转子动力学基本理论 (2)精品文稿.ppt

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1、转子动力学基本理论第1 页，本讲稿共86 页基础数学知识第2 页，本讲稿共86 页第3 页，本讲稿共86 页第4 页，本讲稿共86 页第5 页，本讲稿共86 页有阻尼带质量偏心单圆盘转子振动特性v 单圆盘转子模型最简单的转子模型是单圆盘转子。轴两端为简支，一个圆盘固定在轴的中部(图1),A1CA2 为静挠度曲线。第6 页，本讲稿共86 页假设转轴以角速度 自转，转轴中心位置为（x，y）。原平衡位置为原点。第7 页，本讲稿共86 页第8 页，本讲稿共86 页第9 页，本讲稿共86 页第10 页，本讲稿共86 页第11 页，本讲稿共86 页第12 页，本讲稿共86 页结论1v 由圆盘质量偏心的不平

2、衡响应产生两种运动，一是圆盘以角速度 绕自己轴心的自转，一是轴心以角速度 绕圆盘的静挠曲线的涡动。v 若无阻尼（），当 时，振幅趋于无限大。由于实际中存在阻尼，此时振幅会达到一个有限的峰值。第13 页，本讲稿共86 页结论2 第14 页，本讲稿共86 页结论2v 转轴的涡动频率与质量偏心引起的激振力频率相同，即和转动频率相同；v 涡动振幅的相位和激振力的相位差在 时，涡动向量滞后激振力向量090，当 时，为90180。v，相位差为180，即质心位与原点与轴心之间。第15 页，本讲稿共86 页v 与没有阻尼的相比，有阻尼的情况下，临界转速下转子的振幅将随阻尼增加而减少。同时，随阻尼的增大，临界转

3、速的数字将有所增加，但增加量很小。v 临界转速时，振幅滞后于激振力90。v 临界转速就是转子系统的偏心质量在转动过程中形成的激振力与转子系统发生共振时的转速。第16 页，本讲稿共86 页结论3v 在一定转速下，由于原点、轴心、质量偏心的相对位置保持不变，使得转子上朝外的点在转动一周中始终朝外，形成所谓的“弓形回转”。这时转子的变形形状在转动过程中保持不变，转子不承受交变 应力。（忽略静挠度）第17 页，本讲稿共86 页结论4v 在一定的转速下，振幅与激振力的幅值成正比，振幅向量滞后与激振力的相位角不变。这就是刚性转子加平衡的理论依据。第18 页，本讲稿共86 页 由于透平转子相当长，直径又相当

4、大。因此，用一个集中质量来代替转子的质量并不能反映分布质量对临界转速的影响。为此，我们需要研究等直径转子的临界转速问题。a)b)c)等直径、均布质量转轴的临界转速第19 页，本讲稿共86 页v 等直径均布质量的转子，在二端刚性支承、无阻尼的条件下，转子的自振频率 为即一个均布质量的转轴具有无穷多个自振频率，它在数值上和转子作横向振动的自振频率一样。按照频率数值的大小排列，称为转子的各阶自振频率。由于临界转速现象是激振力频率和转子自振频率相同时产生的共振现象。因此，转子的各阶自阶振频率就是转子的各阶临界转速，记作。转子具有无穷多阶临界转速。转子临界转速的大小，取决于转子的材料、几何形状和结构型式

5、。因此，对一个具体的转子来说，临界转速的大小是一定的。转子系统的刚性愈大，转子的临界转速愈大。第20 页，本讲稿共86 页 转子在各阶自振频率下振动时的振型（弹性曲线）S1(x),S2(x),S3(x)称为转子的各阶主振型。它的一、二、三阶的主振型和主振型函数如下图所示。从图中可以看到：第n 阶主振型具有n-1 个节点。在节点二侧的质点，在振动时彼此相位相反 第21 页，本讲稿共86 页v 转子的振形为：v 当转子按某一阶自振频率振动时，转子轴线上各点将在同一个通过二端轴承中心联线的轴向平面（称为子午面）上，即任一阶的主振型Sn(x)都是一根平面曲线。v 虽然转子质心沿转轴的空间分布是未知的，

6、但理论上可将任意的转子质心空间分布分解为：第22 页，本讲稿共86 页v 对于n 阶质心分布BnSn(x)，将只能激发同阶的振形，而且主要在同阶临界转速区域激发。v 任意一定转速下的转子振形为所有阶质心分布各自激发的不同阶的振形在空间的合成。v 影响临界转速的因素v（一）转子温度沿轴向变化对临界转速的影响v（二）转子结构型式对临界转速的影响v（三）叶轮回转力矩对临界转速的影响v（四）轴系的临界转速和联轴器对临界转速的影响v v 第23 页，本讲稿共86 页v v（五）支承弹性对临界转速的影响v 实际上轴承座、轴瓦中起支承和润滑作用的油膜都不是绝对刚性的。以国产30 万千瓦汽轮机的计算为例，对于

7、单个转子，考虑支承弹性后，高压、中压、低压透平转子的临界转速分别下降 了18%、16.3%和40%。第24 页，本讲稿共86 页v 用有限元法，将各段作为单园盘转子。变直径、均布质量转轴的临界转速第25 页，本讲稿共86 页刚性转子动平衡技术第26 页，本讲稿共86 页转子动平衡v 转子质量不平衡是回转机械的主要激振源。v 转子平衡：调整转子质量分布，使其质心偏移回转中心的距离减少。v 平衡：静平衡、刚性转子平衡、柔性转子平衡v 刚性转子定义：转子的挠曲变形产生的附加不平衡可忽略，则称为刚性转子。第27 页，本讲稿共86 页转子动平衡v 刚性转子平衡：静平衡；v 明显的静不平衡；v 不明显的静不平衡；无测相法动平衡；v 试加重量周移法v 二点法v 三点法（对单平面有效）测相动平衡 单平面的测相平衡法（闪光测相法）两个平面的测相平衡法（影响系数法）第28 页，本讲稿共86 页