姚学诗[1]2001年在《大型汽轮发电机组转子-支承系统动态优化设计研究》文中提出本文以大型汽轮发电机组为对象，采用预应力法计算了转子的临界转速，分析了转子系统的不平衡响应，并结合工程实际分析了磁拉力及温度应力对发电机转子振动的影响，最后本文重点研究了大型汽轮发电机组转子—支承系统的优化设计。 在转子动力学研究中，临界转速的计算方法占有很重要的地位。无论是讨论转子的动态特性，还是进行转子系统的设计，都离不开计算分析工作。本文根据转子转动的惯性特性，将惯性载荷加到转子上，形成了转子动力学问题的预应力解法。转子动力学问题的预应力解法，所建模型更接近于原形，计算过程简捷，提高了求解的准确性。本文运用预应力法在 Ansys5.4 软件平台上进行了转子动力学问题的计算，获得了成功。计算过程表明，其它大型软件也可运用预应力法进行相应的计算。 大型汽轮发电机组在运行时的电磁力及其温度应力对转子横向振动的影响正越来越受到重视，它涉及到发电机组长期运行中的可靠性。根据大型汽轮发电机组转子系统电磁力及温度应力的力学特性，本文在计算中导出了相应的负刚度矩阵并置入总刚度矩阵，分别求出了转子电磁力，温度应力对其横振临界转速的影响，添补了这方面计算的空白，具有一定的工程应用价值。 在预应力法求解转子横振临界转速的基础上，运用谐响应技术研究了大型汽轮发电机组转子系统的不平衡响应，导出了转子系统位移对频率的响应曲线及在某一个频率点转子系统的应力应变状况。基于预应力法的转子系统谐响应分析拓宽了通常转子系统不平衡响应的计算分析模式，特别是分析系统激励力的频率不等于转子转动的频率时，较为简捷、准确，为转子系统不平衡响应的分析开辟了新的渠道。 利用以上分析的结果，对大型汽轮发电机组转子系统进行了动态优化设计。其中包括多目标、多约束转子系统固有频率的设计；多目标、多约束转子系统位移响应设计。研究了预应力转子的优化设计方法，并采用信赖域方法自编有——限元程序对转子系统进行了优化设计。在对转子系统作灵敏度分析的基础上，进行了大型汽轮发电机组转子一支承系统对基座刚度、转轴直径、圆盘直径、跨度等设计变量的优化设计。研究了多跨转子与其各单跨转子临界转速之间的联系。最后，本文研究了转子系统的模态综合法，并进行了优化分析。
王学军[2]2009年在《大型离心压缩机产品精益设计研究与应用》文中指出随着现代工业的迅猛发展,大型化、高效化、高速化、节能降噪成为大型压缩机发展的必然趋势。如何在科学发展观指导下,开发具有自主知识产权的大型压缩机研发技术,满足产品品质提升和产品创新的需求；以及如何在保证国计民生需求的同时,兼顾企业生存和发展的需要,降低研制成本,缩短研发周期,提高产品研发效率,已经成为大型压缩机制造行业所需要迫切解决的主要问题。为此,本课题以闻邦椿教授提出的综合设计方法为基础,以“精益”技术做理论联系实际的结合点,以大型压缩机组的创新设计为背景,以满足用户对产品广义质量需求和企业对产品收益需求,提出一种适于大型复杂机械系统的创新设计实施方法,即大型压缩机精益设计方法。它从系统工程的角度出发,通过大型压缩机设计的总体规划、整机功能展开、以及具体功能区域内的性能研究和优化设计工作,完成用户给定功能条件下的大型压缩机结构创新和关键系统结构性能、工艺性能和工作性能的提升工作。同时,基于产品开发过程的成本模型,利用AHP方法和模糊集理论、CAX集成平台,对产品创新设计过程的规模、效率和时间消耗进行了约束和控制。在课题的研究过程中,根据大型压缩机的结构特点和设计经验：①提出了深层次可视优化设计的基本方法,对其内容及实施流程进行了详细论述；②构建了用于缩减研发成本的设计对象精益筛选方法,并给出了具体的评价指标和实施方法；③给出了深层次动态优化设计在产品设计过程中,较为完整的具体实施方法及内容。