先进燃气轮机设计制造基础专著系列：轴承转子系统动力学：应用篇（下册） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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虞烈，刘恒，王为民 著，王铁军 编

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• 燃气轮机
• 轴承
• 转子动力学
• 机械工程
• 动力学
• 振动
• 故障诊断
• 设计
• 制造
• 应用

出版社： 西安交通大学出版社

ISBN：9787560594323

版次：1

商品编码：12237452

包装：精装

丛书名： 先进燃气轮机设计制造基础专著系列

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：344

字数：465000

正文语种：中文

内容简介

　　《先进燃气轮机设计制造基础专著系列：轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》较为系统地介绍了轴承转于系统动力学的基础理论、分析方法及其在工程中的应用案例，分为基础篇和应用篇上、下两册。基础篇主要内容是关于轴承转子系统动力学基础理论与分析方法的介绍；应用篇则主要涵盖了对于三大类机组亦即多平行轴压缩机机组、大型汽轮发电机组以及重型燃气轮机组合转子系统动力学的研究进展。
　　《先进燃气轮机设计制造基础专著系列：轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》可作为高等院校机械、力学类教材使用，也可供从事轴承转子系统动力学研究的专业工程技术人员参考。

内页插图

目录

第9章 复杂转子系统的固有振动和强迫振动响应
9．1 轴承转子系统的固有振动分析
9．1．1 邓柯莱法
9．1．2 经典瑞利法
9．1．3 复模态分析及广义瑞利法
9．1．4 广义逆迭代法
9．2 转子系统的灵敏度分析
9．3 转子系统强迫振动响应求解方法
9．3．1 振型叠加法
9．3．2 直接求解法
9．3．3 传递矩阵法
9．4 可倾瓦轴承支承的单跨多质量转子系统
9．4．1 系统稳定性分析
9．4．2 系统灵敏度分析
参考文献

第10章 齿轮传动的多平行轴转子系统
10．1 齿轮传动的平行轴系统的一般处理方法
10．1．1 齿轮耦合模型
10．1．2 多圆盘转子的扭转振动
10．1．3 转子的弯扭复合振动
10．2 齿轮耦合的两平行轴转子系统
10．2．1 小扰动下的齿轮耦合几何关系
10．2．2 齿轮啮合过程中的力、力矩增量
10．2．3 两平行轴转子系统的动力学方程
10．3 齿轮耦合的多平行轴系统动力学分析
10．3．1 多平行轴系统的模态分析
10．3．2 多平行轴系统的强迫振动响应
参考文献

第11章 大型汽轮发电机组轴系动力学分析
11．1 大型汽轮发电机组轴系结构
11．2 多支承轴系动力学分析
11．2．1 多支承轴系的负荷分配
11．2．2 油膜刚度和阻尼对转子临界转速的影响
11．2．3 单跨转子系统的稳定性
11．2．4 多跨转子间的耦合效应
11．3 联轴器的耦合效应
11．3．1 联轴器结构与力学模型
11．3．2 刚性联轴器的耦合效应
11．3．3 联轴器连接刚度的影响
11．4 径向滑动轴承对于轴系稳定性的贡献评估
11．5 不同轴承对于轴系稳定性的影响
参考文献

第12章 重型燃气轮机组合转子中接触界面的力传递机制
12．1 引言
12．1．1 重型燃气轮机发展概况
12．1．2 重型燃气轮机轴承转子系统研究的相关问题
12．2 接触界面力传递模型评述
12．3 组合转子预紧饱和状态下力传递特性的精确表达
参考文献

第13章 组合转子预紧饱和状态下的基本解系和普适性动力学分析方法
13．1 预紧组合转子研究评述
13．2 分段预紧组合转子的挠曲变形方程
13．3 分段预紧组合转子中的力传递机制与基本解系
13．4 预紧拉杆的固有频率计算
13．5 分段预紧组合转子动力学分析的普适性方法
13．5．1 无预紧轴段质点的运动方程
13．5．2 预紧轴段质点的运动方程
参考文献

