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研究生: 陳囿佐
Yu-Tso Chen
論文名稱: 微型渦輪轉子動力測試系統之研究
Microturbine Rotor Dynamic Testing Study
指導教授: 蔣小偉
Hsiao-Wei Chiang
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 73
中文關鍵詞: 微型渦輪引擎轉子振動模態測試
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  • 本論文乃針對微型渦輪轉子的振動研究進行實驗方法之建構,主要分為硬體架設與軟體處理兩大部分,建立測試實驗之標準流程,最後討論本實驗架構之優缺點。
    結構振動理論為討論轉子振動問題的基礎理論,吾人針對訊號處理的問題作原理上的討論與常用加權函數的選擇。硬體架構上根據本實驗室目前所擁有的數據擷取系統進行延伸,選擇適當的感測器規格與操作方法。並針對數據擷取系統不足的地方採用軟體處理方式補強,支援軟體選用MATLAB處理程式,克服實驗環境中的雜訊問題,使訊號能從雜訊裡面被分離出做為分析的依據。最後將本系統應用在靜態量測與動態分析上。
    實驗方面選擇三種不同的微型渦輪轉子進行測試,根據不同的狀況調整硬體週邊設備,並說明實驗架設中應該注意的事項,貽實驗測試完成後,以商用有限元素分析軟體DyRoBeS與國內外相關文獻報告中的測試結果相比較,驗證本套實驗方法的可靠性。


    Abstract
    The object of the investigation is to develope a method of vibration testing on Microturbine rotor. We build this method with two major parts - hardward setting and softward deading to erect a standard process of testing and discuss, and discuss about the advantage and disvatage on it, finally.
    Structure vibration analysis is the basic theory of discussing the question of rotor vibration with time domain and frequency domain analysis. We make the discussion on the principle and daily choice with windows function to the question that the signal dealt with. According to the data acquistion system in our labiratory, we enhance the function on hardward setting; choose the proper sensors and correct working technique, and pick the insufficient place of this system, dealing with softward to mend strongly to the data. In order to overcome the noise in the experiment environment, we select MATLAB softward for use to be isolated signal making from the noise so that we can analyse clearly. Finally, we apply this system in static and dynamic testing research.
    In experiment, We choose three kinds of different Microturbine rotors. Adjust the peripheral equipment of hardware according to different states, and state the item that the experiment should be paid attention to while erecting. After finishing the experiment testing, we use DyRoBeS softward to simulated, and compare with the testing result in the reference, to verity the dependability of this set of experiments method.

