旋转机械的动力学特性本章内容

旋

转机械

的

动

力学特性本章内容转子的稳定性自激振动的机理油膜涡动和油膜振荡油膜失稳的实例油膜失稳的特点提高油膜稳定性的措施间隙不均匀、碰摩、内腔部分充液等引起的失稳强迫振动和自激振动的比较转子动力学的任务和内容转子的临界转速支承刚度对临界转速的影响回转效应对临界转速的影响多跨转子的临界转速和振型转子的不平衡响应转子的运动形象（平衡的理论和方法另题讲授）转子动力学的任务和内容

转子动力学研究旋转机械的动力学现象和动力学特性，它是旋转机械的设计、制造、安全运行、故障诊断的力学基础。主要内容：▲

临界转速物理概念，确定方法，影响因素。▲不平衡响应转子运动形态，平衡理论和平衡方法。▲稳定性失稳因素，油膜振荡等，提高稳定性的措施。▲

其他问题如瞬态响应、扭转振动、非线性问题等。▲

当前热点问题复杂转子、失稳因素研究、故障诊断、转子运动的控制、非线性问题等。临界转速criticalspeed临界转速是共振转速，转子在临界转速下会发生共振现象。▲临界转速在数值上一般等于转子横向振动的固有频率。▲临界转速的大小决定于转子的结构（质量和刚度的分布）和轴承的结构(边界条件)。▲

一个实际的转子往往有很多阶临界转速，从低到高依次称为第一阶、第二阶、第三阶等等。▲每一阶临界转速下，转子有一个相对应的振型。▲

临界转速的数值可以用计算法求得，或用实验法测得。reAO

单圆盘转子的临界转速01r/ecCAmO

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kyx由上式中解出x和y,并求得振幅r。圆盘惯性力＋轴弹性力＝偏心的离心力单转子的临界转速和振型650MW发电机转子

n1=604r/minn2=1840r/minn3=4651r/min多自由度转子有多个临界转速和相应的振型支承刚度对临界转速的影响

软

支承刚度

硬临界转速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。回转效应对临界转速的影响

回转效应是旋转物体的惯性的表现，它增加轴的刚性，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200MW汽轮发电机组高压转子中压转子低压转子发电机转子

多跨转子轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子组成。全长30余米，共有7个轴承。多转子轴系的临界转速和振型200MW汽轮发电机组轴系

发电机转子型n1=1002r/min中压转子型n2=1470r/min高压转子型n3=1936r/min低压转子型n4=2014r/min发电机转子型n5=2678r/min高压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。多转子轴系的固有频率和振型单跨转子与多跨轴系临界转速的关系200MW汽轮发电机组轴系轴系的各阶临界转速高于相应的单转子的临界转速。弹性支承转子的临界转速低于刚性支承转子的临界转速。转子的不平衡响应unbalanceresponse▲

振动与转子不平衡大小成正比。▲过临界转速时有共振峰。▲振动大小及共振峰高低与阻尼大小有关。▲阻尼较大时，转子对不平衡不敏感。不敏感转子阻尼小阻尼大转速振幅

单圆盘转子的不平衡响应01r/ecreAO

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重点高点C转子的同步正进动▲定转速时，转子作刚体弓形回转（同步正进动），转子上轴向的各纤维不受交变力。▲轴心线形状决定于不平衡分布、转子转速和临界转速的分布。▲

变转速时，轴心线形状、弯曲大小和相位均变化。自转公转200MW机组转子的不平衡响应转子转速3000r/min转子的稳定性stability

造成转子失稳的因素★滑动轴承的油膜力★密封中的流体力★定、转子间径向间隙不均匀★转轴的材料内阻和结构内阻★转子内腔部分充液★转子和定子的碰摩★转子质量和刚性在各径向不对称

