【經(jīng)驗(yàn)分享】轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)有關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-02-15 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

為了保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械能夠安全可靠地運(yùn)行,并有一定的服役壽命,有關(guān)單位和組織,通過(guò)匯集和分析相關(guān)理論成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),制訂了許多規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)就級(jí)別說(shuō),有國(guó)際的、國(guó)家的、行業(yè)協(xié)會(huì)的和企業(yè)的。規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是工程技術(shù)長(zhǎng)期實(shí)踐的結(jié)晶,其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)一般都是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)規(guī)范往往都是企業(yè)的核心技術(shù)內(nèi)容。因此,我們對(duì)待規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),首先要有尊重和敬畏的態(tài)度,嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行。但另一方面也要看到,規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)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(yīng)墨守成規(guī),在應(yīng)用過(guò)程中要有所發(fā)現(xiàn),有所創(chuàng)新,但這要十分謹(jǐn)慎,要經(jīng)過(guò)充分分析和驗(yàn)證。

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國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)

一.與設(shè)計(jì)有關(guān)的規(guī)范

1. 關(guān)于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)子在彈性支撐下的各階臨界轉(zhuǎn)速不應(yīng)在工作轉(zhuǎn)速n的±10%范圍內(nèi),阻尼轉(zhuǎn)速也應(yīng)避開(kāi)工作轉(zhuǎn)速的±10%范圍,如果不能滿足要求,應(yīng)校核轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)。

有的標(biāo)準(zhǔn)要求在(0.2~0.6)×n和(0.2~0.6)×n范圍內(nèi)沒(méi)有臨界轉(zhuǎn)速,其中n為工作轉(zhuǎn)速。

2.關(guān)于轉(zhuǎn)子的平衡品質(zhì)和不平衡響應(yīng)

對(duì)于功能、結(jié)構(gòu)、尺寸等各不相同的轉(zhuǎn)子,它們的不平衡狀態(tài)應(yīng)當(dāng)用一個(gè)統(tǒng)一的尺度來(lái)衡量,這個(gè)尺度成為平衡品質(zhì)。平衡品質(zhì)G值與不平衡離心力在轉(zhuǎn)子軸承上引起的動(dòng)壓力成正比。即:具有相同平衡品質(zhì)的各種機(jī)器,其軸承單位面積上承受的動(dòng)壓力大致相當(dāng)。

根據(jù)轉(zhuǎn)子的平衡品質(zhì)、轉(zhuǎn)子質(zhì)量和工作最大轉(zhuǎn)速,可確定轉(zhuǎn)子的允許不平衡量。以最能激發(fā)工作轉(zhuǎn)速下各階模態(tài)為原則,將它分配到轉(zhuǎn)子的各平衡面上,計(jì)算不平衡響應(yīng),然后與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較。

由于不平衡量的分布、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的阻尼都難以確定,加之計(jì)算結(jié)果往往是轉(zhuǎn)軸的絕對(duì)振動(dòng),而標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定的是轉(zhuǎn)軸(相對(duì)于軸承座)的相對(duì)振動(dòng)或軸承座的振動(dòng),所以嚴(yán)格說(shuō)兩者難以直接比較。

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D-30F-6雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

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(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),機(jī)組各軸頸振動(dòng)峰峰值不大于50μm,軸承座振動(dòng)峰峰值不大于25μm;過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí),機(jī)組各軸頸振動(dòng)峰峰值不大于150μm,軸承座振動(dòng)峰峰值不大于75μm。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在25%~85%工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)子響應(yīng)的峰峰值應(yīng)小于0.229mm;在85%~125%工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)子響應(yīng)的峰峰值應(yīng)小于0.076mm,否則校核轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

3.關(guān)于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的對(duì)數(shù)衰減率

轉(zhuǎn)子的各階固有頻率的對(duì)數(shù)衰減率δ都應(yīng)大于0.15~0.20(丹麥 J.W.Lund推薦)。

東方汽輪機(jī)廠對(duì)汽輪機(jī)規(guī)定:轉(zhuǎn)子的各階固有頻率的對(duì)數(shù)衰減率δ都應(yīng)大于0.20。

哈爾濱汽輪機(jī)廠對(duì)汽輪機(jī)規(guī)定:轉(zhuǎn)子各階固有頻率的對(duì)數(shù)衰減率δ都應(yīng)大于0.12。

美國(guó)GE公司規(guī)定在工作轉(zhuǎn)速±10%范圍內(nèi)的臨界轉(zhuǎn)速的對(duì)數(shù)衰減率δ都應(yīng)大于0.1;不在此范圍內(nèi)的臨界轉(zhuǎn)速的對(duì)數(shù)衰減率δ不作規(guī)定。