第14章 重型燃气轮机组合转子系统的结构强度分析与设计准则
14．1 引言
14．2 组合转子的三维动力学建模
14．3 重型燃气轮机组合转子结构强度与安全裕度选择
14．3．1 组合转子最大Von Mises应力与安全裕度
14．3．2 拉杆结构最大Von Mises应力与安全裕度
14．3．3 关于重型燃气轮机接触界面“100％接触”的诠释
14．4 重型燃气轮机轴承转子系统设计准则
14．4．1 组合转子接触界面设计准则
14．4．2 组合转子动力学设计准则
14．5 重型燃气轮机转子的轴承设计
14．5．1 固定瓦可倾瓦轴承和动态性能表征
14．5．2 重型燃气轮机转子系统柔性支承设计准则
参考文献

第15章 重型燃气轮机转子系统动力学实验研究
15．1 基于支承刚度可变的油膜动特性参数辨识
15．2 轴承摆架子系统的结构参数估计与振动模态分析
15．2．1 轴承摆架子系统结构参数的数值计算
15．2．2 轴承摆架子系统的动力学仿真
15．2．3 轴承摆架子系统的结构参数测量
15．2．4 摆架系统结构参数辨识结果的比较与讨论
15．3 基于高速动平衡机的重型燃气轮机轴承轴系全尺寸实验
15．3．1 全尺寸轴承油膜动特性系数辨识
15．3．2 重型燃气轮机全尺寸轴系动力学性能实验
15．3．3 重型燃气轮机机组动力学性能的在线测试
参考文献

第16章 轴承转子系统的非线性动力学分析
16．1 概述
16．1．1 轴承转子非线性动力系统的一般表述
16．1．2 轴承转子非线性动力系统的主要研究内容
16．1．3 非线性动力系统研究的一般方法
16．2 非线性动力系统的稳定性、分岔理论
16．2．1 庞加莱映射
16．2．2 非线性动力系统稳定性分析的一般方法
16．2．3 非线性动力系统平衡点解的霍普夫分岔理论
16．2．4 非线性动力系统稳态周期解的稳定性分岔理论
16．2．5 非线性动力系统的伪周期解及混沌解
16．3 轴承转子非线性动力系统稳定性、分岔问题的数值分析方法
16．3．1 轴承转子系统平衡点解的预测追踪算法
16．3．2 轴承转子系统周期解的预测追踪算法
16．4 非线性动力系统的全局稳定性及其数值分析方法
16．4．1 胞映射方法
16．4．2 全局稳定性分析的数值方法——庞加莱型胞映射法
16．5 轴承转子系统非线性动力分析实例
16．5．1 刚性轴承转子系统的运动方程
16．5．2 平衡轴承转子系统平衡点解的霍普夫分岔
16．5．3 平衡轴承转子系统周期解的稳定性分岔分析
16．5．4 不平衡轴承转子系统同步周期解的稳定性分岔规律
16．5．5 平衡轴承转子系统自激振动的全局性态分析
16．5．6 不平衡轴承转子系统的全局性态分析
16．5．7 小结
参考文献

