《转子-轴承-密封系统非线性动力学理论和试验研究》

采用理论分析和试验研究相结合的方法,研究油膜力和密封力联合作用下转子轴承密封系统的非线性动力学特性和稳定性。将转子轴承密封试验台系统等效为Jeffcott系统,采用短轴承理论建立油膜力的非线性模型,采用Muszynska模型建立非线性的密封力。通过数值仿真研究在不同转子转速下密封力对系统非线性特性和稳定性的影响。将试验结果与理论计算进行比较,两者基本一致。     

大型非线性转子-密封-轴承系统的不平衡响应与稳定性

对实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统建立了具有超大规模维数的非线性动力学模型,该模型考虑了密封的非线性激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子的阻尼力、不平衡质量力和重力.采用Newmark方法对其进行数值求解,模拟出转子升速过程中汽流激振现象的典型特征和发生汽流激振的失稳转速,并且得到系统参数对转子不平衡响应和稳定性的影响规律.结果表明:适当的增大转子的阻尼、密封的半径间隙和密封流体轴向流速可提高转子发生汽流激振的失稳转速,这为在设计和运行中提高实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统的稳定性提供了参考依据.     

非线性"转子-轴承-密封"系统动力分析

将非线性油膜力模型与密封流体Muszynska密封力模型相结合，建立了具有非线性转子-轴承-密封系统的动力学模型。针对转速等因素对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算，给出了系统响应随转子转速变化、压差变化和密封间隙变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图，以及一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和频谱图。数值仿真表明，非线性密封力抑制了系统出现倍周期分叉，并且该耦合系统呈现出复杂的动力学行为，产生了包括周期、倍周期和拟周期等丰富的振动现象。     

拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

转子—密封系统非线性动力学特性分析

在超临界汽轮机和超超临界汽轮机中,气流激振力对系统影响显著。因此,本文研究了气流激振力对转子－密封系统动力学特性的影响,采用Muszynska密封模型建立转子－密封系统非线性动力学方程,利用Floquet理论研究系统周期解稳定性,根据系统的周期响应、频谱图、Poincaré映射图、分岔图,分析了系统在特定转速及特定转子系统参数下的非线性动力学特性。     

气囊-浮筏耦合船用转子-轴承系统的非线性动力学研究EI北大核心CSCD

讨论了气囊-浮筏耦合的船用转子-轴承系统的动力学建模以及其非线性动力学特性。首先,基于短轴承理论,建立了气囊-浮筏的转子-轴承系统的动力学模型。采用数值分析的方法,分析了系统的非线性动力学行为,如稳态响应、轴心轨迹、Poincaré映射、分岔图以及最大Lyapunov指数等。研究结果表明,在较低转速下,系统会呈现单周期运动,随着转速的不断增大,系统出现单周期、倍周期、拟周期和混沌等复杂的非线性动力学行为,这些动力学特性可以为气囊-浮筏耦合船用转子-轴承系统的振动控制及其参数优化提供理论依据。     

垂荡作用下船用转子-轴承系统的动力学特性研究

研究了考虑船体垂荡运动时船用转子-轴承系统的动力学特性。首先,在非惯性参考系基于短轴承理论建立了船体垂荡作用下转子-轴承系统的动力学模型,结果显示垂荡作用下船用转子-轴承系统具有几何非线性特性;其次,采用数值方法,分析了系统的分岔图、最大Lyapunov指数、稳态响应、轴心轨迹、Poincaré映射等,并与船体不发生垂荡时的转子系统动力学特性进行比较;最后,研究了垂荡激励幅值对转子-轴承系统非线性动力学特性的影响。结果表明:垂荡运动会显著地影响转子的动力学行为。在转速较低时,系统呈现周期1运动,垂荡对转子的运动特性影响此时占主导作用;随着转速的增加,系统出现准周期、周期2和双Hopf现象,具有周期1、准周期、周期2和混沌运动等复杂动力学特性。     

