【正文】 本次研究的壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)其主要用途是進(jìn)行各種故障的模型試驗(yàn)，揭示故障發(fā)生機(jī)理并研究抑制振動(dòng)措施。本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的核心部件之一的碰摩裝置，對(duì)其進(jìn)行一系列的改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終選出可行的并適合試驗(yàn)臺(tái)的最佳方案，故首先要對(duì)碰摩裝置各 零部件 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 并完成碰摩裝置的裝配 ，而后對(duì)其 相關(guān)部件 進(jìn)行強(qiáng)度分析 和校核 ， 其次要 進(jìn)行壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 靜強(qiáng)度分析和模態(tài)分析，計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率， 這對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)、研究抑制振動(dòng)的措施、進(jìn)行故障試驗(yàn)和故障試驗(yàn)分析具有重要的意義。 (3) ANSYS software to install and learn to make the pressor rotor system fault simulation test bed for static strength analysis of the rotor system finite element mesh, divided only applied to the rotor system weight and the weight and speed applied both cases, respectively its static strength analysis to calculate the size of the site and its rotor system maximum stress occurs。 第 2章 壓縮機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) ................................................. 9 壓縮機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體設(shè)計(jì) .............................................................. 9 壓縮機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)組成 ............................................................. 10 第 3章 碰摩裝置的設(shè)計(jì) .......................................................................... 15 碰摩裝置的初步設(shè)計(jì)方案 ....................................................................... 15 碰摩裝置方案的選擇及其設(shè)計(jì) ................................................................ 18 滾珠絲杠的設(shè)計(jì) .................................................................................. 18 滾珠 螺母 的選 定和校核 ........................................................................ 23 步進(jìn)電機(jī)的選擇 .................................................................................. 25 絲杠兩端軸承的選定及校核 .................................................................. 26 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 VI 導(dǎo)軌（滑槽）的設(shè)計(jì) ........................................................................... 27 碰摩裝置定子固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................. 28 第 4章 壓縮機(jī) 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 靜力學(xué)與模態(tài)分析 ........................................ 29 有限元分析方法簡(jiǎn)介 ............................................................................... 29 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)靜強(qiáng)度分析 ............................................................................... 31 有限元網(wǎng)格劃分 .................................................................................. 32 只施加自重情況下的靜力學(xué)分析 ........................................................... 32 施加自重與轉(zhuǎn)速情況下的靜力學(xué)分析 ..................................................... 34 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模態(tài)分析 .................................................................................. 35 模態(tài)分析概述 ..................................................................................... 35 模態(tài)分析理論的基本假設(shè) ..................................................................... 35 只施加自重情況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率 .................................................. 36 只施加自重情況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的各階振型 .................................................. 36 施加自重和轉(zhuǎn)速情況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率 ........................................... 39 施加自重和轉(zhuǎn)速情況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的各階振型 ........................................... 39 第 5章 總結(jié)和展望 .................................................................................. 43 總結(jié) .......................................................................................................... 43 展望 .......................................................................................................... 43 經(jīng)濟(jì)環(huán)保性分析 ....................................................................................... 43 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................... 45 致謝 .............................................................................................................. 47 附錄 .............................................................................................................. 