大型机电装备国产化进程中的若干关键动力学问题

AaronSpark

随着大型机电装备朝着日益大型化、智能化方向发展，对于机组动力学问题的研究越来越成为能源、石油化工、军工及空间技术在设计、开发、制造和运行过程中首先需要解决的全局性关键技术。
对于旋转机械来说，这些关键技术包括：
　
为了满足工程界对于机组基本功能实现所提出的各种高性能指标所导致的复杂转子系统的耦合动力学问题和机组可靠性问题。

传统机械产品在向未来新一代机械电子产品转变过程中为实现高度智能化这一目标所必须解决的包括信息获取、融合、利用、智能控制等在内的相关方向性技术。

本课题主要研究：
1.复杂转子系统的耦合动力学
　在对各种旋转机械中关键零部件动力学特性的研究基础上。进而对各种复杂转子的典型耦合动力学行为进行系统的理论和实验研究，以进一步揭示其内在规律，寻找改善系统动力学性能的方法和途径。
　　　
　1.1)齿轮耦合转子系统的弯曲耦合振动研究
研究由齿轮、齿轮连轴器耦合的转子系统，在齿轮啮合所产生的非光滑力作用下的弯曲耦合振动以及多参数激励下的系统非线性全局稳定性。
　
　1.2)浸没在偏心环流中的转子系统动力学研究
着重研究大间隙偏心环流中的流体作用力形成机理和计算方法，以及在这类流体力作用下转子系统的振动特性。
　
　1.3)多种耦合因素混合作用下的系统动力学研究
对于装配有径向滑动轴承、轴向推力轴承的由电机(或发电机)拖动的串接机组，研究其轴向/横向耦合效应、电机转子在偏心状态下的磁偏力所引起的机电耦合效应，以及在多种耦合因素混合作用下的系统动力学。
　　　
　　
2.基于系统动力学的可靠性理论研究
　　迄今为止，对于大型旋转机械的可靠性理论研究尚处于初始阶段。六十年代的静力学设计以及近二十年来提供的基于线性理论的动力学设计都还不是出于整机可靠性设计的考虑。旋转机械区别于其他工程机械的最大特征是：在旋转机械中，转子与其他不动件之间是依赖于小间隙约束而构成完整系统的。机组的失效也总是表现在小间隙约束的破坏与失效上。而机组振动总是导致小间隙约束的直接原因。因此，从系统动力学入手，利用在线性、非线性动力学领域已有的研究成果，有可能在设计阶段就能够给出机组在运行状态下的可靠性估计。众所周知，对于旋转机械，特别是能源、石油化工、军工、核电中的关键设备的可靠性研究，在许多场合甚至比对于机组的基本性能指标追求还要来得重要。
本专题着重研究：
　
　2.1)基于系统动力学的可靠性建模
　
　2.2)基于系统动力学的机组可靠设计方法
　
　　
3.系统动力学信息获取、融合及利用
　　在旋转机械的整个全寿命周期，特别是投运过程中关于系统动力学信息(理论的、实验的以及在线测量的)的获融合及综合利用始终是一切决策的基本依据，包括增加机组的智能化程度;对机组实施在线动力学控制，提高工况监测及故障诊断水平;指导管理、维修、提高整机效率等，所有这些都离不开对机组在各个阶段、特别是运行阶段的信息获取、融合与利用。
本专题主要研究以下方向性技术：

　3.1)信息融合技术研究
对于来自不同层次、不同来源的机组动力学信息，研究其获取、分析、整理、区分、去伪存真及智能化合成的理论和方法，从而产生和提取出比单一信号更为准确、全面的信息，以此作为支持系统智能控制、运行决策、管理维修至产品完善、改型的依据。
　
　3.2)在线动力学控制
研究以磁悬浮主动控制技术为代表的机组在线动力学控制理论、方法及其工业应用。
　
　3.3)系统动力学现代设计网络中心
利用网络技术，初步建成一个由专家、工程技术人员和运行厂家在内的、旨在从事大型机电系统动力学现代设计的示范网络以服务旋转机械动力学设计。