臨界轉速仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
臨界轉速仿真的實例教程
摘 要：針對所確定的轉子，采用SolidWorks軟件進行模擬仿真。結果表明：與仿真結果、高速動平衡試驗結果相比，汽輪機轉子前后軸承測點的臨界轉速都在工程允許的5%的誤差范圍內。汽輪機轉子前后軸承測點的振動變化趨勢與高速動平衡試驗結果基本一致，驗證了仿真模擬方法的正確性，為高速工業汽輪機轉子的快速開發奠定了基礎。
關鍵詞：工業汽輪機;臨界轉速;仿真計算;高速動平衡;
隨著國家“雙碳”政策的逐步落實與實施，節能減排與發展新能源成為最重要的碳減排路線[1,2]。在此背景下，在鋼鐵、化工及電力等領域，具有較高轉速的工業汽輪機作為能量轉換的關鍵設備，將在余熱回收等環節起到極其重要的作用[3,4]。工業汽輪機不但可以代替由電力驅動的壓縮機、泵、引風機等旋轉機械，還可以利用鋼鐵廠、化工廠、電廠等產生的余熱，提高全廠能源利用率，減少碳排放量，進而達到節能減排的目的[5,6,7]。
目前，工業汽輪機的應用場景越來越廣泛。其中，常規工業汽輪機和高背壓工業汽輪機的蒸汽參數差異極大，需要針對不同項目的不同參數進行定制化生產[8];但是，隨著市場競爭的日趨激烈及技術的進步，整個工業汽輪機的制造周期不斷縮短。工業汽輪機從開始設計到產品制造完畢，最短可達6個月，平均生產周期為8～10個月，設計周期從2個月被壓縮到2周左右。這就要求工業汽輪機生產廠家熟知其系列化產品的特性，能夠快速完成針對具體項目的汽輪機產品的開發[9,10]。
筆者以某300 MW機組14 MW給水泵汽輪機轉子為例，分析在設計過程中轉子臨界轉速設置的合理性，并且用現場運行數據進行核算。
1 臨界轉速定義及計算分析
轉子動力學主要是研究具有軸向對稱特征的結構在旋轉過程中的振動行為。轉子的振幅隨轉速的增大而增大，到某一轉速時發生劇烈波動，轉子的振幅達到最大值，該轉速稱為轉子的臨界轉速。
展開 通過幅頻和相頻特性曲線查到振動量值峰位和相位變化率最大點對應的轉速，該轉速為臨界轉速，有時兩者不完全對應，通常把振動量值最大的轉速作為臨界轉速。
臨界轉速確定時應注意以下幾點：
非臨界轉速時的振動量值峰值高于臨界轉速時的振動量值峰值。實際測量中，幅頻特性曲線常出現非臨界轉速下的振動量值峰值高于臨界轉速時的振動量值峰值，如受軸承座共振影響存在非臨界轉速的峰值較大，而此時由于轉子平衡狀態良好，臨界轉速的共振峰較小。這種情況單一通過幅頻特性曲線難于確定真實的臨界轉速值，必須借助于相頻特性曲線，通過相位的變化率進行臨界轉速的確定。
軸振動峰值較多。受其他轉子主振型等因素影響，轉子存在多個軸振動峰值。
這種情況采用軸振動峰值難以準確認定臨界轉速，然而用軸承座垂直方向的振動量值峰值能更好地確定轉子臨界轉速。
過臨界轉速時，升速中相位是增加的，降速中相位是減小的，理論上，過臨界轉速時相位應反轉180°，實際上變化量往往沒有這樣大。如果振動量值特性曲線出現明顯峰位，同時相位約有70°的變化，就可以認定共振峰值對應額定轉速是臨界轉速。
機組受升速率影響，通常升速時間比降速時間要短，因此在降速時測量臨界轉速比升速時更為準確。
注：本文來源于《汽輪發電機組振動診斷技術問答》，郭寶仁、常浩編著，中國電力出版社，在此對兩位旋轉機械工程技術領域的專家表示十分感謝。該著作內容豐富，工程指導性強，小編節選一部分刊載。
來源：DyRoBeS公眾號
展開 轉子動力學ansys仿真流程方法
工程中的回轉機械，如渦輪機、電機等，在運轉時經常由于轉軸的彈性轉子偏心而發生橫向彎曲振動。當轉速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當轉速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉子發生激烈振動的特定轉速稱為臨界轉速。工程師要做的就是查找轉子系統的臨界轉速，從而將系統修改轉速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉速。
