的影响,计算了无进口预旋时,在两种压比条件下,迷宫密封系统的交叉刚度和直接阻尼系数随转速的变化关系,并将计算结果与实验值和两控制容积BF (Bulk Flow )方法计算值进行了比较。研究结果表明:所采用的数值方法能较好地预测迷宫密封的转子动力特性,且计算结果优于两控制容积BF 方法。对于迷宫密封,交叉刚度与进口预旋近似成正比关系,且随着转速的增大而增大;直接阻尼对转速和进口预旋均不敏感,但随压比的增大而显著增大。过大的进口预旋和转速均会使转子的稳定性降低;工作在较大转速下的迷宫密封系统可以通过施加合理的进口预旋来增强转子的稳定性。关 键 词:迷宫密封;转子动力学特性;进口预旋;BF 方法;数值模拟 中图分类号:TK 263:O242 文献标识码:A 引　言 迷宫密封由于其技术成熟、成本低、安装方便而广泛应用于叶轮机械行业中。随着科技的不断进步,为了满足封严特性的要求,密封间隙的尺寸不断减小;另一方面,转子的柔性不断增大,均会使得自激振动易于发生[1]。研究表明:压气机中的气流激振力主要来自于其中的迷宫密封;而对于汽轮发电机组而言,蒸汽诱发的转子不稳定振动会成为限制机组出力的重要因素。到2001年,国内已有20多台300MW 等级的机组高压或高中压转子由蒸汽激振引发了不稳定振动[1]。根据工程经验,一旦机组发生流体激振而不能满负荷运行时,可以通过更换轴瓦、改进设计的密封结构尺寸、动静间隙大小、在迷宫密封部位安装止涡装置、改变阀门开度和顺序等措施来解决。可见,由迷宫密封所引起的流体激振是汽轮机组不能稳定、满负荷运行的一个重要因 素。而研究密封参数(包括边界条件和几何参数)对密封系统动力特性系数的影响,对减小激振力、增强转子的稳定性有重要的工程应用价值。 在迷宫密封转子动力特性的预测方面,传统的 理论分析方法主要是采用以整体流动BF (Bulk Flow )理论为基础的两控制容积法,它是由Scharrer 和Childs 建立和完善的[2]。随后,Childs 等人利用1控制体和2控制体BF 模型对进口压力为7MPa 的20齿迷宫密封动力特性进行了预测[3],并与实验值 进行了对比,由于预测结果不太理想,他们建议采用CFD 方法来验证实验结果。两控制容积方法虽然在 预测泄漏量上具有较高的精度,但在预测转子动力特性方面是不太理想的。随着计算机技术和计算流体动力学的发展,CFD 方法在分析迷宫密封动力学特性方面得到了相应的应用。M oore 利用商用软件SCISE A L 成功计算了具有8个静子齿的迷宫密封动 特性[4]。T oshio 利用商用软件CFX -T ASC flow 计算分析了5个静子齿迷宫密封的动特性[5]。黄典贵[6]对迷宫密封流场进行了三维非定常数值求解,得到了密封内气流激振力和动特性系数。陆颂元利用Fluent 商用软件[7],采用二维轴对称计算网格,得出 了含3个静子齿的叶顶围带密封(迷宫式)内气流激振力和动力学特性系数。 本研究利用商用CFD 软件CFX ,采用定常方法计算了16齿迷宫密封的转子动力特性系数,研究了进口预旋、压比和转速对迷宫密封转子动力特性的影响规律,并与实验数据和BF 方法的计算结果进行了比较。 1　计算模型及数值方法 1.1　迷宫密封动力学模型 当转子在(气体)迷宫密封中心附近作小距离运 第24卷第5期2009年9月 热能动力工程 JOURNA L OF E NGI NEERI NG FOR THERM A L E NERGY AND POWER V ol.24,N o.5Sep.,2009

