可倾瓦轴承—转子系统的非线性动力学分析与主动控制
【摘要】:随着大型旋转机械向高转速、高负载、高精度等方向发展,其核心部件轴承—转子系统的非线性动力失稳问题越来越突出。因此,需要深入研究轴承—转子系统的非线性动力学特性和失稳机理以及其结构参数和运行参数对稳定性的影响规律。滑动轴承的油膜力是其中极为典型的非线性因素之一,建立一个合理且易于解析处理的油膜力模型对于轴承—转子系统运动稳定性分析和工程应用都具有重要意义。另一方面,要对导致轴承—转子系统动力失稳的因素加以控制,采用有效措施提高系统的运动稳定性,转子在工作中一旦出现异常振动现象,要立即采取有效的纠正措施,避免动力失稳后产生更加严重的后果。对于轴承—转子系统的振动控制问题,控制装置的设计与控制器参数的调节在很大程度上决定了控制性能的好坏。
本文的研究工作主要集中在两个方面,即可倾瓦轴承非线性油膜力解析模型的建立和轴承—转子系统的振动主动控制。首先建立了可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力解析模型,接着针对可倾瓦轴承—转子系统油膜失稳等问题采用主动润滑系统进行控制,并设计了多种行之有效的控制器,计算分析在各种控制器作用下转子系统油膜失稳的控制情况,取得的主要成果有:
1.基于短轴承假设,建立了可倾瓦轴承非线性油膜力的解析模型。首先根据轴承单个瓦块与转子的运动平衡关系和几何关系,推导出了瓦块摆角的计算公式,基于短轴承假设和Reynolds边界条件求得了每个瓦块上的油膜压力分布,并采用油膜压力的修正函数来确定油膜力的自由边界条件,对每个瓦块的油膜压力进行积分得到其油膜力,进而将所有瓦块的油膜力进行矢量求和得到了整个可倾瓦轴承的非线性油膜力的解析表达式。利用油膜力解析模型分析了可倾瓦轴承—非对称转子系统的动力学特性,通过和有限差分法导出的油膜力模型的计算结果进行比较,证实了本文油膜力解析模型的有效性和实用性。
2.针对可倾瓦轴承—非对称转子系统存在的油膜涡动等失稳现象,设计了基于PI、PID的主动润滑控制系统。本文建立了基于电液控制系统的主动可倾瓦轴承的动力学模型,包括在主动润滑下可倾瓦轴承的油膜厚度,主动润滑Reynolds方程,电液控制系统方程等。为便于控制的实现,采用工程上常用的PI、PID控制器对可倾瓦轴承—非对称转子系统进行控制,并分析其动力学响应。研究结果表明,在主动润滑控制系统的作用下,转子系统的振动得到很好的抑制,系统发生油膜涡动时的转速得到提高,系统稳定工作的转速范围得到拓宽,并且发生油膜涡动时系统的振幅也得到了抑制。
3.针对电液控制系统存在的高度非线性、时变不确定性等问题,采用神经网络技术对主动润滑控制系统进行改进。利用RBF神经网络和BP神经网络来优化常规的PID控制器的参数,处理液压系统中的不确定性,以满足液压伺服系统的动态性能和静态性能要求。针对主动润滑控制系统设计了RBF神经网络PID和BP神经网络PID控制器。并采用基于这两种控制器的主动润滑系统对可倾瓦轴承—非对称转子系统进行控制,数值计算的结果表明,与PI、PID控制器的作用效果相比,基于神经网络PID控制的主动润滑系统在控制精度和动态性能等方面的都有明显的优越性。
4.在利用神经网络技术优化PID控制器参数的基础上,进一步设计了模糊PID和模糊神经网络PID控制器来改进主动润滑控制系统。将模糊控制不依赖精确模型、算法灵活而神经网络具有很强的鲁棒性和非线性映射能力等特点相结合,采用模糊控制和模糊神经网络控制在线整定PID控制器的参数。分析计算了基于模糊PID和模糊神经网络PID控制器作用下可倾瓦轴承—非对称转子系统的动力学响应,与之前设计的控制器比较,模糊PID和模糊神经网络PID控制具有更好的控制性能。
