旋转机械的动力学特性实用教案

会计学1旋转旋转(xunzhun)机械的动力学特性机械的动力学特性第一页，共35页。 其他问题其他问题 如瞬态响应如瞬态响应(xingyng)(xingyng)、扭转振动、非线性问题等。、扭转振动、非线性问题等。 当前热点问题当前热点问题 复杂转子、失稳因素研究、故障诊断、复杂转子、失稳因素研究、故障诊断、 转子运动的控制、非线性问题等。转子运动的控制、非线性问题等。第1页/共35页第二页，共35页。第2页/共35页第三页，共35页。re A O 01r/ecC A m O O mktmekytymtmekxtxmc222222 dddd临界转速sincosk y x 由上式中解出x和y,并求得振幅(zhnf)r。圆盘(yun pn)惯性力 轴弹性力 偏心的离心力第3页/共35页第四页，共35页。650MW发电机转子(zhun z) n1= 604 r/minn2= 1840 r/minn3= 4651 r/min多自由度转子(zhun z)有多个临界转速和相应的振型第4页/共35页第五页，共35页。 软 支承(zh chn)刚度 硬临界(ln ji)转速 0K支承刚度降低，临界转速随之下降；反之亦然。振型也随之变化。支承刚度对临界转速的影响，在不同支承刚度范围内是很不同的。第5页/共35页第六页，共35页。 回转效应是旋转物体的惯性的表现，它增加(zngji)轴的刚性，故提高转子的临界转速。有悬臂的转子上，回转效应表现得较明显。此园盘轴线(zhu xin)方向不变，没有回转效应此园盘轴线方向变化，回转效应增加轴的刚性第6页/共35页第七页，共35页。高压转子(zhun z) 中压转子(zhun z) 低压转子(zhun z) 发电机转子(zhun z) 多跨转子轴系由高压转子、中压转子、低压(dy)转子和发电机转子组成。 全长30余米，共有7个轴承。第7页/共35页第八页，共35页。200MW汽轮汽轮(q ln)发电机发电机组轴系组轴系 发电机转子型发电机转子型n1 =1002 r/min中压转子型中压转子型n2 = 1470 r/min高压转子型高压转子型n3 = 1936 r/min低压转子型低压转子型n4 = 2014 r/min发电机转子型发电机转子型n5 = 2678 r/min高压(goy)转子 中压转子 低压转子 发电机转子 轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用。第8页/共35页第九页，共35页。第9页/共35页第十页，共35页。200MW汽轮汽轮(q ln)发电机组轴发电机组轴系系单 个转 子高压转子中压转子低压转子发电机转子刚性支承1805131619651053 3149弹性支承169312211740 943 2654多 跨轴 系高压转子型 中压转子型 低压转子型发电机转子型刚性支承2284164325921142 3444弹性支承1936147020141002 2678轴系的各阶临界转速(zhun s)高于相应的单转子的临界转速(zhun s)。弹性支承转子的临界转速(zhun s)低于刚性支承转子的临界转速(zhun s)。第10页/共35页第十一页，共35页。不敏感(mngn)转子阻尼小阻尼大转速振幅第11页/共35页第十二页，共35页。01r/ecre A O re C A O re C A O C A C O O c r e r ere A O 重点(zhngdin) 高点C 第12页/共35页第十三页，共35页。 轴心线形状决定轴心线形状决定(judng)于不平衡分布、转子转速和临于不平衡分布、转子转速和临界转速的分布。界转速的分布。 变转速时，轴心线形状、弯曲大小和相位均变化。变转速时，轴心线形状、弯曲大小和相位均变化。自转公转第13页/共35页第十四页，共35页。转子(zhun z)转速 3000r/min第14页/共35页第十五页，共35页。第15页/共35页第十六页，共35页。反馈机制恒定能源振动系统响应激励自激振动自激振动(zhndng)的机理的机理实例：弦乐器发声(f shn) 荡秋千 吊桥、输电线的风致振动 机械钟表的摆动 机床切削振动，等第16页/共35页第十七页，共35页。VvF2VvF1F1F2相对速度0相对速度相对速度 （V vV v） F1 F2F2能量能量 W( W(输入输入)=F1 )=F1 s W ( s W (输出输出)=F2 )=F2 s s每振动一周能量有积累每振动一周能量有积累(jli)(jli)，引起自激振，引起自激振动动 相对速度的变化弓的拉动琴弦振动变化的摩擦力摩擦力第17页/共35页第十八页，共35页。