转子动力学

转子动力学 什么是杰斐逊转子，它的意义是什么? 答:转子可以看作是一个安装在失重弹性轴上的圆盘，轴的两端由完全刚性的轴承和轴承座支撑。基于该模型的分析计算得到的概念和结论是转子动力学的基础。它可以准确地用于简单的旋转机械中，定性地解释复杂的问题。 意义:通过对Jeffcott转子的研究，发现当转子超过临界转速时，转子会自动对准，从而能够稳定工作。这一结论大大提高了旋转机械的功率和应用范围。Jeffcott解释了Jeffcott转子的动态特性，指出在超临界工况下转子会自动对准。发现超临界运行过程中会出现自激振动和不稳定，并确定其重要性。 转子动力学主要研究那些问题？ 答：转子动力学是研究所有不旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性,包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。这门学科研究的主要范围包括：转子系统的动力学建模与分析计算方法；转子系统的临界转速、振型不平衡响应；支承转子的各类轴承的动力学特性；转子系统的稳定性分析；转子平衡技术；转子系统的故障机理、动态特性、监测方法和诊断技术；密封动力学；转子系统的非线性振动、分叉与混沌；转子系统的电磁激励与机电耦联振动；转子系统动态响应测试与分析技术；转子系统振动与稳定性控制技术；转子系统的线性与非线性设计技术与方法。

3转子动力学发展过程中的主要转折是什么？ 答：第一篇有记载的有关转子动力学的文章是1869年Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”一文,这篇文章得出的“转轴只能在一阶临界转速以下稳定运转”的结论使转子的转速一直限制在一阶临界以下。最简单的转子模型是由一根两端刚支的无质量的轴和在其中部的圆盘组成的,这一今天仍在使用的被称作Jeffcott转子的模型最早是由Foppl在1895年提出的,之所以被称作“Jeffcott”转子是由于Jeffcott教授在1919年首先解释了这一模型的转子动力学特性。他指出在超临界运行时,转子会产生自动定心现象，因而可以稳定工作。这一结论使得旋转机械的功率和使用范围大大提高了，许多工作转速超过临界的涡轮机、压缩机和泵等对工业革命起了很大的作用。但是随之而来的一系列事故使人们发现转子在超临界运行达到某一转速时会出现强烈的自激振动并造成失稳。这种不稳定现象首先被Newkirk发现是油膜轴承造成的,仍而确定了稳定性在转子动力学分析中的重要地位。有关油膜轴承稳定性的两篇重要的总结是由Newkirk和Lund写出的,他们两人也是转子动力学研究的里程碑人物。 4石化企业主要有哪些旋转机械，其基本工作原理是什么？ 答：汽轮机，燃气轮机，压缩机，离心机，电动机 汽轮机：将蒸汽的热能转换成机械能的涡轮式机械。工作原理：在汽

转子动力学研究方向综述

转子动力学研究方向综述 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：旋转机械被广泛地应用于包括燃气轮机，航空发动机，工业压缩机及各种电动机等机械装置中。转子动力学是研究所有与旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性，包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。本文回顾了转子动力学的发展历史，分析了研究转子动力学面临的几个主要问题。总结了国内外在转子平衡技术方面、转子系统振动控制技术方面、转子动力学设计方面、转子振动噪声和参数识别方面、转子的动力学特性方面研究的情况。最后讨论了我国转子动力学面临的主要问题。 关键词：转子；动力学；旋转机械 Review of Researches Direction on Rotor Dynamics GAO hai-zhou (School of Mechanical Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract: Rotating machinery is widely applied to include gas turbine, aviation engine, industrial compressor and all kinds of motor and other machinery. Rotor dynamics is the study of all to the rotor of the rotating machinery and its components and structure dynamic characteristics, including dynamic response, vibration, strength, fatigue, stability, reliability and condition monitoring, fault diagnosis and control subjects. This paper reviews the development history of rotor dynamics, analyses several main problems in the study of rotor dynamics. In rotor balancing technology at home and abroad are summarized, the rotor system vibration control technology, the rotor dynamics design, rotor vibration noise and parameter identification, rotor dynamic aspects of the research. Finally discusses the major problems of rotor dynamics in China Key words: rotor; dynamics; rotary machine 引言 旋转机械[1]被广泛地应用于包括燃气轮机，航空发动机，工业压缩机及各种电动机等机械装置中。在电力、航空、机械、化工、纺织等国民经济领域中起着非常重要的作用[2]，而对其动力学特性的研究也形成了一门专门的学科——转子动力学。转子动力学在国内外都是一门非常活跃的学科，每年都有大量的文章发表。转子动力学是研究所有与旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性，包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。转子动力学研究的目的和任务是为旋转机械转子的优化设计、提高效率、保证安全、减少故障和延长寿命提供理论和技术上的支持与保障。