Jeffcott转子碰摩故障试验研究
质量慢变碰摩故障转子系统动力学诊断研究

量慢 变 的转 子 系 统 而言 , 量 的改 变相 当于施 加 在该 质 系 统上 的 质量 不平 衡 作 用 力 发生 变 化 , 以导 致 系统 所
的 动力 学行 为发 生 改变 。 量慢 变 会 引起 该 系统 具有 质
P f : 0
Lk
+ 九 + 1
‰≤0
‰> 0
收 稿 日期 :0 7 I月 20 年 1
( ) ) 列 , +
(<) e6
’
★国家 自然科 学基金 资助项 目( 编号 :0 3 0 0 555 1)
20 2 0 8/
机械制造 4 卷 第 52 6 2 期
维普资讯
征 。
2 2 慢 变 质 量 碰 摩 转 子 系统 动 态 特 性 仿 真 .
( 3 )
式 中 : 碰 摩法 向刚度 ; 为转 静件 间瞬 态 间隙值 ; k为
九+为 第 i 步 迭 代 处 的 I gale乘 子 力 , 以 用 下 +1 J rl a g 可
式表 示 :
不 同于 众 多 恒 定 参 数 转 子 系 统 的 动 力 学 行 为 “ 1 。l于 x- , 质 量 慢 变 的故 障 转 子 系 统 的研 究 比较 少 , 献 [ 】 ̄【 】 文 1 3 研 究 了无 故 障 慢 变 转 子 系 统 的非 线 性 特 性 , 括 其 自激 包
维普资讯
质 量慢 变碰摩故 障转子 系统动 力学诊 断研 究★
口 毛居 全 口 姚红 良 口
沈阳
闻邦椿
10 0 1 04
东北 大 学 机 械 电 子研 究 所
摘
要:建立 了碰摩故 障转子 系统的模型 , 在模 型中考虑 了由于质量变化引起 的冲击 力, 采用数值方 法分析 了故障
转子动力学研究进展

转子动力学研究进展韩清凯;马辉【摘要】本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.【期刊名称】《动力学与控制学报》【年(卷),期】2018(016)006【总页数】2页(P481-482)【关键词】旋转机械;转子动力学;稳定性;振动控制;智能诊断【作者】韩清凯;马辉【作者单位】大连理工大学机械工程学院,大连 116024;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110819【正文语种】中文引言转子动力学是研究旋转机械转子及其部件和结构动力学特性的学科.转子动力学起源于十九世纪六十年代,目前已经成为机械动力学的重要分支.当代转子动力学的研究对象主要是以汽轮发电机组、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等重大装备为代表的复杂转子系统.转子系统的运动以涡动运动为典型形式.通常情况下,转子系统的振动问题一般比较突出,并且也十分复杂,不仅有转轴的弯曲振动和扭转振动,还包括叶轮的振动、叶轮上叶片的振动、机匣和基础振动,以及流体介质或轴承油膜等因素引起的涡动失稳等.目前转子动力学与振动研究主要涉及:1)转子系统动力学建模;2)临界转速和振动响应计算;3)柔性转子动平衡技术;4)支承转子的各类轴承动力学特性;5)转子系统动力稳定性;6)转子系统非线性动力学;7)转子系统振动故障及其诊断技术;8)转子系统振动控制;9)多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦联振动等.1 转子动力学的发展历程转子动力学的研究已有百年历史.关于转子振动分析的最早记录是1869年英国物理学家Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”的论文,该论文得出了转子只能在一阶临界转速以下稳定运转的错误结论.Foppl(1895年)和Jeffcott(1919年)指出了转子在超临界运转时会产生自动定心现象,因而转子可以稳定工作.随着转子超临界运转,Newkirk发现了油膜轴承导致自激振动失稳现象,从而确定了油膜轴承稳定性在转子动力学分析中的重要地位.