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涡桨发动机转子故障分析

作　者: 王彦权
导　师: 张文平；李平
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 动力工程
关键词: 转子故障传递矩阵法不平衡响应
分类号: TK407
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文针对某型发动机压气机转子故障，利用转子动力学理论对故障进行了系统研究，对故障的原因及过程做了详细地分析，最后给出工程上切实可行的排故措施。该型发动机是在前苏联АИ—24发动机基础上经改进设计而成。该型发动机现在已生产了近550台，自投入批生产以来先后发生70多起压气机转子故障。从发生故障时发动机的转速、转子的损伤形态、冷起动与热起动、新发动机与翻修发动机以及厂内台架试车与外场使用等几个方面的特点来看，故障具有明显的规律性而这些表现规律又与发动机转子的动力特性有关，所以对故障进行分析研究首先从转子动力特性分析入手。本文用传递矩阵法计算了该型发动机转子的临界转速以及转子的热弯曲响应和不平衡响应，在此基础上对压气机转子故障的原因和过程进行了分析。经过系统地分析和论述后得出结论：该型发动机压气机转子故障是因转子和静子碰磨引起的压气机转子逆向进动失稳。根据这个结论所有能够引起压气机转子和静子接触碰磨的因素都是导致故障发生的原因，这些原因在工程实际上是多种多样且相互关联的。根据该型发动机的结构特点和工艺特点，对转子热弯曲、转子不平衡量、转静子装配不同心、弹性支承刚度等几种主要因素进行了深入细致地分析。压气机转子热弯曲作为故障的一个主要因素，在对其进行理论分析的基础上又对两台进行工厂台架试车的发动机压气机机匣上、下表面的温度差做了实际试验测量。试验结果证明在发动机停车后，确实存在因压气机上、下部位冷却速度不同而引起的转子热弯曲。此后用有限元法对转子热弯曲变形进行了计算，得出转子的热弯曲变形挠度。在对故障原因和过程进行分析后，给出了防止转子发生热弯曲、减小转子不平衡量、确保装配时压气机转子和静子良好同心、修复变形的压气机机匣、改善转子弹性支承特性等避免故障发生的措施。这些措施是基于对发动机本体结构不做大的改动前提条件下的有效措施，所以措施在工程上是切实可行的，具有很强的实用价值。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 有关转子碰磨的研究现状  12-14
  1.3 本文主要内容  14-16
第2章转子动力特性分析的理论和方法  16-50
  2.1 传递矩阵法  16-34
    2.1.1 建立力学模型  17-18
    2.1.2 转子质量离散化  18-21
    2.1.3 计算过程  21-34
  2.2 不平衡响应计算方法  34-39
  2.3 弯曲转子动力学特点  39-43
  2.4 转子磨擦失稳理论  43-49
    2.4.1 单盘转子失稳理论  44-47
    2.4.2 多盘转子失稳理论  47-49
  2.5 本章小结  49-50
第3章故障发动机转子动力特性分析  50-67
  3.1 发动机转子结构简介  50-51
  3.2 临界转速和振型  51-55
    3.2.1 计算模型及数据  51-52
    3.2.2 临界转速和振型  52-55
  3.3 热弯曲响应  55-60
    3.3.1 转子热弯曲试验测定  55-56
    3.3.2 转子热弯曲变形挠度计算  56-57
    3.3.3 转子热弯曲响应  57-60
  3.4 不平衡响应  60-63
  3.5 计算结果分析  63-64
  3.6 本章小结  64-67
第4章转子故障分析和采取的措施  67-82
  4.1 故障原因初步分析  67-68
  4.2 故障过程分析  68-70
  4.3 故障原因分析  70-77
    4.3.1 转子热弯曲  70-73
      4.3.1.1 转子热弯曲的形成  70-72
      4.3.1.2 转子热弯曲的影响  72-73
    4.3.2 转子不平衡  73-74
    4.3.3 转静子不同心及机匣变形  74-75
    4.3.4 弹性衬套刚度  75-77
  4.4 避免故障发生的措施  77-81
  4.5 本章小结  81-82
结论  82-83
参考文献  83-85
攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86-87
个人简历  87

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