裂纹转子振动特性的研究_肖锡武
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裂纹转子的动力学分析及故障诊断研究开题报告一、选题背景转子是旋转机械的核心部件,包括汽车发动机、飞机发动机、涡轮机、水轮发电机等,是各种旋转设备中不可或缺的部件。
在使用过程中,转子可能会出现裂纹等故障,从而导致设备的性能下降,甚至发生事故。
因此,对转子的动力学特性及故障诊断技术进行研究具有重要意义。
二、研究内容本课题旨在对裂纹转子的动力学特性进行分析,并开展相关的故障诊断研究。
具体研究内容包括:1.裂纹转子的动力学分析:建立裂纹转子的动力学模型,分析转子在不同转速下的振动特性,探究裂纹对转子动力学行为的影响。
2.裂纹转子的优化设计:针对裂纹转子的振动特性和故障模式,对转子进行优化设计,提高其可靠性和耐久性。
3.裂纹转子故障诊断技术的研究:结合传统的故障诊断技术和新兴的无损检测技术,开展裂纹转子的故障诊断研究,提高故障诊断的准确性和效率。
三、研究方法1.建立裂纹转子的动力学模型:根据转子的结构和工作原理,采用有限元方法建立动力学模型,并通过试验验证模型的准确性。
2.分析裂纹对转子动力学行为的影响:对比有无裂纹转子的振动特性,分析裂纹对转子振动特性的影响,探究转子裂纹产生的机理。
3.开展裂纹转子的优化设计:根据转子振动特性和故障模式,优化转子设计,并通过模拟和试验验证优化效果。
4.研究裂纹转子故障诊断技术:综合采用振动分析、热红外检测、电磁测试等多种无损检测技术,开展裂纹转子的故障诊断研究,提出有效的故障诊断方法。
四、预期研究成果1.建立裂纹转子的动力学模型,探究裂纹对转子动力学行为的影响,为转子设计和故障诊断提供理论依据。
2.研究裂纹转子的优化设计,提高转子可靠性和耐久性。
3.开发裂纹转子故障诊断技术,提高故障诊断的准确性和效率。
五、研究计划1.前期准备:对转子的结构和工作原理进行研究,查阅相关文献,了解常见的转子故障模式和诊断技术。
2.建立动力学模型:采用有限元方法建立裂纹转子的动力学模型,并通过试验验证模型准确性。
os[25,34]等人研究了具有横向裂纹单盘转子的扭转振动响应。
他们的主要研究结论是:随着裂纹深度的增大,主频响应增大,且产生一定程度的谐波共振[6];只要测量转子有裂纹和无裂纹时的前三阶固有频率,即可确定裂纹的位置和深度[34];裂纹引起轴向振动和横向振动耦合, 产生许多不稳定操作区,且认为只有裂纹才会引起这种耦合,可用于裂纹识别。
1.2.2.4 瞬态响应的研究郑钢铁[50,52]和史东锋[41]研究了裂纹转子的瞬态响应。
他们均使用的是方波裂纹刚度模型,认为在裂纹转子产生稳态强迫振动的同时,还会有瞬态分量。
这些瞬态分量是由于转子裂纹开闭过程的冲击所激发,可用来识别裂纹。
这是由于他们采用了方波模型引起的。
前面已经提过,在方波模型中,裂纹不是全部张开,就是全部闭合,忽略了裂纹半开半闭的过渡过程。
实际转子裂纹开闭总有个连续的开闭过程,不会引起冲击,因而用这些瞬态分量来识别裂纹, 值得商榷。
1.2.2.5 稳定性及分叉与混沌的研究文献[11,25,27,43]用Floquet理论对裂纹转子的稳定性进行了研究。
研究结果表明:当转速为2Xc/N(N=1,2,3,4, ,)时,系统出现不稳定,且裂纹方向与偏心之间的夹角B对系统的稳定性没有影响。
文献[43,53]对不稳定区的大小进行了研究。
文献[22]考虑了非线性涡动的影响,建立了裂纹转子的非线性模型,通过数值分析发现系统只有一个不稳定转速区(Xc附近),并且B角对系统的稳定性有很大影响。
由此可见,模型不同,结论也不同。
郑吉兵[40,43,54]和M™ller[55]对裂纹转子的分叉与混沌现象进行了数值研究。
大量的数值仿真表明:系统具有许多非线性动力特性。
当刚度变化$k较大时,在转速为Xc/2和2Xc/3附近,系统出现倍周期分叉、拟周期运动和混沌。
文[40]指出裂纹转子的分叉与混沌现象也可以用于裂纹故障的诊断。
SÊffker等人[55,56]提出用状态观察器的方法来观测由于裂纹引起的扰动量,从而判别转子系统是否有裂纹存在。
某50MW机组转子裂纹处理应力分析作者:西安热工研究院王必宁李益民杨百勋摘要:本文对某电厂50MW汽轮机转子裂纹切削前后不同运行条件下的温度场、热应力场和机械应力进行了有限元分析计算。
计算分析结果表明:开裂部位位于转子最大应力发生处,车削后,转子最大应力降低。
