基于船用涡轮增压器转子系统非线性振动特性研究

以自主研发的船用涡轮增压器为研究对象,建立考虑非线性油膜力的转子轴承系统动力学模型,进行转子动力学系统仿真计算,得到转子系统的临界转速、非线性振动频谱、轴心运动轨迹。根据轴承油膜发生的特征和不平衡引起的振动对比分析,探讨油膜振荡发生的机理,得到涡轮增压器转子轴承系统的非线性振动特性,了解影响转子系统振动产生的主要因素。进一步研究润滑油进口温度和轴承间隙对涡轮增压器振动特性的影响关系,得到减小增压器转子系统振动的结构设计和优化策略。     

考虑发动机基础激励的涡轮增压器转子动力学研究

考虑发动机的基础激励和非线性油膜力,建立了涡轮增压器转子-轴承系统的动力学模型,研究了涡轮增压器转子在偏心质量作用下的非线性动力学行为.用数值计算方法对系统的动态响应进行了仿真计算,研究了转子随转速变化的分叉规律以及基础激励对转子非线性动力学行为的影响.结果表明,基础激励会通过非线性油膜力显著地影响转子的动力学行为,且基础激励会降低转子开始发生油膜涡动的转速,但基础激励对转子动力学的影响主要体现在转子转速较低的阶段.     

加速度对涡轮增压器球轴承-转子系统动力学特性的影响

车用涡轮增压器转子系统具有高速、轻载荷、大柔性、小尺寸、多激励、变工况特点,球轴承涡轮增压器轴承-转子系统转速会在较大范围内频繁变动。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,建立考虑了密封结构和气流激振的球轴承涡轮增压器转子动力学模型,分析了不同加(减)速度下的球轴承涡轮增压器转子瞬态响应规律,并与该转子系统临界转速、稳态响应及临界转速实验结果进行对比分析,结果表明:球轴承涡轮增压器一阶临界转速随加(减)速度增大而减小,二阶临界转速随加(减)速度增大而增大;加(减)速下的球轴承涡轮增压器转子振幅在临界转速附近随加(减)速度增大而增大,非临界转速范围内变化不大。     

气流激振对球轴承涡轮增压器转子动力学特性的影响

车用球轴承涡轮增压器气流激振力包括密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,分别应用Black模型和Alford模型,计算得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。将计算结果代入模型进行仿真计算,得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力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。分别与临界转速实验结果、与未添加叶顶间隙气流激振力模型计算结果、未添加密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力的计算结果进行对比分析,结果表明:密封流体激振力增加系统阻尼,降低球轴承涡轮增压器转子系统的振幅,提升系统的稳定性;气流激振增加系统交叉刚度,降低系统稳态响应振幅。     

《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。     

转子-轴承-密封系统非线性动力学特性研究

采用数值方法研究转速对转子-轴承-密封系统非线性动力学特性的影响,采用Muszynska非线性密封力模型和Capone圆轴承油膜力模型,建立超超临界汽轮发电机组高压端转子-轴承-密封系统的非线性动力模型。通过数值方法,研究转速对转子-轴承-密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子时间历程图、轴心轨迹图、Poincare图和频谱图,揭示了转速变化对转子非线性振动的影响规律。     

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。     

基于超磁致伸缩驱动器的油膜轴承-转子系统的稳定性研究

以超磁致伸缩驱动器(GMA)油膜轴承-柔性转子系统为研究对象,计入轴承质量和转子刚度建立了包括GMA磁滞伸缩力模型在内的动力学方程,利用Routh-Hurwitz准则,推导了GMA油膜轴承所支承的单质量弹性对称转子系统的稳定性判据。考察了驱动GMA的反馈电流的相位角和电流大小、转子刚度、转子质量和轴承质量对系统失稳转速的影响。结果表明,反馈电流的相位角对系统失稳转速影响很大,存在一个最佳值,使系统的失稳转速最高,系统稳定性最佳,并随着反馈驱动电流和转子刚度的增大,失稳转速明显增大;随着转子质量的增加,系统的失稳转速也是增加的,而轴承的质量对系统的失稳转速影响不大。计算结果在GMA油膜轴承-转子系统整体建模方面有一定的意义。     

船舶增压器静压气体轴承-转子系统动力学特性研究

针对船舶增压器实验台的静压气体轴承-转子系统,提出了一种流场与转子动力学的准动态耦合分析方法;采用CFD软件对静压气体轴承不同偏心率及转速下的静态承载力进行流场计算,依据计算结果拟合出气体轴承气膜支承力随偏心率和转速变化的非线性函数关系。采用有限元法建立了转子系统的动力学模型,对重力、不平衡力、气膜支承力作用下的转子系统动力学响应进行了耦合计算,获得了系统的临界转速和响应特性。在此基础上对船舶涡轮增压器轴承-转子系统进行了实验测试,验证了准动态耦合方法的有效性。研究结果表明,与传统采用线性气膜刚度相比,采用基于CFD计算的非线性气膜支承力能够更好的刻画气体轴承-转子系统的动力学特性。     

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.     