并就如何应用精益筛选、深层次动态优化设计方法和深层次可视优化方法,在主功能区、辅助功能区关键结构,和主辅功能耦合区(即转子系统)的的概念化设计和详细设计阶段中,采用非线性动力学、结构力学、可靠性理论和非线性空气动力学理论等,对大型压缩机加气系统气动性能研究及优化设计方法、叶轮部装结构工艺性能和工作性能研究及优化设计方法、以及转子系统综合性能研究及优化设计方法,进行了详细论述。本文具体内容研究如下：(1)通过文献收集和企业调研,对现代设计理论的研究现状和发展趋势、以及企业进行产品创新设计过程中存在的问题和需求,进行了概括和总结。并借鉴精益在生产体系中的成功经验,提出了精益设计概念。指明了精益设计中“精”和“益的具体含义,确定了精益设计的基本技术框架。(2)对如何运用综合设计理论与方法完成复杂产品创新设计,进行了深入研究,形成了一套较为完整的大型压缩机精益设计实施方法。通过大型压缩机设计过程的总体规划、整机功能展开、以及主辅功能区和主辅功能耦合区的精益设计研究工作的开展,详细论述了如何在完成产品关键系统和结构设计、优化和设计质量评价工作的同时,兼顾成本控制的精益设计实施方法。并于样机试制完成后,在沈鼓集团的产品试车台位上通过单缸和叁缸串联的机械运转试验,对产品的设计质量进行了检验。(3)在研究大型压缩机精益设计实施方法的过程中,完成了4种主要精益设计实施工具的构建工作。这些工具包括：从系统角度出发的功能分解工具、用于大幅缩减新产品研发成本的设计对象精益筛选工具、以及用于提高产品设计质量的深层次动态设计工具和深层次可视优化优化工具。在这些工具创建过程中：①构造了8D总体规划模型和实施框架；②提出了深层次可视优化方法的概念和具体应用方法；③丰富了深层次动态优化设计方法的内涵；④通过构建质量贡献率和成本影响率两个评价指标,形成了设计对象的精益筛选方法。(4)在主功能区的精益设计过程中,首先通过设计对象精益筛选,确立加气系统为首要研究对象,并利用深层次可视优化设计工具,完成其气动性能研究和概念化设计工作。其次,找到了原加气结构的设计缺陷,并根据对多种气动元件的分析和加气结构的分析,提出了一种带有进气涡壳的全新加气结构。在设计质量检验过程中,首次借助高性能计算平台,通过加气系统整流道模型(即包含加气结构及其相邻的两个模型级)的CFD分析工作,完成了引入加气结构后对周边气动元件的综合性能影响的评估工作。(5)在辅助功能区的精益设计过程中,以工艺性能改善为目标,采用可视优化设计与深层次动态设计相结合的方法,完成了关键结构创新及详细设计工作。并在此基础上,利用CAX集成应用环境,结合非线性接触理论和结构动力学理论,完成了叶轮部装结构工艺性能和运行工况条件下的结构性能研究工作。之后利用深层次动态优化设计方法,对新结构的工艺性能、结构性能加以改善。并利用概率有限元分析技术,与非线性接触分析技术相结合的非线性可靠性分析方法,对原始结构和改进结构功能实现的可靠度进行了对比计算,初步讨论了输入参数的不确定因素,对原型叶轮和新叶轮部装结构的结构性能影响问题。(6)在转子系统的精益设计过程中,详细论述了使用深层次动态设计工具,完成转子系统设计质量提升工作的具体操作方法和实施流程。从转子系统功能分析、综合性能优化以及设计质量的出厂验证和工作性能预估叁个阶段入手,完成了大型压缩机转子系统综合性能研究、初始结构方案确定和最终结构详细设计工作。对大型压缩机转子系统单缸结构性能表现进行了深入研究。并使用叁缸串联模型讨论了整个机组转子系统的结构性能表现。最后通过样机的机械运转试验和工作性能的非线性瞬态动力学预估手段,对产品的设计质量进行了评价。
