涡轮增压器转子临界转速的求解方法研究

柴油机涡轮增压器转子一阶临界转速的确定对它的设计和故障诊断都具有重要的意义。利用解析法和有限元法分别对其一阶临界转速进行计算,并将计算结果与实测数据相比较,结果表明,有限元法在计算复杂转子临界转速方面更接近工程实际。     

涡轮减重前后增压器转子动力学分析及试验

以JP60C型车用增压器涡轮叶轮为研究对象,基于有限元分析的转子动力学分析软件DyRoBeS,对减重前后的增压器转子进行了临界转速分析;采用快速成型技术加工了蜡模,浇铸了减重优化的涡轮叶轮,对装配好的增压器进行了高速动平衡试验。分析及试验结果表明,由于涡轮重量的减轻降低了转子的柔性,减重优化后的轴承-转子系统的临界转速有所降低,但其工作转速仍工作在2阶临界转速和3阶临界转速之间,涡轮减重后增压器工作转速远离转子各阶临界转速,从而说明涡轮减重优化的合理性和有效性。     

流线隧道式涡轮增压器转子动力学特性分析

为研究流线隧道式涡轮对涡轮增压器转子动力学特性的影响,将某型号车用涡轮增压器叶片式涡轮替换为流线隧道式涡轮,建立了密封流体激振、叶尖间隙激振和隧道涡轮轮缘间隙激振耦合条件下的转子系统模型,计算分析了涡轮材料和轮缘间隙对转子临界转速、稳态响应以及瞬态响应的影响。结果表明,K418高温合金隧道涡轮转子一阶临界转速大幅降低,稳态响应稳定性较好,但瞬态响应振动剧烈、失稳,表明隧道涡轮采用K418高温合金需要调整结构设计;SiC陶瓷隧道涡轮转子一阶临界转速下降、稳态响应振幅增加,但对转子稳定性影响不大,二阶临界转速有微小增加,稳态响应振幅下降,瞬态响应稳定性较佳。     

新型机械增压器转子系统模态分析

针对新型机械增压器四叶、160°扭转角转子系统的结构及工作配合要求,将转子系统进行合理简化后和用三维造型软件进行实体建模.将转子实体模型进行网格化离散处理,施加接触、约束等边界条件,采用无外激振力、忽略阻尼的求解模型进行模态求解.求解后得到其前六阶振动频率和振型,并由振动频率求得临界转速.通过机械增压器工作转速与临界转速的比较,可知其转速裕度能够满足避免发生共振的要求.分析结论为机械增压器降低工作噪声以及后序设计提供了理论依据.     

涡轮增压器转子系统的临界转速研究

以某型号的涡轮增压器转子系统为研究对象,通过对转子系统的模态分析,研究了旋转预应力和陀螺效应对高速旋转转子系统固有特性的影响。根据仅考虑预应力条件下计算的固有频率和同时考虑预应力与陀螺效应影响所计算的固有频率,分别绘制出两种不同工况下的Campbell图,由此求得转子系统的临界转速。     

减重涡轮增压器试验研究

以某型号车用增压器涡轮叶轮为研究对象,采用快速成型技术加工了蜡模,浇铸了减重优化的涡轮叶轮,在增压器试验台架上对三台增压器进行了超速破坏试验和整机性能试验,以及转子高速动平衡试验。试验结果表明,减重优化厚度涡轮叶轮满足强度要求,转子的第二阶临界转速降低,但增压器工作转速仍介于二阶和三阶临界转速之间,减重涡轮对增压器效率几乎没有影响。     

某型高速电机转子动力学分析

为了避免电机转子的额定转速与转子系统的临界转速相接近而发生共振,应用有限元法,编写Ansys软件的APDL语言,对转子系统进行模态、Campbell图及不平衡响应计算。分别得到转子系统的前四阶模态振型和前两阶临界转速,利用不平衡响应法计算的临界转速与Campbell图法对比验证计算的正确性,并得到各结构位置处的稳态响应。研究结果表明,该转子额定转速避开了转子的临界转速,转子设计合理。     

球轴承涡轮增压器轴承-转子系统动力学分析与应用

相比于普遍使用的浮动轴承,在涡轮增压器中使用球轴承具有机械效率高和加速响应快的优势。以车用球轴承涡轮增压器为研究对象,用有限元法对轴承-转子系统进行了转子动力学特性的研究,对轴承-转子系统的临界转速进行了计算与分析,这是判断转子工作转速是否稳定和涡轮增压器工作是否可靠的重要依据;建立了增压器模型,并对比了计算结果和试验结果,证明了方法的可行性。通过整机试验表明,球轴承涡轮增压器能够满足当前车用发动机的需求,能够提高发动机的工作性能。     

