大间隙环流中偏心转子动特性系数的计算

基于大间隙环流中同心平行涡动转子动特性系数,用数值方法求解了偏心平行涡动转子动特性系数。与已有数值计算结果和实验结果比较表明该方法具有较好的精度。实例计算表明偏心率对大间隙环流中偏心转子动特性系数有较大影响。     

基于多尺度法的电机转子在不平衡磁拉力作用下的自由振动特性分析

即使动平衡精度很高的电机转子,其质量偏心可忽略,但由于车用永磁同步电机工况复杂,换段过程、路面不平度、发动机激励等都可对转子系统形成径向扰动,转子将产生自由涡动,引起动态偏心,进而不平衡磁拉力对电机转子系统的自由涡动产生影响。根据转子系统的刚度特性讨论了动力学方程中非线性项系数以确定多尺度法的应用条件,利用该方法得到了不平衡磁拉力作用下转子系统自由振动的解析解并研究其振动特性。由于不平衡磁拉力的非线性使得转子正反自由涡动的复振幅是时变的,其大小保持常数不变而其相位随时间线性变化,其变化率取决于正反涡动的振幅,这将导致正反涡动的频率降低。若正反涡动振幅大小相等且非零则正反涡动频率相等,转子中心运动轨迹为直线;若正反涡动振幅有一个为零,则转子中心轨迹为圆;更一般的情况是正反涡动振幅大小不等且均不为零,两种涡动产生耦合其频率也不再相等,转子自由涡动的轨迹是一个旋转的近似椭圆其位移分量产生调幅现象。当转子涡动振幅不大时,利用多尺度法获得的解析解与数值计算结果吻合较好具有较高的精度。     

低速干气密封稳态响应数值分析

利用Newmark算法求解低速干气密封运动方程,分析不同膜厚和动环初始角偏差下动环运动轨迹、进动角和角偏差随时间的变化。结果表明,随着膜厚或者动环初始角偏差的减小,密封运行过程中动环的扰动逐渐减弱,运动轨迹相应减小且轨迹中心逐渐趋近于静环中心;动环进动角对静环角追随能力大大提高,自身波动幅值明显减小;动环角偏差对静环角偏差的追随能力显著提高,自身波动幅值亦明显减小,致使密封端面发生接触的概率大大下降。     

涡动对液膜密封空化及动压性能影响

为进一步探索涡动现象对液膜密封性能影响,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立螺旋槽液膜密封涡动模型,探讨密封环涡动半径、涡动速度对液膜密封空化分布及密封动压性能的影响。结果表明:涡动半径对液膜承载能力和泄漏量影响较小,但显著影响液膜空化率和倾覆力矩,尤其是正向涡动时;涡动速度对液膜空化率和密封动压性能影响显著,正向涡动时具有促进作用,反向涡动反之;在相同工况时,正向涡动对密封动压性能的影响好于反向涡动的影响。     

人工心脏泵磁悬浮转子质量不平衡及磁耦合研究

结合建模与实验，分析了人工心脏泵转子质量不平衡及磁耦合对转子稳定悬浮的影响，依据转子动力学理论推导出了五自由度转子运动方程。由运动方程知，转子前后端的质量耦合可消去，转子同自由度前后端同时控制优于分开控制。运用转子自由振动及陀螺力方程分析了动不平衡对转子偏心的影响，结果表明：建模时增加动不平衡矩阵可有效减小偏心；为减小涡动，转子径向采样周期应与转速相适应，不宜过快。采用有限元方法给出了磁极不同工作方式时的磁力线分布，结果表明同时控制互相垂直方向的磁极有利于减小磁耦合。实验测量了转子在平衡位置的各向位移，并计算出静态时X方向的偏心相对误差为0．28％，Y方向的偏心相对误差为0．42％。     

机械密封环的传热特性分析

研究机械密封端面摩擦热在动环、静环、端面间液膜和密封介质组成的传热系统中的传递规律。按换热面积守恒的原则将密封环简化为当量圆筒,提出动环和静环获得的摩擦热的计算方法,推导密封环的温度分布方程。结果表明,液膜摩擦热量随角频率的增加和平均膜厚的减小而增加。绝大部分摩擦热通过动环传递到介质,静环端面的温升较小。动环靠近介质侧的温度低于空气侧的温度,端面上的温度较高,且端面径向存在温度梯度。增大动环与介质的接触面积或选用热导率大的材料可降低动环上的最高温度和端面上内外径处的温差,提高机械密封的性能。     

机械密封环端面变形对液膜特性的影响

根据机械密封受热和力作用变形后的端面轮廓,将其动环和静环端面组成的流道归结为平行、收敛、扩散和收敛-扩散等4种型式,并用端面的径向夹角θ来区分这4种模型。由简化的控制方程推导了4种模型中的液膜压力分布方程p,给出了泄漏率Q、液膜承载力F及摩擦扭矩M的计算方法,并通过数值解与解析解的对比,分析了GY70型机械密封端面液膜特性与θ和动环转速ω之间的关系。结果表明,解析解与数值解之间存在一定误差,但解析解仍能反应液膜的基本特性。平行流道内液膜压力沿径向线性分布,而非平行流道内压力沿径向非线性变化;流道的泄漏率随平均膜厚和液膜内外径处压差的增大而增大,平行流道的泄漏率最小;平行流道内的液膜承载能力介于收敛流道和扩散流道之间,扩散流道的液膜承载能力最差,收敛流道内液膜承载力最大。     