在油膜轴承稳定性的研究方面,Newkirk、Lund、Child和Muszynska等做出了突出贡献.在国内转子动力学研究领域.众多学者和工程技术人员开展了大量的研究工作,包括复杂转子系统动力学建模、转子系统非线性理论与失稳分析、转子系统碰摩等多种故障以及耦合故障的机理研究、转子系统振动故障诊断技术、轴承或齿轮系统动力学与振动故障诊断、转子系统动力学设计技术、以及转子系统振动控制理论与技术等,经过多年的辛勤努力,取得了大量的高水平成果.这些研究成果不仅极大地提升了我国在转子动力学领域的国际学术地位,而且对推动我国诸多工程领域的产品与技术的发展,发挥了至关重要的作用.2 转子动力学未来发展当前转子动力学的研究进入了新阶段.一方面,针对具有复杂结构的转子系统,特别是转子系统与静子系统刚度接近、存在振动耦合的情况,转子和静子结构连接面多且形式复杂,考虑服役退化,以及整机动力学的研究,振动响应的高精度预估研究等,得到了人们的高度重视.另一方面,面向转子系统振动与故障机理与诊断研究,强调了大数据与智能预测方法研究,揭示故障表征的新模式,促进故障机理研究,开展基于大数据的转子系统智能诊断,也已成为目前研究的热点问题之一.转子系统振动控制技术也拓展应用到采用新材料、新结构和提高预测控制能力等方面,提高转子系统振动控制能力及其可靠性和准确度.目前转子动力学在以下六个方面,已经取得了一些代表性成果:1)大型复杂转子系统的力学建模和分析手段,主要涉及连接件建模、大型复杂柔性转子系统、柔性转子系统-柔性基础系统、非同步旋转机械、特殊转子系统.2)考虑非线性的大型转子系统降维理论,主要涉及高维非线性动力学系统的降维方法和提高现有非线性动力学理论能够求解的维数.3)失稳机理分析和非线性分析,主要涉及油膜力、密封力、叶尖气隙力(Alford力)、转轴的刚度不对称、转轴材料的粘弹性和转轴的结构阻尼、转子和静子在间隙内的相互碰摩引起干摩擦力、充液转子等诱发的失稳和非线性振动.4)基于大数据的转子-轴承系统智能故障诊断,主要涉及浅层稀疏网络特征提取方法,建立具有深层结构的深度学习网络,研究旋转机械装备健康状态的多标记体系,全面高效地描述大数据下旋转机械系统的故障信息,形成融合多物理信息源的深度学习模型.5)转子-轴承系统的非线性动力学设计,主要涉及多目标优化设计,不但要设计合理的稳定裕度,还要设计失稳转速使其对参数变化最不敏感,使稳定裕度对一定范围内的制造工艺偏差及运行条件变化最不敏感.6)转子-轴承系统的振动控制,如采用弹性支承加挤压油膜阻尼器的低刚度、高阻尼特性的“滚动轴承与减振元件一体化”结构.3 专刊内容本专刊所收录的论文来自于2018年5月在苏州召开的第13届全国转子动力学会议.它包括复杂转子-支承系统动力学特性与振动响应分析、齿轮转子系统和考虑螺栓连接结合面的转子系统动力学特性研究、滚动轴承动力学特性研究、以及转子系统动力学吸振器减振研究等.期望专刊的出版能对我国转子系统动力学与振动的研究以及相关学科的发展起到积极的促进作用.。
含有碰摩故障的多盘双转子系统动态特性(精)

离实际相差较远, 不能考虑系统中的诸多影响因 素. 对于双转子系统来讲, 由于具有两个不同转 速, 因此将会有两个由不平衡引起的激振源, 发生 碰摩时将会导致不同的振动特征. 文献[ 4- 5 ] 建 立双转子 - 轴承系统的有限元模型, 求解出其固 有频率和临界速度图. 文献[ 6- 7 ] 在扩展的传递 矩阵法程序基础上计算了双转子系统的临界转速 和振型, 并将实验结果和理论结果进行了对比. 对 于双转子系统碰摩问题的研究, 文献较少, 且大多 学者 将 系 统 简 化 为 质 点 系 统 来 进 行 研 究. 文献
2 1 2 1 2 2 2 1
( 2 )
2 2 = 2 ( ) / ( ) ; , β ξ ω ξ ω ω ω ξ ξ 2 2- 1 1 2- 1 1 2 为阻尼系 数; , ω ω 1 2 为系统前两阶临界转速 .
1 2 ㊀碰摩力模型 图 3为 碰 摩 力 模 型 示 意 图. 图 中 o为 定 子 形心, o 这里假设转静子在接触 1 为 转 盘 形 心.