要獲取臨界轉速，那么ansys軟件就可以根據模型來計算臨界轉速。理論狀態下轉子系統包括：轉軸、轉軸上的圓盤、兩側軸承以及不平衡的質量，如圖所示。
那么如何進行坎貝爾圖的計算和提取呢？在ANSYS軟件中有三種方法來計算臨界轉速，如下所示：
第一種為梁單元方法，建立一根軸線，不同的位置給定不同的半徑和質量點來計算。
第二種為三維實體方法，建立完整的三維模型，模型是軸對稱模型，所以默認的模型是完全的不偏心的，所以需要添加偏心的質量點。
第三種為ANSYS workbench中新功能，概念模型，建立二維的截面模型來代替三維模型，計算量能夠顯著的減少，加快計算速度，但是結果并沒有差別。
本次流程以第三種方式來展示仿真分析的流程方法，基本操作過程三種近似相同。分析模塊是采用模態分析來進行的。
1.模型的建立
首先要將三維模型進行處理，將三維模型切割，提取中間的截面，如圖所示。
打開workbench中的模態分析模塊，設置對稱選項，如下圖所示。默認的模型不會出現對稱的設置，需要選中model狀態下插入對稱、接觸、遠端點等選項.
設置好之后在對稱目錄下插入General Axisymmetric，該方法是ANSYS獨有的一種簡化方法，可以使用二維平面表示三維物體，簡化計算量.
表示二維軸對稱的操作方式的選項如下圖所示，設置坐標和對稱軸及平面數量。
展開 1. 振型
2. 坎貝爾圖
我用214單元模擬軸承求解轉子系統的臨界轉速，把剛度設置為轉速的函數，但是把命令流輸入之后ANSYS到了求解部分就自動停止，不進行計算。下面是定義table數組和求解部分的命令流，請前輩指點下錯誤出在哪里。
另外，出問題后我查過file.err里面有一個錯誤提示大意是：omegas missing。
/prep7
l0=1.3
omega1=0
omega2=4000
omega3=8000
kxx1=3.2e6
kxx2=3e6
kxx3=3.5e6
kyy1=8e6
kyy2=8.2e6
kyy3=8.6e6
cx=2e-4
cy=1e-3
*dim,kxx,table,3,1,1,omegas
kxx(1,1)=kxx1,kxx2,kxx3
kxx(1,0)=omega1,omega2,omega3
*dim,kyy,table,3,1,1,zhuansu
kxx(1,1)=kyy1,kyy2,kyy3
kxx(1,0)=omega1,omega2,omega3
et,1,185,,2
et,2,214
keyopt,2,3,1
et,3,214
keyopt,3,3,1
et,4,21
r,1
r,2,%kxx%,%kxx%,,,cx,cx
r,3,%kyy%,%kyy%,,,cy,cy
/solu
nmod=10
antype,modal
modopt,qrdamp,nmod,,,on
mxpand,nmod,,,yes
coriolis,on,,,on
*do,i,1,3
omega,,,rotation(i,1)*2*acos(-1)/60
solve
*enddo
finish
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引言
在現代工業和科學研究中，超臨界流體因其獨特的物理性質而備受關注。超臨界工況下的流體兼具氣體和液體的雙重特性，其密度接近液體，而粘度接近氣體，熱物性受溫度和壓力的影響極大，尤其在擬臨界溫度附近，物性變化極為劇烈。這種特性使得超臨界流體在能源、化工、航空航天等領域具有廣泛的應用前景，例如超臨界水、超臨界二氧化碳以及各種超臨界狀態有機工質的研究等。然而，超臨界流體的流動傳熱問題復雜，需要借助先進的模擬仿真工具來實現對其流動傳熱特性的精準分析
