基礎--軸承--轉子系統(tǒng)損傷故障動力學特性研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，旋轉機械被廣泛的應用于壓縮機、汽輪機、發(fā)電機、航空發(fā)動機等各種機械裝置中。由于旋轉機械設備的轉子系統(tǒng)的運動的復雜性、支承邊界條件的特殊性及多種非線性因素的影響，因此，在旋轉機械的運行過程中，不可避免地發(fā)生各種故障。轉子系統(tǒng)振動是發(fā)生故障的主要原因。由于旋轉機械工作環(huán)境的多樣性和復雜性，所以誘發(fā)轉子系統(tǒng)發(fā)生故障的原因各有不同。常見的旋轉機械的故障有:碰摩、裂紋、油膜振蕩、不對中、松動等。旋轉機械在實際運行過程中，除單一

2、故障外，通常存在兩種或兩種以上的耦合故障，振動特性更加復雜。
　　本文主要研究了轉定子系統(tǒng)碰摩、裂紋及裂紋-碰摩耦合故障的動力學特性?；谟邢拊椒?，建立了基礎-軸承-轉子系統(tǒng)的有限元模型。研究了簡單轉子系統(tǒng)在不同碰摩形式下的動力學特性，并對裂紋、裂紋-碰摩耦合故障進行了故障特征分析。主要內容如下:
　　(1)建立了基礎-軸承-轉子系統(tǒng)有限元模型，介紹了基于接觸理論的單點碰摩模型、局部碰摩模型及整周碰摩模型，基于斷裂力學理論

3、和應變能，推導了裂紋的局部柔度矩陣，給出了呼吸裂紋模型的模擬方法，進而建立了呼吸裂紋模型;
　　(2)基于接觸理論，建立了基礎-軸承-單點碰摩轉子有限元模型。確定了兩種危險的載荷工況，分析了轉盤的三種安裝位置下的固有頻率;在此基礎上，分別在兩種載荷工況下，研究了轉速及轉盤的三種安裝位置，對基礎-軸承-單點碰摩轉子系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律;
　　(3)建立了不對中局部碰摩轉子有限元模型及橢圓定子局部碰摩轉子有限元模型。分別在兩

4、種載荷工況下，分析了偏心量、定子剛度及碰摩阻尼對不對中局部碰摩轉子系統(tǒng)動力學特性的影響，并分析了橢圓率、定子剛度及碰摩阻尼對橢圓定子局部碰摩轉子系統(tǒng)的動力學特性的影響，并與單點碰摩故障特征進行了對比;
　　(4)建立了整周碰摩轉子有限元模型。分別在兩種載荷工況下，分析了轉速及不同盤安裝位置工況對整周碰摩轉子系統(tǒng)動力學特性的影響;
　　(5)建立了呼吸裂紋轉子有限元模型。將呼吸裂紋的柔度隨著裂紋深度的變化規(guī)律與文獻進行對比，驗

5、證了推導的局部柔度矩陣的正確性，并且分析了裂紋剛度矩陣的主剛度的呼吸變化過程;從固有頻率及響應曲線兩方面，對呼吸裂紋的模擬方法進行了驗證;在此基礎上，分別在兩種載荷工況下，分析了轉速、裂紋深度及裂紋位置對呼吸裂紋轉子系統(tǒng)動力學特性的影響規(guī)律;在兩種載荷工況下，分別針對裂紋-單點碰摩耦合故障模型與裂紋-局部碰摩耦合故障模型，對比研究了裂紋、碰摩和裂紋-碰摩耦合故障，分析了橢圓率、碰摩阻尼、裂紋深度對裂紋-碰摩耦合故障轉子系統(tǒng)動力學特性的影