当前课程知识点:力学与生活 > 第8章 惯性力与陀螺效应 > 8.4 高速旋转机械与陀螺效应 > 8.4.1 高速旋转机械中的陀螺效应
本节工程中常见高速旋转机械故障与陀螺效应的惯性。
大家好 本节我们介绍高速旋转机械
及其陀螺效应
旋转机械呢 通常它是依靠旋转动作完成特定功能的机械
典型的旋转机械有汽轮机
燃气轮机 离心式和轴流式压缩机
风机泵
水轮机等等
广泛的应用于电力 石化 冶金和航空航天等部门
例如 航空母舰就离不开高速旋转机械
我们都可以知道航空母舰是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面舰艇
按照动力可以分为
常规的航母
和核动力航母
但不管是常规航母还是核动力航母
他们都离不开一种非常常见的旋转机械
汽轮机
例如 在核动力航母中
核反应堆产生的热量使得蒸汽发生器
产生高温高压的蒸汽
蒸汽可以分为两路
一路进入汽轮机 带动转子高速旋转
从而驱动发电机发电
另一路则进入另外一台汽轮机
带动转子高速旋转
从而驱动螺旋桨 使得航母航行
这里的汽轮机就是一种非常常见的高速旋转机械
它的转子绕自身的轴线高速旋转
一但转子发生扰动
就会产生陀螺力矩
这里我们所说的转子扰动
一方面呢 是由于转子
在外加载荷作用下发生弯曲
导致变形
另外一方面则由于汽轮机固定在
航空母舰的本体
当航空母舰在航行期间
受到海浪及风的作用的时候
舰艇就会发生扰动
也会产生
陀螺力矩 大家知道我国在核电方面的近十年发展非常的迅速
大家可能听说过我们在十年前
曾经引进美国西屋公司的AP
1000 产品
在引进的基础上实现消化 吸收和再创新
曾于2009年 由科技部支撑了一个关于核主泵的973项目
这个项目呢 在2015年实行滚动的资助
有力地提高了我国在合体主泵方面的
技术水平
在这些旋转机械中转子是最为重要的
大家可以知道在眼见的岭澳四号机组中
其电机转子的重量高达
230吨
我们在国产化的过程中 开发了AP 1400系列产品
可喜的是 我国的东方汽轮机公司自主生产的百万等级汽轮机转子系统
这个转型呢 重188吨
是普通转子的3倍
这样的转子 在高速旋转过程中
陀螺效应
就必须加以考虑
近几年 我国的非常著名的几家气轮机公司 比如说 东汽 哈汽 上汽
那么 在大型的火电汽轮机 核电汽轮机
船用汽轮机
以及重型燃气轮机等方面都做出了非常大的贡献
有力地支持了国家的经济建设和国防的建设
例如哈气呢 在重型燃气轮机的引进 消化 吸收再创新方面
做出了大量的工作
上汽呢 在工业级的实验的方面也做出了许多开创性的工作
陀螺力矩的效应应的陀螺效应的正确认识
对于提高转子系统动力学的精确度
提高基础运行的稳定性
降低故障具有非常重要的意义 历史上曾经发生了
许多这样的一些大型的事故
比如说在1988年2月12日
秦岭发电机厂200M瓦五号汽轮机的
电机组
在实验的时候发生了
轴系断裂的特大事故
轴系共断为13段
主机基本毁坏
事故之后呢 曾经专门组织了事故调查组进行调查
西安交大轴承研究所的专家也参与其中
最终得出结论
该事故主要是由于
油膜振荡所引起的转子湿润
在2013年6月17日 重庆玖龙纸业某汽轮机厂
也发生了严重的事故
转子呢 断成三节
有一节呢 将汽轮机的主厂房打穿飞出
最远的飞到了100多米
汽轮机
以及电机
完全报废
在2015年的6月11号 位于海盐县沈荡镇工业园的
浙江恒洋热电厂有限公司
汽轮机厂房内的二号汽轮机设备发生爆炸
引发厂房发生重大火灾
损失残重
这些严重事故的预防和避免
还有赖于科技工作者对大型旋转机械动力学行为
深入系统
精确的认识
汽轮机中的转子它主要是是由轴
叶片
轴承等部分构成
当汽轮机等高速旋转机械安装在固定基础上时
可以将叶片等部件简化为单圆盘结构
当选择高速旋转时
圆盘位于转子的正中间
则不会发生陀螺力矩
但是呢 绝大多数的旋转机械轴上的零部件
并没有在轴的正中间
这个时候呢 当转子的受到外加载荷产生的弯曲变形时
单元盘绕其自身的轴线高速旋转
并且呢 还会绕着轴承的连线做进动
这个时候呢 根据chailai定理
对于右手定则可以得出陀螺力度的大小和方向
这时 单元盘就会反作用于轴大小相等方向相反的一个力矩
从而给支撑部件主要是滑动轴承产生巨大的动反力
严重影响轴承的正常使用寿命
甚至造成
高速旋转机械的失效
那么 当高速旋转机械安装到移动基础上的时候
立柱安装到船上的时候
除了要考虑我们刚才所说的由于轴变形所引起的陀螺力矩之外
还必须要考虑外界
例如波浪
风等船体造成的扰动
这些扰动对高速旋转机械的转子系统
也会产生陀螺力矩
从而对支撑部件产生较大的动反力
针对船体等移动平台
对高速旋转机械的振动特性的影响
引起了许多工作者的兴趣
例如在论文
舰船纵横倾作用下转子轴承系统动力学研究中
就分析了船体
横摇和纵摇
对转子轴心轨迹的影响
由此可见 实际上陀螺力矩对高速旋转机械的动力学行为具有非常重要的影响
需要加以考虑
本节简要地介绍了高速旋转机械