王永亮[3]2008年在《圆柱瓦及椭圆瓦轴承—转子系统动力学特性研究》文中研究说明对于大型汽轮发电机组转子-轴承系统,滑动轴承非线性油膜力引起的转子-轴承系统油膜涡动及油膜震荡现象是突出问题,直接关系到实际机组的灾变防治和安全可靠运行。因此,迫切需要深入研究转子-轴承系统的非线性动力学特性和失稳机理,掌握系统特征参数对系统动力稳定性的影响规律。不同型式滑动轴承对转子-轴承系统动力学特性有很大的影响,圆柱瓦滑动轴承和椭圆瓦滑动轴承是大型汽轮机组常用轴承,因此有必要对圆柱瓦和椭圆瓦滑动轴承对系统动力特性影响进行深入对比、分析研究。首先,本文结合圆柱瓦和椭圆瓦滑动轴承油膜力模型,用有限元法建立了实际转子-轴承系统动力学模型,并研究了圆柱瓦和椭圆瓦滑动轴承油膜刚度和阻尼随转速变化规律。其次,针对圆柱瓦滑动轴承和椭圆瓦滑动轴承支承,进行了临界转速计算,不平衡响应特性分析,动力稳定性分析。并对不同支承下转子非线性动力稳定性随转子不平衡量、轴承长径比、润滑油粘度、间隙比、椭圆瓦轴承椭圆度的变化规律进行了仿真分析。对比两种不同滑动轴承对转子-轴承系统动力学特性影响。最后,通过实验研究了圆柱瓦轴承和椭圆瓦轴承支承下转子-轴承系统油膜涡动和油膜震荡现象,分析了系统油膜失稳规律,并对比了两种不同滑动轴承对系统稳定性影响。同时研究了不平衡量对不同支承下转子-轴承系统动力学特性的影响,验证了并与理论计算结果。研究结果可以为大型汽轮机组转子系统的设计和安全稳定运行提供理论和实践依据。
彭泽军[4]2002年在《大型机组轴承负荷异常诊断及其Internet调用方法研究》文中研究表明本文分析了汽轮发电机组轴系的动力特性，建立了大型汽轮发电机组轴承负荷分配计算的矩阵方程，该方程可用于计算轴承的负荷，并用实例说明了求解方法，该方程可推广到求解多支承转子—轴承系统的轴承负荷分配，对200MW机组、300MW机组、600MW机组进行了分析计算，结果表明理论计算和实际情况一致。讨论了轴承负荷敏感度计算方法和标高敏感度计算方法，建立了轴承负荷敏感度矩阵和标高敏感度矩阵，该方程可推广到求解多支承转子—轴承系统的轴承负荷敏感度和标高敏感度，利用该负荷敏感度矩阵和标高敏感度矩阵对轴承负荷分析所得的结论与实际情况一致。编写了轴承负荷计算和轴承负荷敏感度计算程序，论述了基于网络的异地调用的思想及理论方法，实现了基于网络的异地调用。研制了多支承转子-轴承系统试验台，并进行了多支承转子—轴承系统负荷试验。试验结果表明：该方法满足工程测试要求，能实时测试各支承负荷及其变化，可运用于现场进行汽轮发电机组轴承负荷在线监测。测得了各支承负荷特性、轴的转速、轴承座振动、轴的振动、轴心轨迹等数据信号，综合分析了信号特征，判定为严重碰摩故障，与停机检查实际情况相当吻合。
吴景丰[5]2003年在《汽轮发电机组常见振动故障诊断的研究》文中研究指明机械故障诊断理论和技术的研究已日趋深入，但如何将其成果应用到生产实际当中去也就成为该项研究的最终环节。 汽轮发电机组是电力生产的重要设备，由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，导致故障率高、危害性大。因此，对其常见振动故障诊断的了解和掌握就显得必不可少。基于这种考虑才选定了汽轮发电机组常见振动故障诊断的研究一题，探索如何从机组的状态行为综合其特征，根据相关的数据和信息对故障定性，进而对其产生的原因或机理做出判断，并确定解决措施和实施处理方案。 论文首先阐述了机组状态行为的复杂程度，并对如何评价机组这一总体故障特征进行了研究，从定性和定量的角度上分别提出了图形描述工具—递归图和定量评估指标两种方法，并结合这两种方法讨论了机组行为的可预测性问题。 对机组常见振动故障进行诊断，首先要进行振动测试，这就要求不但要熟悉测试的原理、方法和要点，而且要掌握一定的实践经验。准确测得振动信号数据后，就需要对数据加以分析和处理，因此振动数据分析方法的了解和掌握就显得尤为重要。