转子系统摩擦热弯曲故障分析

发布时间：2017-08-13 12:11

  本文关键词：转子系统摩擦热弯曲故障分析

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【摘要】：热弯曲故障是旋转机械运行中出现的常见故障之一,一般指沿圆周方向转子温度分布不均匀,进而由于金属的热膨胀不同导致其弯曲变形。热弯曲与碰摩同时存在的故障,称为摩擦热弯曲故障。热弯曲故障会对旋转机械的运行和设备本身造成很大危害。本文主要对转子系统摩擦热弯曲故障进行分析,以热结构耦合分析、非线性动力学和动力有限元理论为基础,以压缩机的转子系统热弯曲故障及其伴生故障(摩擦热弯曲)为研究对象,采用有限元分析方法,考虑热效应、流体效应、接触变形等因素对热弯曲故障和摩擦热弯曲故障进行建模和分析。本文的工作主要包括以下几个方面：首先,分别采用2D和3D两种有限元建模方式建立热弯曲转子系统的有限元模型,并通过实例对两种模型进行了分析比较,结果表明二维热场分析方法精度比三维方法低,但是计算效率要高,适用于输入热量集中的情况和瞬态分析；三维热场分析适用于输入热流分散和稳态热场情况。然后,对转子系统进行3D建模并进行热-结构耦合分析,得到了热传导率、热对流系数等相关因素的变化对转子系统温度场、热弯曲及由热弯曲引起的振动特性的影响,揭示了热弯曲故障和摩擦热弯曲故障的故障机理,以及摩擦和热弯曲故障的相互耦合作用。最后,针对摩擦热弯曲转子系统的有限元结构-三维热场耦合模型,提出了增量谐波平衡-牛顿迭代方法进行摩擦热弯曲转子系统稳态响应计算和运行稳定性分析。定量分析了碰摩刚度、碰摩间隙、摩擦系数等参数对摩擦热弯曲转子系统稳定性的影响,掌握了摩擦热弯曲转子系统稳定性的部分规律,对热弯曲及摩擦热弯曲故障转子系统的故障诊断、预防和治理具有重要的意义,也可以为热弯曲故障转子系统的剩余寿命预测、避免新机型热弯曲故障设计提供理论依据。
【关键词】：转子系统 摩擦热弯曲 热结构耦合 热场分析 稳定性
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH17
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 本文研究的目的及意义11-12
• 1.2 国内外研究概况12-15
• 1.2.1 热弯曲转子系统的建模方式研究现状12-13
• 1.2.2 热弯曲转子系统影响因素分析现状13-14
• 1.2.3 摩擦热弯曲转子系统稳定性研究现状14-15
• 1.3 本文的主要工作及内容15-17
• 第2章 热弯曲故障分析的相关理论17-31
• 2.1 概述17
• 2.2 热-结构耦合分析概述17-19
• 2.3 有限元理论介绍19-21
• 2.4 热传导相关理论21-24
• 2.4.1 傅里叶定律21
• 2.4.2 导热微分方程21-22
• 2.4.3 不同坐标系中的热传导方程22-23
• 2.4.4 边界条件23-24
• 2.5 本文应用的数值方法24-30
• 2.5.1 Newmark-β24-25
• 2.5.2 IHB-增量谐波平衡法25-28
• 2.5.3 Newton-Raphson28-29
• 2.5.4 收敛准则的确定29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 局部热弯曲转子系统建模31-43
• 3.1 概述31
• 3.2 局部热弯曲转子系统建模31-38
• 3.2.1 转子碰摩力32-33
• 3.2.2 3D方法介绍33-35
• 3.2.3 2D方法介绍35-38
• 3.3 热弯曲转子系统的动力学建模38
• 3.4 两种建模方式对比分析38-41
• 3.4.1 温度场分布比较39-40
• 3.4.2 热弯曲和热弯曲引起的振动比较40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 摩擦热弯曲转子系统影响因素分析43-59
• 4.1 概述43
• 4.2 转子系统有限元模型的建立43-46
• 4.2.1 转子系统实体模型的建立43-44
• 4.2.2 单元选择及有限元模型的建立44-46
• 4.3 热弯曲转子系统参数影响分析46-56
• 4.3.1 热传导率的改变对转子系统的影响46-48
• 4.3.2 热对流系数对转子系统的影响48-49
• 4.3.3 比热容对转子系统的影响49-51
• 4.3.4 环境温度对转子系统的影响51-53
• 4.3.5 碰摩角对转子系统的影响53-56
• 4.4 本章小结56-59
• 第5章 局部摩擦热弯曲转子系统稳定性研究59-73
• 5.1 概述59
• 5.2 慢变行为的非线性动力学研究59-62
• 5.2.1 摩擦热弯曲故障慢变行为60
• 5.2.2 摩擦热弯曲转子系统稳态温度场慢变分析60-62
• 5.3 摩擦热弯曲稳态分析62-64
• 5.3.1 摩擦热弯曲故障转子系统稳定性判断准则62-63
• 5.3.2 摩擦热弯曲故障转子系统的稳态响应求解方法63-64
• 5.4 增量谐波平衡-牛顿迭代方法验证64-71
• 5.4.1 稳态响应求解及稳定性分析65-66
• 5.4.2 稳定区域分析66-71
• 5.5 本章小结71-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 攻读学位期间发表的论文81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 胡壁刚,任平珍,冯国权;转子热弯曲振动试验研究[J];航空动力学报;1997年01期

2 杨建刚,黄葆华,高伟;摩擦热冲击问题的建模、仿真与振动特性分析[J];中国电机工程学报;1999年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 齐宪林;基于热—结构耦合的光学系统尺寸稳定性分析[D];西安电子科技大学;2009年

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本文编号：667207