西门子电机定子温度异常原因（来看西门子如何解决发电机转子二阶模态时同步振动不稳定问题）

西门子电机定子温度异常原因（来看西门子如何解决发电机转子二阶模态时同步振动不稳定问题）利用DyRoBeS软件对转子进行建模，如图4所示，将对该转子进行临界转速、模态振型、不平衡响应、动能分布及应变能分布计算。利用DyRoBeS软件对发电机转子进行动力学分析西门子公司的某发电机转子带有悬臂结构，该转子在高速动平衡设备进行升速和降速试验时发现，在3600rpm时转子振动明显增大，在二阶模态时幅值存在明显滞后。而这种动力学问题在发电机转子实际现场运行时或将引发过大振动。通过DyRoBeS软件对转子-轴承-支承系统进行建模，研究发电机转子在动平衡设备上的动力学特性，开展了临界转速、不平衡响应和阻尼特征分析工作，对转子二阶模态时的动能和应变能（也有人称势能）分析发现，转子二阶模态的动能超过78%，这与转子外悬臂有关。分析表明，当转子工作在3600rpm，也就是二、三阶模态之间时，由于模态振型和弱阻尼的共同作用，将导致这种悬臂发电机转子振动增大。因此，轴承处的振动将增大，当转子减速通过

本文第一作者是Max M. L’vov，西门子西屋动力公司的工程师；第二作者是Edgar J. Gunter Gunter教授在转子动力学领域可谓造诣极高。小编随便一查，发现在美国弗吉尼亚大学官方网站中教授页面中显示Edgar J. Gunter B.S. M.S. Ph.D. Professor Emeritus of Mechanical Engineering。

Gunter是转子动力学界的泰斗级人物，在转子动力学和轴承领域从事研究和工程咨询近50年，发表超过150篇论文和多本学术专著，他还是弗吉尼亚大学机械航空核能学院荣誉教授。

DyRoBeS在NASA宇航推进方面的广泛应用与合作也是在Gunter博士主导下进行，目前他仍活跃在工程界。

导读

西门子公司的某发电机转子带有悬臂结构，该转子在高速动平衡设备进行升速和降速试验时发现，在3600rpm时转子振动明显增大，在二阶模态时幅值存在明显滞后。而这种动力学问题在发电机转子实际现场运行时或将引发过大振动。

通过DyRoBeS软件对转子-轴承-支承系统进行建模，研究发电机转子在动平衡设备上的动力学特性，开展了临界转速、不平衡响应和阻尼特征分析工作，对转子二阶模态时的动能和应变能（也有人称势能）分析发现，转子二阶模态的动能超过78%，这与转子外悬臂有关。

分析表明，当转子工作在3600rpm，也就是二、三阶模态之间时，由于模态振型和弱阻尼的共同作用，将导致这种悬臂发电机转子振动增大。因此，轴承处的振动将增大，当转子减速通过二阶模态时，联结处将产生过大的振动。

利用DyRoBeS软件对发电机转子进行动力学分析

利用DyRoBeS软件对转子进行建模，如图4所示，将对该转子进行临界转速、模态振型、不平衡响应、动能分布及应变能分布计算。

该转子采用椭圆瓦滑动轴承，在滑动轴承设计阶段就将轴承的特性（比如轴承的刚度、阻尼八参数以及其他需要计算的参数）计算好，图5是利用DyRoBeS软件分析3600rpm时椭圆瓦滑动轴承的压力分布图。

然后将轴承参数直接加载到模型中。与实际支承情况一致，软件边界条件中采用了刚度已知的柔性支承，如图4。

对发电机转子进行一些模型简化处理，将引起临界转速计算值与实测值存在小幅偏差，但对于工程实际来讲，这个计算值精度已足够。

表1是计算值和实测临界转速值的比较，可以看到一阶临界转速计算值与实测值偏差6.12%，二阶临界转速偏差为4.66%，三阶临界转速偏差为3.28%，都还是比较小的，说明了模型简化的合理性和计算结果的准确性。

模态振型如图6~图8所示。可以看到2阶和3阶模态振型中，主要的运动发生在联结处（联轴器），也就是在图中最末端悬臂位置。我们知道，模态振型与不平衡响应分析不同，模态振型不代表振动幅值的实际大小，但是可以看出相对振动的情况。

换言之，图7图8意味着过二阶临界转速时最末端悬臂位置的振动幅值会比较大。而图9则是在动平衡设备上不同的滑动轴承支承刚度下转子的一、二、三阶临界转速的大小和变化情况。实际的工作点也已经在图中用绿色的点标出，可见转子工作于二三阶临界转速之间。

图10和图11分别是转子升速到4320rpm的过程中内侧和外侧传感器采到的相频和幅频图，可以看出，内侧的传感器采到的曲线可以清晰看出一阶和三阶临界转速，而二阶临界转速不明显；而外侧的传感器采到的曲线可以清楚看出三个临界转速，相位和幅值均较为明显。

发电机转子-轴承-支承系统的能量分布

一阶模态振型下的动能分布和应变能分布（也有人叫势能分布）如图12~13所示，二阶模态振型下的动能分布和应变能分布如图14~15所示，三阶模态振型下的动能分布和应变能分布如图16~17所示。

对二阶模态振型的动能和应变能进行分析，图14可见超过78%的转子动能与悬臂端（文中为overhang）相关。图15可见二阶模态振型时转子的应变能为27.11%，两处滑动轴承处的应变能分别为6.02%和4.63%，而两处柔性支承承担了主要的应变能，分别为35.2%和27.05%。

三维图的阻尼特征值如图18和图19所示

图18为二阶临界转速时的转子各处的不平衡响应图（DyRoBeS软件中不平衡响应的计算结果可以单独表示也可播放动画连续表示，可以看出不同转速时转子各处的响应情况以及转子的涡动情况），图19为3600rpm转速下的转子不平衡响应三维图，可见大多数转子的运动发生在转子的端部。

分析表明，当转子运行在3600转时，转子刚好处于二阶和三阶模态之间，而图7 和图8二、三阶模态振型中可以看出过二、三阶临界转速时，较大的振动发生在转子悬臂端，转子悬臂端的运动由于这两种模态振型而振动增大，并且可以看出二阶振型时的阻尼极小。

结果，轴承处的振动加大，并且当转子减速通过二阶临界转速时，转子悬臂端---也就是联结处又是模态振型相对较大的位置，又带来了额外的振动，因此进一步恶化了转子的振动状况。