论文在简单介绍几种分析方法以及稳态数据和瞬态数据的特征图形的基础上，提出了振动信号中的若干具体问题。 高速旋转机械设计和运行中的一个重要问题是控制和降低轴系的强迫振动响应，同时还存在另一类同样重要的问题：转子动力失稳和自激振动。故而探讨汽轮发电机组轴系稳定性问题，描述两种失稳型式的特征和判断方法就成为论文第五章的内容。 汽轮发电机组常见振动故障的类型、特征、判断方法，是论文要讨论的关键所在，第六章将结合实例详细进行介绍。 汽轮发电机组常见振动故障诊断与电力生产实际联系紧密，具有可马上转化为生产力的学术价值，也是生产实际的迫切要求。
范雷雷[6]2005年在《转子系统不平衡响应传递规律研究》文中研究表明振动是影响汽轮发电机组安全稳定运行的关键因素之一。不平衡是最常见的振动故障,约占故障总量的80%以上。如何减少开机次数,提高动平衡效率一直是人们研究热点。由于不平衡故障的高发性及复杂性,转子系统不平衡响应特性也是目前转子动力学领域广泛研究的课题之一。本文针对存在质量偏心的Jeffcott转子,分析了不平衡引起振动的机理。并介绍了轴系和支撑系统的模化方法,运用Riccati传递矩阵法建立计算模型,求解不平衡响应。在Riccati传递矩阵法建立的计算模型基础上,本文用Matlab编制了计算不平衡响应的程序,利用开发的程序,我们对200MW汽轮发电机组的高压转子不平衡响应特性进行了计算分析,得出了一些有益的结论。 我们针对在现场动平衡工作中发现的几起异常现象,建立了转子模型,对异常现象进行了计算分析。分析结果表明:转子两端支撑刚度不对称引起了这些异常现象。在支撑刚度不对称情况下,在转子上加对称不平衡量,不仅激发一阶分量,同时还激发出明显的二阶分量,同样,加反对称不平衡量,不仅激发二阶分量,同时还激发出明显的一阶分量,转子不平衡响应发生了变化。这一结论对动平衡工作中现场确定加重方式、判断不平衡位置、选择加重面,具有非常重要的工程应用价值。在动平衡工作中我们发现,在大多数情况下,根据垂直振动信号和水平振动信号找出的振动高点位置不同,有时甚至相差很大,而相位是动平衡工作中寻找振动高点的主要依据,这给准确寻找振动高点,提高动平衡效率带来很大的困难。我们对这现象进行了理论分析和计算,认为轴承垂直和水平方向动力特性差异是造成这种现象的主要原因。最后通过试验对转子系统不平衡响应特性进行分析研究。
任朝旭[7]2015年在《汽轮发电机组支承系统故障分析与诊断方法研究》文中进行了进一步梳理随着电力工业的不断迅速发展以及行业改革的不断深入,越来越多的大型汽轮发电机组陆续投入运行,提高汽轮发电机组的可靠性和降低维修成本成为发电企业不断追求的目标。汽轮机组出现故障会影响电力企业的安全生产,严重情况下还会带来灾难性事故和重大损失,因此,加强汽轮发电机组的状态监测与故障诊断对保障电力生产设备的安全稳定运行具有重要意义。汽轮发电机组的支承系统是整个机组的重要组成部分之一,支承系统的安全稳定工作是机组平稳运行的基础。以往针对汽轮发电机组的故障研究多注重转子、发电机等部件,而对于支承系统往往重视不够。随着大容量汽轮发电机组的不断投入运行,支承系统作为汽轮发电机组中一个结构复杂且涉及面广泛的系统,其发挥的重要作用及发生故障后所带来的影响也引起各方面的关注。本文以汽轮发电机组的支承系统作为研究对象,主要开展了下述工作：(1)对汽轮发电机组支承系统的结构组成及特点进行了说明,并系统地对支承系统的监测参数指标及其量化描述方法进行了分析阐述。(2)对支承系统的主要故障模式进行了详细的机理分析,具体研究了叁类故障,对各个故障的发生原因、发生后的影响及后果进行了分析并完成相应FMEA分析；绘制了叁类故障相应的FTA故障树,对每一个故障的故障特征及监测指标进行了研究分析；完成了故障的风险分析,并提出了故障相应的综合治理方案。(3)对支承系统的故障诊断进行了具体方法研究,梳理了故障诊断流程并提出相应的算法和数学模型,完成支承系统故障诊断系统的整体思路设计,针对诊断流程及提出的模糊推理算法进行了实际案例分析。