非接触式球形转子压电作动器驱动器技术

为了解决非接触式超声电机的近声场驱动问题,提出利用有限差分法求解转子转速的方法.首先,设计出一种新型的非接触式球形转子压电作动器,根据其结构建立数学模型,对定转子之间的挤压膜中气体的控制方程进行简化;然后,利用有限差分法对挤压膜和转子的耦合控制方程进行离散并求解出转子随时间的转速变化曲线和稳定后的压力振型;最后,加工出作动器样机并建立实验系统,得出的实验数据与理论计算数据一致.本研究工作对在非接触式超声电机中如何提高转子转速提供了理论分析的方法和途径.     

端面粗糙度对螺旋浅槽机械密封液膜空化的影响

以螺旋浅槽上游泵送机械密封为研究对象,对端面粗糙度进行近似模拟,同时建立涉及表面粗糙度和液膜空化的间隙润滑膜流动计算模型,模拟分析端面不同部位粗糙度对密封液膜压力分布和空化的影响。研究表明：密封端面粗糙度会使液膜高压区压力提升、范围扩大,且粗糙度越大越明显,其中,动环非槽区粗糙度影响最大,静环端面粗糙度影响次之,动环槽区粗糙度影响最小;低转速(如1 000 r/min)时,无论端面粗糙与否,螺旋槽和粗糙微元均未导致液膜空化;较高转速时,位于较低膜压区的粗糙微元会导致液膜微观空化,动环槽区粗糙度对液膜宏观空化有一定的抑制作用且粗糙度越大抑制作用越明显,动环非槽区粗糙度导致膜压升高、空化区域收缩,静环端面粗糙度对液膜空化的影响相对较小;动、静环全端面粗糙时对空化的抑制作用比任何局部粗糙时强,且转速越高越明显。     

液体密封压力差对转子系统动力学性能的影响

利用数值方法,通过求解基于Bulk-flow模型的液体动压环状密封控制方程,得到不同密封压力差下液体动压环状密封的动力特性系数。结合密封的流体动反力模型,建立考虑液体动压环状密封动力学特性的系统运动方程,通过理论分析导出表征系统动力学性能的模态阻尼与频率、振幅对数衰减率以及动力放大系数等的解析表达式,并计算分析密封压力差对转子系统动力学性能的影响。结果表明:正、反向涡动模态阻尼和正、反向涡动的振幅对数衰减率均随密封压力差的增加而增大,动力放大系数随密封压力差的增加而减小,而正、反向涡动模态频率先随密封压力差的增大而减小,达到最小值后又随密封压力差的增加而增大。     

离心压缩机蜂窝阻尼密封动力特性及转子稳定性*

新一代蜂窝阻尼密封在提升透平机械转子稳定性方面有优越的表现,其动力特性是评价转子稳定性的重要参数。应用非定常动网格技术和多频涡动模型,研究蜂窝密封动特性系数随转子涡动频率的变化规律,并与迷宫密封进行对比。结果表明：蜂窝密封动特性受转子涡动频率影响较大,直接刚度系数和交叉阻尼系数随涡动频率增大而增大,交叉刚度和直接阻尼系数随涡动频率增大而减小;迷宫密封动特性系数随涡动频率变化特征不明显;在低频率区蜂窝密封的有效阻尼远高于迷宫密封。在实际压缩机转子上的应用结果表明,蜂窝密封能显著提升转子稳定性。     

转子—轴承系统油膜失稳过程的实验分析

在机械故障模拟平台综合模拟平台上对油膜失稳故障发生的过程进行实验,分析VibraQuest振动分析系统采集的伯德图、瀑布图和极坐标图,发现在转子升速过程中系统的油膜失稳故障会经历工频涡动阶段、工频涡动与油膜涡动并存阶段、油膜振荡阶段3个阶段。分析了偏心量对油膜失稳过程的影响,实验分析的结果对转子轴承系统状态的诊断有重要的意义。     

基于MATLAB的混合摩擦工况下机械密封动态特性研究

考虑机械密封动环和静环端面的粗糙度,同时考虑动环和静环端面摩擦生热和两端面问液膜的粘性热作用,建立了混合摩擦工况下机械密封的数学模型,并结合ANSYS与MATLAB软件对模型进行求解.结果表明:机械密封在启动过程中密封端面内侧温度不断升高,热膨胀作用使得接触压力逐渐增大;外侧温度也有所增加,但增加的速度较内侧慢,内外侧的温差逐渐增大;液膜厚度由内向外逐渐变大,总的液膜力逐渐增大,而总的接触力逐渐变小,接触区域也随之减小,当密封环达到热量平衡时,机械密封也达到平衡状态.     

