转子动力学解决方案

一、工程上的转子动力学问题主要包括:


转子的临界转速

  • 具有质量偏心的转子,当其在临界转速下运行时,将会发生剧烈振动。一般发电机组在起动升速过程中,当转速升至某数值时,激起机组产生强烈振动,此转速称为临界转速,即此时转子及其支承系统的固有振动频率与转速的激振频率共振。为使转子能稳定安全运行,设计转子时应使其临界转速避开工作转速15%~20%以上。


不平衡响应

  • 稳态不平衡响应分析也可以用来确定系统的临界转速,但它更重要的任务是用来求解在转子系统中可能存在的不平衡量作用下,转子—支承系统的稳态不平衡响应,分析研究如何采取措施限制最大不平衡响应及减小不平衡响应。


瞬态响应等

  • 瞬态响应分析主要是指转子系统不平衡突然变化、作用在转子系统上的外载荷突然变化或转子系统在变转速下工作等情况下,转子系统的响应分析,包括转子系统的位移、变形以及支承结构的传递载荷分析,起动加速是最常见的瞬态过程。


二、转子的建模和计算方法


传递矩阵法

  • 传递矩阵法是利用梁-轴系统截面的4个状态参数(挠度、转角、弯矩和剪力)的相互关系,建立起截面间的状态参数表达式,从而进行系统振动特性的求解。


模态综合法

  • 模态综合法是把一个复杂的整体结构,分解为若干个子结构,分别对每个子结构进行振动模态分析,再分别提取各子结构的若干低阶模态进行综合,得到总体结构的模态分析参数。


有限元法

  • 有限元法是把一个整体连续结构离散成有限个单元,用一个等价的计算模型去代替真实的物理模型,这个模型由表示成矩阵形式的已知弹性和惯性的离散单元所组成。


三、模态分析

坎贝尔图

临界转速

稳定性

有预应力的模态分析

有预应力的坎贝尔图



四、谐波响应分析


谐波响应计算动力系统对正弦载荷的稳态响应(幅值不随时间变化)。在转子动力学中,谐波响应分析可以理解为在坎贝尔图(由模态分析得到)的一条路径上的扫描1,2,3,4:所有的路径都可以看作为谐波响应,但是各条路径得用不同分析过程。


 

五、瞬态转子动力学


主要包括三种方法:


  • 方法1:进行一个真正的转子动力学分析,即非线性瞬态分析,根据转动角速度真实地转动计算模型,这是最昂贵的方法(求解时间长,rst文件大),但是所有的响应多包括了,后处理可以显示一个真实转动的模型。
  • 方法2:用固定坐标系,用CORIOLIS命令计算陀螺 效应,大部分的转子动力学的效应可以得到反映,但是在后处理时看不到真实的转动。
  • 方法3:用旋转坐标系,用CORIOLIS命令计算CORIOLIS力,方法2、3各有优缺点,但是多不能看到真实的转动。

六、转子动力学分析的价值


  • 深刻理解旋转机械的临界转速和振动问题;
  • 直接改进产品设计,减小旋转机械的振动



七、转子动力学案例


  • 安世亚太分析过的项目案例有:
  • 某航空发动机整机结构分析
  • 某风机转轴临界转速计算
  • 电机转轴临界转速分析
  • 电机瞬态启停动力学响应分析
  • 燃气涡轮转子动力学系统分析
  • 。。。。