电流变技术在转子实验设备振动控制中的应用

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1、声明本人声明，所完成的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人签名：日期：查韭盔差塑圭堂丝迨塞——————————————』堑=童』煎j垒-第一章绪论1．1工程背景及选题的意义转子系统的应用是十分广泛的，转子动力学的研究也在不断加深，取得了很多成果，但目前的研究成果与实际应用间仍有很大的差距，有很多问题还没得到解决。近一、二年来国内外

2、的一些大型汽轮机组相继发生了振动超幅、油膜失稳等事故，直至造成停机、毁机等重大事故，造成了巨大的经济损失。如92年朝阳电厂的200MW机组投运出现事故；88年秦岭电厂5号机先后发生机组毁坏事故13]。而引起这些严重后果的主要原因之一的发电机组低频振荡问题目前仍旧没有得到很好的解决。我们不可能从实际的发电机组或是航空发电机上取得足够的实测数据。因此希望建立一个模拟大型转子、以动力学系统试验为目的大型转子系统模型实验台，在该动力学系统实验台上，可以采用近期发展的光测量等先进的试验技术手段，对复杂转子系统，即多维非线性、具有随机和时变特性

3、、以及含有孪生故障的转子系统进行系统的试验与研究，以便获得更多的试验结果和数据，进行数据处理、仿真研究、非线性分析、提示故障原因。还可以利用该模型抑制振动的有效方法的研究，如可控的变刚度方法、可控的可调参数方法、特殊轴承、可控反向汽流等。本文即通过仿真研究和在这样一个实验台上进行的实物实验，对电流变技术在转子振动控制中的应用做一些研究。电流变液体作为一种智能阻尼材料，其可控阻尼特性使结构振动的控制成为可能。目前对结构振动主动或半主动控制的主要方法有两种，一是利用压电材料的逆压电效应，通过控制所施加的外部电场，使其产生变形和控制力，从

4、而对结构的振动进行控制，但是由于压电效应所能提供的可控阻尼范围有限，往往在小振幅时效果较好。二是利用形状记忆合金在某一温度下实现马氏体与奥氏体之间的相变，这样它能产生较大的变形和较大的控制力，比压电功能材料高一个数量级，当把它粘贴或嵌入结构中可以实现结构的形状和振动控制。但因加热转换周期长，故只能实现结构低频模态控制。电流变以其独特的阻尼可受外加电场控制的特性为转子设备振动控制提供了一个新方法。然而，电流变流体的力学特性十分复杂，影响因素较多。在电流变效应的作用机理尚不完全清楚的情况下，通过实验研究寻求其力学行为的客观规律，建立较为

5、合理的力学模型。这无疑对电流变液体在工程中的应用有很重要的意义。电查j!盔鲎堡主堂丝造塞一————————————蔓二重●§l、_流变技术作为一种高技术其发展历史不长，世界各国目前均处于探索阶段，从这个意义上讲，我们与世界基本上是站在同一起跑线上。由于电流变技术高度的商业价值和广阔的应用前景，使我们有理由相信，开展对电流变技术的研究将有利于我国在这一高技术领域中的竞争地位，加快我国电流变元器件的开发研究。1．2转子动力学研究范围及基本方法含有旋转运动部件的机械设备称为旋转机械，几乎大多数的机械设备都属于这一类。在工农业生产中，旋转机

6、械是一类不可缺少的设备，如发电厂的巨型汽轮机组等Ⅲ。旋转机械在社会生产中发挥着巨大的作用，而且随着生产技术的不断发展，人们对旋转机械的速度、运行效率和安全可行性等方面的要求也越来越高。转子是旋转机械的心脏，旋转机械的运行与转子工作状态密切相关。长期以来，转子系统动力学的研究就一直受到各国科技工作者的普遍重视。一百多年以前，兰金发表了题为“CentrifugalWhirlingofShafts”的论文，从此便标志着应用力学领域里的一门新学科一转子动力学诞生了【2】。研究转子系统的主要内容是计算和确定转子临界转速、转子不平衡质量的动态特

7、性等，即研究旋转机械的动力学特性和动力学稳定性。在研究内容上，转子系统经过了转子系统(含单转子、多转子两部分)、转子一轴承系统、转子一轴承一基础系统和转子一轴承一底座系统四个阶段【31。在研究方法上，转子系统研究经历了线性分析阶段和非线性分析阶段。在转子动力学研究中，计算分析占有很重要的地位。无论是讨论转子的动力学特性、分析转子的各种动力学现象，还是进行转子系统的设计、解决旋转机械的有关工程问题等，都离不开计算分析。在转子动力学的发展历史中，计算分析方法与理论研究和工程应用是同步发展的。在计算机技术飞速发展的今天，计算分析的重要性更

8、为突出。甚至一些无法用理论分析方法解决的复杂问题也可以用数值计算的方法得进行分析【2】。现代的计算方法可以分为两大类：传递矩阵法和有限元法。传递矩阵法的主要特点是：矩阵的阶数不随系统的自由度数增大而增加，因而编程简单，占内存少，运算速