风扇/增压级转子平衡转速计算模型的构建与应用

针对航空发动机风扇/增压级转子平衡工艺规划过程中平衡转速设定的问题,通过考虑叶片榫槽间隙、平衡设备性能和 转子气动扭矩等因素,构建风扇/增压级转子平衡转速计算模型。将某型发动机风扇/增压级转子的结构及性能参数带入模型,计 算得到转子的平衡转速,并与国外相似型号转子的平衡转速进行了比较。结果表明：通过模型计算得到的转子平衡转速为685 r/ min,与国外相似型号转子的平衡转速基本一致,并且满足该型风扇/增压级转子的实际平衡需求。该平衡转速计算模型已经成功 应用到风扇/增压级转子平衡的设计和工艺文件中,提升了风扇/增压级转子平衡工艺的正向设计能力。     

转子动力特性及动平衡研究综述

对转子动力特性及动平衡研究进行了综述.主要内容包括:转子动力特性研究,转子产生不平衡的原因及不平衡所引起的振动特点,柔性转子的平衡条件、平衡特点、评价标准、平衡目的和要求,柔性转子高速动平衡的一般方法,转子新型动平衡方法,转子自动平衡技术.     

基于不平衡加速响应信息的柔性转子双面平衡

模态平衡法和影响系数法是转子平衡中最常用的两类方法,它们都以转子的稳态响应为基础,因此称之为"稳态平衡方法"。针对当前转子稳态平衡方法中存在的不足,提出了利用不平衡加速响应信息进行柔性转子平衡的新方法。为了描述模态不平衡相对键相槽的角位置,首次引入了模态不平衡方位角的概念,并通过转子的不平衡加速响应信息对其进行了识别;在此基础上,结合转子的模态知识,添加合理的平衡试重组,利用各阶模态试重大小与对应阶模态不平衡响应幅度增量的线性关系,识别出校正质量组的大小,通过双面加重的方法实现了转子前两阶模态的平衡。仿真和实验结果表明,该瞬态平衡方法在有效降低转子不平衡振动的同时,减少了平衡过程中的起车次数。     

舰用燃气轮机压气机转子动力特性研究

建立某型舰用燃气轮机压气机转子的有限元模型,对转子的动力学特性进行研究。计算了转子的固有频率和振型,求解了转子的临界转速和不平衡响应,并就转子前支承刚度变化对转子临界转速和不平衡响应的影响进行了分析。结果表明:转子为一刚性转子,其振动行为主要受转子一阶模态影响;转子的一阶临界转速为12 825 r/min;转子不平衡响应对第4级附近存在的不平衡量最敏感;转子前支承刚度增大对转子临界转速影响不大,但对转子不平衡响应有一定影响。本文结果可为燃气轮机的可靠运行及转子的进一步优化设计提供依据。     

磁悬浮飞轮转子系统的现场动平衡方法

针对磁悬浮飞轮的转子平衡后转动效果不理想、转子平衡过程复杂等问题,提出了一种基于磁轴承系统特性的现场动平衡检测方法。该方法通过考虑电磁力的影响,进行转子系统的整体动平衡,而非转子本身的动平衡。通过分别检测转子平动的最大位移和相位、转子转动的最大位移和相位,分别得到等效力/力偶不平衡质量的大小和相位,实现了整体不平衡量的现场检测和飞轮转子系统的高精度平衡。试验结果表明,该方法能有效提高飞轮转子系统的平衡精度,转子的跳动量、磁轴承的控制电流以及飞轮轮体的振动量显著减小。     

某型航空发动机转子不平衡故障的仿真分析

航空发动机故障种类繁多,转子不平衡故障是典型的振动故障之一,对航空发动机转子进行不平衡故障的仿真分析可以为航空发动机的维修工作提供参考依据。本文针对某型航空发动机转子建立简化模型,运用有限元法进行不平衡故障的仿真分析。研究表明,低压转子或者高压转子上存在不平衡故障时,高压涡轮盘振幅最大,其次为低压涡轮四级轮盘;高压转子和低压转子同时存在不平衡故障时,转子系统各部件振幅显著增大。     

一种基于模型的双转子不平衡故障诊断方法

建立了双转子系统内外转子同时具有不平衡故障时振动响应分析模型,给出了双转子不平衡故障的微差速测试方法,构造了不平衡故障的非线性优化识别模型.分析了双转子可测点不平衡响应对转速与不平衡量之间的灵敏度关系,讨论了双转子不平衡故障的可诊断性问题,并利用数值仿真和试验对该方法进行了检验.研究表明,当测试数据含有一定的噪声时,利用少量的测点和转子的转速信息,可较准确地识别转子不平衡量故障.      

