大型发电机组转子-轴承系统非线性动力学研究

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随着汽轮发电机组的容量和运行参数不断提高,转子向大跨度、柔性、重载方向发展,机组的稳定性日益受到关注。目前大量的研究表明,转子系统中的非线性因素对系统的动力学特性影响很大,尤其以滑动轴承的非线性油膜力最为显著。因此需要深入研究转子-轴承系统的动力学特性和失稳机理,掌握系统结构参数对系统振动稳定性的影响规律。   本文首先介绍了流体动压润滑的工作原理和径向滑动轴承的Reynolds方程及其常用边界条件。并对滑动轴承的静态特性进行研究,采用半步长有限差分法求解经典Reynolds方程,得到滑动轴承的油膜压力、承载力、偏位角等静态特性,并分析轴承长径比、轴颈的偏心率对滑动轴承静特性的影响。   其次,研究了油膜支承转子碰摩故障的非线性动力学特性,采用基于短轴承假设的非稳态油膜力模型,建立了碰摩转子系统的运动方程,结合Runge-Kutta法对其进行数值求解,分析了转子转速、转子质量偏心及定子径向刚度对系统非线性动力学特性的影响,采用分岔图、轴心轨迹、时域波形、频谱图以及Poincare映射揭示了转子系统的单周期运动、倍周期运动、多周期运动、拟周期运动和混沌运动形式,以及这些运动形式的转化与演变过程。   最后,应用有限元法建立某转子-轴承试验台非线性动力学模型,采用Newmark法对其运动方程进行数值仿真,并将理论分析结果与试验结果进行对比,验证了本文建模方法的正确性。然后对某1000MW汽轮发电机组发电机转子-轴承系统进行仿真分析,结合随转速变化的分岔图、转子轴心轨迹、频谱图、瀑布图以及Poincare映射,揭示了转子-轴承系统发生油膜振荡现象的过程和特征。并对转子质量偏心、轴承长径比、间隙比及润滑油粘度对转子-轴承系统动力稳定性的影响规律进行仿真分析。  
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