文档介绍：航空发动机和旋转机械中振动和共振的控制
D .J. Ewins 伦敦大学帝国学院,英国
关键词: 旋转机械动力学强迫振动共振阻尼坎贝尔图刀片和刀片光碟转子动力不稳定振动
摘要:
本文介绍了涡轮机在遇到振动问题的时的概述,以及其他高速机械。主要问题是共振水平低于动载作用下时可以达到比加载相同的幅度时静态产生的水平高100或1000倍以上。这些共振可能由稳定,无振荡,力正应用到一个旋转盘造成,他们的预测和测量通过在运行条件下观察是机械动力工程师的基本功能.。无论是从空气动力来源还是从转子动力学中,如果遇到不稳定性可能会出现其他问题。在大多数例子中遇到剧烈振动,他们必须被关键部件额外引进的阻尼控制,通常由摩擦装置纳入。视觉显示器的使用有助于理解旋转机械结构中振动的复杂性。
1 简介
当一个结构是由一个动态负载承受,其在变形和应力方面的反应等,可以有更多或者更少比负载是静态时导致的相应反应。在航空发动机,很多时候是指10或100倍,有时甚至1000倍。这个简单的声明解释了为什么结构振动是这样一个问题,这样的燃气涡轮机在高负载的结构元件是关键。
动态负载会产生有议案。因此,所有车辆和机器将在动负荷,而事实上,许多固定的结构,如建筑物,桥梁,化工厂还将体验动载荷,因为他们的机器连接到动态负载,或因通过地面或空中支持和环境负荷围绕着他们。然而,动态负载是特别令人关切,因为这些在机械结构比其他更倾向于含有非常高的能量水平,有了这样的大力和高振动。
2 结构灵敏度和振动模式
也许最重要的问题涉及到大于100次或小于100倍,在尊重评论特定力产生的相应级别。这都大约是因为这是一种急性的敏感性,几乎所有结构都拥有的两件事情:(1)其中一个动力频率施加到结构。(2)它的确切位置被应用。这种特性如图1所示,它显示了一个梁的自由端产生的振动响应是由于一个单位的横向力沿轴的不同点有不同的频率。由此产生的地图显示了在参考点的响应幅度超过了巨大的变化范围。这才是复杂的结构振动,对造成重大损失的可能性基础并避免它的潜力。当然,极高振动的各区域被看成是配合特定的频率,以及这些都是结构的固有频率有问题。所有的'尖锐'极大值在图1发生在两个频率时,而这些都是那个结构的固有频率。与此相反,在极小的情节发生在许多不同的地点,而不是仅仅两点。这是由一个结构性能的第二模态决定的,我们看到这是多么重要的决定对响应级别旁边的普遍理解的更多的意义自然频率。
图1结构敏感性的频率和负载的位置
3在航空发动机的振动问题
在旋转机械中,在所有的结构,振动的不良后果有很多,和范围从最严重的结构失效,通过疲劳或超载,发生故障所需的工作在高振动环境中的设备。乘客不适,经营者或行人,以及噪音。为一阶近似,水平的振动在M或m测量/秒与这四种类型各问题可以是一个数量级,使结构振动水平可引起疲劳破坏可能是预计将超过1000那些能够导致不可接受的噪音。因此,我们看到,本质上是一对数振动的现象。我们在其中必须设法降低10倍的水平,而不仅仅是2,实现有明显改善。
在航空发动机等旋转机械,动态的力量经验丰富的无处不在,所以大部分组件都受到动态负载,使他们震动。其中的一些组件已经非常强调,因为它们的功能或他们的位置在机器,这些,加入振动可能导致严重关切的是早期疲劳损伤可能造成。一般来说,有两种常见的振动问题组:那些与发动机的固定部分相关的是外壳,管道的叶片,和旋转部件,尤其是那些光盘和刀片。第二组往往是更重要因为即使是一个很小的故障后果旋转组件是加剧了外的平衡和中学被碎片所造成的损害被揭去。
4 激震来源
(动态加载)有许多动态加载源(编号激发力量,在振动的说法)在每旋转机械存在。也许最常见的是失去平衡。这是一个持续的力量有效,而不是一个振荡,的旋转相对于静止的发动机外壳的一部分。旋转的这对发动机轴持续的力量是感受到作为外壳随时间变化的力量,在一个频率等于候补高速旋转,因而作为一个动态负载经验。有一种激励的第二个来源,同样常见,更普遍的所谓的'发动机订单也激发来自另一个静态(非振荡)的力量。这台发动机为了激发的必然性结果表明,该气体流通过发动机的逝世是从来没有完全轴对称它的大小。一个是引擎设计实用的功能范围和运作,存在摄入不均匀如轴承支撑的限制,喷嘴导向叶片,燃烧室,等所有结果在轴向流和暂时的强度非均匀围绕环360旱冰的工作气体施加压力。在发动机中的每一个阶段,这对稳定的压力不均匀(负载)的撞击下游刀片行感到作为一个旋转叶片时变负载,因此它生成一个动态,振动,回应。如图fig2所示,这种类型的激励基本特征是:如果有一个环周围的非均匀的压力分布余弦nq组成部分,那么这将被看作是一个动态负载(力),其中有一个女的频率,其中,11是转速,还有另外一个细微之处,其效果非常显着,那就是动