( 1 S c h o o lo fMe c h a n i c a lE n g i n e e r i n g& A u t o m a t i o n ,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ,S h e n y a n g ,1 1 0 8 1 9 ,C h i n a ; 2 S h e n y a n gB l o w e r Wo r k s G r o u pM &CT e c h .C o . ,L t d . ,S h e n y a n g 1 1 0 8 6 9 , C h i n a .C o r r e s p o n d i n ga u t h o r :L I C h a o f e n g ,E m a i l :c h f l i @m a i l . n e u . e d u . c n )
基于HHT的转子系统定点碰摩实验研究

( .沈 阳农业大学 信息与电气工程学 院 , 1 沈阳
3 .东华大学 信息科学与技术学 院, 上海
摘 要 :基于工程实际需求, 对转子系统定点碰摩故障的运动特性及时频特征进行了实验研究。实验选取了不同
转速下 的三种典型工况 , 在传统 的幅值谱 、 轴心 轨迹分析 方法基础上进一步应用 Hlet un i r H ag变换 ( H ) b - H T 通过对故 障信
转 子系 统动静 之 间的碰 摩 是 旋转 机 械 经 常 出现 的
主要严 重异 常 之 一 … 。许 多 情 况 下 , 摩 只发 生 在 旋 碰
信号 完整 的时 间 一频 率 及 能 量 分 布 , 效 的 表 征 了定 有 点 碰 摩故 障下 转 子 系统 的运 动 特性 及各 时 间 点频 率 幅值 随时 间变 化 情 况 , 为工 程 实 际 的 进 一 步 研 究 提供
1 HHT 理 论 及 方 法 概 述
Hi et u n 变 换 是 19 年 由 美 籍 华 人 l r H ag b . 98 H agJ 出 , 内 容 包 括 经 验 模 态 分 解 ( m icl un l 提 其 E pr a i
很 多情况 下 , 们 对 碰 摩 故 障 多 是 根 据 频 谱 图 以 人 及 轴心轨 迹 形 状 的 畸变 进 行 诊 断 。但 是 , 为 一 种 振 作
在 Hl rH ag i e — un 变换 中, bt 为了更为准确地计算瞬 时频 率 , 义 了固有 模 态 函数 (nr s d uci , 定 Itni MoeFntn i c o I )I MF , MF是满 足单分 量信 号物 理解 释 的一 类信 号 , 在 每一 时刻 只 有 单一 频 率 成 分 , 而 使 得 瞬时 频 率 具 有 从 了物理 意 义 。 一 个 固有 模 态 函 数 必 须 满 足 下 面 两 个
喘振载荷作用下风扇转静子碰摩研究

收稿日期:2020-02-18基金项目:航空动力基础研究项目资助作者简介:刘一雄(1988),男,硕士,高级工程师。
引用格式:刘一雄,丛佩红,郭勇,等.喘振载荷作用下风扇转静子碰摩研究[J].航空发动机,2023,49(2):112-117.LIU Yixiong ,CONG Peihong ,GUO Yong ,et al.Study on blade and stator rub-impact under surge load[J].Aeroengine ,2023,49(2):112-117.喘振载荷作用下风扇转静子碰摩研究刘一雄1,2,3,丛佩红1,2,郭勇1,杨治中1,郑茂军1(1.中国航发沈阳发动机研究所,2.辽宁省航空发动机冲击动力学重点实验室:沈阳110015;3.西北工业大学动力与能源学院,西安710072)摘要:某风扇试验件在进入喘振后发生转静子碰摩故障,转子叶片与其上游静子叶片的尾缘发生碰摩并产生掉块、卷边等损伤。
为明确故障发生的原因,结合数值仿真和试验结果排除了共振和颤振的发生。
根据压力脉动数据确定了喘振载荷,并考虑在喘振作用下轴向力轻载反向、转速升高、机匣变形、静子叶片变形等因素的影响,开展了基于尺寸链的转静子叶片热态间隙分析,对叶片在喘振载荷作用下的碰摩响应进行了模拟分析。
结果表明:在喘振载荷短时冲击作用下,转子叶片向后缘方向产生3.42mm 的变形,收敛型风扇通道使得径向间隙明显减小,叠加风扇转速升高、轴向力轻载反向等因素,转子叶片叶尖尾缘轴向向后的位移超出机匣涂层覆盖区域0.41mm ,导致尾缘与机匣基体的径向间隙为-0.44mm ,进而发生径向碰摩;在多次往复的大冲击载荷作用下,转子叶片向前与上游静子叶片发生轴向碰摩。
合理设置机匣耐磨涂层长度和流道倾角可以有效降低喘振过程中碰摩的风险。
