旋转机械轴系扭振固有特性分析

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1、第52卷第5期汽轮机技术Vo1．52NO．52010年1O月TURBINETECHNOLOGYOct．2010旋转机械轴系扭振固有特性分析唐贵基，陈秀娟(华北电力大学机械工程系，保定071003)摘要：作为旋转机械轴系共振问题基本问题之一的“轴系扭转振动固有频率计算”是机组设计不可缺少的一环。根据旋转机械轴系扭振的固有特性的特点，采用Riccati传递矩阵和Holzer法进行计算，并编制了相应的程序，介绍了对模型进行降阶的方法，最后通过对次同步谐振模拟机轴系扭振固有频率和振型的计算，验证了模型降阶方法和计算程序的正确性。关键

2、词：轴系扭振；固有频率；Riccati；Holzer；模型简化分类号：TK262文献标识码：A文章编号：1001—5884(2010)05-0339-03AnalysisofTorsionalVibrationCharacteristicsoftheRotationMachinesShaflTrainsTANGGui．ii．CHENXiu．juan(DepartmentofMechanicalEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，China)A

3、bstract：Thecalculationofshafttorsionalvibrationnature~equency，asabasicproblemofshaftresonancephenomenonofrotationmachines，isaindispensablepartintheunitsdesign．Accordingtotheinherentcharacteristics，thecorrespondingprogramsarepreparedusingRiccatitransfermatrixandHolz

4、ermethod，andmodelreductionmethodisintroduced．Finally，adomesticsub—synchronousresonancesimulatorasanexampletoverifythemethodreductionandprogramsarecorrect．Keywords：torsionalvibrationofshafttrains；naturefrequency；riccati；holzer；modelreduction型。目前，轴系力学模型主要有集中质量模型和连续质量

5、模0前言型。其中，连续质量模型比较精确，但是计算时占用内存大，计算时间长，计算高阶频率精度高。而集中质量模型简单，旋转机械设备是现代电力、石油、化工、机械加工等行业计算量小，计算低阶固有频率时，精度也能很好地满足工程的核心设备，在整个生产过程中起着十分重要的作用。由旋要求。转机械故障造成整个设备的非正常停机，将会造成巨大的经采用集中质量模型时，为了便于计算，需要对系统做如济损失。其中，旋转机械的共振，是引起故障的主要原因之下简化J：一，长期以来备受专家、工程设计人员的关注。作为旋转机(1)不计轴的质量，将其看成无质量的弹簧。

6、械轴系共振基本问题之一的“机组轴系扭转振动固有频率计(2)不考虑轴的弯曲变形和纵向变形。算”是机组设计不可缺少的一环。在跨距较大的旋转机械如(3)认为支承是刚性的。汽轮发电机组中，轴系相对细长，轴系自振频率较低，扭振问(4)不计系统的阻尼。题更加突出。因此在设计制造中需要对汽轮发电机组等旋1．1模型建立转机械进行固有特性分析，使其固有频率避开工作频率范根据轴系结构特点，将轴系离散化，分成n个扭振单元，围1,2]。以具有较大惯量的部件中心线作为质量的中心点，两相邻质本文分别采用霍尔兹法和传递矩阵法分析了旋转机械量集中点间的连接

7、轴段的刚度作为该两集中质量的连接刚扭转振动问题，利用Matlab编制了相应的程序，并比较了这度。将轴系等效成如图l所示的多段集中质量模型。3JtJJjNl、3N两种方法的精确性。最后，以某实际汽轮发电机组的轴系为例，计算得到了该轴系的扭转振动固有频率和振型，其结果有一定的实用价值。1轴系扭振模型的建立在进行固有特性分析时，首先需要建立轴系的力学模图1多段集中质量模型收稿日期：2010-01—18基金项目：河北省自然科学基金资助项目，编号：E2008001237。作者简介：唐贵基(1962一)，男，山东龙15人，教授，博士生导

8、师，主要从事状态检测及故障诊断研究。汽轮机技术第52卷轴段转动惯量的计算式为的Riccati传递矩阵法应用最为广泛-1o]。J=p。L‘(1)2．1Holzer法式中，L为轴段长度，m；为截面极惯性矩，m～。对于空心Holzer法是轴系扭振计算的经典方法。其基本思想是：轴系无阻尼自由振动时