无油涡轮增压器的设计及其试验研究

对采用空气箔片轴承支承的无油涡轮增压器进行了设计和试验性研究。详细阐述了无油涡轮增压器以及所采用的空气箔片轴承的设计过程。通过静态加载试验预估了空气箔片轴承的名义间隙,采用Link-Spring模型预测了空气箔片轴承支承结构的刚度,结合Link-Spring模型和雷诺方程,采用扰动法对轴承的动态刚度和阻尼系数进行了有效预测。线性转子动力学分析表明设计的无油涡轮增压器转子的前两阶刚体模态临界转速均在所用空气箔片轴承的起飞转速之下,转子的正常运行转速在一阶弯曲模态临界转速之下并具有足够的安全裕度。对整个转子系统进行了转子动力学分析与计算之后,在此基础上搭建了无油涡轮增压器试验台,初步的升降速试验结果表明：转子在20 kr/min~60 kr/min出现较大的次同步振动,但是转子在68 kr/min时次同步振动显著减小,转子在68 kr/min稳速时的轨迹以及FFT分析表明转子在该转速下的主要振动来自同步振动,这表明增压器可以在68 kr/min稳定运行。同时,实时测量了推力轴承和径向轴承的温度,在68 kr/min稳速期间,推力轴承和径向轴承温度分别在52℃和32℃处小幅波动,说明了该转子-轴承系统的相对稳定性。     

高速转子临界转速计算及支承结构的优化设计

基于有限元法,用MATLAB计算程序,对已初步设计的高速转子进行临界转速校核;并对转子系统临界转速进行拓展研究,得出了一定范围内转子临界转速随着轴承刚度的增加而变大的规律;通过该规律对高速转子的支承结构进一步优化,使得该支承系统条件下,高速转子的额定转速低于一阶临界转速,能够稳定运行。     

基于ANSYS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究

针对一个实际应用的磁悬浮支承柔性转子系统,进行多组参数条件下的有限元模态分析,分别得到系统的前8阶临界转速与模态振型。将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元分析的正确性。通过对该磁悬浮转子系统的有限元分析表明:"轴承主导型"的低阶临界转速及振动模态是由轴承控制器各控制通道决定的;而"转子主导型"的高阶临界转速及振动模态符合传统的轴承转子系统动力学特性普遍规律。     

拉杆转子临界转速随拉紧力变化规律试验

为了研究拉杆转子临界转速随拧紧力的变化规律,搭建了拉紧力测量试验台,测量拉杆拉紧力随拧紧力矩的变化。设计并加工了模化拉杆转子,搭建了拉杆转子转动试验台,测量在不同拉紧力下拉杆转子的动力学响应。根据5组不同拧紧力矩下的动力学响应得到了拉杆转子前两阶临界转速,分析了临界转速随拉紧力的变化规律,并与理论计算结果进行了对比分析。结果表明,随着拉紧力的增加,拉杆转子在升速和降速过程中的前两阶临界转速随着拉紧力的增加而增加。与理论计算结果对比发现,理论模型计算的前两阶临界转速与试验结果比较接近,但仍需要进一步改进以更好地反映拉杆拉紧力对临界转速的影响。     

磁流变液阻尼器-柔性转子系统振动特性与控制的再研究

对先前提出的理论分析模型进行适当改进，用新模型对支承在磁流变液阻尼器上的单盘悬臂柔性转子系统的振动特性和控制技术进行再研究。研究表明，随着磁流变液阻尼器的库仑阻尼力的增大，系统在无阻尼临界转速处振幅明显下降，但在两阶临界转速之间的一定转速区振幅增加；同时，随着库仑阻尼力的增加，阻尼器轴承处的振幅在几乎所有转速时都被减小，甚至在某些转速区间该轴承被“锁住”，而且轴承能够振动的区间越来越窄。这说明转子系统从一个弹性支承系统逐步转化为一个准刚性支承系统，阻尼器支承的有效刚度越来越大，使得一阶有阻尼临界转速逐渐提高，并逐渐接近刚支临界转速。根据这些特性，提出通过开关控制抑止转子通过两阶临界转速过程中的振动，并使转子振幅在全转速区达到最小。仿真结果表明，系统能平稳通过两阶临界转速。     

转子系统动力特性分析

用传递矩阵法推导转子系统临界转速和动态不平衡响应的计算公式 ,用 MATL AB软件编写了相应的计算程序 ,用一个有理论解的例子对程序进行考核。对一模型悬臂转子进行了比较全面的分析 ,得出了转子系统的临界转速的变化规律。在此基础上对某实际火箭发动机转子系统的动力学特性进行了分析。研究了联轴器刚度、浮动环刚度等对转子特性的影响     