索引

前言/序言

　　旋转机械在能源电力、交通、石油化工、军工生产及空间技术中占有极其重要的地位，也是国民经济支柱产业的关键高端装备。
　　有别于其他工程机械的最大特点是：在旋转机械中，转子与其他不动件之间是依赖小间隙约束而构成完整系统的。机组的失效也总是最先表现在这类小间隙约束的破坏与失效方面，而机组振动则是导致小间隙约束破坏的直接原因。因此在旋转机械发展的整个历史进程中，如何保证转子系统在小间隙约束条件下具有优良的动力学品质这一命题始终是学术界和工程界关注的焦点。轴承转子系统动力学就是这样一门研究在各种小间隙激励因素作用下转子系统动力学行为的科学。
　　本书是在参阅了国内外大量研究文献，以及总结我和我的同事们在本领域内数十年科学研究成果的基础上完成的。全书内容一部分是在2001年出版的同名研究生教材基础上修改而成的；增加和扩展部分则总结了作者在本领域内十余年来新的研究成果。与2001年出版的同名教材相比，在内容深度和广度上都大为拓展了。
　　全书共16章，分为基础篇（上册）和应用篇（下册）。基础篇主要内容是关于轴承转子系统动力学基础理论、分析方法的介绍；应用篇则主要涵盖了对于三大类机组亦即多平行轴压缩机机组、大型汽轮发电机组以及重型燃气轮机组合转子系统动力学的研究进展。书中第6、第16章由刘恒教授撰写；第3、第12～14章由王为民博士撰写；第4、第10、第15章分别取材于贾妍博士、李明博士和张明书博士的博士论文；其余章节以及全书的定稿由虞烈完成。
　　贯穿本书的主导思想是：与单一零部件相比，旋转机械的动力学行为在更大程度上取决于系统，这里所说的系统是指包括转子、支承、密封等在内的集成；另外一个需要充分关注的是关于系统的复杂性研究和非线性研究，随着现代机电系统的日趋复杂化，它们将成为二十一世纪科学研究的重要内容。
　　自然界的规律是客观存在的。同样，知识也是有生命的——人类在认识自然规律过程中以往所获得的正确认知，岁月的更替令它们常新不再，但并不消亡。这些知识作为人类文明的一部分被传承下去，并随着科学技术的进步不断地深化、丰富与发展，永无穷尽。这也许正是广大科学工作者愿意为之奉献毕生的真正动力与原因。
　　特别感谢国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金历年来所给予的资助。特别感谢国家科学技术学术著作出版基金委员会对本书出版的资助。
　　特别感谢景敏卿教授、周健高级工程师、孙岩桦副教授、耿海鹏博士、戚社苗博士、李辉光博士、杨利花副教授和研究所同仁在工作中所给予的长期支持和帮助。
　　感谢所有曾经与我共同工作过的硕士和博士们，他们的聪明才智和卓有成效的工作令我受益良多。
　　感谢所有的朋友与亲人们！
　　因学识有限，谬误难免，尚望大家不吝赐教。