下摆下摆 重力重力(zhngl)(zhngl)做功做功 W( W(入入)= mgl(1-cos)= mgl(1-cos) W() W(入入)= )= mglmgl下下(1-cos(1-cos) )上摆上摆 重力重力(zhngl)(zhngl)做功做功 W( W(出出)= mgl(1-cos)= mgl(1-cos) W() W(出出)= mgl)= mgl上上(1-cos(1-cos) )能量能量 W( W(入入)= W()= W(出出) W() W(入入) ) W(W(出出) ) 结果结果 由于阻力振动衰减由于阻力振动衰减 克服阻力建立自激振动克服阻力建立自激振动mgl蹲下起立(ql)普通摆普通摆秋千秋千人的起蹲重力秋千摆动重心变化mg蹲下l上l下第18页/共35页第十九页，共35页。第19页/共35页第二十页，共35页。50010001500200025003000020406080100120140 改 瓦 前 改 瓦 后第 6瓦 的 振 幅 m机组转 速 r/min轴承状态轴瓦宽度mm比压N/cm2阈速r/min最大振幅m#6、#7原瓦41013.52500128第一次缩#6、#7瓦35015.7250040第二次缩#6瓦33016.8_1972年年2月月 朝阳朝阳(choyng)电厂电厂 1号机组号机组200MW 第20页/共35页第二十一页，共35页。oo1eW发散楔收敛楔最小油膜间隙最大油膜间隙油膜压力分布第21页/共35页第二十二页，共35页。ycxcykxkfycxcykxkfyyyxyyyxyxyxxxyxxx油膜力油膜力轴颈涡动轨迹轴颈涡动轨迹(guj) 油膜力做的功油膜力做的功)sin(sintbytaxcos)( )( sin)(22yxxyyyxxxyyxccabbcackkabW常大于零恒小于零较小可(xiok)不计如W0，就可能会失稳。弹性力 阻尼力失oxykyy cyykxx cxxkxy cxykyx cyx第22页/共35页第二十三页，共35页。动，就留出空间(kngjin) 2R e n为维持流量平衡，就有n 2R e = Ren得 = 0.5，是为半速涡动分析(fnx)流经此直径的油流o1e C-eC+eoR第23页/共35页第二十四页，共35页。自转(zzhun)公转第24页/共35页第二十五页，共35页。升速降速t2cc0涡动振幅转子转速升速降速tc2c0涡动频率转子转速突发性：到达阈速突发性：到达阈速 t t 时，突然发生。阈速大于时，突然发生。阈速大于2 2 倍固有频率。倍固有频率。破坏性：振幅一般破坏性：振幅一般(ybn)(ybn)很大。很大。 涡动频率锁住在涡动频率锁住在 c c ；低周正向进动，轴纤维受交变应力。；低周正向进动，轴纤维受交变应力。惯性：惯性： 消失滞后于发生。消失滞后于发生。第25页/共35页第二十六页，共35页。涡动频率(pnl) c/min转子(zhun z)转速r/min第26页/共35页第二十七页，共35页。 涡动频率约为转子转速的一半，并随转速变化(binhu)。 涡动方向为正向进动。轴心轨迹出现双内环。 涡动的幅度并不很大。 第27页/共35页第二十八页，共35页。 到达阈速时突然发生，幅度一般很大。 涡动频率锁定在转子的固有频率，不再随转速变化。 涡动方向为正向进动。轴心(zhu xn)轨迹为多重椭圆。 一旦发生不易消失，有惯性效应 。第28页/共35页第二十九页，共35页。根本措施根本措施 改变轴瓦的结构。改变轴瓦的结构。 增加预负荷，开油槽，增加预负荷，开油槽，改变供油方式等改变供油方式等 改用稳定性较好的轴改用稳定性较好的轴承。承。 圆瓦圆瓦椭圆椭圆(tuyun)瓦瓦多油叶瓦多油叶瓦多油楔多油楔瓦瓦可倾瓦可倾瓦 改变转子结构，将其临改变转子结构，将其临界转速提高到工作转速界转速提高到工作转速的一半以上。的一半以上。第29页/共35页第三十页，共35页。n间隙(jin x)小处效率高，产生的切向力Ft2大。n最后，切向力Ft 推动转子绕O点作正向涡动 。汽轮机汽轮机压气机压气机第30页/共35页第三十一页，共35页。n动转子绕 O 点作正向涡动。第31页/共35页第三十二页，共35页。n转子(zhun z)与定子相碰时，有摩擦力Ft。n切向力Ft 推动转子(zhun z)绕 O 点作反向涡动 。第32页/共35页第三十三页，共35页。反馈机制恒定能源振动系统响应激励交变能源振动系统响应激励强迫强迫(qing p)振动振动自激振动自激振动第33页/共35页第三十四页，共35页。强强 迫迫 振振 动动自自 激激 振振 动动1.振动频率转速或外激励频率一般等于固有频率，与转速或外激励频率无关2.振幅与转速的关系有共振峰达到阈速时，振幅突然增大，以后保持不变3.外部阻尼的影响阻尼压低共振峰，对共振频率无明显影响阻尼推迟阈速，对自激振动幅值影响不大4.转子失衡的影响失衡大，振幅大与失衡关系不大5.振动能量来源由交变外激励提供由自激机理从外部恒定能源中取得6.轴上纤维的受力刚体弓形旋转，纤维不受交变力一般为低周进动，纤维受频率为()的交变力7.减振措施避开共振改善平衡引入外阻尼减少失稳因素使工作转速低于阈速引入外阻尼以提高阈速第34页/共35页第三十五页，共35页。