高速旋转机械转子动力特性研究

论文摘要

随着电力、航空、机械、石化等工业的飞速发展,各种旋转机械的功率也越来越大、转速越来越高,工作转速甚至达到了三、四阶临界转速以上,这对转子动力学的研究和分析提出了更高的要求。因此,在工程实践中如何根据实际的转子结构特点,更为合理的分析转子模型、精确的求解临界转速,使旋转机械能够提高效率、保证安全、减少故障和延长寿命,具有重要意义。本文针对旋转机械的特点,在对现有的集总参数和分布质量数学模型分析研究的基础上,结合转子动力学数学模型建立的相关原则,对转子-轴承系统进行了合理简化,建立了多支承、多圆盘转子-轴承系统的更符合实际、计算速度更快的混合模型,这种混合模型综合考虑了陀螺力矩、支承弹性、附加臂长等影响临界转速的因素,并采用改进Riccati传递矩阵法对混合模型转子-轴承系统临界转速进行计算。在理论研究的基础上,进行了需求分析,设计了科学合理的算法,基于VB平台,编制了界面友好、操作简单、拓展性强的通用的转子-轴承系统临界转速计算程序。程序采用模块化设计,使功能模块既独立又相互联系,方便后续升级和衔接,并用有理论解和试验解的算例对程序的正确性和可靠性进行验证。结果表明,用混合模型对转子-轴承系统进行简化,并结合改进的Riccati传递矩阵法对临界转速进行计算,提高了计算结果的精度；编制的通用转子计算软件结果精确,完全能够满足工程应用,对机器的整体设计和安全可靠性分析有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 旋转机械转子动力学及其发展历程
• 1.2 转子动力学的研究热点及现状
• 1.2.1 临界转速计算
• 1.2.2 转子系统的计算分析
• 1.2.3 轴承的动力学特性
• 1.2.4 转子系统的稳定性研究
• 1.2.5 转子系统的不平衡响应研究
• 1.2.6 转子系统的状态监测和故障诊断
• 1.2.7 转子系统的非线性振动、分叉与混沌
• 1.2.8 转子系统振动与稳定性的主动控制技术
• 1.3 课题研究的背景及意义
• 1.4 课题的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第2章 转子-轴承系统的数学建模
• 2.1 建立简化模型应遵循的原则
• 2.2 转子-支承系统的模化
• 2.2.1 普通转子-轴承系统模化原则
• 2.2.2 支承系统建模
• 2.3 建立模型的集总参数法和分布质量法
• 2.4 集总参数-分布质量混合建模法
• 2.5 元件类型及状态矢量
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于混合模型和传递矩阵法的转子-轴承系统临界转速分析计算
• 3.1 转子-轴承系统的临界转速
• 3.2 基于混合模型的传递矩阵
• 3.2.1 轴段分布质量模型的传递矩阵
• 3.2.2 叶轮、支承、连接法兰元件集总模型的传递矩阵
• 3.3 传递矩阵法计算转子临界转速
• 3.3.1 传统的传递矩阵法
• 3.3.2 Riccati传递矩阵法
• 3.4 转子-支承系统的边界条件
• 3.5 影响转子-轴承系统临界转速的因素
• 3.5.1 陀螺力矩
• 3.5.2 支承弹性
• 3.5.3 叶轮简化
• 3.5.4 臂长附加力矩
• 3.5.5 系统部件的阻尼
• 3.6 转子-轴承系统临界转速的计算流程图
• 3.7 本章小结
• 第4章 临界转速计算软件开发
• 4.1 开发环境及工具
• 4.1.1 Visual Basic 6.0简介
• 4.1.2 Visual Basic的发展历史
• 4.1.3 Visual Basic的特点
• 4.2 Visual Basic的结构与工作方式
• 4.3 Visual Basic程序开发的步骤
• 4.4 软件开发中使用的控件
• 4.4.1 FlexCell控件
• 4.4.2 ActiveBar控件
• 4.5 本章小结
• 第5章 软件功能与算例
• 5.1 软件的基本功能
• 5.1.1 启动界面介绍
• 5.1.2 功能选择界面介绍及操作
• 5.1.3 主界面介绍及操作
• 5.1.4 软件的输入
• 5.1.5 计算
• 5.1.6 计算结果显示
• 5.1.7 软件适用平台
• 5.2 算例验证
• 5.2.1 算例一
• 5.2.2 算例二
• 5.2.3 算例三
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录