谢欣容[8]2016年在《汽轮发电机组支承系统故障识别与预警技术研究》文中进行了进一步梳理随着大容量、高参数的汽轮发电机组不断投入运行,对机组运行可靠性的要求也越来越高,其中,汽轮发电机组的支承系统发挥的重要作用及发生故障后所带来的影响也引起各方面的关注。本文以汽轮发电机组支承系统为研究对象,开展了如下工作：(1)以故障树分析法(Fault Tree Analysis, FTA)和故障模式及影响分析法(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)为指导,深入研究了支承松动、轴承座轴向振动、结构共振故障的机理,详细分析了各个故障发生的原因、发生后的影响以及处理措施,建立了相应故障模式的FTA图和FMEA表,形成较为完善的知识库体系。(2)支承系统故障模式识别。筛选出支承系统对应的监测测点,对支承系统典型故障模式进行征兆提取,并提出不同种类征兆量化的描述方法。同时建立异常检测模块和故障模式识别模块,异常检测模块采用多元状态估计技术,通过监测实测值与预测值的残差,判断机组参数的异常状态；故障模式识别模块采用证据推理技术将征兆信息进行合成,给出故障模式的识别结果。(3)支承系统的故障预警技术研究。将故障严重程度作为评价故障状态的指标,并以各个故障的定量评价为基础,对机组设备进行健康评价的预警。基于征兆量化和模糊评价矩阵的故障预警方法,建立故障预警模型,判断支承系统故障所处轻重程度的等级,获得支承系统故障的预警,并与维修等级相对应。
王继燕[9]2010年在《SFD-滑动轴承转子系统动力学分析与优化》文中研究说明旋转机械的稳定性直接关系到机组是否可以安全可靠地运行。随着高速、大容量机组的投入运行,与机组灾变防治密切相关的稳定性研究已成为转子动力学研究的重要课题之一。使用减震器是一种提高系统稳定性较好的方法,目前广泛使用的减震器是基于油膜阻尼技术设计的SFD。系统各参数对SFD-滑动轴承转子系统的动力特性都有一定的影响,但是并非任意一个SFD都可以起到提高转子系统的稳定性和减振作用,参数设计合理与否关系到诸参数之间的相互匹配程度,对转子系统进行优化设计就是尽可能使系统的动力学性能达到最佳状态。本文综合运用理论分析和数值模拟等方法对SFD-滑动轴承转子系统的动力响应、动力学优化进行了系统研究,取得了如下研究成果:(1)以Reynolds方程为基础,利用长轴承理论Summerfeld假设,推导出了轴承油膜力;采用短轴承近似理论Summerfeld假设,进一步推导了SFD油膜力。(2)建立了SFD-滑动轴承刚性转子系统的模型,给出了系统的运动方程,并利用数值方法求解了系统的运动微分方程得到系统的动力响应和系统的临界转速。研究表明:刚性转子系统由稳定的周期运动经过准周期分岔,进入混沌运动状态。(3)以SFD-滑动轴承柔性转子为研究对象,对滑动轴承采用长轴承理论,对SFD采用短轴承理论,以π油膜假设为基础,建立了SFD-滑动轴承柔性转子的力学模型。用数值方法求解非线性微分方程,求得了系统的动力响应,同时利用4-5阶龙格库塔法求得了系统的前二阶临界转速。研究表明:柔性转子系统由稳定的周期运动,进入混沌的路径是:周期运动—准周期运动—混沌—倍周期运动—混沌。(4)分析了柔性转子系统的前两阶临界转速对结构参数的灵敏度,结果表明:一阶临界转速对油粘度、轴承间隙、SFD间隙比较灵敏,而二阶临界转速对SFD间隙、轴承间隙和转轴刚度的灵敏度较高。灵敏度分析为优化分析提供设计变量。通过灵敏度分析,可以提高优化的效率,缩短设计周期。(5)在灵敏度分析的基础上,采用遗传算法对系统在定速和变速两种情况下的临界转速进行了优化分析,优化目标是使工作转速尽可能远离临界转速。经过优化后,系统的临界转速得到较大改善。优化设计为提高高速转子系统的动力稳定性提供了理论基础和分析方法。