49 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒論 旋轉(zhuǎn)機(jī)械被廣泛地應(yīng)用于汽輪發(fā)電機(jī)組、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)壓縮機(jī)及各種電動(dòng)機(jī)等機(jī)械裝置中，是電力、航空、化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要部門的關(guān)鍵設(shè)備，在這些領(lǐng)域中起著非常重要的作用。如果處理不當(dāng)或出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)，都可能使設(shè)備發(fā)生局部或整體的毀壞事故，造成經(jīng)濟(jì)損失和人員的傷亡。以上僅是事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失，而由事故帶來的間接經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，更是難以估量。而設(shè)備設(shè)計(jì)、制造方面的缺陷則會(huì)長(zhǎng)期困饒電廠的運(yùn)行。轉(zhuǎn)子上過大的不平衡量會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子、軸承以及基礎(chǔ)大幅值的振動(dòng)，在特定條件下，會(huì)造成整個(gè)軸系斷裂的災(zāi)難性事故。不平衡可以來自轉(zhuǎn)子制造階段，也可以在機(jī)組投運(yùn)后由于運(yùn)行或檢修原因產(chǎn)生。常見的情況 有如運(yùn)行時(shí)葉片、圍帶或拉金斷裂飛脫、平衡塊飛脫、轉(zhuǎn)軸殘余應(yīng)力隨時(shí)間的釋放、葉片或葉輪的不均勻腐蝕、很向或軸向動(dòng)靜部件碰摩引起的局部熱變形等。經(jīng)過這個(gè)過程后，熱應(yīng)力將減小，但不會(huì)徹底消除。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，為了滿足高轉(zhuǎn)速、高效率的需求，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)靜間隙越來越小，轉(zhuǎn)子與定子的碰摩故障不斷發(fā)生。動(dòng)靜摩擦?xí)谵D(zhuǎn)子表面作用一切向作用力，該切向作用力產(chǎn)生的力矩方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，可能會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降并產(chǎn)生波動(dòng)。雖然激發(fā)起的自由振動(dòng)是衰減的，但由于碰摩在每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)都產(chǎn)生沖擊激勵(lì)作用，因此在一定條件下有可能使轉(zhuǎn)子的實(shí)際振動(dòng)成為旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)和沖擊產(chǎn)生的自由振動(dòng)的疊加。以汽輪發(fā)電機(jī)組為例，在國(guó)產(chǎn) 200MW汽輪發(fā)電機(jī)組中，已有 10多臺(tái)因動(dòng)靜碰摩而造成轉(zhuǎn)子永久彎曲的事故；據(jù)國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)彎軸事故統(tǒng)計(jì)表明，其中的 86％是由碰摩引起的，碰摩嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起軸系破壞事故；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)。而轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)就是為模擬轉(zhuǎn)子碰摩振動(dòng)故障實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)開發(fā)的，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行詳盡的靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，了解模型試驗(yàn)臺(tái)的靜、動(dòng)態(tài)特性，全面掌握其特性，這對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)、研究抑制振動(dòng)的措施、進(jìn)行故障試驗(yàn)和故障試驗(yàn)分析具有重要的作用。他指出在超臨界運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)定心現(xiàn)象，因而可以穩(wěn)定工作。有關(guān)油膜軸承穩(wěn)定性的兩篇重要的總結(jié)是由 Newkirk 和 Lund 寫出的，他們兩人也是轉(zhuǎn)東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 4 子動(dòng)力學(xué)研究的里程碑人物。 新的交叉學(xué)科研究方向 旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)從其誕生起就是一門涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的綜合學(xué)科。旋轉(zhuǎn)機(jī)械在空間技術(shù)發(fā)展中也有著普遍的應(yīng)用。研究中應(yīng)特別注意不僅是不考慮重力影響 , 而且還有許多本質(zhì)性的變化，如軸承中潤(rùn)滑油的特性會(huì)因微重力而產(chǎn)生本質(zhì)變化，其聚合作用會(huì)大大加強(qiáng)。因此加強(qiáng)對(duì)超微機(jī)械轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)研究是一個(gè)迫切的課題。主要研究轉(zhuǎn)子 支承系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動(dòng)、平衡和穩(wěn)定性問題，尤其是研究接近或超過臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)問題。由于它們常在撓性狀態(tài)下工作， 所以其振動(dòng)和穩(wěn)定性問題就越發(fā)重要。這種振動(dòng)在某些轉(zhuǎn)速上顯得異常強(qiáng)烈，這些轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。計(jì)算大型轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速最常用的數(shù)值方法為傳遞矩陣法。 （ 2）通過臨界轉(zhuǎn)速的狀態(tài)。求解這類問題須用數(shù)值計(jì)算或非線性振動(dòng)理論中的漸近方法或用級(jí)數(shù)展開法。 （ 4）動(dòng)平衡。在進(jìn)行撓性轉(zhuǎn)子（超臨界轉(zhuǎn)速工作的轉(zhuǎn)子）動(dòng)平衡時(shí)，主要用振型法和影響系數(shù)法。若轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下受微擾后能恢復(fù)原態(tài)，則這一運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是穩(wěn)定的；否則是不穩(wěn)定的。該作用力可用流體力學(xué)的公式求出，也可通過實(shí)驗(yàn)得出。 （ 2）研究的范圍較窄，有些領(lǐng)域幾乎還是空白。 （ 3）理論成果指導(dǎo)應(yīng)用不夠，實(shí)驗(yàn)研究水平低。今后應(yīng)加強(qiáng)理論和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比研究，提高實(shí)驗(yàn)研究水平，加大實(shí)際應(yīng)用性質(zhì)的研究力度。這一青黃不接的現(xiàn)象在航空發(fā)動(dòng)機(jī)等國(guó)防研究領(lǐng)域尤為突出。盡管我國(guó)學(xué)者在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 章 緒論 7 方面取得了很多成果，且也研制了一些用于生產(chǎn)實(shí)際的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析和監(jiān)測(cè)、診斷系統(tǒng)，但在我國(guó)工業(yè)界占主導(dǎo)地位的仍是國(guó)外的產(chǎn)品。 本次研究的對(duì)象為轉(zhuǎn)子動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)。根據(jù)這種模型進(jìn)行分析的概念和結(jié)論在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中是最基本的。 壓縮機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體設(shè)計(jì) 壓縮機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖 和圖 所示 (標(biāo)號(hào) 111 表示壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)各主要部件） 圖 壓縮機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)效果圖 1 3 4 5 6 2 8 7 9 10 11 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 壓縮機(jī)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) 10 圖 壓縮機(jī)