计算结果对转子车削加工方案以及安全性评定提供了重要的技术依据。
关键词:汽轮机转子;裂纹事故分析;瞬态温度场;热应力;离心力1 引言某电厂转子运行多年后,发生多处裂纹,裂纹主要发生在高压端部汽封处。
为了使转子继续投运,处理方案为采用车削转子裂纹,将弹性槽、轴肩过渡园弧增大。
应力是控制高温部件结构寿命的关键因素,本计算根据电厂裂纹探伤结果对切削方案进行切削前后转子应力分析,为转子车削加工以及安全性评定提供必要的理论依据。
机组为上汽制造的单缸冲动凝汽式N50-90-1型汽轮机,材料为P2(30Cr2MoV)钢。
机组于1973年投运,1981年原转子因内部冶金缺陷严重而报废,电厂重新更换了转子。
自更换转子后机组运行至2002年9月,机组经扩容改造,型号改为C55-8.83/0.411,额定功率增加到55MW。
汽轮机动、静叶片和隔板进行了更新,但转子大轴未换。
转子改造后重新于2002年投运,2004年2月6日停机进行技改后的第一次揭缸检查,发现转子前轴封弹性槽与调节级根部前凹槽均有裂纹,裂纹为整圈开裂。
裂纹照片以及开裂部位见图1和图2。
随后,该转子运送到制造厂对裂纹进行车削处理,前轴封弹性槽与调节级根部前凹槽的实际车削深度分别为3.5mm和7.5mm,且增加了凹槽根部R角的曲率半径。
2 计算模型2.1 基本假设本计算根据转子的具体特征做了以下假设:1) 转子可近似视为轴对称构件,计算模型取其对称横截面;2) 材料为各向同性材料,假设材料在线弹性范围内,材料物性参数是温度的函数;3) 不考虑辐射换热,无内热源。
4) 不考虑转子表面以及端部内压差、装配应力、扭矩等的影响;仅考虑机械应力(主要是离心力)和温差引起的热应力两部分。
1汽轮机振动故障类型介绍汽轮机是用蒸汽来作功的旋转式热能动力机械,具有效率高、功率大、转速易控制、寿命长、运转安全可靠等优点。
因此被广泛地应用在发电、冶金、石油化工等行业[1]。
在汽轮机的运行的诸多参数当中,汽轮机振动值是最为重要的几项参数之一。
振动良好是汽轮机安全稳定长周期运行的基本条件之一。
一旦汽轮机振动值出现异常将给企业的生产经营构成经济、安全多方面的威胁。
据统计转动设备故障类型比例当中,异常振动比例又占比达到30%。
同时鉴于振动异常的危害性,振动问题总是牵动各级领导的神经,是研究和公关的重点方向[2]。
造成汽轮机异常振动的原因往往比较复杂,常见引起汽轮机振动异常的原因有以下种:①联轴器不对中、联轴器故障或不平衡;轴颈或轴承故障[3];②基础不均匀下沉或机座变形;③转子热弯曲;④动静部件轴向间隙小于热胀差;⑤转子不平衡;⑥汽缸或转子热变形,产生摩擦;⑦滑销系统故障。
下面就引发汽轮机振动异常不太常见故障类型滑销系统故障,进行分析和处理。
2滑销系统故障引起的振动案例介绍2.1设备工况及故障描述泸州市垃圾焚烧发电厂2#汽轮发电机组采用的是杭州汽轮机厂生产的N15/3.82凝汽式汽轮机,额定转速3000r/m,额定功率15mw。
该机组该机组通过刚性联轴器与发电机组连接在一起。
汽轮机后轴承与发电机前轴承共用一个轴承座,且该轴承座通过焊接的方式固定在汽轮机排气缸上面。
该机组在投产2年后于2017年开始出现振动异常现象。
主要表现为在启机带负荷的过程中,机组在空负荷状态时各轴承振动值随转速上升而上升(但仍在技术要求范围以内),但机组一旦待负荷后汽轮机后轴承振动随负荷的增长而缓慢增涨,且负荷上升到一定程度后振动急速加剧(振动突变120um左右),随后达到联锁停车值。
其振动现象表现为以下几个特点:①振动值随转速上升而上升(尚在技术参数要求以内);②振动值对蒸汽参数敏感,蒸汽温度波动时,振动值波动大,但振动波动具有一定时间滞后性;③振动值汽轮机负荷变化而变化,低负荷阶段随汽轮机负荷上升而缓慢上升。
2003年11月农业机械学报第34卷第6期含裂纹曲轴的振动特性分析雷宣扬 宋希庚 薛冬新 【摘要】 针对曲轴因疲劳而导致在曲柄内拐角处容易出现斜向裂纹的问题,首先根据理论推导出含有斜向裂纹的空间梁单元的刚度矩阵,然后应用此裂纹单元,采用有限元法模拟分析含裂纹曲轴的振动特性。
通过对一单缸实验型曲轴的模态分析和简谐响应分析,研究裂纹对曲轴振动特性的影响,为实现曲轴裂纹动态监测打下基础。
关键词:裂纹 曲轴 有限元 模态分析 简谐响应中图分类号:T K 413文献标识码:A收稿日期:20020618雷宣扬 大连理工大学内燃机研究所 博士生,116023 大连市宋希庚 大连理工大学内燃机研究所 教授 博士生导师薛冬新 大连理工大学内燃机研究所 教授 引言曲轴裂纹作为船机的主要故障之一,早就受到高度关注[1],但目前还没有很有效的办法对曲轴裂纹进行监测。