《先进燃气轮机设计制造基础专著系列：轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》 概述 《先进燃气轮机设计制造基础专著系列：轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》作为该系列专著的组成部分，聚焦于现代燃气轮机设计与制造领域中至关重要的轴承转子系统动力学问题，并深入探讨其在实际工程应用中的解决方案和前沿技术。本书在“应用篇”的框架下，以前册为基础，更加侧重于将轴承转子系统动力学的理论知识转化为解决复杂工程问题的实际方法和先进技术。全书旨在为燃气轮机设计工程师、研发人员、以及相关领域的科研工作者提供一套系统、深入且极具实践指导意义的参考。 内容聚焦与结构安排 本书的结构紧密围绕轴承转子系统动力学在先进燃气轮机中的实际应用展开，力求全面覆盖设计、分析、试验、诊断以及优化等各个环节。其内容安排旨在引导读者从理论走向实践，理解并掌握如何应对燃气轮机在高速、高温、高压等极端工况下，轴承转子系统所面临的挑战。 第一部分：先进轴承设计与应用 本部分将深入剖析各种先进轴承类型在燃气轮机中的应用，包括但不限于： 流体动压轴承（Hydrodynamic Bearings）： 详细阐述不同几何形状（如径向滑动轴承、推力轴承、三瓣轴承、锥形轴承等）的设计理论、流体动力学特性以及在不同转速、载荷下的性能表现。重点分析薄膜特性、油膜刚度和阻尼的计算方法，以及如何通过优化轴承结构参数以提高承载能力、抑制振动并降低功率损失。将结合实际案例，探讨流体动压轴承在不同燃气轮机部件（如压气机、涡轮、齿轮箱）中的具体应用，以及针对高温、高载荷等工况的特殊设计考量。 气体轴承（Gas Bearings）： 重点介绍气体动压轴承和气体静压轴承在燃气轮机中的独特优势，尤其是在高温、低粘度润滑剂（如空气）条件下的应用。详细讲解气体轴承的流体动力学理论，包括气膜的压缩性效应，以及如何分析和预测其刚度、阻尼特性。讨论气体轴承在小型燃气轮机、涡轮增压器等应用中的设计要点，以及如何克服气膜漏气、启动性能等挑战。 动压轴承（Journal Bearings）与推力轴承（Thrust Bearings）的组合应用： 分析燃气轮机复杂转子系统中的径向与轴向载荷共同作用情况，探讨如何设计和匹配动压轴承与推力轴承，以实现整体转子系统的稳定运行。重点研究多点支撑、柔性轴承座等结构对轴承系统性能的影响。 先进润滑技术与材料： 探讨用于高温、高转速环境的特种润滑剂（如合成润滑油、固体润滑剂）及其在轴承设计中的应用。分析高性能轴承材料（如陶瓷、复合材料）的特性，以及它们如何提升轴承的耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性，从而延长轴承寿命并提高转子系统可靠性。 第二部分：转子系统动力学分析与建模 本部分将聚焦于转子系统整体动力学行为的精确建模与分析，为理解和预测系统响应奠定基础： 转子系统动力学模型建立： 介绍多种转子系统动力学建模方法，包括有限元法（FEM）、集中质量法（Lumped Mass Method）以及连续体模型（Continuous Body Models）。详细讲解如何将轴承、转子、齿轮、盘片等部件的特性集成到整体转子动力学模型中。重点关注建模过程中需要考虑的关键因素，如轴承的非线性特性（油膜力）、转子的不平衡、轴的弯曲、齿轮的啮合效应以及不同转速下的刚度与阻尼变化。 模态分析与临界转速计算： 深入阐述转子系统的固有频率（模态）和临界转速（临界速度）的计算方法。分析临界转速的物理意义，以及它与转子系统刚度、质量分布及轴承特性的关系。探讨如何通过优化设计参数（如转子刚度、轴承刚度）来规避或推移临界转速，确保转子系统在运行转速范围内平稳无振动。 不平衡响应分析： 详细讲解转子系统在存在不平衡质量时的响应分析。分析不平衡引起的激振力，以及转子系统在不同转速下的幅频响应。介绍平衡技术（如单平面平衡、双平面平衡）在现场和制造过程中的应用，以及如何利用不平衡响应分析来诊断转子系统的故障。 碰摩与失速分析： 深入探讨转子系统发生碰摩（Rotor-Stator Contact）的现象及其动力学后果，包括振动加剧、功率损失和部件损坏。