航空发动机高压转子模拟平衡工艺分析与控制

针对大涵道比航空发动机高压转子采用模拟平衡工艺缺少数学分析手段以及模拟转子技术指标缺少制定依据的问题,提出一种模拟平衡工艺量化分析方法。以过转子重心的静和偶不平衡矢量来表示转子不平衡状态,定义了包含质量偏差、重心位置偏差、转动惯量偏差和端跳偏差的模拟转子模型,结合模拟平衡过程和转位平衡原理,建立转子校正不平衡量和转位补偿量数学模型,以高压组合转子初始不平衡量来评估模拟平衡质量。结果表明：模拟平衡能替代组合平衡,被平衡的两个转子均具备装配互换性和装配对接角度不受限制的特点;本案例中为控制模拟平衡质量,模拟转子质量偏差应在±4%以内,重心位置偏差应在±2 mm以内,直径和极转动惯量偏差均应在±5%以内,端跳偏差应小于0.008 mm。     

一种跨二阶柔性转子无试重模态平衡方法

为解决传统柔性转子动平衡方法需要添加试重、多次启动的问题,发展了一种基于无试重模态动平衡方法的柔性转子二阶动平衡方法。该方法得益于转子有限元建模技术的发展,通过Samcef Rotor获取转子平衡所需的各阶模态,结合测量所得参考点的振动信息,利用无试重模态动平衡方法计算得出平衡所需的配重大小和方位。运用该方法对试验转子分别进行了一阶和二阶平衡,每次平衡只需开车一次,平衡后一阶振幅下降59.44%,二阶振幅下降97.56%。试验结果表明:该方法可有效降低转子不平衡振动,减少平衡开车次数,大大提高了转子的平衡效率。     

一种识别单盘柔性转子不平衡的新方法

基于柔性转子瞬态响应和反向传播神经网络理论,提出了一种识别单盘柔性转子不平衡的新方法.通过转子的理论模型建立识别转子不平衡方位角的BP神经网络,在此基础上只需两次加速启动过程就可完成对转子不平衡的识别.首先通过BP神经网络和第一次启动过程的瞬态响应数据,识别出转子不平衡的方位角;然后再通过一次加试重启动过程,利用瞬态挠度的幅值与不平衡大小之间的线性关系,识别出不平衡的大小.实验结果证明了该方法的有效性.      

全转速系数矩阵降维重构的燃机不平衡量逆推方法

整机动平衡可大幅提高燃气涡轮发动机动平衡效率，但由于全转速范围内整机系统动力特性复杂，且结构的特殊性仅能够在机匣外表面测振，传统动平衡方法难以实现整机动平衡。为此，考虑全转速区间整机系统结构振动特性及分布式不平衡量的影响，通过仿真或试验获得全转速范围内各测点振动响应与各叶盘不平衡量间的响应系数矩阵，建立等效不平衡量逆推方程组。依据不平衡位置-转速-测点振动间的敏感性关系对全转速系数矩阵进行降维重构，获得优选配平位置、测点及转速的重构方程组，求得转子配平位置的等效不平衡量。典型双转子燃气涡轮发动机整机系统数值仿真结果验证了该方法的有效性。研究结果对实现燃气涡轮发动机整机动平衡具有一定的参考应用价值。     

油膜轴承的高速双悬臂转子随机不平衡振动特性实验

建立了含圆瓦轴承的双悬臂转子系统动力学模型,分析了不平衡激励与系统动力学响应的关联。采用升速和定速实验分别研究悬臂圆盘不平衡典型组合下幅值大小、轴向位置和相位差对跨2阶临界转速转子系统振动响应的影响。结果表明:右盘不平衡对1阶振动敏感,而左盘不平衡则对2阶敏感;同相比反相不平衡激发倍频成分丰富,且能抑制12分频;适量不平衡可引发转子振幅超过联轴器许用误差补偿值而导致“共振高频带”现象。      

带双挤压油膜阻尼器的转子系统动力响应研究

本文针对主轴承带无定心弹簧挤压油膜阻尼器将油膜力系数线性化处理,方便地用传递矩阵和线性迭代计算了非对称柔性转子系统稳态振幅响应。计算结果表明带两个阻尼器的减振效果比带一个阻尼器好。     

