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摩擦力冲击/热冲击耦合作用下的不稳定振动理论与试验研究

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随着机组向大型化和高参数方向发展，对机组性能要求也越来越高。为了减少漏汽（气），提高效率，旋转机械动静间隙往往设计的很小，从而增加了动静摩擦的可能。摩擦发生后，轻则引起机组不稳定振动，重则引起转子弯曲甚至轴系破坏事故，摩擦故障成为影响机组安全稳定运行的重要因素。针对摩擦力冲击与热冲击引起的振动理论与试验研究是目前国内外的研究热点。
　　 摩擦发生时，转子上将同时受到摩擦力冲击/热冲击的作用。本文首先建立了摩擦转子力冲击振动模型，结合某发电机转子模型进行了仿真分析，对某压缩机发生的摩擦力冲击振动故障特征进行了分析。在摩擦力冲击效应试验研究方面，通过在试验装置中加入阻抗头，实时测试动静摩擦过程中的碰撞力，利用力信号判断动静摩擦程度。在试验台上研究了摩擦力冲击振动特征，详细分析了单点摩擦、局部摩擦与全周摩擦情况下转子振动波形、频谱与轴心轨迹的变化特征。在此基础上建立了摩擦热弯曲模型。利用该模型对某实际转子不同工况下发生的摩擦热弯曲振动进行了详细的仿真分析，深入研究了摩擦过程中转子振动幅值与相位变化情况、截面温度分布、转子热弯曲量以及摩擦力变化趋势。利用该模型较好地解释了现场多台汽轮发电机组在启动及定转速下发生的不同摩擦热弯曲振动现象。在试验台上研究了摩擦热弯曲振动特征，分析了不同转速条件下转子振动幅值与摩擦力随时间的变化趋势，实测了摩擦热冲击引起的摩擦截面周向温度分布与轴颈热弯曲情况。
　　 针对时域积分法分析摩擦转子稳定性时存在计算时间长、占用内存多、计算工作量大等问题。本文建立了摩擦转子热弯曲方程与转子动力学方程耦合方程。通过求解耦合方程系数矩阵特征值实部来判断转子摩擦热稳定性。结合实际转子模型分析了转速、动静摩擦刚度、摩擦位置等因素对转子摩擦热稳定性的影响。
　　 同步涡动情况下，滑动轴承支撑的转子系统也可能会产生不稳定振动。本文首先利用传递矩阵法计算了轴系中轴承载荷与灵敏度，根据轴承载荷分析了轴承内轴颈的静平衡位置。在此基础上建立了同步涡动引起的转子热弯曲振动分析模型。以初始不平衡量为控制参数，研究了不同初始条件下转子振动幅值与相位变化趋势。在试验研究方面，设计了“Morton”效应试验台。在转子旋转状态下实时测量了轴颈周向温度分布，并通过试验台试验研究了转子同步涡动情况下各振动测点振动幅值与相位变化趋势。从多个侧面研究了转子系统同步涡动振动失稳问题，为故障诊断提供理论依据。

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