分析不同类型的碰摩（如转子与壳体碰摩、转子与密封碰摩）的机理，以及如何通过调整间隙、优化结构设计来预防碰摩。针对燃气轮机特有的失速（Stall）现象，分析其与转子动力学的相互作用，以及可能引起的极端振动。 轴承与转子系统的耦合动力学： 重点研究轴承的非线性油膜力（刚度和阻尼）对整个转子系统动力学行为的影响。分析油膜力的非线性特性如何导致更复杂的振动模式，如涡动（Whirl）和振荡（Oscillation）。介绍数值仿真技术，用于求解轴承-转子耦合系统的非线性动力学方程，并预测系统的稳定性。 第三部分：先进分析与试验技术 本部分将介绍用于理解和评估轴承转子系统性能的先进分析手段和试验方法： 数值仿真与多物理场耦合分析： 介绍先进的计算流体动力学（CFD）与有限元分析（FEA）耦合方法，用于精确预测轴承流体动力学性能，并将其反馈到转子动力学模型中。探讨热-力-流耦合分析，以考虑高温对材料性能和轴承间隙的影响。介绍接触力学分析，用于模拟转子与密封、叶片等部件的潜在接触。 转子动力学试验技术： 详细介绍转子系统动力学特性的试验测试方法，包括临界转速测试、平衡试验、振动信号测量与分析。介绍各种传感器（如加速度计、位移传感器、转速传感器）的应用，以及数据采集与处理系统的配置。重点关注在线监测系统（OMS）在运行状态下的数据采集与实时分析。 故障诊断与状态监测： 深入探讨基于振动分析的转子系统故障诊断技术，包括不平衡、不对中、轴承损坏、齿轮故障等常见故障的识别方法。介绍先进的信号处理技术，如FFT、小波分析、时域-频域分析等，用于提取故障特征。强调状态监测（Condition Monitoring）在预防性维护和提高燃气轮机可靠性中的作用。 可靠性工程与寿命预测： 讨论轴承转子系统在设计和运行过程中的可靠性工程考量。介绍基于损伤累积模型（Damage Accumulation Models）和概率论的寿命预测方法，以评估轴承和转子部件的剩余寿命。分析设计裕度（Design Margin）和安全系数（Safety Factor）在可靠性设计中的重要性。 第四部分：前沿技术与发展趋势 本部分将展望轴承转子系统动力学在燃气轮机领域的前沿技术和未来发展方向： 智能轴承与自适应控制： 探讨智能轴承（Smart Bearings）的概念，即集成传感器、执行器和微处理器的轴承，能够实时监测自身状态，并根据工况进行自适应调整。研究主动阻尼与主动支撑技术，以进一步抑制振动和提高系统稳定性。 新型轴承技术： 介绍和展望下一代轴承技术，如磁力轴承（Magnetic Bearings）在高温、超高速应用中的潜力，以及在能源效率方面的优势。探讨微机电系统（MEMS）在轴承技术中的应用可能性。 数字化孪生与虚拟测试： 讨论构建燃气轮机轴承转子系统的数字化孪生（Digital Twin），实现对物理系统的实时映射和预测。重点介绍利用虚拟测试（Virtual Testing）来加速设计迭代、降低试验成本，并全面评估系统在各种极端工况下的性能。 先进制造技术在轴承转子系统中的应用： 探讨增材制造（3D打印）、精密加工等先进制造技术如何为设计复杂几何形状的轴承、制造高性能转子部件提供可能，从而进一步提升燃气轮机性能。 目标读者 本书适用于： 燃气轮机设计与研发工程师： 掌握先进轴承设计、转子动力学建模与分析，为高性能、高可靠性燃气轮机设计提供技术支持。 航空发动机和工业燃气轮机领域的科研人员： 深入了解轴承转子系统动力学的最新研究进展和理论方法。 设备运维与故障诊断工程师： 提升对转子系统运行状态的理解，掌握先进的故障诊断与状态监测技术。 高等院校机械工程、动力工程及相关专业的师生： 作为一本系统深入的教材或参考书，为学生提供扎实的理论基础和工程实践指导。 结论 《先进燃气轮机设计制造基础专著系列：轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》通过对轴承设计、转子动力学建模、分析方法、试验技术以及前沿趋势的全面而深入的探讨，为读者构建了一个完整、系统的轴承转子系统动力学知识体系。本书不仅强调理论的严谨性，更注重其实际应用价值，旨在赋能读者解决燃气轮机设计与运行中的实际挑战，推动燃气轮机技术的不断进步。