关键词:喘振;尺寸链;热态间隙;碰摩响应;转静子碰摩;风扇叶片;航空发动机中图分类号:V231.9文献标识码:Adoi :10.13477/ki.aeroengine.2023.02.013Study on Blade and Stator Rub-impact Under Surge LoadLIU Yi-xiong 1,2,CONG Pei-hong 1,2,GUO Yong 1,YANG Zhi-zhong 1,ZHENG Mao-jun 1(1.AECC Shenyang Engine Research Institute.Shenyang 110015China;2.Key Laboratory of Impact Dynamic on Aero Engine,Shenyang,110015,China;3.School of Power and Energy,Northwestern Polytechnical University,Xi ’an 710072,China )Abstract :A fan component experienced a rub-Impact fault during the surge process and the middle-stage fan blades rubbed with its upstream stators ,leading to metal shedding and edge curling.In order to clarify the causes of the fault ,numerical simulation and test data analysis were conducted and the occurrence of resonance and flutter were excluded.The surge load was estimated by analyzing the fluctua⁃tion pressure data.The analysis of blade and stator hot clearance based on dimensional chains during surge was conducted considering the surge-induced effects ,such as light/reversed axial load ,rotor speed rise ,casing deformation ,blade and stator deflection ,etc.The rub⁃bing response of the blade and rotor was analyzed using transient simulation.The results show that under the short-duration impact of surge load ,the fan blade trailing edge deflected downstream by 3.42mm ,resulting in the reduction of radial tip clearance since the fan passageis bining the influences of fan speed rise and light/reversed axial load on the tip axial clearance ,the axially displaced blade tip trailing edge exceeded the casing coating area by 0.41mm ,causing a -0.44mm tip clearance between the blade trailing tip and the casing substrate ,indicating a radial rubbing.Under the repeated huge impact loadings ,the blade deflected upstream and collided withthe stator.Appropriate design of the axial dimension of abradable coating and the flow passage incidence angle can effectively reduce the risk of rubbing in case of a surge.Key words :surge ;dimensional chain ;hot clearance ;rubbing response ;blade and stator rubbing ;fan blade ;aeroengine第49卷第2期2023年4月Vol.49No.2Apr.2023航空发动机Aeroengine0引言为了摸清航空发动机风扇/压气机部件的工作性能,在工程应用中常在部件试验器上开展性能录取试验,通过节气门调节的方法使风扇/压气机偏离工作点并沿等转速线向喘点逼近,进而获得喘振边界。
高速转子轴承系统碰摩故障仿真研究

9
l 1 2 1 l l 1 l O 1l 3 4 5 6 7
图 1 高速转子系统离散图
Fi 1 Th s ri g fg e o g p e oo y tm g. e dipe sn ur fhih s e d r trs se i