迷宫密封激振力作用下转子系统非线性动力学分析

由双控体模型确定迷宫密封轴向平均流速,结合Muszynska气流激振力建立了转子-密封系统非线性动力学模型,并采用Runge-Kutta-Fehlbrg方法求解系统非线性动力学方程。分析了迷宫密封间隙、密封半径、齿数、齿腔宽度、进口气压等参数对泄漏量及轴向平均流速的影响;绘制了分岔图、轴心轨迹、Poincare图和频谱图等,研究了转速、进口气压、偏心距及密封有效总长度对系统动力学特性的影响。数值结果表明,转速、密封结构及介质参数的改变能够诱导系统发生单周期运动、概周期运动等复杂的非线性动力学行为。     

转子-滑动轴承系统动力学相似性研究

针对转子-滑动轴承系统缩比模型与原型是否满足动力学相似的问题,采用量纲分析法建立了考虑陀螺力矩和滑动轴承非线性油膜力的转子-轴承系统相似准则,确立了模型与原型各物理量相似比。理论研究表明,通过采用模化转子滑动轴承静载荷补偿措施,可使转子-轴承系统满足动力学相似要求。补偿处理后的模型和原型转子系统的临界转速、失稳转速、不平衡响应均具有相似性。并通过算例对比分析转子几何比、材料密度模化比和弹性模量模化比对轴系不平衡响应特性相似性的影响规律,验证了所推导的转子动力学相似准则的正确性。     

考虑密封结构的球轴承涡轮增压器转子动力学特性研究

【摘要】：针对某型号车用球轴承涡轮增压器,利用密封力与油膜力动力学相似原理,将增压器转子系统中的密封结构视为一种油膜轴承,应用短轴承理论计算得到其刚度和阻尼矩阵并代入模型进行仿真计算,并与临界转速实验结果和未添加密封结构模型的计算结果进行对比,得到了密封结构对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。结果表明：研究分析球轴承涡轮增压器转子动力学特性必须考虑密封结构,且可以应用短轴承理论分析密封结构动力学特性。     

迷宫密封-转子系统非线性动力学模型及求解

摘 要：迷宫密封广泛应用于各种旋转机械,研究密封内流体与转子的相互作用,对系统稳定性分析有重要意义。本文利用双控制体模型给出迷宫密封内不可压缩流场的控制方程,并用Jeffcot模型对转子-密封系统建模,求解此非线性动力模型得到系统转子位移与密封腔内压强的数值解。以不平衡转子-密封系统为例,计算分析系统非线性动力特性,并用Hopf分岔图与Poincare截面图进行直观表示。结果表明减小转子质量偏心对提高系统稳定性有较大影响。     

复杂转子-轴承-汽封耦合系统的非线性振动分析

基于非线性动力学和转子动力学理论,综合考虑Muszynska非线性汽封力、非线性油膜力和转子不平衡量的耦合作用,建立了双叶轮-轴承交错布置的复杂转子-轴承-汽封系统动力学模型。采用有限元法（FEM）推导系统运动微分方程,编程计算了系统转速、圆盘偏心量、汽封长度和汽封间隙等参数对系统动力特性的影响,并利用分岔图、频谱图、相轨迹和Poincare映射图表征了系统的运动性态。研究表明：耦合系统具有高度非线性,随着参数的变化系统呈现出周期运动、倍周期运动、准周期运动和混沌运动等复杂动力学行为。通过减小圆盘偏心,增加系统汽封长度,选取合适的汽封间隙有利于提高转子-轴承-汽封系统的稳定性,改善系统的运动特性。     

滚动轴承转子系统不对中-碰摩耦合故障非线性动力学分析

为了获取转子系统不对中-碰摩耦合故障下的动力学特性,通过拉格朗日待定乘子法建立了在完整约束下滚动轴承转子系统非线性动力学微分方程,采用龙格库塔数值法研究了不对中-碰摩耦合故障下系统的动力学响应,采用时域图、轴心轨迹图、分叉图、Poincare截面图和FFT谱图分析了不对中度、碰摩刚度和碰摩间隙对转子振动响应的影响。分析结果表明:不对中度的增大会使系统1倍频振动响应增大,也会产生2倍、4倍等偶数倍频,同时出现与VC(Varying Compliance)频率之间的组合频率响应。在低转速下,碰摩刚度和碰摩间隙对转子系统的影响较小;在高转速下,较小的碰摩刚度和较大的碰摩间隙会缓解系统的非线性行为。     