關鍵詞：工業汽輪機;臨界轉速;仿真計算;高速動平衡;
隨著國家“雙碳”政策的逐步落實與實施，節能減排與發展新能源成為最重要的碳減排路線[1,2]。在此背景下，在鋼鐵、化工及電力等領域，具有較高轉速的工業汽輪機作為能量轉換的關鍵設備，將在余熱回收等環節起到極其重要的作用[3,4]。
轉子動力學ansys仿真流程方法
工程中的回轉機械，如渦輪機、電機等，在運轉時經常由于轉軸的彈性轉子偏心而發生橫向彎曲振動。當轉速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當轉速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉子發生激烈振動的特定轉速稱為臨界轉速。工程師要做的就是查找轉子系統的臨界轉速，從而將系統修改轉速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉速。
要獲取臨界轉速，那么ansys軟件就可以根據模型來計算臨界轉速
旋轉部件是燃氣渦輪機、渦輪增壓器、泵、壓縮機、發電機和電動機等機器中的重要部件。設計這樣的部件需要研究它的臨界轉速，就是使系統的振幅變得很大的速度，通常會導致故障。這篇文章讓我們通過使用 COMSOL Multiphysics? 軟件創建的轉子軸承系統模擬器，來探討如何找到各種轉子的臨界轉速。
什么是轉子的臨界轉速？
臨界轉速是指轉子的角速度與它的一個固有頻率相匹配。然而，找到靜止轉子的固有頻率還不足以確定臨界轉速
圖 9 BT40 電主軸實物圖與剖切模型仿真圖
圖 10 BT40 電主軸臨界轉速仿真與剛度仿真
圖 11 電機電磁與熱負荷仿真
圖 12 伺服刀塔刀盤加工仿真——粗銑與精銑
圖 13 伺服刀塔刀盤加工仿真——鉆攻端面螺紋孔
綜上所述，超同步股份有限公司智能裝備核心功能部件生產車間通過配置各類智能裝備、采用互聯互通方案、建立大數據信息平臺與協同管理系統
多軸轉子分析與獨立轉子分析基本相同，需要注意的是提前將各轉子的轉動部件用Named selections定義好。 在不同的載荷步，多軸轉子的轉速比可以改變，但轉速隨載荷步為升序。
1. 問題描述
如下圖所示的多軸轉子，轉子1和轉子2位于XZ平面，轉子3與前者不在一個平面中。各轉軸長度和軸徑以及圓盤厚度和半徑等見圖b、圖c，約束與連接如圖a所示。各轉子間的轉速比為1:3:2，各軸承剛度K11均為
各位同行，請教一個問題。 最近在用workbench做航空發動機高壓轉子臨界轉速分析，分析一直卡在這里，之前卡了一晚上我就退出來了，請問這是分析太慢還是我哪里設置錯誤了呀？ 沒有報錯，只有警告
轉子是各種轉動機械中轉動部件的力學通稱。轉子動力學是一門應用性學科，它研究轉子的各種動力學特性和動力學現象，是轉動機械動力學問題的核心內容。主要研究轉子-支承系統在旋轉狀態下的振動、平衡和穩定性的問題，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的橫向振動問題。轉子是渦輪機、電機等旋轉式機械中的主要旋轉部件。
轉子動力學的研究內容主要有以下5個：
臨界轉速
通過臨界轉速的狀態
轉子動力學為固體力學的分支。 主要研究轉子-支承系統在旋轉狀態下的振動、平衡和穩定性問題，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的橫向振動問題。轉子是渦輪機、電機等旋轉式機械中的主要旋轉部件。
運動方程為：
轉子動力學系列（八）：軸對稱實體單元Solid272/Solid273的應用
1.例子
如圖剛性支撐單圓盤轉子，圓盤質量m=20kg，半徑R=120mm，轉軸的跨度l=750mm，
1. 振型
2. 坎貝爾圖