因为噪声的缘故,声发射技术目前正处于发展阶段,还未应用到实际当中。
力学原理和已有的研究表明:裂纹的发生会导致结构刚度的降低,其振动特性也相应的改变。
利用这一特点来监测梁和转子等结构的裂纹已取得了很好的效果,并在旋转机械的故障诊断中得到了应用,但在曲轴裂纹监测方面的应用到目前为止还没有发现。
本文借鉴梁和转子的裂纹监测方法,结合曲轴自身的结构和运行特点,采用考虑转动惯量和剪切变形的空间梁单元模拟曲轴的各个部件,并给出适合曲轴裂纹特点的裂纹梁单元的刚度矩阵的计算方法,建立含裂纹曲轴的有限元模型。
在此基础上对含裂纹的曲轴的振动特性进行分析,总结出一些规律,为以后实现曲轴裂纹的动态监测提供参考。
1 斜向裂纹的空间梁单元曲轴内圆角处是发生裂纹的常见部位,该裂纹与曲柄臂成45°夹角,并向曲柄臂发展[2]。
本文主要探讨此处裂纹对曲轴振动特性的影响。
图1是一个含裂纹空间梁单元,其横截面的边长分别为w 和h ,横向裂纹的深度为a ,与梁长方向夹角为45°。
P 1为梁受到的轴向力,P 2、P 3分别是梁受到的剪切力,P 4、P 5分别是作用在梁上的弯矩,P 6是扭矩。
开裂纹转子运动稳定性和振动稳态响应分析
曾复;吴昭同
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】1999(018)006
【摘要】对开裂纹转子的运动稳定和振动稳态响应与裂纹深度、位置及轴的细长比之间的关系进行分析。
研究结果表明,裂纹转子不稳定转速区随裂纹的扩展而扩大,在阻尼增大时,不稳定转速区缩小,甚至消失;受重力影响,在次临界转速附近的振动行为包含丰富的裂纹相关的信息。
【总页数】3页(P861-863)
【作者】曾复;吴昭同
【作者单位】浙江大学;浙江大学
【正文语种】中文
【中图分类】O317.2
【相关文献】
1.裂纹-碰摩转子-轴承系统周期运动稳定性 [J], 罗跃纲;王培昌;闻邦椿
2.具有横向裂纹转子的运动稳定性研究 [J], 和兴锁;和兴民
3.转子-叶片干摩擦耦合系统的稳态和非稳态振动 [J], 丁千;黄毅
4.汽轮机转子弯矩激励稳态振动响应分析 [J], 赵金玉;苏海;富露霞;樊彪;刘丽;朱向哲
5.碰摩裂纹转子轴承系统的周期运动稳定性及实验研究 [J], 刘长利;姚红良;李鹤;闻邦椿
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呼吸性裂纹转子的瞬态振动特性分析刘政;王建军【摘要】When a crack emerges on a rotor of rotating machineries,time-varying rotation-whirl phase difference makes crack open and close periodically,it causes the transient vibration of the rotor being different from its steady vibration.The neutral axis method was adopted to determine if the crack is opening or closing.The transient vibration response caused by crack breathing of a single disc rotor passing its critical speed was calculated numerically,and the influences of crack depth,orientation angle and gravity on the transient vibration of the rotor with a linear rotation acceleration,and the transient vibration characteristics and the stability of the system accelerated with a constant power were analyzed.The results showed that under the transient