搜索【經(jīng)驗分享】 轉子動力學有關的規(guī)范和標準【轉發(fā)】
2017-02-15 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
為了保證旋轉機械能夠安全可靠地運行,并有一定的服役壽命,有關單位和組織,通過匯集和分析相關理論成果和實際經(jīng)驗,制訂了許多規(guī)范和標準。
這些規(guī)范和標準就級別說,有國際的、國家的、行業(yè)協(xié)會的和企業(yè)的。規(guī)范和標準是工程技術長期實踐的結晶,其中的關鍵數(shù)據(jù)一般都是經(jīng)過驗證的。
對于企業(yè)來說,設計規(guī)范往往都是企業(yè)的核心技術內(nèi)容。因此,我們對待規(guī)范和標準,首先要有尊重和敬畏的態(tài)度,嚴格遵照執(zhí)行。但另一方面也要看到,規(guī)范和標準是針對普遍的和一般的情況制定的,因此偏于安全。
根據(jù)不同的具體情況和條件,可有一定的靈活性。使用者不應墨守成規(guī),在應用過程中要有所發(fā)現(xiàn),有所創(chuàng)新,但這要十分謹慎,要經(jīng)過充分分析和驗證。
國產(chǎn)航空發(fā)動機
1. 關于轉子的臨界轉速
轉子在彈性支撐下的各階臨界轉速不應在工作轉速n的±10%范圍內(nèi),阻尼轉速也應避開工作轉速的±10%范圍,如果不能滿足要求,應校核轉子的不平衡響應。
有的標準要求在(0.2~0.6)×n和(0.2~0.6)×n范圍內(nèi)沒有臨界轉速,其中n為工作轉速。
2.關于轉子的平衡品質和不平衡響應
對于功能、結構、尺寸等各不相同的轉子,它們的不平衡狀態(tài)應當用一個統(tǒng)一的尺度來衡量,這個尺度成為平衡品質。平衡品質G值與不平衡離心力在轉子軸承上引起的動壓力成正比。即:具有相同平衡品質的各種機器,其軸承單位面積上承受的動壓力大致相當。
根據(jù)轉子的平衡品質、轉子質量和工作最大轉速,可確定轉子的允許不平衡量。以最能激發(fā)工作轉速下各階模態(tài)為原則,將它分配到轉子的各平衡面上,計算不平衡響應,然后與有關標準比較。
由于不平衡量的分布、轉子系統(tǒng)的阻尼都難以確定,加之計算結果往往是轉軸的絕對振動,而標準一般規(guī)定的是轉軸(相對于軸承座)的相對振動或軸承座的振動,所以嚴格說兩者難以直接比較。
D-30F-6雙轉子渦扇發(fā)動機
但是一些資料中還能查到一些規(guī)定,列出如下供參考。
在工作轉速穩(wěn)態(tài)運行時,機組各軸頸振動峰峰值不大于50μm,軸承座振動峰峰值不大于25μm;過臨界轉速時,機組各軸頸振動峰峰值不大于150μm,軸承座振動峰峰值不大于75μm。
汽輪機轉子在25%~85%工作轉速的范圍內(nèi),轉子響應的峰峰值應小于0.229mm;在85%~125%工作轉速的范圍內(nèi),轉子響應的峰峰值應小于0.076mm,否則校核轉子的穩(wěn)定性。
3.關于轉子系統(tǒng)的對數(shù)衰減率
轉子的各階固有頻率的對數(shù)衰減率δ都應大于0.15~0.20(丹麥 J.W.Lund推薦)。
東方汽輪機廠對汽輪機規(guī)定:轉子的各階固有頻率的對數(shù)衰減率δ都應大于0.20。
哈爾濱汽輪機廠對汽輪機規(guī)定:轉子各階固有頻率的對數(shù)衰減率δ都應大于0.12。
美國GE公司規(guī)定在工作轉速±10%范圍內(nèi)的臨界轉速的對數(shù)衰減率δ都應大于0.1;不在此范圍內(nèi)的臨界轉速的對數(shù)衰減率δ不作規(guī)定。
油膜失穩(wěn)的閾速應大于1.25n,其中n為工作轉速。
對于固定瓦塊的軸承應計算其比壓,例如,日立公司控制橢圓軸瓦軸承設計比壓大于0.8MPa(最小比壓0.32Mpa,安全系數(shù)2.5),以防止油膜失穩(wěn)。
4. 關于品質因子Q
品質因子Q是無量綱量。Q因子大,表示振動模態(tài)的阻尼小,自由振動衰減慢,強迫振動的共振峰尖銳。
一些國家標準和國際標準采用Q因子來評價機械振動特性,稱為機器的不平衡靈敏度,如國家標準GB/T 19874《機械振動 機器不平衡敏感度和不平衡靈敏度》,它等效于同名的國際標準。
5.關于扭轉振動
轉子的扭轉振動固有頻率應避開工頻和其倍頻的±10%。
如果轉子的某階扭振固有頻率不滿足上述要求,則應另作安全校核。校核方法是:在電機上加8%的滿負荷的正弦激勵扭矩,頻率等于該固有頻率,此時軸系各截面處的扭轉切應力均應不大于相應轉子材料的剪切疲勞限。
此外如用于發(fā)電,則需要校核發(fā)電機兩相短路、三相失步等故障時轉子有關軸頸的扭轉切應力。故障的電磁扭矩應由電機設計部門提供。
短路故障時,軸系各截面的最大切應力不應大于材料的屈服限57.7%。
失步故障時,軸系各截面的最大切應力不應大于材料的屈服限77.9%。
這類標準和規(guī)范雖然和設計沒有直接的關系,但是設計者必須加以注意和了解,以便設計時合理地布置測點,采取各種措施減小機械運行時的振動。
目前,關于轉動機械振動限值的國家標準有兩個:
GB/T 6075是以非轉動部件(一般為軸承座)的絕對振動為控制參數(shù)。
GB/T 11348是以轉子軸頸相對于軸承座的振動為主要控制參數(shù)。
[1] 聞邦椿,顧家柳,夏松波,王正.高等轉子動力學[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000:34.
[2] GB/T 6075.1機械振動 在非轉動部件上測量評價機器的振動,第1部分:總則
[3] GB/T 6075.2 機械振動 在非轉動部件上測量和評價機器的振動,第2部分:功率大于50MW陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組
[4] GB/T 6075.3 機械振動 在非轉動部件上測量和評價機器的振動,第3部分:額定功率大于15KW,額定轉速在120r/min至15000r/min之間的在現(xiàn)場測量的工業(yè)機器
[5] GB/T 6075.4 機械振動 在非轉動部件上測量和評價機器的振動,第4部分:不包括航空器類的燃氣輪機驅動裝置
[6] GB/T 6075.5 機械振動 在非轉動部件上測量和評價機器的振動,第5部分:水力發(fā)電廠和泵站機組
[7] GB/T 6075.6 機械振動 在非轉動部件上測量和評價機器的振動,第6部分:功率大于100kW的往復式機器
[8] GB/T 13824 旋轉和往復式機器的機械振動—對測量振動烈度一起的要求
注: 本資料來源于清華大學動力許與控制叢書“十二五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目——轉動機械的轉子動力學設計,作者:清華大學,王正教授。
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