Jeffcot转子-滑动轴承系统不平衡响应的非线性仿真

本文用动力仿真法考察了 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子椭圆轴承系统的不平衡响应。计入了轴承油膜力的非线性。仿真计算前,先以非定常雷诺方程和雷诺破膜条件为依据,生成了轴瓦非定常油膜力数据库。用龙格库塔法对运动方程作步进积分,同时反复对轴瓦力数据库进行插值以获得轴承力的瞬时值。考察了支撑于一对椭圆轴承上的 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子的不平衡响应。所得的动力学行为以及转子和轴颈的涡动轨迹,均与线性动力学（以轴承的线性化动特性系数为依据）所得的结果相比较。两者虽在很小的不平衡量下吻合良好,但凡当不平衡量不是很小时就有显著差别。可见有必要计入油膜力的非线性,特别是当需要计算大不平衡量下的不平衡响应时。     

通过附加轴承静载荷在线消除油膜振荡故障

提出了一种在线非接触式施加轴承静载荷的方法，以达到增加系统稳定性、在线消除油膜振荡故障的目的。首先运用达朗伯原理结合里茨法建立了非线性非稳态油膜力作用下的多自由度转子-轴承系统的运动方程，并运用变步长的Newmark数值积分方法对非线性系统的稳定性以及附加静载荷对油膜振荡的影响等问题进行了研究。计算结果表明：增加静载荷可以在线改变系统的涡动中心，增加系统的稳定性，从而在线消除油膜振荡，使原来失稳的转子系统又回到稳定的周期运动状态。然后针对这一结论，在一台较大型的高速转子试验台进行试验，通过设计和安装的一个电磁执行器来施加静载荷，并进行了多次实验研究，实验结果和理论结果基本一致。     

含横向裂纹的弹性转子-轴承系统的动力学研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础，分析了含有裂纹的弹性转子-轴承系统的复杂运动。针对短轴承油膜力强非线性的特点，用Runge—Kutta法在较宽范围内研究了各参数对转子系统动态特性的影响，发现了丰富的非线性现象。研究表明该裂纹转子-轴承系统在工作转速较高时有P-3运动窗口，而且随着裂纹深度的增加而增加，其结果可为转子-轴承系统故障诊断和安全运行提供参考。     

转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障的非线性特性研究

研究了带有裂纹和碰摩耦合故障的弹性转子系统的复杂运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有裂纹-碰摩耦合故障转子系统的动力学模型。针对短轴承油膜力和裂纹-碰摩转子系统的强非线性特点,本文用Runge-Kutta法对转子-轴承系统由裂纹和碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象,研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考。     

外滚道剥落的高速轴承转子非线性系统及其振动响应分析

为了建立符合工程实际的外滚道剥落高速轴承转子系统动力学模型,将滚道剥落引起的时变位移和时变冲击激励、油膜时变刚度和时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度和时变接触角、时变接触力等非线性因素综合考虑,结合JONES的高速球轴承动力学模型建立了外滚道剥落的高速轴承转子系统非线性动力学模型.基于该模型研究了剥落尺寸和转速变化时轴承...     

电磁轴承振动传递特性研究

通过有限元方法建立转子的仿真模型,结合电磁轴承动态模型获得整个电磁轴承支承转子闭环系统状态方程。基于该状态空间模型,计算转子受外扰力作用时轴承处力传递率频域响应、在外冲击力作用下位移响应及动态力响应,以此考察电磁轴承的振动传递特性,并与滚珠轴承进行对比。计算结果表明,电磁轴承的刚度阻尼等支承特性与滚珠轴承显著不同,其力的传递率频域响应较平缓,无滚珠轴承支承时某些频率附近的突出峰值。在冲击力作用下电磁轴承支承时,转子位移及动态轴承力振动均能较快恢复稳定状态,振动传递明显减小。     

Bearing dynamic parameters identification for a sliding bearing-rotor system with uncertainty

Bearing dynamic parameters of a sliding bearing-rotor system are important factors to the vibration absorbing characteristics. It is a valuable method to identify bearing dynamic parameters based on the unbalance response. Nevertheless, in Engineer, the unbalance parameters are uncertain due to the structural complexity and manufacturing or measuring error. Thus, developing an efficient method to estimate the bearing dynamic parameters for the uncertain unbalance parameters seems more important and necessary. This paper presented an inverse method for identifying stably the bounds of bearing dynamic parameters with uncertain unbalance parameters based on dynamic load identification method and the interval analysis .In the method, bearing dynamic parameters identification problem is formulated as the oil film force reconstruction by considering the oil film supports as rotor load boundary conditions; the midpoint oil film force and the first derivative to each uncertain unbalance parameter need be calculated with the interval analysis; the bounds of bearing dynamic parameters can be finally identified based on the interval mathematics. Finally, the efficiency and robustness of the proposed method are verified by a numerical example.     

高速转子系统油膜涡动动力学特性及其影响因素

以某实际滑动轴承支撑下的转子轴承系统为对象,建立非线性油膜力作用下的转子轴承系统的动力学模型,应用非线性动力学理论对该系统进行动力学响应特性数值模拟,利用幅频特性曲线、分岔图、三维谱图等研究系统响应随偏心距、转速、润滑油粘度、半径间隙、轴承长度和轴颈半径等因素的变化对油膜涡动的影响规律。为工程实际中转子系统的优化设计、故障诊断、振动控制等提供参考。