5.研究了一类可倾瓦轴承双盘外伸转子系统的非线性动力学分析和主动控制问题。基于有限元法建立了系统的非线性动力学方程,油膜力采用本文导出的可倾瓦轴承非线性油膜力解析模型。采用数值方法对该系统的耦合动力学方程进行求解,分析了转子系统的非线性动力学特性。在没有主动润滑的情况下,随着转速的升高会出现油膜涡动和油膜振荡等失稳现象,采用基于模糊PID和模糊神经网络PID控制器的主动润滑对该系统进行控制的结果表明,主动润滑系统能够完全消除油膜振荡现象,较好的抑制油膜涡动时转子系统的振幅,极大的拓宽转子系统稳定运行的转速范围。比较而言,模糊神经网络PID控制的效果优于模糊PID控制。
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1 |
谭召生;可倾瓦轴承的加工与装配[J];汽轮机技术;2004年03期 |
2 |
邢佑兵;;大型透平压缩机可倾瓦轴承的检修技术[J];现代零部件;2010年S1期 |
3 |
陈渭,王熙哲,丘大谋;氨压缩机径向可倾瓦轴承性能的试验研究[J];机械科学与技术;1995年06期 |
4 |
杨沛然,C.M.Rodkiewicz;对称可倾瓦推力轴承的热弹性流体动力润滑[J];润滑与密封;1994年02期 |
5 |
董长善;;可倾瓦径向轴承的使用和配制[J];石油化工设备技术;1981年02期 |
6 |
李桂兰;赵迪;;汽轮机可倾瓦轴承的常见故障与处理[J];煤矿机电;2009年03期 |
7 |
闫军;;600MW汽轮机可倾瓦轴承金属温度偏高处理措施[J];科技创新导报;2010年36期 |
8 |
学奥;新型可倾瓦轴承[J];热能动力工程;1993年04期 |
9 |
杨兆建,丛红,谢友柏;大型汽轮发电机组四可倾瓦轴承负荷传感器研究[J];机械科学与技术;1998年02期 |
10 |
富玮瑛;殷达章;董富庆;李惠昌;萨本佶;;高速五块可倾瓦轴承的性能试验[J];热力透平;1986年03期 |
11 |
虞烈;谢友柏;朱均;丘大谋;;可倾瓦轴承油膜动力不稳定性的实验研究[J];实验力学;1989年04期 |
12 |
王林忠;侯予;陈纯正;;可倾瓦径向气体轴承的静动特性的理论研究[J];润滑与密封;2006年05期 |
13 |
杜遥雪;;可倾瓦气体动压轴承静特性的研究[J];青岛科技大学学报(自然科学版);1993年01期 |
14 |
李源,翟博城;离心压缩机可倾瓦径向轴承单块瓦更换的研究[J];通用机械;2003年07期 |
15 |
杨玉敏;戴旭东;马玥珺;张振山;;考虑轴颈与轴瓦耦合运动的可倾瓦轴承完整动力学模型的研究[J];润滑与密封;2010年06期 |
16 |
黄传安;程光俊;宁国泉;贾愚;;660MW超超临界汽轮机可倾瓦轴承损坏的分析及处理[J];华中电力;2011年01期 |
17 |
王熙哲,袁小阳,朱均,丘大谋;动静压可倾瓦轴承支点结构的研究[J];制造技术与机床;1997年06期 |
18 |
董汉新;;MG1431外圆磨高速磨头可倾瓦轴承调整经验探索[J];装备维修技术;2001年01期 |
19 |
于立龙,张仁江,张宏,武中德;大型汽轮发电机可倾瓦轴承损耗研究[J];华中电力;2003年02期 |
20 |
刘石;陈君国;王飞;冯永新;顾红柏;韩景复;高庆水;;百万机组可倾瓦油膜涡动故障分析和处理[J];南方电网技术;2010年S1期 |
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