旋轉子在加速過程中之暫態分析

Abstract

旋轉機械在工業界上被廣泛地的應用，如汽渦輪機、發電機、馬達等等。許多旋轉機 械的工作轉速往往被設計在第一個臨界速度與第二個臨界速度之間，有的甚至到第二 ，第三個臨界速以上。在這種情況之下，如何能安全的從靜止或較低的轉速運轉到工 作轉速是一個很重要的問題。我們希望旋轉子能快速的通過臨界速度區域以減少旋轉 子受到該臨界速度區域的共振影響，造成橫向振幅過大而使旋轉子系統受到破壞。本 文採用有限元素法來分析旋轉子在加速通過臨界速度區域的暫態反應過程。每一個元 素內加入剪力、陀螺效應、加速度、軸及圓盤非對稱等等的影響項以適用於一般的旋 轉子系統，文中並舉四個例題來撿查有限元素法的正確性及了解力速度對旋轉子通過 數個臨界速度的振動影響。 對傑佛考特（Jeffcott）旋轉子而言，以簡化的傑佛考特模型來預測旋轉子通過其主 要臨界速度區域的最大振幅，並以有限元素法所解的值相比較，我們發現在圓盤與軸 的重量比很大的時候，簡化的傑佛考特模型是可以採用的。一般來說，旋轉子通過第 一個臨界轉速的最大振幅會隨加速度的增加而降低，但是當旋轉子通過數個臨界速度 之時，最大振幅不一定會隨加速度的增加而降低，有時反而會隨加速度的增加而增加 ，此時軸承的阻尼佔有很重要的影響。同時我們也發現產生最大振幅時轉速一定隨著 加速度的增加而增加。