反向旋转双转子系统动力特性分析

反向旋转的双转子系统已被相当一部分航空发动机采用,以利于减小高、低压转子陀螺力矩的影响,降低机匣负荷,提高飞机机动性能。本文分析了一种中介联接方式较特殊的反向旋转双转子结构,即其中介轴承外圈与低压转子联接,内圈与高压转子联接。针对这种结构,本文应用传递矩阵法,结合边界条件,提出了一种较为简便的改进方法,分析了反向旋转双转子结构前3阶临界转速特性和振型特点,研究了支承刚度对结构的前3阶临界转速的影响。此外,本文对不同支承刚度下双转子结构的1阶临界转速进行了试验研究,并与计算值进行了对比,吻合较好。     

转子-机匣系统振动特性研究

采用传递矩阵法计算转子－机匣系统的临界转速、不平衡响应及初始弯曲响应，计算转子－机匣系统临界转速及稳态响应时的位能与位能分配，提出了借助转子－机匣的位能分配判断各阶临界转速的分析方法，并研究了机匣对系统振动特性的影响。     

长周期变转速下入口油温对高速轻载涡轮增压器转子振动特性影响

高速轻载涡轮增压器转子系统的入口油温在长周期变转速运行条件下会产生动态变化,从而改变转子系统振动特性甚至导致非线性振动事故。以某型汽油机用高速轻载涡轮增压器转子为研究对象,分析浮环轴承内油膜最小厚度与偏心率随入口油温参数的变化规律,构建涡轮增压器转子-浮环轴承系统动力学有限元模型,采用Newmark积分法分析转子系统的非线性瞬态响应,结合涡轮增压器升速实验,得到不同入口油温下转子系统三维振动瀑布图与Colormap频谱图,探究入口油温对转子系统振动响应特性的影响。结果表明:随着入口油温从50℃增至130℃时,内油膜最小厚度会减少,环速比与偏心率会增加,内油膜振荡幅值逐渐降低,但出现内油膜振荡与外油膜涡动的轴颈转速点会提前约30%,且外油膜涡动幅值会逐步增加。综合内外油膜涡动与振动幅值,入口油温约为90℃时转子振动情况较好。结论可为设计具有智能抗振性能的高速轻载涡轮增压器转子系统的运行参数提供理论参考。     

Effects of unbalance location on dynamic characteristics of high-speed gasoline engine turbocharger with floating ring bearings

For the high-speed gasoline engine turbocharger rotor, due to the heterogeneity of multiple parts material, manufacturing and assembly errors, running wear in impeller and uneven carbon of turbine, the random unbalance usually can be developed which will induce excessive rotor vibration, and even lead to nonlinear vibration accidents. However, the investigation of unbalance location on the nonlinear high-speed turbocharger rotordynamic characteristics is less. In order to discuss the rotor unbalance location effects of turbocharger with nonlinear floating ring bearings(FRBs), the realistic turbocharger of gasoline engine is taken as a research object. The rotordynamic equations of motion under the condition of unbalance are derived by applied unbalance force and nonlinear oil film force of FRBs. The FE model of turbocharger rotor-bearing system is modeled which includes the unbalance excitation and nonlinear FRBs. Under the conditions of four different applied locations of unbalance, the nonlinear transient analyses are performed based on the rotor FEM. The differences of dynamic behavior are obvious to the turbocharger rotor systems for four conditions, and the bifurcation phenomena are different. From the results of waterfall and transient response analysis, the speed for the appearance of fractional frequency is not identical and the amplitude magnitude is different from the different unbalance locations, and the non-synchronous vibration does not occur in the turbocharger and the amplitude is relative stable and minimum under the condition 4. The turbocharger vibration and non-synchronous components could be reduced or suppressed by controlling the applied location of unbalance, which is helpful for the dynamic design, fault diagnosis and vibration control of the high-speed gasoline engine turbochargers.     

联轴器对压缩机轴系扭振的调节研究

在压缩机轴系中,联轴器不但起传递扭矩的作用,而且还有减小冲击、补偿各种因素引起的轴系相对位移和倾角.由联轴器联结的多跨转子系统的轴系扭转振动临界转速较为复杂,为避免其在工作转速的范围内,常需要进行结构的修改.本文通过分析及有限元动力学计算,针对某压缩机组轴系实例,阐明了利用联轴器调节轴系扭振的方法.当需要修改轴系动力学参数调整扭转临界转速时,修改联轴器参数是快捷、有效的方法.