    目錄 摘要 I 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 序論 1 1.1、前言 1 1.2、文獻回顧 2 1.3、研究目的 5 第二章 振動理論與訊號分析方法 7 2.1、結構共振原理... 7 2.2、時域分析 10 2.3、頻域分析 11 2.4、訊號分析法 12 2.4.1、謝能取樣理論 12 2.4.2、假象與濾波 12 2.4.3、漏失現象 13 2.4.4、頻率分析函數 15 第三章 實驗系統 30 3.1、實驗架構 30 3.2、超小型噴射渦輪引擎轉子軸承模態測試 34 3.2.1、模態實驗 35 3.2.2、實驗方法 35 3.2.3、實驗結果討論 36 3.3、微型渦輪發電機轉速量測實驗 37 3.3.1、實驗方法 38 3.3.2、實驗結果討論 38 3.4、牙醫用氣體軸承轉子敲擊實驗 39 3.4.1、實驗方法 40 3.4.2、實驗結果討論 41 3.4.3、數值模擬比對 42 第四章 結論與建議 67 參考文獻 70 表目錄 表2-1. 加權函數係數表 15 表2-2. 四種加權窗型頻譜參數表 21 表2-3. 四種加權函數用途 21 表3-1. P-15轉子第一第二模態下各點響應振幅 36 圖目錄 圖1-1. 研究架構流程圖 5 圖2-1. 連續訊號經FFT處理後的漏失現象說明圖 14 圖2-2. 受到諧和擾動的結構振動體圖 22 圖2-3. 各種阻尼比下動態放大因子與頻率關係圖 22 圖2-4. 各種阻尼比下相位角與頻率關係圖 23 圖2-5. 振動峰值表示圖 23 圖2-6. 頻率與時域轉換圖 24 圖2-7. 謝能取樣理論 24 圖2-8. Nyquist頻率與取樣假象 24 圖2-9. 假象訊號 25 圖2-10. 反假象濾波器 25 圖2-11. 濾波器架設程序 25 圖2-12. 四種加權函數於時域下之特性表現 26 圖2-13. 週期訊號經自相關函數處理後表現 26 圖2-14. 白噪音的自相關函數圖 27 圖2-15. 頻率響應函數圖 27 圖2-16. 因果函數圖 27 圖2-17. 瀑布圖 28 圖2-18. 瀑布圖用以判斷自然頻率a之示意圖 28 圖2-19. 能階追蹤圖 29 圖3-1 數據擷取系統架構圖 44 圖3-2 安捷倫數據擷取系統 44 圖3-3 KISTLER 8614A TYPE加速規 45 圖3-4 PCB Model 086D05衝擊槌 45 圖3-5 數據擷取系統運作流程圖 46 圖3-6 訊號處理流程圖 46 圖3-7a 超小型噴射引擎P-15爆炸圖 47 圖3-7b 超小型噴射引擎P-15全圖 47 圖3-8 超小型噴射引擎轉子軸承圖 48 圖3-9 實驗儀器示意圖 48 圖3-10 八點敲擊位置圖 48 圖3-11 位置一敲擊響應頻譜圖 49 圖3-12 位置二敲擊響應頻譜圖 49 圖3-13 位置三敲擊響應頻譜圖 50 圖3-14 位置四敲擊響應頻譜圖 50 圖3-15 位置五敲擊響應頻譜圖 51 圖3-16 位置六敲擊響應頻譜圖 51 圖3-17 位置七敲擊響應頻譜圖 52 圖3-18 位置八敲擊響應頻譜圖 52 圖3-19 第一階模態振形 53 圖3-20 第二階模態振形 53 圖3-21 CTC公司模擬轉子軸承於非轉動下之第一階共振頻率 54 圖3-22 CTC公司模擬轉子軸承於非轉動下之第一階模態振形 54 圖3-23 CTC公司模擬轉子軸承之Campbell圖 55 圖3-24 NMGT-2.6DX微型渦輪機發電系統 55 圖3-25 加速規黏貼位置 56 圖3-26 訊號處理流程 56 圖3-27 無負載下20秒-60秒穩定於power mode下瀑布圖 57 圖3-28 無負載下20秒-60秒穩定於economic mode下瀑布圖形 57 圖3-29 無負載下由economic mode進入power mode瀑布圖 58 圖3-30 無負載下11分鐘-12分鐘power mode瀑布圖 58 圖3-31 無負載下由ecomonic mode至停機狀態瀑布圖 59 圖3-32 日本J.MORITA MFG.CORP. AT-C牙醫手機外觀 59 圖3-33 日本J.MORITA MFG.CORP. AT-C牙醫手機剖面圖 60 圖3-34氣體軸承牙醫手機轉子尺寸圖 60 圖3-35 都普勒雷射振動儀 61 圖3-36 儀器架設圖 61 圖3-37 牙鑽轉子自由懸吊體圖 62 圖3-38 牙鑽轉子固定端(a)固定體圖(b)實體圖 62 圖3-39 牙鑽轉子功率頻譜圖(一) 63 圖3-40 牙鑽轉子功率頻譜圖(二) 63 圖3-41 牙鑽轉子功率頻譜圖(三) 64 圖3-42 牙鑽轉子模型簡化圖 64 圖3-43 Spin/Whirl Ratio=0下轉子臨界轉速圖 65 圖3-44 Fix-Fix Support下第一階模態振形圖 65 圖3-45 夾具剛性300kN/mm下第一階模態振形圖 66

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