大间隙环流中转子系统稳定性研究

采用数值方法研究了转子周围大间隙环流动力学特性及其作用的Jeffcott转子动力学系统的稳定性。结果表明,大间隙环流对转子动力学系统的稳定性有很大的影响,同心转子也将产生半速涡动,最终以正向涡动模式失稳,偏心转子失稳转速有较大的降低,失稳模式取决于系统条件。     

裂纹和油膜耦合故障转子周期运动分岔分析

利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶算法,研究了裂纹和油膜涡动耦合故障转子周期运动的分岔及失稳方式.研究发现,在偏心量一转速参数域内,耦合故障转子与油膜涡动转子的同频周期运动分岔失稳规律基本相同,在较大和较小的偏心量作用下,转子同频周期运动以倍周期分岔形式失稳,在适中的偏心量下,同频周期运动经Hopf分岔形式失稳.在裂纹深度-转速参数域内,耦合故障转子同频周期运动和倍周期运动的分岔失稳规律基本相同,随着裂纹深度加大,失稳转速降低,稳定性变差,但幅度并不明显.     

内圆弧槽机械密封液膜流场特性分析

以内圆弧槽流体动压型机械密封为研究对象,建立了动静环端面间液膜的三维模型,运用计算流体动力学理论和有限体积法对端面间液膜的流场特性和装置的密封性能进行了模拟和数值分析。对处于不同工况、不同密封介质条件下的液膜流场,得到了其压力、泄漏量、开启力和摩擦扭矩的变化规律及相互影响关系。结果表明:圆弧槽能够产生明显的动压效应,动压效应的大小与动环转速呈正比;液膜的压力沿径向由内径到外径逐次降低;泄露量的大小随动环转速或介质压力的增大而增大;开启力的大小与动环端面的总压力具有相似的变化规律。     

BTA钻杆的涡动研究与仿真

对理想状态下BTA钻杆的涡动进行研究。通过对涡动模型的简化,得到两端铰支座转子杆,并对钻杆的涡动机理进行分析。假设工件内孔与钻杆始终为线接触,在钻杆外圆上取一点A,即可得到固定点A的运动轨迹。最后运用MATLAB中的plot应用对其运动轨迹进行仿真,得出转速和间隙对钻杆涡动频率的影响规律,以提高钻杆的稳定性。     

进口预旋下三种典型迷宫密封转子动力特性研究

为探讨考虑进口预旋的迷宫密封转子动力特性,基于Murphy小位移涡动理论建立气流激振力与转子涡动位移的控制方程,采用用户自定义函数建立多频椭圆涡动模型,利用FLUENT动网格技术数值求解直通齿式迷宫密封（SLS）、倾斜齿式迷宫密封(ILS)和阶梯式迷宫密封(STLS)在不同预旋比下的激振力,通过快速傅里叶变换得到整机运行时的密封动力特性系数,并对转子稳定性和密封的泄漏量进行分析。结果表明：在40~180 Hz涡动频率范围内3种密封结构的直接刚度系数呈先减小后增大的趋势,表现出很强的频率相关性,而密封结构与进口预旋对阻尼系数的影响可以忽略;阻尼系数随涡动频率增加缓慢减小至负值并趋于平稳,其中STLS的阻尼系数最小,稳定性最差,ILS的稳定性最好;增加进口预旋比会降低有效阻尼系数,并导致泄漏量降低;STLS在不同预旋条件下的密封性能均最佳,相比于SLS与ILS的泄漏量分别减少了15%和7%;在研究的20~200 Hz涡动频率范围内3种类型迷宫密封的交叉刚度由负值增大为正值,而有效阻尼减小为负值,此时迷宫密封转子系统稳定较差,可能会诱发转子失稳。     

表面粗糙度对多孔端面机械密封膜压的影响

为了研究表面粗糙度对多孔端面机械密封膜压的影响,建立含粗糙元的矩形截面轮廓激光加工多孔端面机械密封微间隙液膜多尺度的三维几何模型和计算模型,采用有限体积法求解三维N-S方程,分析相对表面粗糙度、粗糙元密度、不同分布位置对膜压分布的影响规律。研究表明:表面粗糙元和微凹腔都能产生动压效应;分布在动环端面的粗糙元对静环膜压的影响较大,分布在静环端面的粗糙元对动压效应的影响相对较小;随着粗糙元密度的减小,动环上粗糙元的动压效应增强,影响区域将由动环表面沿膜厚方向扩大到静环表面;较小或较大的相对表面粗糙度对静环膜压的影响相对较小,而中等的相对表面粗糙度,兼具较强的动压效应效果和较大的影响范围,对静环膜压的影响相对较大,它使得微凹腔在静环上形成的低压区减弱甚至消失。     

高速转子-轴承系统油膜涡动故障仿真研究

针对滑动轴承支撑下的转子轴承系统,建立了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了研究,应用数值积分方法得到系统的响应,利用幅频曲线、分岔图、三维谱图研究系统响应随偏心距的变化规律.为有效诊断滑动轴承支撑下的转子油膜涡动故障提供了理论依据.