轉(zhuǎn)子-軸承-密封系統(tǒng)動力學(xué)建模及其特性研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子一軸承一密封系統(tǒng)動力學(xué)建模及其特性研究 對轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究在國內(nèi)外都十分活躍，廣大科研工作者和工程技術(shù)人員投身其中，發(fā)表了大量有價值的研究成果。近年來，針對大型旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力學(xué)的研究逐漸引起廣泛關(guān)注。大量研究表明，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性因素對系統(tǒng)動力學(xué)特性有很大影響，其中尤以滑動軸承油膜力和密封氣體激振力的影響最為顯著。 本文以探討滑動軸承、氣體密封以及復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的更為合理的動力學(xué)模型及相應(yīng)的高效算法為研究

2、目的?？紤]到目前絕大多數(shù)相關(guān)研究僅針對Jeffcott轉(zhuǎn)子或剛性轉(zhuǎn)子等簡單動力系統(tǒng)，本文著眼于工程中的具有局部非線性特征的高維轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，在滑動軸承非線性油膜力及其Jacobi矩陣的計算模型、氣體密封動力特性分析模型以及復(fù)雜轉(zhuǎn)子一軸承一密封系統(tǒng)動力學(xué)分析模型等幾個方面，進行了建模及算法的研究。本文研究工作在理論及應(yīng)用上取得了一些創(chuàng)新成果，所獲得的結(jié)論對復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運動穩(wěn)定性分析的工程應(yīng)用具有積極的指導(dǎo)意義。 具體地，本文主要的研究

3、內(nèi)容和成果有： (1)較為全面地綜述了軸承動力學(xué)、密封動力學(xué)以及轉(zhuǎn)子動力學(xué)等幾個方面研究的發(fā)展歷史及研究概況，對有關(guān)研究方法進行了較為系統(tǒng)的總結(jié)，并分析了各自的適用范圍。 (2)提出了一種聯(lián)合求解滑動軸承非線性油膜力及其Jacobi矩陣的新模型及高效算法。采用Reynolds方程的一維變分不等方程形式，同步、快速求得瞬態(tài)油膜力及其Jacobi矩陣。同時，利用油膜壓力代數(shù)方程中系數(shù)矩陣的特殊性質(zhì)，將該矩陣的形成過程分解為運

4、動狀態(tài)量與若干常數(shù)矩陣的乘積相疊加的形式，對其中的常矩陣預(yù)先求解，使之不參與非線性動力分析的迭代過程，改進了以往算法中在每一步迭代過程中系數(shù)矩陣都要全部重新形成的不足。 (3)提出了迷宮密封雙控制體無量綱分析模型及算法。改進了傳統(tǒng)雙控制體的計算模型，得到了系統(tǒng)控制方程的矩陣形式，并給出了基于攝動分析的相關(guān)算法。該模型及算法的無量綱化以及矩陣化表述，使得模型更加簡潔，意義更加清晰，算法更為簡單。 (4)建立了針對復(fù)雜轉(zhuǎn)子系

5、統(tǒng)動力學(xué)分析的轉(zhuǎn)子一軸承一密封系統(tǒng)動力分析模型。提出了一種模態(tài)降階新方法，在模態(tài)變換過程中充分考慮系統(tǒng)中非線性力的影響，使得模態(tài)變換矩陣的選取更為合理準(zhǔn)確。同時，采用打靶法求解系統(tǒng)周期解并通過Floquet理論判斷其穩(wěn)定性，采用Runge-Kutta法直接積分求解系統(tǒng)的長期動力響應(yīng)，得到非游蕩集，從而繪制各種分析圖形。 (5)編制了本文算法的相關(guān)分析程序。通過對本文復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型的具體應(yīng)用，首次對工業(yè)離心壓縮機復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行