第四章转子振动

第四章转子振动第1页，共40页，2023年，2月20日，星期四旋转叶轮模态分析密度：7000kg/m3弹性模量：2.0×105MN/m2泊松比：0.25转速：1200r/min结构尺寸如下：第2页，共40页，2023年，2月20日，星期四一阶振动阶型第3页，共40页，2023年，2月20日，星期四二阶振动阶型第4页，共40页，2023年，2月20日，星期四二阶振动阶型第5页，共40页，2023年，2月20日，星期四二阶振动阶型第6页，共40页，2023年，2月20日，星期四三阶振动阶型第7页，共40页，2023年，2月20日，星期四三阶振动阶型第8页，共40页，2023年，2月20日，星期四

1600.222600.223653.484812.895812.8961629.971629.981650.692936.9102936.9轮系振动的自振频率随节点直径的增加而加大。第9页，共40页，2023年，2月20日，星期四第一节轮系振动叶轮—叶片系统的具有节点直径的振动，简称为轮系振动

第10页，共40页，2023年，2月20日，星期四第11页，共40页，2023年，2月20日，星期四第12页，共40页，2023年，2月20日，星期四一类周期性结构的振动分析哈尔滨工业大学总体研究室黄文虎哈尔滨电站设备成套设计研究所邓连超赵王昌哈尔滨工业大学学报，１９７９周期性结构的振动—涡轮机末级叶轮上整圈连接长叶片组的振动。利用传递矩阵法给出了这种闭合的周期性结构自由振动的计算程序。还探讨了叶片组在周期性激振力作用下的受迫振动,分析了激起共振的条件,并提出了叶片设计的“三重点”调频准则。第13页，共40页，2023年，2月20日，星期四三重点共振条件就是：（１）叶片组的节径数为ｍ的振型的自然频率ωｍ等于激振力第ｋ阶谐波的频率ｋω，即ωｍ＝ｋω（２）节径数ｍ等于谐波数ｋ，即ｍ＝ｋ第14页，共40页，2023年，2月20日，星期四大型离心压缩机闭式叶轮动力特性分析大连理工大学学报２０１２年５月验证了三重点共振条件有效性的同时，指出了其局限性，需要进一步研究闭式叶轮这类循环对称结构的共振机理，以完善三重点共振条件．对于叶轮叶片强迫响应问题，传统的分析方法是用坎贝尔图来预测叶轮机的强迫共振转速．第15页，共40页，2023年，2月20日，星期四轮系振动的自振频率随节点直径的增加而加大。当节点直径数不断增大时，轮系的自振频率将趋向于叶片一阶轴向振动的自振频率。第16页，共40页，2023年，2月20日，星期四第二节转子的临界转速第17页，共40页，2023年，2月20日，星期四第18页，共40页，2023年，2月20日，星期四第19页，共40页，2023年，2月20日，星期四一、单圆盘转子的临界转速第20页，共40页，2023年，2月20日，星期四第21页，共40页，2023年，2月20日，星期四转子临界转速的计算方法能量法工厂常用的、计算单跨转子一阶临界转速的方法。能量法的原则是：在振动周期内转子的最大位能和最大动能相等。根据这一条件来确定自振圆频率，从而可以求出转子的临界转速。第22页，共40页，2023年，2月20日，星期四实践证明，对于两端支承的转子，如果用静载荷（重力）作用下的静挠度曲线作为转子横向振动时的最大挠度曲线，可以得到相当准确的结果。第23页，共40页，2023年，2月20日，星期四初参数法计算转子的临界转速在计算转子的临界转速时，除了计算一阶的，还要计算二阶的，甚至更高阶次的临界转速；除了考虑单个转子，还要考虑若干个转子串联组成的轴系的临界转速。还要考虑各种因素对临界转速的影响。用能量法来计算就不能满足工程上的需要了。目前我国广泛采用的是初参数法（Prohl法）。

第24页，共40页，2023年，2月20日，星期四第25页，共40页，2023年，2月20日，星期四转子主振型曲线的绝对数值大小是求不出来的，只能求出各点振幅的相对值，或者主振型函数。

第26页，共40页，2023年，2月20日，星期四影响临界转速的因素1、转子温度沿轴向变化

引起弹性模量变化2、转子结构型式

整锻转子：轮盘与轴为一体，影响轴的惯性矩，考虑对轴刚度的影响。与轮盘的厚度及轮盘间的距离有关。影响较小，考虑后计算提高2-4%。第27页，共40页，2023年，2月20日，星期四套装转子：对轴刚度的影响与轮毂的宽度、外径、内径及轮盘与轴之间的过盈值有关。考虑叶轮对轴的刚度的影响后，轮毂宽度不大的中压转子，计算值提高约10%；轮毂较宽的低压转子提高可达25%。第28页，共40页，2023年，2月20日，星期四3、轴系的临界转速和联轴器的影响轴系临界转速比单个升高联轴器增加了转子的约束，提高了刚性。刚性联轴器连接：计算时忽略联轴器弹性半挠性（波形联轴器）：考虑刚性，采用柔度系数。齿式联轴器：考虑刚性时，简化为铰链连接。第29页，共40页，2023年，2月20日，星期四国产300MW汽轮发电机组临界转速一个高压，一个中压，两个低压转子，发电机转子第30页，共40页，2023年，2月20日，星期四4、支撑弹性的影响小型转子轴承可以按刚性处理。大型转子按弹性支撑，实际临界转速低。轴承座的动刚度系数，油膜的刚度系数随转速下降临界转速的阶次越高，支撑影响越大。第31页，共40页，2023年，2月20日，星期四5、叶轮回转力矩的影响转子弯曲，形成弓形转动。转子以工作转速转动，还以一定角速度绕转子轴承中心联线作弓形回转，这种现象叫进动。转子质量偏心常常引起正进动。叶轮给轴作用力矩，为回转力矩。转速较高，叶轮尺寸较大，叶轮不再两端支撑中间对称位置，叶轮在悬臂端，回转力矩较大，对临界转速影响大。考虑回转力矩，转子临界转速与横向自振频率不同。第32页，共40页，2023年，2月20日，星期四转子临界转速的校核标准1、尽可能避开共振；固定转速运行透平：ncr>(1.2-1.25)n;1.4ncr1<n<0.7ncr2电力部门：固定发电用汽轮机—避开15%2、转子进行精确的平衡。第33页，共40页，2023年，2月20日，星期四引起转子振动的因素转子质量不平衡：原始质量不平衡，转动部件脱落和松动，转子热弯曲；油膜涡动、油膜振荡：滑动轴承的次同步振动。汽流激振：叶顶间隙激振力，密封流体力，部分进汽形成的静态蒸汽力。轴系不对中：联轴器不对中，轴承中心标高偏差，转子静子不同心转子发生裂纹第34页，共40页，2023年，2月20日，星期四转速为2100r/min时二维频谱图第35页，共40页，2023年，2月20日，星期四转速为1500r/min时二维频谱图

第36页，共40页，2023年，2月20日，星期四第37页，共40页，2023年，2月20日，星期四第38页，共40页，2023年，2月20日，星期四磁带记录仪频谱分析仪打印机存储设备绘图仪测量电路基频检测仪记录仪数据采集和分析系统汽轮机齿轮增速箱压缩机涡流传感器