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机械学院
转子轴承系统动力学分析软件X-RBAS
来源: 日期:2014年10月21日 09:33 点击数:


项目名称:转子轴承系统动力学分析软件X-RBAS

负责人: 刘恒 景敏卿 刘意 李猛 樊红卫

所在院系: 机械学院

联系电话: 029-82669149
    E-mail:hengliu@mail.xjtu.edu.cn

项目介绍:

软件功能特点简介

X-RBAS(a professional Rotor-Bearing Analysis Software developed by Xi'an Jiaotong University)系列软件集成了传统的一维转子轴承系统和新开发的三维转子轴承系统动力学计算程序,添加了各种滑动轴承动力学模块,可分析转子轴承系统的各种线性、非线性动力学行为,三维转子系统分析模块还能得到转子全自由度的非线性动应力响应。该系列软件具有功能全,精度高,可操作性强等特点,可适用于各类整体转子及复杂组合转子轴承系统的动力分析及设计,特别需要指出的是该软件已经在F级重型燃气轮机中取得了较好的应用效果。

软件组成简介

(1)一维转子轴承系统分析模块

对于如图l所示的周向盘式拉杆转子轴承系统,其结构包含了拉杆、接触界面、径向轴承及推力轴承等。一维转子轴承系统分析模块能够将这些结构分别进行建模并总体组装,然后对其进行线性和非线性动力学分析,结果包括稳态响应、分叉规律及转速振幅图等。一维分析模块功能全,可操作性强而且计算精度高,并且在SAMSEF等商业软件的基础上添加了拉杵、接触界面等具有很强应用特点的模块,能够为复杂组合转子的设计提供方便的技术支持。

(a)组合转子

(b)拉杆 (c)接触界面 (d)径向轴承 (e)推力轴承

图1一维周向盘式拉杆组合转子及其动力学模块

(a)稳态轴心轨迹 (b)系统分叉规律 (c)转速振幅曲线

图2 X-RBAS一维分析模块的非线性分析结果

(2)三维转子轴承系统分析模块

三维分析模块在SAMSEF等商业软件的基础上,实现了高自由度系统的非线性稳定性判别,并能够通过追踪稳态解得到复杂轴承转子系统的分叉规律。该模块还能够在得到三维转子非线性动力响应的同时计算自身的动态应力分布,将转子的动力和应力特性有机的结合起来,实现三维转子的动力、应力综合分析,为复杂转子的动力设计和疲劳寿命估计提供有效的技术支持。

(a)三维周向盘式拉杆转子模型(1 0万自由度) (b)三维接触界面分析模型

(c)稳态轴心轨迹 (d)同时给出动力响应和动态应力

图3 X-RBAS三维分析模块的非线性分析结果

系统代号说明

目前,本课题组已经完成对滑动轴承支承的转子系统各个功能模块的集成,并添加了较为简单实用的滚动轴承动力学模块,为各类整体转子及组合转子的动力设计、分析及校核提供有效支持。

应用实例推介

某F级重型燃气轮机由压气端、连接段和透平端三部务组成。在装配过程中,每一部分都由12根周向均匀分布的拉杆连接而成,由此形成了多种接触界面。根据重燃转子分布预紧装配的应力分布状态,利用X-RBAS中的三维转子分析模块建立了含有接触界面的重燃三维动力学模型,然后获得该复杂转子的线性、非线性动力、应力响应结果(图4),与实测值有较好的一致性。

(a)重型燃气轮机转子模型(136万自由度) (b)重型燃气轮机非线性动力、应力响应

一阶弯曲频率18.4Hz(与实测相差3%) 二阶弯曲频率45.4Hz(与实测相差5%)

三阶弯曲频率56.5Hz(与实测相差2%)

(c)重型燃气轮机线性分析结果

图4 X-RBAS在重型燃气轮机中的应用

技术服务指南

西安交通大学机械工程学院机械电子及信息系统研究所(简称IMIS所)长期致力于高端旋转机械的设计、研究、开发与试验,主要集中于燃气轮机、汽轮机、磁悬浮装置、电机(包括传统电机、轮彀电机、微型电机、大型电机等)、非标电磁装置(电磁轴承、磁悬浮平台、电磁平衡头等)、各类轴承(滑动、滚动、气体、混合等)的研究,同时开展机电设备运行状态的动态监测(转子振动、机壳振动、刀具颤振、转速监测、温升测试、声发射测试、功率测试等)、各类离线检洌(滚动轴承出厂质量检测、机械结合面接触刚度测试、滚动轴承润滑油膜检测等)技术的研究。近年来,本研究所不断探索自主先进技术的工程应用及其原型机开发,先后研发了转子轴承系统动力学分析软件、电磁式转子在线自动动平衡系统、车载可重构监测单元、特种用途异型电主轴监控系统、电主轴综合性能研究平台等产品原型机。

欢迎国内各相关企事业单位进行课题合作与技术洽谈!

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