转子失稳的危害★突发性一般无明显的先兆。★失稳运动一般规模很大。★低周涡动，转轴受交变应力。引起疲劳破坏。恒定的能源提供振动的能量。反馈机制控制能量的适时输入。反馈机制恒定能源振动系统响应激励自激振动的机理实例：弦乐器发声荡秋千吊桥、输电线的风致振动机械钟表的摆动机床切削振动，等自激振动段实例－提琴弦的吨振动VvF2VvF1F1F2相对速度0相对速严度（V–跟v）<刊（V+物v）摩擦力F1>F2能量W(输入)=F1s>W(输出)女=F2s每振动便一周能仍量有积骨累，引壤起自激网振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下摆重力做领功W(入)=mgl(1-满cos)W(入)=mgl下(1-cos)上摆重力做玩功W(出)=炉–mgl(1-沸cos)W(出)=–mgl上(1-cos)能量W(入)=W(出)W(入)瞎>W(出)结果由于阻力羞振动衰减克服阻绕力建立止自激振晨动自激振撑动实例瞒－荡秋千mgl蹲下起立普通摆秋千人的起蹲重力秋千摆动重心变化mg蹲下l上l下风致自赶激振动美国Taco凭ma吊桥的誓垮塌双(19日40年膨)油膜失稳侦的实例1972嘉年2月权朝阳电厂壤1号机榴组－20房诚0MW油膜轴援承工作伸原理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油膜失盈稳的机哈理油膜力轴颈涡动浙轨迹油膜力做棚的功常大于零恒小于死零较小可不篇计如W>0，就可能刻会失稳微。弹性力粮阻摇尼力失oxykyycyykxxcxxkxycxykyxcyx油膜轴承雷的半速涡章动流入油0.5R(C+e)流出油0.5R(C-e)故多余的授油为Re如轴颈羡绕O作角速党度为的涡动蔽，就留漫出空间2Re为维持老流量平怀衡，就号有2Re=Re得=0.5，是为半速涡动分析流经龟此直径的淘油流o1eC-eC+eoR半速涡草动的运动形态▲公转（涡赵动）速笼度为自转蚊速度的一半刘。▲转子上轴伪向的各纤啦维受交变递力，交变筛的频率为-。自转公转油膜振荡掩的发生升速降速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：到达狼阈速t时，突然乱发生。阈废速大于2误倍固有夹频率。破坏性：振幅狸一般很扯大。鸟涡陈动频率娘锁住在c；低周正帝向进动纳，轴纤厅维受交已变应力娃。惯性：消携失滞后于碑发生。从油膜涡田动发展到浇油膜振荡涡动频率c/m闯in转子转既速r/m敢in油膜涡动竟的波形和的轴心轨迹涡动频会率约为饱转子转届速的一距半，并疫随转速左变化。涡动方向俊为正向进捐动。轴心校轨迹出现喇双内环。涡动的茫幅度并乒不很大垃。油膜振激荡的波电形和轴劫心轨迹到达阈殿速时突氏然发生舌，幅度腾一般很雪大。涡动频虫率锁定闷在转子灾的固有热频率，怪不再随陷转速变芹化。涡动方彩向为正剥向进动宅。轴心贵轨迹为波多重椭弹圆。一旦发凭生不易比消失，夏有惯性绕效应捧。油膜振荡那的防治措贫施临时措施▲增加油身温。▲更换粘度小较低的油颜。▲减小轴承世的宽度，嫁以增牛加比压。▲抬高失箱稳轴承规的标高潜，增加扑轴承的这负载。▲减小轴慌承的间眠隙。根本措施▲改变轴序瓦的结驶构。增加预援负荷，坐开油槽微，改变谦供油方论式等▲改用稳溉定性较求好的轴遵承。圆瓦—允椭圆瓦木—多油弄叶瓦—垃多油楔乎瓦—可佣倾瓦▲改变转子遇结构，将兄其临界转粉速提高到定工作转速凉的一半以桶上。间隙不呼均匀引醉起的失锐稳间隙小处亡效率高，嗽所需的切览向力Ft2小。最后，歇切向力Ft推动转纤子绕O点作正向沾涡动。间隙小召处效率董高，产晋生的切弊向力Ft2大。最后，军切向力Ft推动转子陡绕O点作正向州涡动。汽轮机压气机转子内冒腔充液寒引起的低失稳由于内股阻，液肿体偏向散前面一温个角度。液体离心香力有一分没力Ft。最后，减切向力Ft推动转子删绕O点作正向哈涡动。转子与椒定子碰要摩引起茄的失稳转子与定授子相碰时坡，有摩擦封力Ft。切向力Ft推动转拒子绕O点作反向脉涡动。强迫振欢动和自完激振动歉的比较自激振屡动和强驻迫振动芒相比较到，无论低从原因压、机理老，还是镰振动特沫性都有慈根本差扩别。详细比较蠢见下页。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振戚动自激振呆动强迫振疾动和自傍激振动柜的比较谢谢观师看/欢迎下洞载BY辩FAI纠TH