油膜失穩(wěn)的閾速應(yīng)大于1.25n,其中n為工作轉(zhuǎn)速。

對(duì)于固定瓦塊的軸承應(yīng)計(jì)算其比壓,例如,日立公司控制橢圓軸瓦軸承設(shè)計(jì)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(guān)于品質(zhì)因子Q

品質(zhì)因子Q是無(wú)量綱量。Q因子大,表示振動(dòng)模態(tài)的阻尼小,自由振動(dòng)衰減慢,強(qiáng)迫振動(dòng)的共振峰尖銳。

一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采用Q因子來(lái)評(píng)價(jià)機(jī)械振動(dòng)特性,稱為機(jī)器的不平衡靈敏度,如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19874《機(jī)械振動(dòng) 機(jī)器不平衡敏感度和不平衡靈敏度》,它等效于同名的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

5.關(guān)于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)固有頻率應(yīng)避開(kāi)工頻和其倍頻的±10%。

如果轉(zhuǎn)子的某階扭振固有頻率不滿足上述要求,則應(yīng)另作安全校核。校核方法是:在電機(jī)上加8%的滿負(fù)荷的正弦激勵(lì)扭矩,頻率等于該固有頻率,此時(shí)軸系各截面處的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力均應(yīng)不大于相應(yīng)轉(zhuǎn)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(jī)兩相短路、三相失步等故障時(shí)轉(zhuǎn)子有關(guān)軸頸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。故障的電磁扭矩應(yīng)由電機(jī)設(shè)計(jì)部門提供。

短路故障時(shí),軸系各截面的最大切應(yīng)力不應(yīng)大于材料的屈服限57.7%。

失步故障時(shí),軸系各截面的最大切應(yīng)力不應(yīng)大于材料的屈服限77.9%。

二. 與驗(yàn)收和運(yùn)行有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)

這類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范雖然和設(shè)計(jì)沒(méi)有直接的關(guān)系,但是設(shè)計(jì)者必須加以注意和了解,以便設(shè)計(jì)時(shí)合理地布置測(cè)點(diǎn),采取各種措施減小機(jī)械運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)。

目前,關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械振動(dòng)限值的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè):

GB/T 6075是以非轉(zhuǎn)動(dòng)部件(一般為軸承座)的絕對(duì)振動(dòng)為控制參數(shù)。

GB/T 11348是以轉(zhuǎn)子軸頸相對(duì)于軸承座的振動(dòng)為主要控制參數(shù)。

三. 參考文獻(xiàn)

[1] 聞邦椿,顧家柳,夏松波,王正.高等轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:34.

[2] GB/T 6075.1機(jī)械振動(dòng) 在非轉(zhuǎn)動(dòng)部件上測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng),第1部分:總則

[3] GB/T 6075.2 機(jī)械振動(dòng) 在非轉(zhuǎn)動(dòng)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng),第2部分:功率大于50MW陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機(jī)組

[4] GB/T 6075.3 機(jī)械振動(dòng) 在非轉(zhuǎn)動(dòng)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng),第3部分:額定功率大于15KW,額定轉(zhuǎn)速在120r/min至15000r/min之間的在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的工業(yè)機(jī)器

[5] GB/T 6075.4 機(jī)械振動(dòng) 在非轉(zhuǎn)動(dòng)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng),第4部分:不包括航空器類的燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

[6] GB/T 6075.5 機(jī)械振動(dòng) 在非轉(zhuǎn)動(dòng)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng),第5部分:水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組

[7] GB/T 6075.6 機(jī)械振動(dòng) 在非轉(zhuǎn)動(dòng)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的振動(dòng),第6部分:功率大于100kW的往復(fù)式機(jī)器

[8] GB/T 13824 旋轉(zhuǎn)和往復(fù)式機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)—對(duì)測(cè)量振動(dòng)烈度一起的要求

注: 本資料來(lái)源于清華大學(xué)動(dòng)力許與控制叢書“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目——轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì),作者:清華大學(xué),王正教授。

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