condition,the sub-harmonic resonance of the breathing crack rotor is not obvious;the deeper the crack,the larger the transient vibration amplitude passing its critical speed;when the crack opens near the criticalspeed,larger transient vibration is excited;when the crack rotor is accelerated with a constant power and the power is not enough to make the rotor smoothly pass its critical speed,the energy coupling between the outside torque and the transient vibration occurs,a big crack may causethe transient vibration of the rotor to be chaos.%旋转机械转子轴萌生裂纹后,瞬态加速过程中转涡差角时变使裂纹周期性开合,系统发生不同于稳态情况的振动。
裂纹转子的振动响应研究
和兴锁;李信真;王争国
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】1994(11)2
【摘要】本文研究了裂纹转子的振动响应。
文章首先通过应力强度因子积分得到含裂纹轴单元的刚度矩阵;建立了裂纹转子的运动微分方程。
进而研究了裂纹转子的振动响应,得出了裂纹转子的振动响应随裂纹位置和深度的变化关系。
为工程上早期诊断微小裂纹提供了理论根据。
【总页数】5页(P96-100)
【关键词】振动响应;裂纹;转子;机械振动
【作者】和兴锁;李信真;王争国
【作者单位】西北工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TH113.1
【相关文献】
1.含裂纹转子振动响应的理论与实验研究 [J], 和兴锁
2.电磁外力激励下裂纹转子非线性振动响应实验研究 [J], 刘成俊;刘军;井上刚志;石田幸男
3.开裂纹转子运动稳定性和振动稳态响应分析 [J], 曾复;吴昭同
4.一种利用振动响应识别裂纹转子参数的方法 [J], 史宏昊;冯长水
5.基于三维有限元模型对裂纹非对称转子振动及裂纹扩展控制研究 [J], 刘军; 胡荣; 陈建恩; 王肖锋
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飞行器内裂纹转子系统的非线性动力学特性研究
林富生;孟光;E.韩
【期刊名称】《应用数学和力学》
【年(卷),期】2004(25)10
【摘要】在Jeffcott转子的开闭裂纹及方波模型基础上,建立了飞行器内裂纹转子系统的运动模型·数值研究表明:当飞行器以不同的等速度飞行时,转子轴与水平面之间夹角的变化将造成重力分量的变化,从而使转子运动在周期解、拟周期或浑沌状态之间变化,而且出现非线性现象的转速比、刚度变化比等参数的范围、进入和退出浑沌的路径、响应中的频率成份也会发生变化·飞行器的飞行速度变化还会改变裂纹转子响应的稳定性·飞行器等速飞行后的加速过程将引起转子振幅的突升及其后的下降。
【总页数】11页(P1042-1052)
【关键词】裂纹转子;机动飞行器;非线性响应;故障诊断
【作者】林富生;孟光;E.韩
【作者单位】上海交通大学振动冲击噪声国家重点实验室;新南威尔士大学机械和制造工程系
【正文语种】中文
【中图分类】O323
【相关文献】
1.双裂纹转子系统非线性动力学特性研究 [J], 于涛;孙伟;韩清凯
2.飞行器内SFD-转子系统的动力学特性研究 [J], 林富生;孟光
3.基于分数阶微积分的裂纹转子系统非线性动力学特性研究 [J], 李志农;王海峰;肖尧先
4.分数阶次对分数阶斜裂纹转子系统的非线性动力学特性影响研究 [J], 陈玉成;李志农;谷士鹏;马亚平
5.分数阶次对分数阶斜裂纹转子系统的非线性动力学特性影响研究 [J], 陈玉成;李志农;谷士鹏;马亚平
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