耦 合变量 的非线 性 方 程 , 目前 还 没 有 一 般 意 义 下 普 适
各结点质量和转动惯量 、 各轴段直径和长度等信息 , 作 为初 始输入 参数 。转 子系 统各 结 点及 轴 段 单元 的结 构 及特性 参数 见表 1 表 2所 示 。具 有 ~ 个 结 点 、 一1 和 N
个 轴段连 接而成 的转 子系统 的位 移 向量 是 :
收稿 日期 :2 0 09—1 2—1 修 改 稿 收 到 日期 :00— 2— 3 5 2 1 0 2
Xl 0 l X , y , 0 2  ̄
间的碰摩 等故 障 问题 日益 突 出 , 接 影 响 了高 速 旋 转 直
机械 运行 稳定 性 和 可靠 性 。 因 而对 于碰 摩 、 螺 效 应 陀 及不 平衡 等故 障特征 与机 理 的研 究 已成 为 转 子 动力 学 的重要 问题 。 目前 , 碰 摩 转 子 系 统 非 线 性 的 研 究 已 对 成 为研究 的热 点 , 内外 有 关 碰 摩 转 子 的研 究 工 作 已 国 经 取得 了许多成 果 ¨ 。但 大 多都是 基 于线 性 刚度 的
) =
式 中 , 为整体 质量矩 阵 , 1/ 为 回转矩 阵 , 。 M。 G : 2 K 为 刚度矩 阵 , 均为 2 Nx2 阶 的稀 疏 带状 对 称矩 阵 , 带 N 半 宽为 4 Q 为圆盘 响应 的 , 向的广义力 。考虑 。Q , Y方
转子碰摩故障的声发射与振动特征分析

其 中一部分是 以弹性波 的形 式快 速释放 出来 , 种现象称 为 这
0 前
言
声 发 射 j 。
转子碰撞 时产 生 的能量 主要是 碰撞 和摩 擦产 生。碰撞
碰摩 是 旋 转 机 械 中 一 种 常 见 故 障 。 常 规 的 碰 摩 检 测 一 般 都 是 由振 动 信 号 人手 , 振 动 波 形 、 从 幅值 、 位 、 率 、 心 相 频 轴 产 生 的能 量 与 碰 撞 时 的 速 度 、 度 及转 子 的 质 量 有 关 ; 擦 角 摩 时 产 生 的 能 量 与磨 损 质 量 有 关 。故 A E对 于 转 子 不 对 中 、
第5 2卷 第 6期
21 0 0年 1ຫໍສະໝຸດ 2月 汽轮机
技
术
V0 _ 2 No 6 l5 . De . 0 0 c2 1
TURBI NE TECH NOLOGY
转 子 碰摩 故 障 的声 发 射 与振 动 特 征 分 析
孟 传 民 , 艾 东 蒋 章 童 航 邓 , ,
( 1上 海 电气 电站 集 团工程 公 司 , 海 2 10 上 0 10;
if r t n n omai .T e a p iai n o E c n n t n y d tc h b—i a t a l efc iey b ta s ee mi e t e d ge s o o h p l t fA a o l e e tt e r c o o u mp c u t f t l u lo d tr n h e r e f f e v
2 东南 大学 火电机 组振 动 国家工程研 究 中心 , 南京 2 0 9 ) 10 6
摘要 : 通过实验分析 比较了不同转速和不 同碰摩状态下转子碰摩声发射信号与 振动信号 的时频特征 。实验结果表 明, 声发 射信 号比传统 的振 动信 号对 碰摩更敏感 , 所含 的信息更丰 富 , 使用声发射技 术不仅 可以有效地检 测碰摩故
高速转子故障模拟实验研究

[ ] 罗 跃 纲 , 海 泉 . 础 松 动 一碰 摩 转 子 系 统 的 混 沌 6 曾 基
特 性 研 究 [ ] 振 动 工 程 学 报 , 0 3 1 ( ) 1 4~ J. 20 ,6 2 :8
l 88.
( 稿 日期 :0 00 — , 回 日期 :0 1 71 ) 收 2 1—81 修 6 2 1 - .5 0
其 中轴 系不 对 中又 可分 为 平行 不 对 中 、 角 偏 不 对 中和平行偏 角 不对 中 3种情 况 , 由于 多功 能柔性转 予实验 台的转 子跟 电机是橡 胶联轴 节连 接 , 机 座是 固定 的 , 法 改变 , 只 能做轴 承 平 且 无 故 行不对 中 , 即在一侧 的轴 承用铁 片将其垫 高 , 来模 拟不对 中故障 ( 2 3 。 图 、 )
一
>
馨
^ 频 Hz
6. ^
_
占
蓬
联
图 4 不 平 衡 的 共 振 区频 谱 图
●
●
一
.
^
.
. h
t
图 2 不 对 中时 共 振 区 的 频 谱 图
古
垂
塔
图 5 不 平衡 时 的 三 维 谱 图
频谱 分 析 :
化 工 机 械
21 0 1年
成机 器的各 转子 轴 线之 问 产 生不 对 中, 其运 转 在
过程 中将产 生一 系列 有 害 于设 备 的 动 态效 应 , 如 引起 机 器联 轴 器偏 转 、 轴承 早 期破 坏 、 油膜 失稳 、 轴弯 曲变 形 等 , 致 机 器 发 生 异 常振 动 , 害极 导 危
一
[ ] 夏 松 波 , 新 江 . 转 机 械 不 对 中 故 障 研 究 综 述 3 张 旋