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扭矩激励作用下细长轴转子系统动力学特性研究

杨恩东  
【摘要】:随着经济的发展和科技的进步,汽轮发电机组的单机容量不断增大,轴系和单转子变得更加细长。在机-电-网互联的情况下,汽轮发电机组会受到机械力矩和电气力矩的不平衡作用,使得轴系反复承受扭矩激励,进而造成机组的疲劳磨损甚至损坏。因此,研究扭矩激励作用下转子系统的动力学特性,从理论和试验的角度分析转子的振动特征,可为机组转子系统的稳定运行提供参考。 本文研究了在扭矩激励作用下细长轴转子系统瞬态和稳态振动特征。根据传递矩阵法计算不同长径比的细长轴转子临界转速;根据动力学知识推导扭矩激励作用下细长轴转子系统动力学方程。运用四阶龙格库塔法对系统运动方程求解,分别分析了初挠度、外阻尼、不同长径比和扭矩激励作用时转子系统等加速过临界时的瞬态振动特性。在等加速过临界转速时,动挠度幅值随着初挠度和长径比的增大而增加,并且长径比越大,动挠度最大幅值所对应的转速相对减小。外阻尼的增加使得转子的动挠度幅值降低,并且对转子动挠度幅值的波动有一定的抑制作用。在扭矩激励作用时,扭矩激励使得转子振动幅值增加,并且在过临界转速之后,动挠度的波动幅值受扭矩的影响较大,呈现出“拍”的振动特征,波动幅值随着扭矩的增加而增大,系统运行的稳定性相对减弱。 转子系统在稳定运行时,转子长径比的增大其刚度相对减小,转子的横向振动的幅值相对增加。在对扭矩激励下细长转子系统弯扭耦合振动特征的分析时,扭矩激励作用下扭振对弯振有着复杂的影响,并且被激励出的这些弯振与纯弯振相比随着长径比的变化会发生改变,这一特征通过了试验的验证。最后,对脉冲扭矩激励作用下的定长转子振动特性进行数值仿真和试验分析,结果表明:在横向振动中,除了脉冲扭矩激励自身频率外,还出现了2倍脉冲频率的横振以及高频振动信号。通过对这些振动特征分析,有利于提高转子系统故障诊断的准确性。


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