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转子

/rotor/
条目作者虞和济撰韩勤锴修订
条目作者虞和济撰

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韩勤锴修订

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最后更新 2023-01-10
浏览 300
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某些动力机械和工作机械中的主要旋转部件。

英文名称
rotor
所属学科
机械工程

型的转子有透平机械转子、电机转子、各种泵的转子和透平压缩机的转子等。

转子在某些特定的转速下转动时会发生很大的变形并引起共振,引起共振时的特定转速称为转子的临界转速。当转子转速在临界转速的一定范围之外时,运转就趋于平稳。工作转速低于第一阶临界转速的转子称为刚性转子,大于第一阶临界转速的转子称为柔性转子。

转子平衡分为静平衡和动平衡两种。静平衡主要用于平衡盘形转子的惯性力。动平衡分为刚性转子动平衡和柔性转子动平衡。刚性转子的动平衡是平衡惯性力和惯性力偶,消除转子在弹性支承上的振动。柔性转子的动平衡是以弹性轴横振动理论为基础,先在第一阶临界转速附近平衡第一阶不平衡谐分量,然后再依次逐阶进行平衡,平衡面的数目和位置根据振型选择。由于转子的不平衡是旋转机械最主要的激励源,因此转子的平衡是关系到转子平稳运行的关键,其目标是减少转子挠曲、减少振动和轴承动反力。常用的平衡方法有模态平衡法、影响系数法和混合法。在实际现场中,如何通过最少的运转次数和配重数达到平衡的目的,需要根据实际情况灵活应用不同方法。尽管如此,上述方法仍有局限性,如必须停机才能试重,而大型旋转机械每次启动状态都不一样,加之仪器设备的测量误差,使平衡校正难以达到精确水平。因此,为了避免上述局限性,实现旋转机械转子的在线自动平衡是当前发展的趋势。

转子抵抗破坏的能力称为转子的强度,它取决于转子的形状、尺寸、材料、加工方法、工作环境和载荷性质。转速恒定的发电机转子在恒定应力作用下抵抗破坏的能力称为转子的静强度。转速经常变化的工业燃气轮机转子在循环应力作用下抵抗疲劳破坏的能力称为转子的疲劳强度。燃气轮机长期在高温下运转时,其转子在恒定温度和恒定应力作用下抵抗蠕变变形的能力,称为转子的蠕变强度。

由于制造中的误差,转子各微段的质心一般对回转轴线有微小偏离。转子旋转时,由上述偏离造成的离心力会使转子产生横向振动。当通过临界转速时,横向振动达到峰值,转子出现共振。滑动轴承支承的转子还会出现油膜振荡引起的自激振动,某些工况下转子振动较为剧烈,处于失稳状态。此外,密封流体、材料内阻、转子内腔充液、非对称转轴、干摩擦碰摩等因素也可引起转子振动失稳。通常情况下,振动对转子疲劳寿命有害,需要对高速转子的振动进行有效控制。首先,应尽量使转子的工作转速远离临界转速,并能平稳地通过低阶临界转速;其次,应使转子在整个工作转速范围内对不平衡的敏感度尽可能地小;再次,应使转子的受扰瞬态响应尽快衰减,以免出现失稳。转子振动控制主要包括被动和主动控制两大类。转子系统振动的被动控制主要是通过改变支承的材料或结构,或者附加阻尼器,来改变支承刚度,增加阻尼,以减小转子的振动。工程中主要采用弹性支承和挤压油膜阻尼器来降低转子不平衡力所造成的振动。转子振动主动控制,通过将控制力施加于轴承座上,或通过轴承施加于转子上,以抑制转子的振动响应。常见的主动控制手段有:电磁轴承,压电作动器,记忆合金作动器,主动可倾瓦轴承,主动油膜(挤压油膜)轴承以及电/磁流变阻尼器等。

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