基礎(chǔ)--軸承--轉(zhuǎn)子系統(tǒng)損傷故障動力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機械被廣泛的應(yīng)用于壓縮機、汽輪機、發(fā)電機、航空發(fā)動機等各種機械裝置中。由于旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運動的復(fù)雜性、支承邊界條件的特殊性及多種非線性因素的影響，因此，在旋轉(zhuǎn)機械的運行過程中，不可避免地發(fā)生各種故障。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動是發(fā)生故障的主要原因。由于旋轉(zhuǎn)機械工作環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性，所以誘發(fā)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生故障的原因各有不同。常見的旋轉(zhuǎn)機械的故障有:碰摩、裂紋、油膜振蕩、不對中、松動等。旋轉(zhuǎn)機械在實際運行過程中，除單一

2、故障外，通常存在兩種或兩種以上的耦合故障，振動特性更加復(fù)雜。
　　本文主要研究了轉(zhuǎn)定子系統(tǒng)碰摩、裂紋及裂紋-碰摩耦合故障的動力學(xué)特性?；谟邢拊椒?，建立了基礎(chǔ)-軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元模型。研究了簡單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同碰摩形式下的動力學(xué)特性，并對裂紋、裂紋-碰摩耦合故障進行了故障特征分析。主要內(nèi)容如下:
　　(1)建立了基礎(chǔ)-軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有限元模型，介紹了基于接觸理論的單點碰摩模型、局部碰摩模型及整周碰摩模型，基于斷裂力學(xué)理論

3、和應(yīng)變能，推導(dǎo)了裂紋的局部柔度矩陣，給出了呼吸裂紋模型的模擬方法，進而建立了呼吸裂紋模型;
　　(2)基于接觸理論，建立了基礎(chǔ)-軸承-單點碰摩轉(zhuǎn)子有限元模型。確定了兩種危險的載荷工況，分析了轉(zhuǎn)盤的三種安裝位置下的固有頻率;在此基礎(chǔ)上，分別在兩種載荷工況下，研究了轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)盤的三種安裝位置，對基礎(chǔ)-軸承-單點碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響規(guī)律;
　　(3)建立了不對中局部碰摩轉(zhuǎn)子有限元模型及橢圓定子局部碰摩轉(zhuǎn)子有限元模型。分別在兩

4、種載荷工況下，分析了偏心量、定子剛度及碰摩阻尼對不對中局部碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響，并分析了橢圓率、定子剛度及碰摩阻尼對橢圓定子局部碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性的影響，并與單點碰摩故障特征進行了對比;
　　(4)建立了整周碰摩轉(zhuǎn)子有限元模型。分別在兩種載荷工況下，分析了轉(zhuǎn)速及不同盤安裝位置工況對整周碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響;
　　(5)建立了呼吸裂紋轉(zhuǎn)子有限元模型。將呼吸裂紋的柔度隨著裂紋深度的變化規(guī)律與文獻進行對比，驗

5、證了推導(dǎo)的局部柔度矩陣的正確性，并且分析了裂紋剛度矩陣的主剛度的呼吸變化過程;從固有頻率及響應(yīng)曲線兩方面，對呼吸裂紋的模擬方法進行了驗證;在此基礎(chǔ)上，分別在兩種載荷工況下，分析了轉(zhuǎn)速、裂紋深度及裂紋位置對呼吸裂紋轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響規(guī)律;在兩種載荷工況下，分別針對裂紋-單點碰摩耦合故障模型與裂紋-局部碰摩耦合故障模型，對比研究了裂紋、碰摩和裂紋-碰摩耦合故障，分析了橢圓率、碰摩阻尼、裂紋深度對裂紋-碰摩耦合故障轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)特性的影