评分☆☆☆☆☆

阅读《轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》给我带来了对现代燃气轮机设计中轴承系统动力学理解的全新维度。书中对复杂转子系统在实际运行中的非线性特性，例如转子与轴瓦的接触动力学、润滑膜的非线性效应等，进行了极其深刻的剖析。我尤其对其在分析多转子耦合系统，比如航空发动机中的多级压气机和涡轮转子系统，如何准确模拟其整体动力学行为的论述，印象深刻。书中提出的能量耗散机制分析，以及如何通过改变轴承结构参数来优化系统的阻尼和稳定性，为解决实际工程中的振动难题提供了科学依据。此外，书中对传感器技术在转子动力学监测中的应用，也进行了详实的介绍，包括如何通过振动信号来诊断轴承的早期损伤，以及如何结合先进的信号处理技术，实现对转子系统的实时健康监测，这对于提升燃气轮机的运行可靠性和维护效率具有不可估量的价值。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅《轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》，我就被其深邃的理论体系和详实的工程实践所吸引。书中对大型轴承的振动分析，特别是那些在高温、高压极端环境下运行的轴承，进行了极为细致的探讨。作者并没有止步于理论公式的推导，而是深入到实际应用中，分析了不同类型轴承（如球轴承、滚子轴承、滑动轴承）在不同工况下的失效模式，以及如何通过优化设计来规避这些风险。我尤其关注了书中关于轴承裂纹扩展动力学的部分，其中对裂纹尺寸、位置、以及载荷变化如何影响转子系统整体稳定性的量化分析，让我受益匪浅。结合我之前参与过的某航空发动机项目，书中提出的裂纹扩展预测模型，在回溯和分析早期故障时，具有极高的参考价值。虽然本书专注于“应用篇”，但其理论基础的扎实程度，足以让对转子动力学有一定基础的读者，也能领略其精妙之处。书中涉及的数值仿真方法，如有限元法在转子动力学建模中的应用，也给出了详细的步骤和注意事项，为后续的软件开发和工程应用提供了坚实指导。

评分☆☆☆☆☆

这部《轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》对于我这个长期在石油化工行业工作的工程师来说，简直是一本“救星”。我们单位近期引进了一批高功率的离心压缩机，其核心的轴承系统经常出现一些难以捉摸的瞬态振动问题，尤其是启动和停车阶段。本书对这些动态工况下的轴承响应进行了深入剖析，让我对轴承与转子系统的耦合振动有了全新的认识。书中关于轴承阻尼和刚度参数辨识的章节，提供了非常实用的方法论，可以帮助我们更准确地评估现场设备的健康状况。我印象特别深刻的是，书中通过大量实例，阐述了如何识别和区分由轴承不平衡、不对中、间隙过大等多种因素引起的振动信号，并给出了相应的诊断流程和处理建议。这对于我们现场的维护人员来说，具有极高的指导意义。之前我们总是依赖经验判断，现在有了这本书，感觉就像拥有了一本“诊断宝典”，能够更科学、更高效地解决设备故障。

评分☆☆☆☆☆

长期从事风力发电机组设计工作的我，一直苦于找不到一本能系统性阐述大功率主轴承系统动力学特性的书籍，《轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》的出现，无疑填补了这一空白。书中对于大型圆锥滚子轴承和调心滚子轴承在变载荷、变转速下动态特性的分析，是其最大的亮点。它不仅探讨了传统刚性轴承模型，更引入了柔性轴承和智能轴承的概念，以及这些新型轴承如何影响整个转子系统的稳定性。我特别关注了书中关于轴承与齿轮箱、叶片动力学耦合效应的章节，这对于我们风机叶片在强风作用下产生的复杂载荷，以及如何通过优化主轴承设计来提升整个机组的可靠性，具有至关重要的指导作用。书中提供的模型和计算方法，对于我们进行风机设计过程中的动力学仿真和寿命预测，具有极高的实用价值，能够有效降低研发成本，缩短研发周期。

评分☆☆☆☆☆

作为一个研究生，我在学习《轴承转子系统动力学：应用篇（下册）》的过程中，感受最深的是其理论与实践的完美结合。书中关于转子系统在非线性轴承激励下的混沌动力学行为的讨论，非常具有启发性。例如，书中详细介绍了如何通过相图、Poincaré截面等方法来分析系统的非线性特征，并探讨了控制混沌振动的可能途径。这对于我目前正在进行的研究课题，即研究某种新型轴承在极端转速下的稳定性问题，提供了重要的理论支撑和研究思路。我尤其欣赏书中对复杂工况下转子动力学行为的模拟分析，如变载荷、变转速条件下的响应预测。书中提供的案例分析，涵盖了从航空发动机到工业泵等多种应用场景，让我能够将所学的理论知识，灵活地应用于不同的工程问题。即便书中涉及了一些相对前沿的理论，但作者始终以清晰易懂的语言进行阐述，并辅以大量的图表和公式推导，使得读者能够循序渐进地掌握。