吴华春[10]2005年在《磁力轴承支承的转子动态特性研究》文中进行了进一步梳理磁悬浮转子是近几年提出的一种新型、高科技前沿产品。它具有无摩擦、无磨损、无需润滑、无污染、能耗小以及使用寿命长等优点,适用于各种高速或超高速、真空等特殊环境场合。在军事、空间站、核工业、能源、化工、交通等领域具有广泛的应用前景和重要的科学意义。国外已经有相应的产品,但国内还没有相关产品的报道。 究其原因,磁悬浮转子动态特性是磁悬浮支承与转子动力学综合作用的结果,其好坏不仅决定悬浮能否实现,而且还直接影响其动态性能和转子的回转精度。因此开展对磁悬浮支承技术的研究,为磁悬浮转子技术应用于工业提供技术储备和可能性,具有重要的理论价值和现实意义。本文对磁悬浮支承的转子进行动态特性的理论与实验研究。其主要研究工作如下: 首先,提出了磁悬浮转子支承磁刚度、磁阻尼的概念,推导出其计算公式;采用频域等效法系统地分析了频率、转子质量、传感器、滤波、功率放大器等环节对磁刚度、磁阻尼的影响;并提出了一种对磁力轴承电控环节数学模型的辨别方法,通过实验验证了该方法的可行性。 其次,根据转子动力学理论,提出了基于磁力轴承支承的转子振动模态数学模型,开发了相应的计算软件,结合实际项目,计算了磁悬浮转子动态特性;接着提出了在给定临界转速、振型和传感器布局下的结构动态优化设计理论;最后提出了一种基于理论计算与试验模态分析相结合辨别磁悬浮支承刚度的方法。并用B&K公司的试验模态模块验证了以上理论的正确性。 接着,在磁悬浮转子的不平衡中引入转子全息谱理论与方法,根据磁悬浮转子传感器检测信号,提出了基于全息谱的磁悬浮转子动平衡控制理论,解决了柔性磁悬浮转子现场动平衡中的问题。 最后,对磁悬浮转子的起浮特性进行了深入的仿真与实验研究,并研究了磁悬浮转子在不同干扰力作用下的悬浮特性。通过实验研究了磁力轴承几何中心位置确定的内容。其结果与理论计算基本吻合。 通过以上研究,为磁悬浮转子技术由经验、类比、静态设计向建模、优化、动态设计的发展,高速高精磁悬浮转子系统的设计制造作出了有益的贡献,也为今后的深入研究工作打下了基础。
参考文献：
[1]. 大型汽轮发电机组转子-支承系统动态优化设计研究[D]. 姚学诗. 南京航空航天大学. 2001
[2]. 大型离心压缩机产品精益设计研究与应用[D]. 王学军. 东北大学. 2009
[3]. 圆柱瓦及椭圆瓦轴承—转子系统动力学特性研究[D]. 王永亮. 哈尔滨工业大学. 2008
[4]. 大型机组轴承负荷异常诊断及其Internet调用方法研究[D]. 彭泽军. 太原理工大学. 2002
[5]. 汽轮发电机组常见振动故障诊断的研究[D]. 吴景丰. 大连理工大学. 2003
[6]. 转子系统不平衡响应传递规律研究[D]. 范雷雷. 东南大学. 2005
[7]. 汽轮发电机组支承系统故障分析与诊断方法研究[D]. 任朝旭. 华北电力大学. 2015
[8]. 汽轮发电机组支承系统故障识别与预警技术研究[D]. 谢欣容. 华北电力大学(北京). 2016
[9]. SFD-滑动轴承转子系统动力学分析与优化[D]. 王继燕. 中国矿业大学. 2010
[10]. 磁力轴承支承的转子动态特性研究[D]. 吴华春. 武汉理工大学. 2005
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