以及
呃 他的投入差距的产生原因和影响
希望能够有助于提高大家对高速旋转机械动力学行为的认识
谢谢大家
-1.1课程介绍
--1.1.2课程介绍测验
-1.2力学简史
--1.2.2力学简史测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-2.1亚里士多德
--2.1.2 亚里士多德测试
-2.2阿基米德
--2.2.2 阿基米德测试
-2.3达·芬奇
--2.3.2 达·芬奇测试
-2.4 伽利略
--2.4.2 伽利略测试
-2.5 牛顿
--2.5.1 牛顿
--2.5.2 牛顿测试
-2.6 不完美的牛顿(1)
--2.6.2 不完美的牛顿(1)测试
-2.7 不完美的牛顿(2)
--2.7.2 不完美的牛顿(2)测试
-2.8 不完美的牛顿(3)
--2.8.2 不完美的牛顿(3)测试
-2.9 不完美的牛顿(4)
-2.10 爱因斯坦
--2.10.2 爱因斯坦测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-3.1 科学与技术
--3.1.2 科学与技术测试
-3.2历史的启迪
--3.2.2 历史的启迪测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-4.1 莱特兄弟(上)
--4.1.3 莱特兄弟测试
-4.2 运动中采集活力
--4.2.2 运动中采集活力测试
-4.3 运动的相对性原理
--4.3.2 运动的相对性原理测试
-4.4 流体阻力
--4.4.2 流体阻力测试
-4.5 飞机的升力
--4.5.2 飞机的升力测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-5.1 固定翼飞机的组成
--5.1.2 飞机的组成测试
-5.2 飞机的飞行姿态控制
--5.2.2 飞行姿态测试
-5.3 机翼(1)
--5.3.2 机翼(1)测试
-5.4 机翼(2)
--5.4.2 机翼(2)测试
-5.5 机翼(3)
--5.5.2 机翼(3)测试
-5.6 鸟撞
--5.6.1 鸟撞
--5.6.2 鸟撞测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-6.1 碰撞基本原理
--6.1.2 碰撞基本原理测试
--撞西瓜1
--撞椰子2
-6.2 安全带
--6.2.2 安全带测试
--安全带(1)
--15公里碰撞2
--冲击力3
--有安全带实验5
-6.3 安全气囊
--6.3.2 安全气囊测试
--《原来如此》-3
--汽车安全气囊6
-6.4 公路桥梁的坍塌
--6.4.2 公路桥梁的坍塌测试
-6.5 安全玻璃简介
--6.5.2 安全玻璃测试
-6.6 如何打碎车窗玻璃
--6.6.2 如何打碎玻璃测试
--《原来如此》22
-6.7 逃出落水车
--6.7.2 逃出落水车测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-讨论四
-7.1 桥梁的发展历程(1)
--7.1.2 桥梁的发展历程(1)测试
-7.2 桥梁的发展历程(2)
--7.2.2 桥梁的发展历程(2)测试
-7.3 压杆稳定——魁北克大桥
--7.3.2 压杆稳定测试
-7.4 弯矩与福斯桥
--7.4.2 弯矩与福斯桥测试
-7.5 那些匪夷所思的桥梁
--7.5.2 那些匪夷所思的桥梁测试
-7.6 港珠澳大桥——细数中国桥梁之最
--7.6.2 港珠澳大桥测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-8.1 科氏惯性力与物体运动(1)
--8.1.2 科氏惯性力与物体运动(1)测试
-8.2 科氏惯性力与物体运动(2)
--8.2.2 科氏惯性力与物体运动(2)测试
-8.3 陀螺与惯性导航
--8.3.2 陀螺与惯性导航测试
-8.4 高速旋转机械与陀螺效应
--8.4.2 高速旋转机械中的陀螺效应测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-9.1 乒乓球的跳舞
--9.1.2 乒乓球的跳舞测试
--高压锅漂鸡蛋10
--乒乓球跳舞 45
--乒乓球跳舞2 4
-9.2 音乐喷泉
--9.2.2 音乐喷泉测试
--多级液压缸
--西湖音乐喷泉2
-9.3 金属(气流)切割
--9.3.2 金属(气流)切割测试
--20火焰切割12
-9.4 射流的应用
--9.4.2 射流的应用测试
--水刀切割
--合引水拉沙00
--引水拉沙(3)
-9.5 气体保护焊
--9.5.2 气体保护焊测试
--电弧焊(3)
-9.6 水下焊接与切割
--9.6.2 水下焊接与切割测试
--水下切割37
-讨论一
-讨论二
-讨论三