迷宫密封结构对泄漏量和轴系临界转速影响分析研究

通过数值方法对转子-轴承-密封系统动力学模型求解,对3种密封间隙、8种密封直径、8种压差、8种入口损失率和21种密封长度对泄漏量和临界转速的影响进行研究;通过密封结构对轴系临界转速影响规律进行研究,对比分析了有、无密封力作用下转子-轴承-密封系统对临界转速影响。研究结果表明：通过与DYNLAB程序、TASCFlow程序的结果对比分析,该数学模型能较好的模拟计算泄漏量和转子系统临界转速;通过泄漏量影响规律研究,得出泄漏量随着密封间隙、密封直径和密封长度得增大而增大,泄漏量随压差和入口损失率的增大而减小。通过对临界转速影响规律研究,得到考虑密封会提高临界转速,密封长度的变化对临界转速的影响最大、密封间隙的变化对临界转速影响最小。     

三种非线性力作用下高参数涡轮转子复杂运动响应

考虑油膜力、气流力和密封力等三种非线性力,建立单跨对称弹性转子的动力学方程。采用Matlab软件对方程进行数值积分,研究系统在转速、气流速度和密封间隙改变时的动力学行为,并考虑到高转速、大的气流速度等高参数及密封小间隙影响。结果表明：转速的改变,使系统出现周期1运动、周期3运动、周期4运动和概周期运动等复杂动力学行为;...     

Dynamical Analysis of Rub-impact Rotor System with Asymmetric Oil Film Force

Considering the effect of non-symmetry film force,nonlinear stiffness and nonlinear friction force,a dynamical model of rub-impact rotor system is established,then the nonlinear dynamical behavior is studied by numerical analysis method.The effect of rotation speed,nonlinear stiffness ratio and speed effect factor on brifurcation and chaotic behavior for rub-impact rotor system is comprehensively analyzed.The analysis results show that the effect of non-symmetry film force,nonlinear stiffness and nonlinear friction force on the dynamical behavior of the rotor system has close relation with rotation speed.The chaotic behavior exists in a wider parameter region,and the chaotic evolution rule is more complicated.The research provides a reliable theory basis and reference for diagnosing some faults of the rotor system.     

非线性转子-轴承系统的动力学降维分析与试验研究

应用有限元法建立转子-轴承试验系统的非线性动力学模型,采用固定界面模态综合降维法将原高维系统转换为低维少自由度系统,采用Newmark-β法对降维后模型进行求解,在和全自由度模型对比满意的前提下,得出转子系统的三维谱图、分岔图、三维振幅图、轴心轨迹图以及Poincare截面图,并和试验结果进行对比,结果表明本文所建立的动力学模型,较为真实地反映了试验系统的非线性特性,为计算复杂转子-轴承系统的深层次动态设计提供理论依据。     

轴承/密封耦合作用下流体激振特性研究

以转子—轴承—密封系统为对象,建立轴承/密封耦合作用对系统动力特性影响的有限元模型。分别应用有限差分和CFD方法对轴承、密封动力特性系数进行求解。理论研究表明密封对转子不平衡响应的影响主要集中在共振区域。通过在密封入口引入负预旋可以提高系统的稳定性,密封气流力对系统稳定性影响随转速的升高也越来越大。通过选择合适的轴承型式可以补偿密封气流力对系统稳定性带来的不利影响。试验发现随着转速增加,试验转子在5 000 r/min附近时开始出现比较明显的半频分量,而且随着转速继续增加,半频分量的幅值变大。密封流体激振力的存在促进轴承内油膜失稳故障发生,影响系统稳定性。