航空发动机转子不平衡量突增的自动识别

为实现在航空发动机振动信号分析时因封严胶条脱落发生的转子不平衡量突增的自动识别,采用多傅里叶变换（FFT） 滤波技术获得转速跟踪滤波后的基频振动时域信号,提出了振幅突增和突增后振幅稳定的转子不平衡量突增的2种特征,通过应 用案例对振动信号的程序化进行处理, 得到转速跟踪滤波后的基频振动时域信号及转子不平衡量突增的识别参数,数据结果中 振幅增大比例系数达到3.75,且突增后振幅稳定。结果表明：采用FFT滤波技术,实现了转子不平衡突增的自动识别,并验证了识 别方法的有效性。转子不平衡量突增的识别技术应用于在线监测系统时,能及时识别故障并发出报警信息,保证设备运转的安 全;应用于离线振动信号分析系统时,缩短了人工数据分析时间,提高了工作效率。     

航空发动机转子挤压油膜阻尼器设计方法

将挤压油膜阻尼器设计与转子动力学设计相结合,建立了航空发动机转子挤压油膜阻尼器设计方法和设计流程.转子参数为转子阻尼、临界转速配置、最大不平衡量、转子振动峰值,以及支承外传力等,挤压油膜阻尼器设计参数为轴颈偏心率、油膜半径间隙、油膜长度和鼠笼刚度.设计目标是控制转子临界峰值和支承外传力.其中转子阻尼与最大不平衡量为挤压油膜阻尼器设计的关键参数.利用一实验器,对该设计方法进行了数值仿真和实验验证,结果表明:转子振动响应临界峰值减振比例可达60%以上,说明所建立的设计方法是正确有效的,可为挤压油膜阻尼器设计提供指导.      

Investigation on nonlinear lateral-torsional coupled vibration of a rotor system with substantial unbalance

Substantial unbalance may be caused by fan blade off during the operation period of gas turbine engines, and related dynamic problems are very critical to the safety design of rotor system in aero-engine. This article aims to understand lateral-torsional coupled vibration of the rotor system with substantial unbalance. The governing equation of a modified unbalanced rotor system is established based on Lagrangian approach. Then, a mathematical analytical method is proposed in which a linear approximation is derived and the Floquet theory and Hill’s method are incorporated, from which the modal characteristics of the unbalanced rotor are obtained. The modal characteristics of the unbalanced rotor system are revealed comprehensively for the first time. Furthermore, the relation between the modes and responses of the unbalanced rotor is discussed in detail. The results show that the lateral vibration and torsional vibration of the unbalanced rotor are coupled through the inertial terms in the governing equations. Due to the coupling, veering and lock-in phenomena occur between the frequencies of the forward whirl mode and the torsional mode. Furthermore, lock-in can lead to a kind of principal instability. With regard to the response of the unbalanced rotor, both natural vibration components and enforced vibration components appear in the lateral response, while only natural vibration components appear during torsional vibration. Moreover, natural vibration components play a crucial role in the response within the principal instability region and cause divergence of the vibration amplitudes in the lateral and torsional directions.     

涡轴发动机动力涡轮转子动力特性研究

应用有限元方法建立了某新型涡轴发动机动力涡轮转子动力特性的计算模型,对转子在不同情况下的动力特性——临界转速、振型和不平衡响应分别进行了系统的计算分析,得到了转子的前5阶临界转速、前5阶主振型和前两阶不平衡响应曲线,并计算了平衡卡箍对转子动力特性的影响。试验表明:计算模型能真实反映转子的动力特性。研究结果为转子的后续高速动平衡试验提供了参考和依据。      

喘振载荷作用下转子系统瞬态响应研究

通过对发动机喘振载荷的空间域和时域分布的分析,提出非对称旋转失速团可产生的径向激振力,使转子系统发生横向振动。发展了利用压力脉动数据判定横向旋转气动载荷的处理方法,对燃气涡轮发动机在喘振载荷作用下转子系统的瞬态响应进行了计算分析。计算结果表明,在由喘振引起的气动载荷上转子系统会产生强迫振动和自由衰减振动相交替的低频周期振动。     

叶片丢失激励下航空发动机柔性转子系统的动力学响应

为揭示叶片丢失激励下转子系统动力学响应特征,考虑涡扇发动机低压转子刚度/质量分布特征、载荷传递特征、转静件耦合特征等,建立了高速柔性悬臂转子系统动力学模型。对突加不平衡激励及持续碰摩约束下转子系统动力学响应特性进行分析。结果表明:所建立转子动力学模型可以有效反映叶片丢失激励下转子冲击振动和复杂简谐振动响应特征。在突加不平衡激励下转子系统的瞬态振动响应加剧,具有显著冲击响应特征,并伴有转子横向固有振动。持续碰摩所产生的约束作用可使转子临界转速发生变化,虽然响应幅值降低,但频率成分及转子振动趋于复杂。